Як адсорбенти використовують для очищення навколишнього середовища?

Незважаючи на те, що ми іноді чуємо про гучні розливи в новинах, неправильне поводження з небезпечними матеріалами та відходами не є рідкістю. За даними Агентства з охорони навколишнього середовища (EPA), це сталося на десятках тисяч місць у Сполучених Штатах, де небезпечні матеріали забруднили землю, воду та/або повітря [джерело: EPA]. Матеріали, відомі як адсорбенти мають важливе значення в процесі очищення.

Тут важливо зауважити, що адсорбція - це не той самий процес, що і абсорбція. Абсорбент всмоктує і містить у своєму корпусі інші матеріали, що призводить до набрякання об’єму абсорбенту. Подумайте про губку або паперовий рушник, які всмоктують ваше розлите молоко. З іншого боку, адсорбент притягує інші рідини або гази лише на свою поверхню. Однак "поверхня" може включати також внутрішні поверхні, такі як пори та капіляри. Високопористі речовини, як активоване вугілля, є чудовими адсорбентами.

Адсорбуючий зв’язок може бути як фізичним, так і хімічним. Фізична адсорбція передбачає слабке електростатичне притягання (також зване Ван дер Ваальс атракціон) між молекулами. Полярні речовини, які мають негативні та позитивні поверхневі заряди, як вода, притягуються до полярних адсорбентів. Неполярні речовини без чіткого поверхневого заряду, як органічні речовини, притягуються до неполярних адсорбентів. Фізична адсорбція оборотна в процесі, який називається десорбцією. Однак хімічна адсорбція відбувається внаслідок хімічного зв’язку і в основному незворотна. Оскільки адсорбенти багаторазово використовуються у процесі фізичної адсорбції, вони дешевші та кращі для очищення навколишнього середовища.

Процес адсорбції часто включає так званий адсорбер з нерухомим шаром, в якому така речовина, як повітря, проходить через шар твердого адсорбенту. У міру проходження повітря адсорбент притягує небажані частинки, що містяться в повітрі. Розміщення декількох шарів цих ліжок сприяє підвищенню ефективності. Це може бути регенеративний процес, коли адсорбент може пройти десорбцію, а потім знову ввести в експлуатацію.

Тепер, коли ми знаємо трохи про те, що таке адсорбція і як вона працює, ми можемо зрозуміти, як адсорбенти корисні для очищення небезпечних матеріалів. Детальніше читайте на наступній сторінці.

Кілька факторів визначають, наскільки ефективний адсорбент при очищенні навколишнього середовища. Сюди входить не тільки площа поверхні, але також хімічна структура, розмір пір та розмір частинок. Активоване вугілля, оскільки воно настільки пористе, є прикладом дуже ефективного та широко використовуваного адсорбенту. Дивно, але за належних умов один грам активованого вугілля може мати загальну площу поверхні п’ять футбольних полів [джерело: EPA]. Вуглець активується при нагріванні та обробці киснем для збільшення структури пор. Тоді активоване вугілля ефективно усуває домішки з води (таким чином, використовуючи їх у побутових фільтрах для води), а також очищає повітря від шкідливих газів у протигазах. Інші способи використання активованого вугілля включають усунення розчинників, запахів, газів та парів бензину.

Інші поширені адсорбенти включають силікагель, ефективний у видаленні неорганічних газів та очищувальних газів, та молекулярні сита, ефективні у видаленні оксиду азоту. Крім усього іншого, активований глинозем працює на видалення поліхлоровані біфеніли (Друкованих плат). ПХБ - це синтетичні сполуки, що використовуються особливо в електротехнічній промисловості до 1970-х років, коли вони були заборонені. Але оскільки вони не біодеградують, велика кількість ПХБ все ще забруднює воду, грунт і повітря.

Крім того, адсорбенти (більше, ніж абсорбенти) використовуються для доповнення очищення від розливу нафти. Зазвичай вони не є ефективними як основний метод очищення, окрім випадків, коли розлив нафти є дуже малим, але корисний для завершальних етапів очищення. Найкращими адсорбентами для очищення масла від води є як олеофільні (притягують масло), так і гідрофобні (водовідштовхувальні). Подумайте про те, як вам потрібно мило, а не просто вода, щоб очистити природні олії з волосся, або про те, як оперяні тварини можуть заливатися чорною олією, яка не змивається. З тих самих причин волосся та пір'я роблять ефективні адсорбенти для очищення розливів нафти у воді.

Для отримання додаткової інформації щодо очищення довкілля дивіться посилання на наступній сторінці.