Adsorpce

Adsorpce je proces, jehož principem je hromadění částic (atomů, molekul) plynu, kapaliny či pevné látky na povrchu (fázovém rozhraní) účinkem mezipovrchových přitažlivých sil. Může se jednat např. o hromadění plynné látky ze směsi plynů nebo rozpuštěné látky v kapalině (adsorbátu) na povrchu pevné látky (adsorbentu), nebo o hromadění jedné složky binární směsi na rozhraní kapalina--pára.

Brunauerův, Emmettův a Tellerův model (BET) vícevrstvé adsorbce znázorňuje náhodné rozložení adsorbovaných molekul na povrchu materiálu.

Rozlišují se dva druhy adsorpce:

fyzikální adsorpce – vzniká na základě Van der Waalsových přitažlivých sil,
chemisorpce – je pevnější než fyzikální adsorpce, je tvořena chemickými vazbami.

Průběh adsorpce je charakterizován adsorpční rovnováhou, která určuje maximální množství látky, které je za daných podmínek možné adsorbovat a rychlostí adsorpce (kinetikou), která určuje rychlost tohoto děje.

Adsorpční rovnováha

Adsorpční rovnováha je popsána funkční závislostí naadsorbovaného množství na koncentraci, tedy adsorpčními izotermami nebo izobarami, podle toho zda proces probíhá za konstantní teploty nebo za konstantního tlaku. Častěji se používají adsorpční izotermy, z nichž nejjednodušší a nejznámější jsou Langmuirova a Freundlichova.

Langmuirova adsorpční izoterma

Langmuir modeluje povrch adsorbentu jako inertní s konečným počtem adsorpčních center, která jsou všechna stejná a adsorpční teplo, které se při adsorpcích uvolňuje není závislé na adsorbovaném množství $a$ . Z tohoto modelu odvozuje rovnici

$a={\frac {a_{\max }k_{L}p}{1+k_{L}p}}$

kde $a$ je adsorbované množství na jednotku absorbentu, $a_{\max }$ je maximální absorbovatelné množství, $k_{L}$ je rovnovážná konstanta mezi adsorpcí a desorpcí a $p$ je tlak plynu nad povrchem. Pro případ adsorpce z kapaliny se místo tlaku $p$ v rovnici objeví koncentrace $c$ .

Freundlichova adsorpční izoterma

Freundlich modeluje povrch adsorbentu podobně, avšak adsorpční teplo je závislé na adsorbovaném množství $a$

$a=Kp^{\frac {1}{n}}$

kde $K$ a $n$ jsou konstanty a pro kapaliny se v rovnici opět objeví koncentrace místo tlaku.

Rychlost adsorpce

Rychlost adsorpce se obvykle považuje za lineárně závislou na vzdálenosti od rovnováhy.

${\frac {\mathrm {d} a}{\mathrm {d} t}}=k(a_{\mathrm {rov} }-a)$

kde $t$ je čas a $k$ je rychlostní konstanta.

Desorpce

Po adsorpci je nutné adsorbent regenerovat opačným procesem - desorpcí, nebo adsorbent vyměnit. Desorpce probíhá za jiných podmínek, rovnováha je obrácena na druhou stranu a absorbovaná látka se naopak z pevného povrchu adsorbentu uvolňuje.

Využití

Adsorpce se využívá v praxi například při odstraňovaní organických látek, těžkých kovů z odpadních i pitných vod, dehydratace plynů, v adsorpčních chladicích zařízeních aj. Jako adsorbent se používá aktivní uhlí (práškové, granulované), silikagel, zemědělské rostlinné odpady, zeolity atd.

Literatura

Testování nových druhů adsorpčních materiálů pro odstraňování organických látek z plynů, Veronika Vrbová, 2007
Ponec, V., Knor, Z., Černý, S.: Adsorpce na tuhých látkách, SNTL, Praha, 1968
Perry, R.H.: Perry's chemical engineers' handbook, 7th edition, McGraw-Hill, New York, 1997, ISBN 0-07-049841-5

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu adsorpce na Wikimedia Commons
Slovníkové heslo adsorpce ve Wikislovníku