хемосорбция

хемосо́рбция

ХЕМОСОРБЦИЯ (от хемо... и сорбция)

поглощение твердым телом (адсорбентом) или жидкостью (абсорбентом) вещества из газовой фазы с образованием хим. соед.; частный случай сорбции (в зависимости от вида сорбента процесс также наз. абсорбцией или адсорбцией с хим. реакцией). Х. обычно сочетают с обратным процессом — десорбцией, при которой образовавшиеся в результате прямого процесса хим. соед. разрушаются и происходит выделение поглощенного вещества. В ряде случаев желательным результатом Х. являются собственно продукты реакции.

Х.- экзотермич. процесс, сопровождающийся выделением значит, количества теплоты. Например, при Х. кислорода металлами выделяется до 500 кДж/моль. Для газов теплота растворения при Х. абсорбентами также велика (до 130 кДж/моль) и существенно выше, чем теплота растворения газов при физ. абсорбции. Десорбция хемосорбентов, отличающихся высокими теплотами адсорбции или растворения, обычно затруднена, что иногда приводит даже к практич. необратимости процесса. В гетерог. катализе Х. рассматривают как отдельную стадию, предшествующую хим. превращению.

Характерная особенность Х. — чувствительность к хим. природе поглотителя (хемосорбента). В отличие от физ. адсорбции, при Х. не сохраняется индивидуальность поглощаемого вещества (адсорбтива) и хемосорбента. При сближении с его поверхностью молекул адсорбтива происходит перераспределение электронных плотностей взаимодействующих компонентов с образованием хим. связи. Х. протекает обычно с небольшой скоростью и может проходить при высоких температурах. когда физ. адсорбция пренебрежимо мала. Адсорбц. равновесие можно выразить в виде изотерм адсорбции, которые на однородных поверхностях описываются уравнением Ленгмюра, на неоднородных — уравнением Фрейндлиха.

При Х. раствором абсорбента растворимость газа зависит как от поглотит, способности химически неактивного компонента хемосорбента, так и от природы его активного компонента. B частности, растворимость газов при Х. определяется константе» хим. равновесия, стехиометрии, соотношениями и др. факторами. Из-за сложности указанной зависимости равновесные значения концентрации газа над раствором хемосорбента, как правило, находят экспериментально. Расчеты равновесия при Х. для ряда частных случаев приведены в спец, литературе.

При реализации жидкостной Х. помимо знания равновесных данных и кинетики хим. реакций нужно определять также скорость переноса вещества через границу раздела газ — жидкость в слой жидкости (см. переноса процессы). Сложность гидродинамики двухфазных потоков и необходимость совместного рассмотрения процессов переноса импульса, энергии и вещества в условиях протекания хим. реакций не позволяют производить расчет Х. на основании общих принципов. На практике часто используют упрощенные модели Х., напр. пленочную, обновления поверхности и т. д. C помощью этих моделей находят коэф. ускорения — отношение скорости абсорбции с хим. реакцией между газом и растворителем к скорости процесса без реакции.

При определенных условиях Х. сопровождается поверхностной конвекцией (т. наз. эффект Марангони, существенно убыстряющий межфазный перенос вещества; см. массообмен). Обусловленный ею ускоряющий фактор массопередачи определяют с помощью продольного градиента поверхностного натяжения.

Твердофазную и жидкостную Х. осуществляют в колонных аппаратах, тип и конструкция, а также гидродинамич. условия работы которых оказывают влияние на эффективность процесса. При Х. твердыми телами используют адсорберы с неподвижным, движущимся или псевдоожиженным (см. псевдоожижение) слоем адсорбента. Жидкостную Х. обычно проводят в абсорберах пленочного (см. плёночные аппараты) либо барботажного (см. барботирование) типа.

Х. применяют для разделения газовых смесей, при очистке газов от высших углеводородов, CO₂, сернистых соед. и др., а также в электровакуумной технике.

^{Лит.: Трепнел Б., Хемосорбция, пер. с англ., М., 1958; Очистка технологических газов, под ред. Т. А. Семеновой, И. Л. Лейтеса, 2 иэд., М., 1977; Аксельрод Ю.В., Газожидкостные хемосорбционные процессы, М., 1989.}

_{В. В. Дильман}