กลไกการดูดซับของตัวดูดซับคืออะไร?

การดูดซับเป็นกระบวนการพื้นฐานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีบทบาทสำคัญในการใช้งานเช่นการทำให้บริสุทธิ์น้ำการแยกก๊าซและการสกัดทองคำ ในฐานะผู้จัดหาตัวดูดซับชั้นนำเรามีส่วนร่วมอย่างลึกซึ้งในการวิจัยการพัฒนาและการจัดหาตัวดูดซับประสิทธิภาพสูง ในบล็อกนี้เราจะสำรวจกลไกการดูดซับของตัวดูดซับซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจประสิทธิภาพและแอปพลิเคชันของพวกเขา

แนวคิดพื้นฐานของการดูดซับ

การดูดซับเป็นปรากฏการณ์พื้นผิวที่โมเลกุลหรือไอออนจากเฟสของเหลว (ก๊าซหรือของเหลว) สะสมบนพื้นผิวของตัวดูดซับที่เป็นของแข็ง มีการดูดซับหลักสองประเภท: การดูดซับทางกายภาพ (Physisorption) และการดูดซับสารเคมี (เคมี)

การดูดซับทางกายภาพ

การดูดซับทางกายภาพเกิดขึ้นเนื่องจากแรงหนุน Van der Waals ระหว่างตัวดูดซับ (สารถูกดูดซับ) และตัวดูดซับ กองกำลังเหล่านี้รวมถึงกองกำลังกระจายตัวของลอนดอนการปฏิสัมพันธ์ไดโพลไดโพลและพันธะไฮโดรเจน พลังงานของการดูดซับทางกายภาพค่อนข้างต่ำโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 5 - 40 kJ/mol

หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญของการดูดซับทางกายภาพคือการย้อนกลับ ตัวดูดซับสามารถดูดซับได้ง่ายโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิความดันหรือความเข้มข้นของตัวดูดซับในเฟสของเหลว การดูดซับทางกายภาพมักจะรวดเร็วและสามารถเข้าถึงสมดุลได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังไม่เฉพาะเจาะจงซึ่งหมายความว่าตัวดูดซับสามารถดูดซับสารที่หลากหลายได้

ตัวอย่างเช่นคาร์บอนที่เปิดใช้งานเป็นตัวดูดซับที่รู้จักกันดีซึ่งทำงานเป็นหลักผ่านการดูดซับทางกายภาพ มันมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และโครงสร้างที่มีรูพรุนซึ่งให้พื้นที่มากมายสำหรับโมเลกุลดูดซับที่จะแนบ คาร์บอนที่เปิดใช้งานสามารถใช้ในการดูดซับสารประกอบอินทรีย์ก๊าซเช่นมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์และแม้แต่ไอออนโลหะหนักในน้ำ

การดูดซับสารเคมี

ในทางกลับกันการดูดซับทางเคมีเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างตัวดูดซับและตัวดูดซับ พลังงานของการดูดซับสารเคมีนั้นสูงกว่าการดูดซับทางกายภาพมากโดยปกติจะอยู่ในช่วง 40 - 800 kJ/mol การดูดซับประเภทนี้มักจะกลับไม่ได้หรือยากที่จะย้อนกลับ

การดูดซับทางเคมีมีความเฉพาะเจาะจงอย่างมากเนื่องจากขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของตัวดูดซับและตัวดูดซับ มันมักจะต้องใช้พลังงานกระตุ้นบางอย่างที่จะเกิดขึ้นและอัตราการดูดซับมักจะช้ากว่าการดูดซับทางกายภาพ ตัวอย่างเช่นในกรณีของโลหะ - เฟรมเวิร์กอินทรีย์ (MOFs) MOF บางตัวสามารถเลือกโมเลกุลก๊าซเฉพาะผ่านพันธะเคมีได้ ตัวอย่างเช่น MOFs ที่มีไซต์โลหะเปิดสามารถสร้างพันธะประสานงานกับโมเลกุลของก๊าซบางอย่างเช่นคาร์บอนมอนอกไซด์หรือไนโตรเจนออกไซด์

ปัจจัยที่มีผลต่อกลไกการดูดซับ

พื้นที่ผิวและโครงสร้างรูขุมขน

พื้นที่ผิวและโครงสร้างรูขุมขนของตัวดูดซับเป็นสองปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อประสิทธิภาพการดูดซับ พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ให้ไซต์การดูดซับมากขึ้นสำหรับโมเลกุลดูดซับ ตัวดูดซับที่มีพื้นที่ผิวสูงเช่นคาร์บอนที่เปิดใช้งานและซีโอไลต์สามารถดูดซับดูดซับจำนวนมาก

ขนาดรูขุมขนและการกระจายรูขุมขนยังมีบทบาทสำคัญ ตัวดูดซับที่แตกต่างกันมีขนาดโมเลกุลที่แตกต่างกันและขนาดรูขุมขนของตัวดูดซับควรเหมาะสมสำหรับโมเลกุลดูดซับที่จะเข้า ตัวอย่างเช่นตัวดูดซับ microporous (ขนาดรูขุมขน <2 นาโนเมตร) เหมาะสำหรับการดูดซับโมเลกุลขนาดเล็กในขณะที่ตัวดูดซับ mesoporous (ขนาดรูขุมขนระหว่าง 2 - 50 นาโนเมตร) สามารถดูดซับโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ macroporous adsorbents (ขนาดรูขุมขน> 50 nm) ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแพร่กระจายเริ่มต้นของโมเลกุล adsorbate ลงในตัวดูดซับ

องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีของตัวดูดซับกำหนดคุณสมบัติทางเคมีและประเภทของการโต้ตอบที่สามารถมีกับตัวดูดซับ ตัวอย่างเช่นตัวดูดซับที่มีกลุ่มการทำงานที่เป็นกรดหรือพื้นฐานบนพื้นผิวของพวกเขาสามารถโต้ตอบกับ adsorbates ที่เป็นกรดหรือพื้นฐานผ่านปฏิกิริยาพื้นฐานของกรด

ในกรณีของการสกัดทองคำตัวดูดซับเฉพาะได้รับการออกแบบให้มีกลุ่มเคมีที่สามารถสร้างพันธะที่แข็งแกร่งด้วยไอออนทองคำ ของเราRPMH 1003Adsorbent เป็นสูตรพิเศษที่มีการเลือกและความสัมพันธ์ที่สูงสำหรับไอออนทองคำในการแก้ปัญหา องค์ประกอบทางเคมีของ RPMH 1003 ช่วยให้สามารถสร้างคอมเพล็กซ์ที่มีเสถียรภาพด้วยไอออนทองคำผ่านการดูดซับสารเคมีทำให้สามารถกู้คืนทองคำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

อุณหภูมิ

อุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการดูดซับทั้งทางกายภาพและทางเคมี ในการดูดซับทางกายภาพการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมักจะนำไปสู่การลดลงของความสามารถในการดูดซับเนื่องจากพลังงานจลน์ของโมเลกุลดูดซับเพิ่มขึ้นทำให้ง่ายขึ้นสำหรับพวกเขาที่จะหลบหนีจากพื้นผิวดูดซับ

สำหรับการดูดซับสารเคมีผลของอุณหภูมิมีความซับซ้อนมากขึ้น ที่อุณหภูมิต่ำอัตราการดูดซับอาจช้าเนื่องจากขาดพลังงานกระตุ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอัตราการดูดซับอาจเพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงสูงสุด การเพิ่มอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้เกิดการดูดซึมของตัวดูดซับเนื่องจากการทำลายพันธะเคมี

ความเข้มข้นของตัวดูดซับ

ความเข้มข้นของตัวดูดซับในเฟสของเหลวยังส่งผลต่อกระบวนการดูดซับ จากการดูดซับ isotherm ที่ความเข้มข้นต่ำความสามารถในการดูดซับมักจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของการดูดซับ เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องความสามารถในการดูดซับอาจถึงจุดอิ่มตัวซึ่งมีการดูดซับไซต์การดูดซับที่มีอยู่ทั้งหมดบนตัวดูดซับ

isotherms การดูดซับ

การดูดซับ isotherms เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการดูดซับที่ดูดซับบนตัวดูดซับและความเข้มข้นของดุลยภาพของตัวดูดซับในเฟสของเหลวที่อุณหภูมิคงที่ มีโมเดลการดูดซับทั่วไปหลายแบบเช่น Langmuir isotherm, Freundlich isotherm และการเดิมพัน isotherm

langmuir isotherm

Langmuir isotherm สันนิษฐานว่าการดูดซับเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยจำนวนไซต์การดูดซับจำนวนคงที่และแต่ละไซต์สามารถดูดซับโมเลกุลที่ดูดซับได้เพียงหนึ่งโมเลกุล การดูดซับเป็นกระบวนการย้อนกลับและไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ดูดซับ สมการ Langmuir isotherm นั้นได้รับจาก:

[q = \ frac {q_ {max} k_ {l} c} {1 + k_ {l} c}]

โดยที่ (q) เป็นปริมาณของตัวดูดซับดูดซับต่อมวลของ adsorbent, (q_ {max}) คือความสามารถในการดูดซับสูงสุด (k_ {l}) คือค่าคงที่ langmuir ที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างการดูดซับ

isotherm ที่เป็นมิตร

Freundlich isotherm เป็นแบบจำลองเชิงประจักษ์ที่สันนิษฐานว่าการดูดซับเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่แตกต่างกัน สมการ freundlich isotherm คือ:

[q = k_ {f} c^{\ frac {1} {n}}]

โดยที่ (k_ {f}) และ (n) เป็นค่าคงที่ freundlich ค่าของ (n) หมายถึงความพึงพอใจของกระบวนการดูดซับ ถ้า (n> 1) การดูดซับเป็นสิ่งที่ดี; ถ้า (n = 1) การดูดซับเป็นเส้นตรง และถ้า (n <1) การดูดซับจะไม่ค่อยดี

เดิมพัน isotherm

การเดิมพัน isotherm ใช้เพื่ออธิบายการดูดซับหลายชั้นบนพื้นผิวที่เป็นของแข็ง มันขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าโมเลกุลดูดซับสามารถสร้างหลายชั้นบนพื้นผิวตัวดูดซับ สมการการเดิมพัน isotherm มีความซับซ้อนมากขึ้นและส่วนใหญ่จะใช้ในการคำนวณพื้นที่ผิวเฉพาะของตัวดูดซับ

ดูดซับสำหรับการสกัดทองคำ

ในอุตสาหกรรมการสกัดทองตัวดูดซับมีบทบาทสำคัญในการกู้คืนทองคำจากโซลูชั่นการกรองแร่ บริษัท ของเรานำเสนอตัวดูดซับประสิทธิภาพสูงสำหรับการสกัดทองเช่นGC E612 (S)และRMPC1032-

ตัวดูดซับเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้มีการเลือกและความสัมพันธ์ที่สูงสำหรับไอออนทองคำ พวกเขาทำงานผ่านการรวมกันของกลไกการดูดซับทางกายภาพและทางเคมี การดูดซับทางกายภาพให้การดูดซึมไอออนทองคำครั้งแรกอย่างรวดเร็วในขณะที่การดูดซับสารเคมีช่วยให้มั่นใจได้ว่าการจับไอออนทองคำที่แข็งแกร่งและมั่นคงไปยังตัวดูดซับ

โครงสร้างรูขุมขนที่เป็นเอกลักษณ์และองค์ประกอบทางเคมีของตัวดูดซับเหล่านี้ช่วยให้พวกมันดูดซับไอออนทองคำได้อย่างมีประสิทธิภาพจากการแก้ปัญหา ตัวอย่างเช่น GC E612 (S) มีการกระจายขนาดรูขุมขนที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งช่วยให้ไอออนทองคำกระจายเข้าไปในตัวดูดซับได้อย่างง่ายดายและกลุ่มการทำงานของพื้นผิวสามารถสร้างพันธะเคมีที่แข็งแกร่งด้วยไอออนทองคำ

บทสรุป

การทำความเข้าใจกลไกการดูดซับของตัวดูดซับเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในแอพพลิเคชั่นต่างๆ ประเภทของการดูดซับ (ทางกายภาพหรือเคมี) ปัจจัยที่มีผลต่อการดูดซับและการดูดซับ isotherms ล้วนมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความสามารถในการดูดซับการเลือกและประสิทธิภาพของตัวดูดซับ

ในฐานะผู้จัดหาตัวดูดซับชั้นนำเรามุ่งมั่นที่จะพัฒนาและจัดหาตัวดูดซับคุณภาพสูงที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะของลูกค้าของเรา ไม่ว่าจะเป็นเพื่อการทำให้บริสุทธิ์น้ำการแยกก๊าซหรือการสกัดด้วยทองคำตัวดูดซับของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมขึ้นอยู่กับความเข้าใจอย่างลึกซึ้งของกลไกการดูดซับ

หากคุณมีความสนใจในการดูดซับของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับกระบวนการดูดซับเราขอเชิญคุณติดต่อเราเพื่อการอภิปรายเพิ่มเติมและการจัดหาที่อาจเกิดขึ้น เราหวังว่าจะได้ทำงานร่วมกับคุณเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณ

การอ้างอิง

1. Rouquerol, F. , Rouquerol, J. , & Singh, K. (1999) การดูดซับโดยผงและของแข็งที่มีรูพรุน: หลักการวิธีการและการใช้งาน สื่อวิชาการ
2. หยาง, RT (2003) การแยกก๊าซโดยกระบวนการดูดซับ วิทยาศาสตร์โลก
3. Foo, Ky, & Hameed, BH (2010) ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองของระบบการดูดซับ isotherm วารสารวิศวกรรมเคมี, 156 (1), 2 - 10