Adszorpció Szilárd anyagok felületén történő komponensmegkötés (oldatokból és gázelegyekből) Szilárd felületen történő „sűrítés”

A kötőerők Kémiai~ Fizikai~ Van der Waals-féle kötőerők Kémiai kötőerők Kondenzációs hő reakcióhő Könnyebb deszorpció nehezebb deszorpció (reverzibilis) (irreverzibilis)

Az adszorpciónak kedvez: az adszorbeálandó komponens nagy móltömege (kondenzációra való hajlam) - a magas kritikus hőmérséklet - a magas nyomás

A „jó” adszorbens Szelektív Nagy fajlagos felületű és Az adszorbens belső pórusai! „szelektivitás” = Ez teszi lehetővé a szétválasztást ( „tisztítást” )

Milyen a gyakorlat számára „jó” adszorbens - szelektív Célunk a szétválasztás, „tisztítás” ! Az adott adszorbens tömeggel minél több „szennyeződést” szeretnénk megkötni - nagy fajlagos felület - nagy kapacitás (xDIN ) Az ágy nyomásvesztesége ( ΔpÁGY ) alacsony legyen - εTÖLTET nagy legyen Legyen jól (sok ciklusban) regenerálható xMARADÓ minél kisebb Kopásálló, szilárd, hőálló, stb. Olcsó

? Az adszorpció ( statikus ) egyensúlyának leírása: „Az anyagpár” Adott a megkötendő gázkomponens koncentrációja (parciális nyomása: pi) Adott: az adszorbens ? Az adszorbens által megkötött „mennyiség” = x, X: „telítettség, töltés, kapacitás”

Adszorpciós (statikus) egyensúlyi összefüggések, diagramokon: izobárok izotermák izosztérák Parciális nyomás(pi) Egyensúlyi telítettség: X t1=állandó t [oC] X t2=állandó pi = állandó

Adszorpciós egyensúlyi izotermák: Növekvő „t” Az adszorpciót döntő mértékben befolyásolja a megkötendő komponens és az adszorbens => az adszorpció „anyagpár függő” is. Adott,( „egy”) anyagpár

Az adszorpció (dinamikus ) egyensúlya xDINAMIKUS adszorbens Az egyensúly beállására nincs elegendő idő (diffúziós gátlás, hőfelszabadulás, folyamatos üzem) => XDIN < XEGYENSÚLYI

Dinamikus adszorpció: Az egyensúlyi (statikus) állapot elérésének akadálya: -A diffúzió sebessége véges -A hőfelszabadulás (hőelvezetés) nehezíti az izoterm állapot megközelítését Általában: A gyakorlatban értéke > (Tökéletlen regenerálás miatt)

Az adszorpció berendezése: A tisztítandó gázelegy adszorber adszorbens Egy adszorbens szemcse vizsgálata

Határréteg 1.Anyagátmenet a határrétegen 2.Diffúzió a szemcse pórusaiban 3.Adszorpció (megkötődés),hőfelszabadulás Az adszorpció exoterm folyamat! 4.-5.Hőáram a gázfázis irányába

2.Anyagátmenet a szemcse pórusaiban => A diffúzió függ a pórusátmérőtől => az adszorpció is függ az adszorbens pórusméret eloszlásától

Az adszorbens felület „véges”:

xvég xkezdeti 3.Adszorpció (megkötődés), hőfelszabadulás x: fajlagos adszorpció (kapacitás, telítettség, töltés) [g (adszorbeált tömeg) / g(adszorbens tömeg) ] Q: < az adszorptívum (egyensúlyi) koncentrációja, vagy parciális nyomása, a gázelegyben

GÁZ => a szemcse hőmérséklete nővekedik hőleadása a gáz felé Adszorpció =>hőfelszabadulás A felület telítődött => Adszorpció nincs =>hőfelszabadulás nincs => a szemcse hőmérséklete a gáz hőmérséklete felé tart

A tisztítandó gázelegy adszorber Az adszorpciós ágy jellemzése: L Adszorbens ágy (töltet) 1. A hőmérséklet változása az ágy hossza mentén (L) 2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén

1.Hőmérséklet lefutás (t) az adszorber működése közben (τ), ágy hossza mentén (L).( a folyamat adiabatikus ) tBE t L Adszorpciós zóna τ1 τ τ2 τ3 tKI

2. Koncentráció változás az ágy hossza mentén (Szakaszos adszorpció) Használatlan adszorber hossz (HAH) H Gáz konc. Aktív zóna Telítődött réteg(H) Tömegarány!

τi+1 τi A (szakaszos) adszorpciós ciklus „vége”: Az „áttörés” Használatlan réteg Aktív réteg Telítődött réteg

V[m3] Az áttörés értelmezése diagramon: Áttörés A szakaszos adszorpció vége, a regenerálás kezdete

„Molekulasziták” : Me+(AlO2)x .(SiO2)y .mH2O Egyforma, molekuláris méretű pórusok ( rácsüregek ) A kis méretű molekulák adszorbeálódnak

Kapilláris kondenzáció: kondenzáció a telítési nyomásnál kisebb nyomás esetén! A pórusokban folyadékfázis jelenik meg. Az adszorpcióra kedvező, a deszorpcióra nem. => hiszterézis Pórus

Az adszorpció előnyei: -Kis koncentrációban jelenlevő komponensek megkötésére is alkalmas -Energiaigénye kicsi ( környezeti hőmérsékleten üzemel) -Hőérzékeny anyagok leválasztására is használható - Folyadékok és gázok esetén is alkalmazható

hátrányai: -Az adszorbens telítődése miatt szakaszos művelet -A regenerálási ciklusok száma korlátozott (porlódás, „öregedés” ) -A regenerálás újabb környezetvédelmi gondot okozhat -Az elhasználódott adszorber-tömeg elhelyezése -A gáz előtisztítását igényli

Alkalmazása rendkívül gyakori: VOC megkötés Véggáztisztítás ( H2S, SOX ), szagtalanítás víztisztítás fémgőz leválasztás csírátlanítás katalízis

Deszorpció A szilárd anyag, ( adszorbens ) felületéről történő megkötött komponens eltávolítása. Megvalósítási lehetőségei: 1 .A telített réteg felhevítése meleg levegővel, vízgőzzel….a megkötőképesség csökken ( Egyensúly, Le Chatlier _ Braun ) 2. Nyomáscsökkentéssel: 3. Öblítőgázas: Az elnyelt komponenst nem tartalmazó gázzal való átfúvatás. 4.Csereadszorpció: A megkötött komponens kiszorítása az adszorbensen jobban kötődő komponenssel

Regenerálás: A telített adszorbens üzemképes ( adszorpcióra képes ) állapotba hozása. Reaktiválás: A használat során lecsökkent aktivitású adszorbens aktivitásának helyreállítása. ( Nem üzemi feladat, pl. aktív szén, 900 oC, O2 szegény környezet )

Az adszorbens ágy nyomásesése: Gáz átáramlás rendezetlen halmazon lamináris áramlás esetén: (Carman-Kozeny)

Gáz (gőz) elegy A szennyező pl. benzin Adszorpció Deszorpció