Под сорбцией понимают поглощение твердым телом или жидкостью жидкого вещества или газа из окружающей среды. Сорбентом называют вещество, на котором происходит процесс сорбции, а сорбатом – сорбирующееся вещество. Выделяют несколько видов сорбционных процессов. Абсорбция – поглощение вещества из газовой фазы всем объемом жидкого сорбента. Адсорбция – поглощение вещества поверхностным слоем сорбента. Поглощение вещества из газовой фазы всем объемом твердого тела или расплава называется окклюзией. Извлечение из жидкости какого-либо компонента другой жидкостью называется экстракцией. При сорбции паров пористыми телами может происходить капиллярная конденсация. Обычно одновременно протекает несколько сорбционных процессов.

Адсорбция – изменение концентрации вещества на границе раздела фаз по сравнению с объемом. Различают два типа адсорбции. Хемосорбция – поглощение газов или растворенных веществ твердыми или жидкими поглотителями, сопровождающееся образованием химических соединений. Физическая адсорбция обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия; она, как правило, является обратимой. Косвенным критерием определения типа адсорбции является значение теплоты адсорбции Q, то есть теплоты, выделяющейся в процессе адсорбции и отнесенной к одному молю адсорбата. Если Q < 30–40 кДж/моль, говорят о физической адсорбции, при Q > 40 кДж/моль – о хемосорбции. Концентрирование вещества в поверхностном слое идет самопроизвольно, процесс сорбции характеризуется отрицательным значением приращения потенциала Гиббса, при этом изменение энтропии при физической адсорбции всегда отрицательно, а при хемосорбции, в принципе, может быть и положительным. Поэтому энтальпия физической адсорбции всегда отрицательна, а при хемосорбции, в некоторых случаях, бывает и положительной величиной. Для более четкого разграничения типов адсорбции необходимо сравнивать ряд других физико-химических характеристик этих процессов, например, энергии активации и скорости сорбции и десорбции.

S* + P → S – P;

где K – константа равновесия, [S – P] и [S*] – доли поверхности адсорбента, занятые и незанятые адсорбатом, а [P] – концентрация адсорбента.

где θ – доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом, α – адсорбционный коэффициент Ленгмюра, а P – концентрация адсорбента.

Абсорбция – процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной мере. Обратный процесс – выделение растворенного газа из раствора – называется десорбцией. На практике абсорбции подвергают не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую связь с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворено активное вещество, называется растворителем.

Процесс сорбции применяется в следующих целях:

- Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью.

- Разделение газовых смесей для выделения одного или нескольких компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать как можно большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и как можно меньшей к остальным составным частям газовой смеси.

- Очистка газов от примесей вредных компонентов. Такая очистка осуществляется прежде всего в целях удаления примесей, не допустимых при дальнейшей переработке газов.

- Очистка жидкостей (рис. 1) при помощи фильтров. Основной принцип работы – пропускание жидкости сквозь фильтрующую среду, выбор которой во многом зависит от состояния исходной жидкости и расчетной степени очистки.

 

Процесс производства серной кислоты состоит из нескольких этапов. 1. Сжигание серы (S+O₂=SO₂). 2. Контактное окисление SO₂ в SO₃ (является примером гетерогенного окислительного экзотермического катализа SO₂+0.5^.O₂=SO₃). 3. Абсорбция триоксида серы из газовой смеси:

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO₃ из газовой фазы. Для полного извлечения SO₃ необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO₂ над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции.

 

Бензольные углеводороды, образующиеся при коксовании углей, находятся в коксовом газе в виде паров и улавливаются из газа различными способами.

1. Абсорбция бензольных углеводородов специальными поглотительными маслами при атмосферном или повышенном давлении коксового газа. В качестве поглотителей применяют каменноугольное масло, получаемое на коксохимических заводах при ректификации смолы, и соляровое масло, являющееся продуктом перегонки нефти. Улавливание бензольных углеводородов может осуществляться в скрубберах или в абсорберах тарельчатого типа.

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами при атмосферном давлении получило повсеместное применение в отечественной коксохимической промышленности.

2. Адсорбция бензольных, углеводородов твердыми поглотителями (активированным углем, кизельгуром или силикагелем), обладающими большой внутренней поверхностью пор. Например, 1 г активированного угля имеет от 200 до 1000 м² активной поверхности, поверхность 1 г силикагеля достигает 450 м².

Извлечение бензольных углеводородов из газа активированным углем практически полное, что позволило применить этот метод для лабораторного контроля, т.е. количественного определения бензола в газе.

Промышленное применение этого способа пока очень ограничено, главным образом из-за необходимости тщательной очистки газа от смолы, масел, сероводорода и других примесей и частично из-за высокой стоимости поглотителя.

3. «Вымораживание» бензольных углеводородов. Коксовый газ под давлением охлаждается в несколько ступеней до –45°С, при этом бензольные углеводороды конденсируются и удаляются из газа. Сырой бензол, получаемый этим методом, по своему качеству значительно чище и не содержит сольвет-нафты. Однако этот метод из-за сложности процесса и необходимости применять дорогую аппаратуру для охлаждения газа не получил распространения.