جذب سطحی Adsorption

Preview:

DESCRIPTION

به نام خدا. جذب سطحی Adsorption. م هندسی منابع آب (آلودگی آب). مقدمه. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

جذب سطحی Adsorption

مهندسی منابع آب)آلودگی آب(

به نام خدا

د�فرآین اس�ت. جداس�ازی برمبن�ای س�طحی ج�ذب پدی�ده های اس�اس

جداس�ا�زی عکس� اختالط اس�ت و فرآ�ین�د اختالط در راس�تای ق�انون دوم

ترم�ودینا�می�ک ص�ورت می پ�ذیرد. �ب�را�ی تفکی�ک �نی�از ب�ه� ان�رژی زی�ادی اس�ت

هزین�ه می کن�د. ایف�ا مهم�ی نقش فرآی�ن�دهای �تفکی�ک د�ر ان�ر�ژی �بن�اب�راین

مرب�وط� ب�ه ان�رژی� در ک�ل فرآین�د �درص�د عم�ده ای ر�ا ب�ه �خ�ود �اختص�اص می

ده�د.

ت. از�ام�روزه ان�واع و اقس�ام فرآین�دهای جداس�ازی گس�ترش یافت�ه اس

�یون، �کریس�تال�یزاس ��یر،�ت�قط ��ه�ب �و�ان ��می ت��دها �ف�رآین و Adsorption ای�ن

Absorption .اشاره کرد

مقدمه

1

چند مثال برای عملیات جداسازی

ود�چن�د مث�ال زی�ر نمای�انگر ط�بیعت عم�ومی جداس�ازی خواه�د ب

آن�را نش�ان می ده�د. در ح�الت جداس�ازی و کاربرده�ای اص�لی

گ�ازی از فرآین�د ج�ذب ب�رای رط�وبت زدایی ه�وا و دیگ�ر گازه�ا،

ب�و زدایی و جداس�ازی ناخالص�ی ها از گازه�ای ص�نعتی مانن�د دی

اکسید کربن استفاده می شود.

ب�نزین، از فرآین�دهای جداس�ازی م�ایع می ت�وان رط�وبت زدایی

رن�گ زدایی محص�والت نف�تی و جداس�ازی آالین�ده های س�می از

ب�رد. مح�دوده عملی�ات می توان�د از چن�د گ�رم م�اده ن�ام آب را

کارخانه ه�ای در ج�اذب تن چن�دین ت�ا آزمایش�گاه در ج�اذب

صنعتی تغییر نماید.

2

3

تکنولوژی هایی که از سطح جامد برای جداسازی استفاده

می کنند عبارتند از:

( جذب سطحیAdsorption)

( تعویض یونیIon - Exchange)

( کروماتوگرافیChromatography)

(Ion – Exchange)تعویض یونی

ايع�فرآين�د تع�ویض ي�وني، واكنش ش�يميايي بين يونه�اي داخ�ل ف�از م

و يونه�اي ف�از جام�د اس�ت. يونه�اي خاص�ي در داخ�ل م�ايع توس�ط

ح�الت باي�د ك�ه اين ب�ه خ�اطر و مي ش�ود ي�وني جام�د ج�ذب مب�دل

ب�ه داخ�ل يونه�ايي را الك�تريكي برق�رار گ�ردد، مب�دل جام�د خنث�اي

م�ايع آزاد ك�رده ك�ه ج�ايگزين ي�ون ه�اي ج�ذب ش�ده گ�ردد. فرآين�د

تب�ادل ي�وني ب�ه ط�ور عم�ده در ن�رم س�ازي آب، ح�ذف م�واد مع�دني،

نمك زدايي و حذف

. نيتروژن به كار مي رود

4

(Chromatography) کروماتوگرافی

.د�می کنن اس�تفاده بیول�وژیکی م�واد جداس�ازی ب�رای بیش�تر روش این از

اس�ت روش�ی این کرو�م�اتوگرا�فی در مخل�و�ط. �ی�ک اج�زای �ج�د�اکردن ��ب�رای 

�از ی�ک� لو�ل�ه �ی�ا ش�بکه ��ی�ا� گ�ا�ز اس�ت �d مخل�وط �ک�ه �ب�ه ص�و�رت �م�ا�یع روش� معم�وال

� س�رعت� ح�ر�کت �اج�زای ت�ش�ک�یل د�هن�د�ه مخل�و�ط د�ر ل�ول�ه ی�ا ،�گ�ذرا�ن�ده م�ی ش�ود

ش�بکه� مخ�ت�ل�ف ا�س�ت )ب�ا ت�وج�ه ب�ه� عنا�ص�ر دی�وار�ه د�اخل�ی ل�ول�ه� ی�ا ش�بکه( در� نتیج�ه

�خ�ارج ج�زء �جدا�گان�ه ه�ر ش�ده �و تجز�ی�ه تش�کیل� د�ه�ن�ده �مخ�ل�و�ط �ب�ه �اج�زا�ی

�ث�ا�بت و� ف�از �مت�ح�ر�ک. ف�از �م�ی �ش�ود.� د�ر �کروم�ات�وگر�افی د�و ف�از و�ج�و�د� دا�رد �ف�از

ث�ا�ب�ت در �و�اق�ع� ا�ج�زا�ی د�رو�ن لو�ل�ه� ی�ا ش�بکه �ج�داس�ازی� را� تش�ک�ی�ل می د�هن�د� و �ف�از

��تخ�لیص ق�رار ��می� خواه�د �م�و�ر�د �ت�جزی�ه و ��ک�ه ��ب�ه م�ا�ده �ای �اس�ت �م�تح�رک �م�رب�وط

بگیرد.5

((Adsorptionجذب سطحی

زاء�جذب س�طحی ی�ک فرآین�د جداس�ازی اس�ت ک�ه در آن ب�رخی از اج

فا�ز سیا�ل به� سطح �یک �جاذب� سط�حی جا�مد منتق�ل می ش�وند.

ه�d ذرات ری�ز ج�اذب در بس�تر ث�ابتی نگ�ه داش�ته می ش�وند و س�یال ب معم�وال

ص�ورت پ�یوس�ته از می�ان بس�تر �عب�ور �داده �می ش�ود ت�ا جا�م�د ت�قریب�ا� س�یر

�شود و� دی�گر ن�توان به �جداس�ازی م�ورد نظ�ر دست� یافت.

جذب سطحي را مي توان تمايل مولكول هاي فاز سيال

براي چسبيدن به سطح جامد تعريف كرد .

6

Absorption , Adsorption

7

عملیات جداسازی توسط سطح جامد

8

a ،جذب سطحی )bتعویض یونی )

9

در فرآیند جذب سطحی:

Adsorbentجاذب:

Adsorbateماده جذب شده :

Adsorptمواد معلق :

10

ج�اذب اس�ت. ج�اذب ج�ذب، سیس�تم در اساس�ی عام�ل

پدیدآورن�ده فن�اوری ج�ذب س�طحی اس�ت. در گذش�ته اس�تفاده

انج�ام ب�ا ک�ه ب�وده اس�توار خط�ا و س�عی برمبن�ای جاذب ه�ا از

آزم�ایش کیفیت آنه�ا ان�دازه گ�یری می ش�د، ام�ا ام�روزه در بررس�ی

ه�ای انج�ام ش�ده از لح�اظ علمی س�اختار مناف�ذ و تخلخ�ل و

پیش از را ی�ک ج�اذب پارامتره�ای دیگ�ر و انرژی ه�ای س�طحی

در می کنن�د. اس�تفاده را ج�اذب آن برمبن�ای و می کنن�د تع�یین

س�اختار مولک�ولی منظم مق�دار ج�ذب اف�زایش می یاب�د و م�یزان

انتخ�اب پ�ذیری ن�یز زی�اد می ش�ود. ام�روزه بش�ر ق�ادر اس�ت م�واد

را درحد نانومتری از هم جدا کند.

اساس پدیده جذب سطحی

11

.پدیده جذب سطحی به خاطر خواص موجود بر روی سطح جامد اتفاق می افتد

این خواص دارای دو منشأ می باشد.

1 ده�: ب�ه این مفه�وم اس�ت ک�ه خ�واص س�طح ج�اذب از خ�واص discontinuity( پدی

م�تف�اوت اتم�ه�ای �ت�و�ده �از �س�ط�ح اتم� ه�ای در �وا�ق�ع ا�س�ت �م�تف�اوت �ج�اذ�ب ب�قی�ه

هستند.

2( اش�باع غ�یر جام�د اتمه�ای س�طح )Unsaturated این ب�ه پدی�ده این ( هس�تند.

�زی�ر س�ط�ح �اتمه�ای �جام�د ب�ا ات�م�ه�ای م�ج�او�ر پ�یون�د س�ط�حی �مف�ه�وم� ا�س�ت ک�ه� در

�ت�وان�ا�یی� ا�ی�ج�ا�د پ�یون�د �ب�ا ��ا�ت�م ه�ا از �ب�اال �آ�زاد ه�س�تند �و �ا�ی�ج�ا�د �ک�ر�د�ه �ا�س�ت ام�ا� د�ر �س�طح

��ح�ا�لت ��رس�ی�دن� ب�ه ��تم�ای�ل �ب�ر�ای ��ح�ا�ل�ت ��رو ی�ک ��از �ا�ین ��ر�ا دارن�د. ��د�ی�گ�ر �م�ول�ک�ول �ه�ای

�دا�ر�د. �بن�ا�بر�ای�ن� خا�ص�یت ج�ذ�ب س�طحی �در� آن �اش�با�ع د�ر� م�ول�کول �ه�ا�ی س�طح وج�ود

ایجاد می شود.

مکانیسم جذب

12

انواع جذب سطحی

(: Physical Adsorption- جذب فیزیکی یا جذب واندروالس)1

13

یک پدی�ده برگش�ت پ�ذیر اس�ت ک�ه نتیج�ه نیروه�ای جاذب�ه بین مولک�ول ه�ای جام�د و

م�اده ج�ذ�ب ش�ده� اس�ت.� بین� مولک�ول ه�ا ان�واع نیر�وه�ای� درونی وج�ود دارد و یکی

دو ک�ه اس�ت �ض�عی�فی �بس�یا�ر �ای�ن �ن�یروی اس�ت. �ن�ی�روه�ا، �وان�دروالس این از

�ام�ا ا�ین� ن�یر�و� تب�اد�ل الک�ترون و �تش�ک�یل پیون�د ��می کن�د، ��ج�ذب �م�ولک�و�ل ر�ا ب�ه �هم�دیگر

�ش�ود. �ای�ن ن�یرو�ی ف�ی�ز�یکی بس�ی�ار �ض�عیف ا�س�ت. ب�رای �مث�ال �ش�ی�میایی� را� ش�ام�ل نمی

��بین �مولکول�ه�ای ��ی�ک �جام�د� و� ی�ک� گ�از ب�یش�تر� از نی�روه�ای ��ن�یروی �جاذ�ب�ه� بین �وق�تی

گ�از ب�اش�د، �گ�از ر�وی� س�ط�ح �جام�د �جم�ع� و م�ت�ر�اکم �می ش�ود.� م�اد�ه ج�ذب ش�د�ه در

�ش�بک�ه کر�یس�تا�لی جا�م�د نف�وذ نمی� ک�ن�د و �د�ر آن� ح�ل ن�می �ش�ود،� بل�ک�ه در س�طح ب�اقی

م�ی� مان�د�. د�رهرح�ال �اگ�ر جام�د� دار�ای ت�خلخ�ل� و �لوله ه�ا�ی م�و�ئین ز�ی�ادی� باش�د، م�اده

جذب ش�ده، در �صورتی �که ج�امد را تر �کند، به �داخل �این ش�کاف ها نفوذ نمی کند.

انواع جذب سطحی

Chemical- جذب شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده )2

Adsorption)

14

جذب ش�یمیایی ی�ا ج�ذب س�طحی فع�ال ش�ده نتیج�ه فع�ل و انفع�االت

پیون�د ش�یمیایی م�اده ج�ذب ش�ده اس�ت. ق�درت و ش�یمیایی جام�د

و می کن�د تغی�یر مختل�ف ح�االت در ت�وجهی قاب�ل ط�ور ب�ه حاص�ل

نیروه�ای ولی اس�ت مش�کل عمال ش�یمیایی ترکیب�ات شناس�ایی

d بیش�تر از آن چ�یزی اس�ت ک�ه در ج�ذب ف�یزیکی چس�بندگی معم�وال

براب�ر ج�ذب 100وج�ود دارد. این پیون�د ش�یمیایی ق�وی اس�ت و ح�دود

آزاد ش�ده در ج�ذب ش�یمیایی دارد. ح�رارت ان�رژی ج�ذب ف�یزیکی

معم�وال زی�اد و در ح�دود ح�رارت ی�ک واکنش ش�یمیایی اس�ت . فرآین�د

d برگش�ت ناپ�ذیر اس�ت و ب�ا دف�ع و جداس�ازی اولی�ه م�اده ج�ذب عموم�ا

شده، تغییر شیمیایی در آن مشاهده می شود.

15

Associative- مولکولی : 1دو نوع جذب شیمیایی وجود دارد:

chemical adsorption

: Dissociative chemical adsorption-تفکیک شده: 2

مولکولی بسیار قویتر از جذب شیمیایی

شماتیکی از انواع مختلف جذب سطحی کربن مونوکسید بر روی سطح جامد

مقایسه جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی

16

( :van der Waals adsorption)جذب فیزیکی یا جذب واندروالس

پیوند ضعیف مولکولهای سیال به سطح جامد

Kcal/mole 0.1)~ )گرمازا

برگشت پذیر

( :Chemisorption)جذب شیمیایی

پیوند شیمیایی قوی

(Kcal/mole 10گرمازا )

برگشت نا پذیر

جاذب ها و پدیده جذب سطحی

17

d روی دی�واره حف�ره اک�ثر جاذب ه�ا م�وادی بس�یار متخلخ�ل هس�تند و ج�ذب س�طحی عم�دتا

��آنج�ا ک�ه �حفر�ه ه�ا� بس�ی�ار ��داخ�ل �ذر�ه� ص�ورت م�ی پ�ذ�یرد.� از ��مش�خص �در �ه�ا �و ی�ا مکا�ن ه�ای

خ�ا�ر�جی �از �م�س�احت �بزرگ�تر �م�ر�تب�ه �دا�خ�لی �چن�دین م�س�اح�ت س�ط�ح ک�و�چ�ک هس�تن�د،

�مول�ک�و�ل�ی، �ش�کل� و� ی�ا . � بر�س�دm2/g 2000ا�س�ت و� م�م�ک�ن� ا�س�ت ب�ه �ا�خت�الف �د�ر ج�ر�م

��س�طح� حف�ظ �م�حکم�ت�ر �ا�ز س�ای�رین� روی ا�ز �مو�لک�ول �ه�ا ب�ر�خی ب�اع�ث �می� ش�و�د �ق�ط�بیت

�ر�ا ��با�ش�ن�د �ک�ه �م�و�لکول� ه�ای �د�رش�ت� تر �آن �کو�چ�ک�تر �ا�ز �حف�ره� ه�ا �اس�ت �مم�کن �ش�و�ند �ی�ا

�ج�ذب� ش�ونده �� ا�ج�زاء،��ا�ز� م�و�ا�رد �� در� ب�س�یا�ر�ی.��در نت�یج�ه �م�واد �ا�ز� ه�م ج�د�ا �می� ش�وند �،�ب�پذی�رن�د

� ��ک�ا�م�ل آ�ن ��م�ی �ش�ون�د� ت�ا� ج�د�ا�س�ا�زی ��د�ا�ش�ت�ه ��مح�ک�م� نگ�ه ��ان�د�ا�زه ک�افی �� ب�ه)��ش�د�ه ��ی�ا ج�ذ�ب(

� ��ت�و�ان اح�ی�ا�ء ��می ��م�مک�ن �ب�ا�ش�د �آنگ�اه ��کم� س�ا�یر� ا�ج�ز�ا ��ج�ذ�ب� ب�س�ی�ا�ر ��س�ی�ا�ل� هم�ر�ا�ه ب�ا ��از �ج�ز�ء

�شده� ب�ه ص�ورت �غلیظ� ی�ا� تقریب�ا� خا�لص بدست� آی�د. �ج�اذب را �انجا�م داد� تا م�اد�ه جذب

طبیعت جاذبها

18

50 میلیم�تر ت�ا 12جام�دهای ج�اذب معم�وال ب�ه ش�کل گران�ول مص�رف می ش�وند و قط�ر آنه�ا از

خ�واص بعض�ی مص�رف م�وقعی�ت �و ک�اربرد بر�اس�اس با�ی�د جام�دها اس�ت. متغ�یر �میکروم�تر

�بای�د مق�ا�ومت و� س�ختی خ�وبی د�ا�ش�ته �باش�ند ت�ا در� اث�ر ح�م�ل و نق�ل �م�هندس�ی� را� دا�ش�ته� با�ش�ند. آ�نه�ا

�مس�ئل�ه دی�گ�ر ا�س�ت. ج�ذب �و �همچ�نین و�زن �خ�و�د �در بس�تر خ�رد� ن�ش�و�ند�. خاص�یت ج�ذب �جاذ�ب� ه�ا ی�ک

ی�ک� پد�ی�ده� عم�وم�ی� اس�ت و� ت�م�ام جام�د�ها، �گ�ازه�ا و ب�خ�ار�ات� ر�ا ب�ه� مق�داری ج�ذب می کنن�د. �ولی در

�از جا�م�دات ظ�رفیت ج�ذب الزم ر�ا دارن�د. �از �آنج�ا �ک�ه جام�دا�ت در �ا�ه�داف �ص�ن�عت�ی� فق�ط� ب�رخی

�ب�ه �ج�ذب م�و�اد خ�اص بس�یار� ا�ختص�اص�ی� و و�ی�ژه� عم�ل م�ی کن�ن�د، �ب�ه نظ�ر �می �رس�د� ک�ه �خ�وا�ص �مر�ب�وط

�ط�بیعت ش�یمیا�یی جا�م�دا�ت ب�ا �خ�واص ج�ذ�ب آ�نه�ا ا�رتب�اط دا�ش�ته با�ش�د. �و�ج�ود �س�طح زی�اد �در �واح�د

�ج�رم ب�ر�ای ج�اذ�ب ه�ای مفی�د� ض�ر�وری �اس�ت.� در� ج�ذ�ب گ�از�ی، س�طح� و�اقعی، س�طح �ذرات گ�ران�ول

این ر�ا� ش�امل می �ش�ود. و �ی�ا ش�ک�ا�ف ها بلک�ه �س�طح �بزر�گ�تر�ی �اس�ت� ک�ه� داخ�ل� س�و�راخ� ها �ن�یس�ت

�مول�ک�ول �قط�ر دا�رن�د �ول�ی ت�ع�داد زی�ا�د �آ�نه�ا �س�و�راخ �ها� مع�م�وال خی�لی� ک�و�چ�ک ه�س�تند �و �در �ح�د�ود چ�ن�د

�ب�اعث �تولید �سطح بزرگتری� برای جذب می� شود.

جاذب ها

19

جاذبها با خصوصيات سطح از قبيل مساحت سطح وي ژه و

قطبيت سطح شناخته مي شوند .

. وجود سطح زياد در واحد جرم براي جاذب ضروري است

50 جاذبهايي كه در صنعت به كار مي روند ابعادي ما بين

ميليمتر دارند .120ميكرون تا

. جاذب ها بايستي داراي خصوصيات مهندسي باشند

طراحی آزمایش های جذب

20

ک�ی و ورودی ی�ک س�یال و ج�اذب از یک سیس�تم ج�ذب متش�کل

محصول است که از سیستم خارج می شود.

:فاکتورهایی که در آزمایش جذب تأثیر دارند، عبارتند از

الف( خصوصیات جاذب

ب( خصوصیات جذب شونده

ج( خصوصیات محیط جذب

برخی از پرکاربردترین جاذب ها:

- کربن فعال1

21

كربن فع�ال از س�وختن ب�رخي م�واد از قبي�ل چ�وب، زغ�ال س�نگ هس�ته

ي�ا پوس�ت بعض�ي مي�وه ه�ا، اس�تخوان و... ب�ه دس�ت مي آي�د. اين ج�اذب

از دس�ته غ�ير قطبي ه�ا مي باش�د و تماي�ل كمي ب�ه ج�ذب آب و ق�درت

بااليي در جذب هيدروكربن ها دارد.

برخی از پرکاربردترین جاذب ها:

- آلوميناي فعال 2

22

اكس�ايد س�اخته مي ش�ود و در ش�كل هاي آلومي�نيوم از آلومين�اي فع�ال

مختلفي از دانه ه�اي كوچ�ك ن�اهموار ت�ا دانه ه�اي منظم ص�اف موج�ود مي

باش�د. اين ج�اذب از دس�ته قطبي ه�ا مي باش�د و در مي�ان جاذب ه�اي محكم

و قوي قرار دارد.

برخی از پرکاربردترین جاذب ها:

- سيليكاژل3

23

سيليكاژل ی�ا اکس�ید سیلیس�یوم ی�ک جس�م پرمنف�ذ گران�ول ب�وده، از

اس�ید و م�ایع( )شیش�ه س�دیم س�یلیکات بین ش�یمیایی واکنش

سولفوریک ساخته می شود. اين جاذب هم از دسته قطبي ها است.

سیلیکاژل از نظ�ر س�اختاری ب�دون ش�کل اس�ت ولی از نظ�ر ظ�اهری

ش�بیه دان�ه ه�ای کریس�تال ب�ه نظ�ر می آی�د. س�یلیکاژل ی�ک ج�اذب بی

بو، بی مزه و غیر

سمی می باشد .

برخی از پرکاربردترین جاذب ها:

- مولكوالرسيوها یا الک های مولکولی 4

24

و مي باش�ند آلوميناه�ا ب�ه ش�بيه ش�يميايي لح�اظ از مولكوالرس�يوها

داراي حفره ه�ايي يكس�ان هس�تند در ح�الي ك�ه آلوميناه�ا داراي حف�ره

هايي با اندازه و شكل متفاوت هستند.

برخی از پرکاربردترین جاذب ها:

- زئولیتها 5

25

ب�ه ص�ورت ن�وع داربس�تی ش�مرده می ش�وند و آب�دار از س�یلیکات های

ش�بکه کریس�تالی ش�امل اکس�یژن و آلومی�نیوم ی�ا س�یلیس هس�تند ک�ه

ب�ه ص�ورت س�اختمانی چه�ار بع�دی درآم�ده ان�د. ق�ابلیت تع�ویض ی�ونی

زئولیت ها بسیار زیاد است.

انواع سیستمهای جذب

26

((Slurryپیمانه ای 1.(Columnستونی )2.

وط�در آزمایش� های پیمانه� ای ج�اذب ب�ه ص�ورت پ�ودر اس�ت، ب�ا محل�ول مخلش�ده� و پ�س از انج�ام عم�ل� ج�ذب،� ج�ا�ذب فی�ل�تر می �ش�ود. مز�ای�ای آن عبارتن�د

�- اس�تفاده ا�ز مق�دار دلخ�واه ج�اذب ب�ر�ای رس�ید�ن ب�ه �غلظت �م�ورد 1از: ��ج�ذب� ب�ه �ص�ورت� ا�نتخ�ا�بی �اس�ت،� 2نظ�ر، ��اول�ی�ه کم�تر 3- �� س�رم�ایه �گ�ذاری-

�- به �شیوه های �مختل�ف قاب�ل اجرا �هست�ند. 4است. زرگ�سیس�تم های پیمانه� ای بس�یار س�اده هس�تند و در مقی�اس تج�اری و ب

ا�ج�را �نم�ی ش�وند. �از این رو�ش بی�ش�تر ب�ر�ای ا�ی�ده گ�ر�فتن �از �اطالع�ات ج�ذب جهت طراحی های دیگر استفاده می شود.

د و�در آزمایش� های س�تونی س�یال ب�ا ج�اذب درون ی�ک س�تون تم�اس دارنج�اذب� ب�ه ص�ورت گ�ران�ول اس�ت. �ی�ک عی�ب سی�س�تم های س�تونی این اس�ت �ایج�اد �انس�داد ��ب�اعث ،��باش�د �ک�ه� اگ�ر س�یال �ورو�دی د�ارا�ی م�واد �معل�ق� زی�ادی

در ستون و افت فشار می شود.

28

Recommended