Адсорбция

Модель многослойной адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера представляет собой случайное распределение молекул на поверхности материала.

Адсорбция является адгезия из атомов , ионов или молекул из газа, жидкости или твердого вещества , растворенного в поверхности . ^[1] Этот процесс создает пленку адсорбата на поверхности адсорбента . Этот процесс отличается от абсорбции , при котором жидкость ( абсорбент ) растворяется или проникает в жидкость или твердое вещество ( абсорбент ), соответственно. ^[2] Адсорбция - это поверхностное явление., в то время как абсорбция охватывает весь объем материала, хотя адсорбция часто предшествует абсорбции. ^[3] Термин сорбция охватывает оба процесса, в то время как десорбция - обратное.

Подобно поверхностному натяжению , адсорбция является следствием поверхностной энергии . В объемном материале все требования к связям (будь то ионные , ковалентные или металлические ) составляющих атомов материала выполняются другими атомами материала. Однако атомы на поверхности адсорбента не полностью окружены другими атомами адсорбента и поэтому могут притягивать адсорбаты. Точный характер связывания зависит от деталей участвующих частиц, но процесс адсорбции обычно классифицируется как физисорбция (характерная для слабых сил Ван-дер-Ваальса ) или хемосорбция.(характеристика ковалентной связи). Это также может произойти из-за электростатического притяжения. ^[5]

Адсорбция присутствует во многих природных, физических, биологических и химических системах и широко используется в промышленных приложениях, таких как гетерогенные катализаторы , ^{[6] [7]} активированный уголь , улавливание и использование отработанного тепла для обеспечения холодной воды для кондиционирования воздуха и других технологических требований. ( адсорбционные охладители ), синтетические смолы , увеличение емкости карбидоуглерода и очистка воды . Адсорбция, ионный обмен и хроматографияпредставляют собой сорбционные процессы, в которых определенные адсорбаты избирательно переносятся из жидкой фазы на поверхность нерастворимых твердых частиц, взвешенных в сосуде или упакованных в колонку. Фармацевтические приложения промышленности, использование которых адсорбция в качестве средства для продления неврологического воздействия конкретных лекарственных средств или их части, ^{[ править ]} менее известны.

Слово «адсорбция» было придумано в 1881 году немецким физиком Генрихом Кайзером (1853–1940). ^[8]

Изотермы [ править ]

Адсорбция газов и растворенных веществ обычно описывается с помощью изотерм, то есть количества адсорбата на адсорбенте как функции его давления (для газа) или концентрации (для растворенных веществ в жидкой фазе) при постоянной температуре. Адсорбированное количество почти всегда нормируется на массу адсорбента, чтобы можно было сравнивать различные материалы. На сегодняшний день разработано 15 различных моделей изотерм. ^[9]

Линейный [ править ]

Фрейндлих [ править ]

Первая математическая аппроксимация изотермы была опубликована Фрейндлихом и Кустером (1906) и представляет собой чисто эмпирическую формулу для газообразных адсорбатов:

${\ displaystyle {\ frac {x} {m}} = kP ^ {1 / n},}$

где - масса адсорбированного адсорбата, - масса адсорбента, - давление адсорбата (его можно изменить на концентрацию, если исследуется раствор, а не газ), и - эмпирические константы для каждой пары адсорбент-адсорбат при заданной температуре. . Эта функция неадекватна при очень высоком давлении, потому что в действительности имеет асимптотический максимум при неограниченном увеличении давления. При повышении температуры константы и изменяются, чтобы отразить эмпирическое наблюдение, что адсорбированное количество увеличивается медленнее и для насыщения поверхности требуются более высокие давления.${\ displaystyle x}$${\ displaystyle m}$${\displaystyle P}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$${\displaystyle x/m}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$

Ленгмюр [ править ]

Ирвинг Ленгмюр был первым, кто получил научно обоснованную изотерму адсорбции в 1918 году. ^[10] Модель применима к газам, адсорбированным на твердых поверхностях. Это полуэмпирическая изотерма с кинетической основой, полученная на основе статистической термодинамики. Это наиболее часто используемое уравнение изотермы из-за его простоты и способности соответствовать различным данным адсорбции. Он основан на четырех предположениях:

1. Все сайты адсорбции эквивалентны, и каждый сайт может вместить только одну молекулу.
2. Поверхность энергетически однородна, адсорбированные молекулы не взаимодействуют.
3. Фазовых переходов нет.
4. При максимальной адсорбции образуется только монослой. Адсорбция происходит только на локализованных участках на поверхности, а не с другими адсорбатами.

Эти четыре предположения редко бывают верными: всегда есть дефекты на поверхности, адсорбированные молекулы не обязательно инертны, и механизм, очевидно, не тот, что самые первые молекулы адсорбируются на поверхность, как для последних. Четвертое условие является наиболее неприятным, поскольку часто на монослой адсорбируется больше молекул; эта проблема решается с помощью изотермы БЭТ для относительно плоских ( немикропористых ) поверхностей. Тем не менее изотерма Ленгмюра является первым выбором для большинства моделей адсорбции и имеет множество приложений в поверхностной кинетике (обычно называемой кинетикой Ленгмюра – Хиншелвуда ) и термодинамике .

Ленгмюр предположил, что адсорбция происходит по такому механизму:, где A - молекула газа, а S - место адсорбции. Прямые и обратные константы скорости равны k и k ₋₁ . Если мы определим покрытие поверхности как долю занятых адсорбционных центров, в равновесии мы получим:${\displaystyle A_{\text{g}}+S\rightleftharpoons AS}$${\displaystyle \theta }$

${\displaystyle K={\frac {k}{k_{-1}}}={\frac {\theta }{(1-\theta )P}},}$

или же

${\displaystyle \theta ={\frac {KP}{1+KP}},}$

где - парциальное давление газа или молярная концентрация раствора. Для очень низкого давления и для высокого давления .${\displaystyle P}$${\displaystyle \theta \approx KP}$${\displaystyle \theta \approx 1}$

Значение трудно измерить экспериментально; Обычно адсорбатом является газ, и количество адсорбированного вещества указывается в молях, граммах или объемах газа при стандартной температуре и давлении (STP) на грамм адсорбента. Если мы назовем v _mon объемом адсорбата STP, необходимым для образования монослоя на адсорбенте (на грамм адсорбента), то получим выражение для прямой линии:${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \theta ={\frac {v}{v_{\text{mon}}}}}$

${\displaystyle {\frac {1}{v}}={\frac {1}{Kv_{\text{mon}}}}{\frac {1}{P}}+{\frac {1}{v_{\text{mon}}}}.}$

Через его наклон и точку пересечения y мы можем получить v _mon и K , которые являются константами для каждой пары адсорбент-адсорбат при данной температуре. v _mon связано с количеством адсорбционных центров по закону идеального газа . Если мы предположим, что количество центров - это просто вся площадь твердого тела, разделенная на поперечное сечение молекул адсорбата, мы можем легко вычислить площадь поверхности адсорбента. Площадь поверхности адсорбента зависит от его структуры: чем больше у него пор, тем больше площадь, которая имеет большое влияние на реакции на поверхности .

Если на поверхности адсорбируется более одного газа, мы определяем как долю пустых участков, и мы имеем:${\displaystyle \theta _{E}}$

${\displaystyle \theta _{E}={\dfrac {1}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}.}$

Также мы можем определить как долю участков, занятых j -м газом:${\displaystyle \theta _{j}}$

${\displaystyle \theta _{j}={\dfrac {K_{j}P_{j}}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}},}$

где i - каждый из адсорбируемых газов.

ноты:

1) Чтобы выбрать между уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха, необходимо исследовать энтальпии адсорбции. ^[11] В то время как модель Ленгмюра предполагает, что энергия адсорбции остается постоянной с заполнением поверхности, уравнение Фрейндлиха выводится с предположением, что теплота адсорбции непрерывно уменьшается по мере того, как заняты места связывания. ^[12] Выбор модели на основе наилучшего соответствия данных - распространенное заблуждение. ^[13]

2) Использование линеаризованной формы модели Ленгмюра больше не является общепринятой практикой. Прогресс в вычислительной мощности позволил выполнять нелинейную регрессию быстро и с большей уверенностью, поскольку преобразование данных не требуется.

СТАВКА [ править ]

Часто молекулы действительно образуют многослойные слои, то есть некоторые из них адсорбируются на уже адсорбированных молекулах, и изотерма Ленгмюра недействительна. В 1938 году Стивен Брунауэр , Пол Эммет и Эдвард Теллер разработали модельную изотерму, которая учитывает эту возможность. Их теория называется теорией СТАВКИ , по инициалам в их фамилиях. Они модифицировали механизм Ленгмюра следующим образом:

A _(g) + S ⇌ AS,

A _(g) + AS ⇌ A ₂ S,

A _(g) + A ₂ S ⇌ A ₃ S и так далее.

Вывод формулы более сложен, чем формула Ленгмюра (полный вывод см. По ссылкам). Мы получаем:

${\displaystyle {\frac {x}{v(1-x)}}={\frac {1}{v_{\text{mon}}c}}+{\frac {x(c-1)}{v_{\text{mon}}c}},}$

где x - давление, деленное на давление пара адсорбата при этой температуре (обычно обозначается ), v - объем адсорбированного адсорбата по STP , v _mon - объем STP количества адсорбата, необходимого для образования монослоя, c - константа равновесия K, которую мы использовали в изотерме Ленгмюра, умноженная на давление пара адсорбата. Ключевое предположение, использованное при выводе уравнения БЭТ, заключается в том, что последовательные теплоты адсорбции для всех слоев, кроме первого, равны теплоте конденсации адсорбата.${\displaystyle P/P_{0}}$

Изотерма Ленгмюра обычно лучше подходит для хемосорбции, а изотерма БЭТ лучше подходит для физадсорбции для немикропористых поверхностей.

Кислюк [ править ]

В других случаях молекулярные взаимодействия между молекулами газа, ранее адсорбированными на твердой поверхности, образуют значительные взаимодействия с молекулами газа в газовых фазах. Следовательно, адсорбция молекул газа на поверхность с большей вероятностью происходит вокруг молекул газа, которые уже присутствуют на твердой поверхности, что делает изотерму адсорбции Ленгмюра неэффективной для целей моделирования. Этот эффект был изучен в системе, где азот был адсорбатом, а вольфрам был адсорбентом, Пол Кислюк (1922–2008) в 1957 году ^[14].Чтобы компенсировать повышенную вероятность адсорбции, происходящей вокруг молекул, присутствующих на поверхности подложки, Кислюк разработал теорию состояния предшественника, согласно которой молекулы переходят в состояние предшественника на границе раздела между твердым адсорбентом и адсорбатом в газовой фазе. Отсюда молекулы адсорбата будут либо адсорбироваться на адсорбенте, либо десорбироваться в газовую фазу. Вероятность адсорбции, происходящей из состояния предшественника, зависит от близости адсорбата к другим молекулам адсорбата, которые уже были адсорбированы. Если молекула адсорбата в состоянии предшественника находится в непосредственной близости от молекулы адсорбата, которая уже образовалась на поверхности, вероятность ее прилипания отражается размером S _Eпостоянна и будет либо адсорбироваться из состояния предшественника со скоростью k _EC, либо десорбироваться в газовую фазу со скоростью k _ES . Если молекула адсорбата переходит в состояние предшественника в месте, удаленном от любых других ранее адсорбированных молекул адсорбата, вероятность прилипания отражается величиной константы S _D.

Эти факторы были включены в единую константу, называемую «коэффициентом прилипания», k _E , описанную ниже:

${\displaystyle k_{\text{E}}={\frac {S_{\text{E}}}{k_{\text{ES}}S_{\text{D}}}}.}$

Поскольку S _D определяется факторами, которые учитываются моделью Ленгмюра, S _D можно считать константой скорости адсорбции. Однако константа скорости для модели Кислюка ( R ') отличается от константы модели Ленгмюра, поскольку R ' используется для представления влияния диффузии на формирование монослоя и пропорционален квадратному корню из коэффициента диффузии системы. Изотерма адсорбции Кислюка записывается следующим образом, где θ _{( t )} - степень заполнения адсорбента адсорбатом, а t - время погружения:

${\displaystyle {\frac {d\theta _{(t)}}{dt}}=R'(1-\theta )(1+k_{\text{E}}\theta ).}$

Решение относительно θ _{( t )} дает:

${\displaystyle \theta _{(t)}={\frac {1-e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}{1+k_{\text{E}}e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}}.}$

Энтальпия адсорбции [ править ]

Константы адсорбции являются константами равновесия , поэтому они подчиняются уравнению Ван 'т Гоффа :

${\displaystyle \left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta }=-{\frac {\Delta H}{R}}.}$

Как видно из формулы, изменение K должно быть изостерическим, то есть при постоянном охвате. Если мы начнем с изотермы БЭТ и предположим, что изменение энтропии одинаково для сжижения и адсорбции, мы получим

${\displaystyle \Delta H_{\text{ads}}=\Delta H_{\text{liq}}-RT\ln c,}$

другими словами, адсорбция является более экзотермической, чем разжижение.

Объяснение одной молекулы [ править ]

Адсорбцию ансамбля молекул на поверхности или границе раздела можно разделить на два процесса: адсорбцию и десорбцию. Если скорость адсорбции превосходит скорость десорбции, со временем молекулы будут накапливаться, образуя кривую адсорбции с течением времени. Если скорость десорбции больше, количество молекул на поверхности со временем будет уменьшаться. Скорость адсорбции зависит от температуры, скорости диффузии растворенного вещества и энергетического барьера между молекулой и поверхностью. Диффузия и ключевые элементы скорости адсорбции могут быть рассчитаны с использованием законов диффузии Фика и соотношения Эйнштейна (кинетическая теория) . Десорбция молекулы с поверхности зависит от энергии связи молекулы с поверхностью и температуры.

Квантовая механика - термодинамическое моделирование площади поверхности и пористости [ править ]

С 1980 года разрабатывались две теории, объясняющие адсорбцию и получающие работающие уравнения. Эти два понятия называются гипотезой ци, квантово-механическим выводом, и избыточной работой поверхности, ESW. ^[15] Обе эти теории приводят к одному и тому же уравнению для плоских поверхностей:

${\displaystyle \theta =(\chi -\chi _{c})U(\chi -\chi _{c})}$

Где U - функция шага единицы. Определения других символов следующие:

${\displaystyle \theta :=n_{ads}/n_{m}\quad ,\quad \chi :=-\ln {\bigl (}-\ln {\bigl (}P/P_{vap}{\bigr )}{\bigr )}}$

где «адс» означает «адсорбированный», «m» означает «монослойный эквивалент», а «vap» относится к давлению пара жидкого адсорбента при той же температуре, что и твердый образец. Единичная функция определяет молярную энергию адсорбции для первой адсорбированной молекулы с помощью:

${\displaystyle \chi _{c}=:-\ln {\bigl (}-E_{a}/RT{\bigr )}}$

График зависимости адсорбции от зависимости называется графиком хи. Для плоских поверхностей наклон графика ци дает площадь поверхности. Эмпирически этот график был замечен как очень хорошее соответствие изотерме Поланьи ^{[16] [17] [18],} а также де Боэром и Цвиккером ^[19], но не исследовался. Это произошло из-за критики в первом случае Эйнштейном, а во втором - Брунауэром. Это уравнение плоской поверхности может использоваться как «стандартная кривая» в обычной традиции кривых сравнения, за исключением того, что ранняя часть пористого образца графика зависимости от${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi }$${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi }$действует как стандарт. С помощью этого метода можно анализировать ультрамикропористые, микропористые и мезопористые состояния. Типичные стандартные отклонения для полной изотермы, включая пористые образцы, составляют менее 2%.

Обратите внимание, что в этом описании физической адсорбции энтропия адсорбции согласуется с термодинамическим критерием Дубинина, то есть энтропия адсорбции из жидкого состояния в адсорбированное состояние приблизительно равна нулю.

Адсорбенты [ править ]

Характеристики и общие требования [ править ]

Адсорбенты обычно используются в виде сферических гранул, стержней, отливок или монолитов с гидродинамическим радиусом от 0,25 до 5 мм. Они должны обладать высокой стойкостью к истиранию , высокой термической стабильностью и малым диаметром пор, что приводит к увеличению площади открытой поверхности и, следовательно, высокой способности к адсорбции. Адсорбенты также должны иметь отчетливую пористую структуру, которая обеспечивает быстрый перенос газообразных паров.

Большинство промышленных адсорбентов делятся на три класса:

• Кислородсодержащие соединения - обычно гидрофильные и полярные, включая такие материалы, как силикагель и цеолиты .
• Соединения на основе углерода - обычно гидрофобны и неполярны, включая такие материалы, как активированный уголь и графит .
• Соединения на основе полимеров - являются полярными или неполярными, в зависимости от функциональных групп в полимерной матрице.

Силикагель [ править ]

Силикагель представляет собой химически инертную, нетоксичную, полярную и стабильную по размерам (<400 ° C или 750 ° F) аморфную форму SiO ₂ . Его получают реакцией между силикатом натрия и уксусной кислотой, за которой следует ряд процессов дополнительной обработки, таких как старение, травление и т. Д. Эти методы дополнительной обработки приводят к различному распределению пор по размерам.

Кремнезем используется для осушки технологического воздуха (например, кислорода, природного газа) и адсорбции тяжелых (полярных) углеводородов из природного газа.

Цеолиты [ править ]

Цеолиты представляют собой природные или синтетические кристаллические алюмосиликаты, которые имеют повторяющуюся сеть пор и выделяют воду при высокой температуре. Цеолиты имеют полярную природу.

Они производятся путем гидротермального синтеза алюмосиликата натрия или другого источника кремнезема в автоклаве с последующим ионным обменом с определенными катионами (Na ⁺ , Li ⁺ , Ca ²⁺ , K ⁺ , NH ₄ ⁺ ). Диаметр канала цеолитных каркасов обычно составляет от 2 до 9 Å . За процессом ионного обмена следует сушка кристаллов, которые можно гранулировать со связующим для образования крупнопористых гранул.

Цеолиты применяются для осушки технологического воздуха, удаления CO ₂ из природного газа, удаления CO из газа риформинга, разделения воздуха, каталитического крекинга , а также каталитического синтеза и риформинга.

Неполярные (кремнистые) цеолиты синтезируются из источников кремнезема, не содержащих алюминия, или деалюминированием алюминийсодержащих цеолитов. Процесс деалюминирования осуществляется путем обработки цеолита паром при повышенных температурах, обычно выше 500 ° C (930 ° F). Эта высокотемпературная термообработка разрушает связи алюминий-кислород, и атом алюминия выталкивается из каркаса цеолита.

Активированный уголь [ править ]

Активированный уголь представляет собой высокопористое аморфное твердое вещество, состоящее из микрокристаллитов с графитовой решеткой, обычно приготовленное в виде небольших гранул или порошка. Это неполярно и дешево. Одним из его основных недостатков является то, что он реагирует с кислородом при умеренных температурах (более 300 ° C).

Активированный уголь можно производить из углеродистого материала, включая уголь (битуминозный, полубитуминозный и лигнит), торф, древесину или скорлупу орехов (например, кокосовый орех). Производственный процесс состоит из двух этапов: карбонизации и активации. ^{[20] [21]}Процесс карбонизации включает сушку, а затем нагрев для отделения побочных продуктов, включая смолы и другие углеводороды, от сырья, а также для удаления любых образующихся газов. Процесс завершается нагреванием материала до температуры выше 400 ° C (750 ° F) в бескислородной атмосфере, которая не может поддерживать горение. Затем карбонизированные частицы «активируются» путем воздействия на них окислителя, обычно пара или двуокиси углерода, при высокой температуре. Этот агент сжигает структуры, блокирующие поры, созданные во время фазы карбонизации, и, таким образом, они образуют пористую трехмерную решетчатую структуру графита. Размер пор, образовавшихся во время активации, зависит от времени, которое они проводят на этой стадии. Более длительное время выдержки приводит к увеличению размера пор.Наиболее популярные угли в водной фазе имеют битумную основу из-за их твердости, стойкости к истиранию, распределения пор по размеру и низкой стоимости, но их эффективность необходимо проверять при каждом применении, чтобы определить оптимальный продукт.

Активированный уголь используется для адсорбции органических веществ ^[22] и неполярных адсорбатов, а также обычно используется для очистки отходящих газов (и сточных вод). Это наиболее широко используемый адсорбент, поскольку большинство его химических (например, поверхностные группы) и физических свойств (например, распределение пор по размеру и площадь поверхности) можно регулировать в соответствии с потребностями. Его полезность также определяется его большим объемом микропор (а иногда и мезопор) и, как следствие, большой площадью поверхности.

Адсорбция воды [ править ]

Адсорбция воды на поверхности имеет большое значение в химической технологии , материаловедении и катализе . Также называемое поверхностной гидратацией, присутствие физически или химически адсорбированной воды на поверхности твердых тел играет важную роль в управлении свойствами интерфейса, путями химических реакций и каталитическими характеристиками в широком диапазоне систем. В случае физически адсорбированной воды поверхностная гидратация может быть устранена просто путем сушки в условиях температуры и давления, допускающих полное испарение воды. Для химически адсорбированной воды гидратация может быть в форме диссоциативной адсорбции, где H ₂Молекулы O диссоциируют на адсорбированные на поверхности -H и -OH, или молекулярную адсорбцию (ассоциативную адсорбцию), при которой отдельные молекулы воды остаются нетронутыми ^[23]

Адсорбционное солнечное отопление и хранение [ править ]

Низкая стоимость (200 долларов за тонну) и высокая частота цикла (2000 ×) синтетических цеолитов, таких как Linde 13X с водным адсорбатом, в последнее время вызвали большой академический и коммерческий интерес для использования для хранения тепловой энергии (TES), особенно низкосортных солнечных и отходящее тепло. С 2000 г. по настоящее время (2020 г.) в ЕС было профинансировано несколько пилотных проектов. ^{[ необходима цитата ]}Основная идея заключается в хранении солнечной тепловой энергии в виде скрытой химической энергии в цеолите. Обычно горячий сухой воздух из плоских солнечных коллекторов пропускается через слой цеолита, так что любой присутствующий адсорбат воды удаляется. Хранение может быть суточным, еженедельным, ежемесячным или даже сезонным, в зависимости от объема цеолита и площади солнечных тепловых панелей. Когда требуется тепло ночью, в часы без солнца или зимой, увлажненный воздух проходит через цеолит. По мере того как цеолит поглощает влагу, тепло передается воздуху, а затем и помещению здания. Эта форма TES с конкретным использованием цеолитов была впервые предложена Геррой в 1978 г. ^[24]

Улавливание и хранение углерода [ править ]

Типичными адсорбентами, предлагаемыми для улавливания и хранения углерода, являются цеолиты и MOF . ^[25] Индивидуальная настройка адсорбентов делает их потенциально привлекательной альтернативой абсорбции. Поскольку адсорбенты можно регенерировать за счет колебаний температуры или давления, этот этап может быть менее энергоемким, чем методы регенерации абсорбцией . ^[26] Основные проблемы, связанные со стоимостью адсорбции при улавливании углерода, включают: регенерацию адсорбента, массовое соотношение, растворитель / MOF, стоимость адсорбента, производство адсорбента, срок службы адсорбента. ^[27]

Адсорбция белков и поверхностно-активных веществ [ править ]

Адсорбция белка - это процесс, который играет фундаментальную роль в области биоматериалов . Действительно, поверхности биоматериалов, контактирующие с биологическими средами, такими как кровь или сыворотка, немедленно покрываются белками. Таким образом, живые клетки взаимодействуют не напрямую с поверхностью биоматериала, а со слоем адсорбированных белков. Этот белковый слой обеспечивает взаимодействие между биоматериалами и клетками, переводя физические и химические свойства биоматериала на «биологический язык». ^[28] Фактически, рецепторы клеточной мембраны связываются с биоактивными сайтами белкового слоя, и эти события связывания рецептор-белок передаются через клеточную мембрану таким образом, чтобы стимулировать специфические внутриклеточные процессы, которые затем определяют адгезию, форму, рост и дифференцировку клеток. На адсорбцию белка влияют многие свойства поверхности, такие как смачиваемость , химический состав поверхности ^[29] и морфология поверхности в нанометровом масштабе. ^[30] Адсорбция поверхностно-активного вещества - подобное явление, но с использованием молекул поверхностно-активного вещества вместо белков. ^[31]

Адсорбционные чиллеры [ править ]

Адсорбционные чиллеры, сочетающие адсорбент с хладагентом, используют тепло для обеспечения охлаждающего эффекта. Это тепло в виде горячей воды может поступать из любого числа промышленных источников, включая отходящее тепло промышленных процессов, первичное тепло от солнечных тепловых установок или тепло выхлопных газов или водяной рубашки поршневого двигателя или турбины.

Хотя между адсорбционными охладителями и абсорбционным охлаждением есть сходство , первое основано на взаимодействии между газами и твердыми частицами. Адсорбционная камера чиллера заполнена твердым материалом (например, цеолитом, силикагелем, оксидом алюминия, активированным углем или некоторыми типами солей металлов), который в своем нейтральном состоянии адсорбировал хладагент. При нагревании твердое вещество десорбирует (высвобождает) пар хладагента, который затем охлаждается и сжижается. Затем этот жидкий хладагент обеспечивает охлаждающий эффект в испарителе за счет своей энтальпии парообразования . На заключительной стадии пар хладагента (ре) адсорбируется твердым телом. ^[32] Поскольку адсорбционный чиллер не требует компрессора, он относительно тихий.

Адсорбция, опосредованная сайтом портала [ править ]

Адсорбция, опосредованная портальными сайтами, представляет собой модель сайт-селективной адсорбции активированного газа в металлических каталитических системах, которые содержат множество различных сайтов адсорбции. В таких системах низкокоординированные дефектоподобные участки «края и уголки» могут иметь значительно более низкие энтальпии адсорбции, чем высококоординированные ( базисная плоскость) места. В результате эти участки могут служить «порталами» для очень быстрой адсорбции на остальной поверхности. Это явление основано на обычном «побочном» эффекте (описанном ниже), когда определенные адсорбированные частицы проявляют высокую подвижность на некоторых поверхностях. Модель объясняет, казалось бы, противоречивые наблюдения термодинамики и кинетики адсорбции газа в каталитических системах, где поверхности могут существовать в ряде координационных структур, и она успешно применялась к биметаллическим каталитическим системам, где наблюдается синергетическая активность.

В отличие от чистого перетока, адсорбция на портальном участке относится к поверхностной диффузии к соседним участкам адсорбции, а не к неадсорбционным опорным поверхностям.

Модель, по-видимому, была впервые предложена для монооксида углерода на платине, нанесенной на кремнезем, Brandt et al. (1993). ^[33] Подобная, но независимая модель была разработана Кингом и его сотрудниками ^{[34] [35] [36]} для описания адсорбции водорода на биметаллических катализаторах рутения, серебра-рутения и меди-рутения, нанесенных на кремнезем. Та же группа применила модель к гидрированию CO ( синтез Фишера-Тропша ). ^[37] Zupanc et al. (2002) впоследствии подтвердили ту же модель адсорбции водорода на биметаллических цезий-рутениевых катализаторах, нанесенных на оксид магния. ^[38] Trens et al.(2009) аналогичным образом описали поверхностную диффузию CO на углеродных частицах Pt различной морфологии. ^[39]

Перелива адсорбции [ править ]

В случае каталитических или адсорбционных систем, в которых частицы металла диспергированы на материале носителя (или носителе) (часто квазиинертные оксиды, такие как оксид алюминия или кремнезем), адсорбирующие частицы могут косвенно адсорбироваться на поверхности носителя под воздействием условия, при которых такая адсорбция термодинамически невыгодна. Присутствие металла служит более низкоэнергетическим путем для газообразных частиц, которые сначала адсорбируются на металле, а затем диффундируют на поверхности носителя. Это возможно, потому что адсорбированные частицы достигают более низкого энергетического состояния после того, как они адсорбируются на металл, тем самым снижая активационный барьер между частицами газовой фазы и частицами, адсорбированными носителем.

Перетекание водорода является наиболее распространенным примером адсорбционного перетока. В случае водорода адсорбция чаще всего сопровождается диссоциацией молекулярного водорода (H ₂ ) до атомарного водорода (H) с последующим переносом присутствующих атомов водорода.

Эффект спилловера использовался для объяснения многих наблюдений в гетерогенном катализе и адсорбции. ^[40]

Адсорбция полимеров [ править ]

Адсорбция молекул на поверхности полимера является центральной для ряда приложений, включая разработку антипригарных покрытий и в различных биомедицинских устройствах. Полимеры также могут адсорбироваться на поверхности за счет адсорбции полиэлектролита .

Адсорбция в вирусах [ править ]

Адсорбция - это первый шаг в жизненном цикле вируса . Следующие шаги - проникновение, снятие покрытия, синтез (транскрипция, если необходимо, и трансляция) и высвобождение. В этом отношении цикл репликации вирусов одинаков для всех типов вирусов. Такие факторы, как транскрипция, могут понадобиться, а могут и не потребоваться, если вирус способен интегрировать свою геномную информацию в ядро ​​клетки или если вирус может реплицироваться непосредственно в цитоплазме клетки.

В популярной культуре [ править ]

Игра в тетрис - это игра-головоломка, в которой блоки из 4 адсорбируются на поверхность во время игры. Ученые использовали тетрис блоки « в качестве прокси для молекул со сложной формой» и их «адсорбцией на плоскую поверхность» для изучения термодинамики из наночастиц . ^{[41] [42]}

См. Также [ править ]

• Адатом
• Криоадсорбция
• Двухполяризационная интерферометрия
• Концентратор с псевдоожиженным слоем
• Зондовый силовой микроскоп Кельвина
• Микромеритика
• Молекулярная решетка
• Адсорбция Поланьи
• Адсорбция при переменном давлении
• Случайная последовательная адсорбция

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Посмотрите адсорбцию в Викисловаре, бесплатном словаре.