جذب سطحی
جذب سطحی (Adsorption)
فرآیند جذب سطحی (Adsorption) عبارت است از جمعآوری مواد روی سطح مواد جاذب میباشد ولی جذب (Absorption) نفوذ مواد جمع شده به درون جاذب است. از آن جائیکه این دو پدیده غالباً همزمان رخ میدهند از واژه (Sorption) برای این پدیدهها استفاده میگردد. جزئی که جذب یا تغلیظ میشوند را جذبشونده (Adsorbate) مینامند. فاز جذبکننده را جاذب (Adsorbent) مینامند، همچنین جذب سطحی عموما جزو فرآیندهای تصفیه فیزیکی آب می باشد. از دیگر فرآیندهای تصفیه فیزیکی آب می توان به استفاده از اشعه UV، اسمز معکوس و فیلتراسیون اشاره نمود.
علل جذب سطحی و انواع آن
جذب سطحی ناشی از دو نیروی زیر انجام میگیرد. اولین نیروی مؤثر در جذب ناشی از خاصیت حلال گریزی (Solvent-disliking) یا لیوفوبیک جزء حل شونده به حلال است. دومین نیروهای مؤثر در جذب تمایل ویژه جزء حلشده به سطح جاذب جامد میباشد. بر اساس این نیروها سه نوع جذب سطحی وجود دارد.
الف) جذب سطحی تبادلی (Exchange Adsorption)
فرآیندی است که یونها بر روی سطح تجمع یافته و سطح را باردار مینمایند عامل تعیینکننده جذب سطحی تبادلی، بار یونهاست هر چه بار یون جذبشونده بیشتر باشد، شدت جذب بیشتر است. بهطور مثال یونهای دارای 3 بار، نسبت به یونهای دارای یکبار سرعت جذب بیشتری به سطح مخالف دارند.
چنانچه بار یونها یکسان باشد، شدت جذب بستگی بهاندازه مولکول دارد. بطوریکه هر چه اندازه مولکول کوچکتر باشد، بهراحتی در عمق بیشتری از سطح جاذب نفوذ نماید. این نوع جذب همانند جذب سطحی شیمیایی برای انجام واکنش عکس، انرژی زیادی نیاز میباشد؛ بنابراین برگشتناپذیر است.
ب) جذب سطحی فیزیکی (Physical Adsorption)
جذب سطحی فیزیکی عمدتاً در اثر نیروهای واندروالسی به وجود میآید. مقدار نیروی واندروالسی متناسب با عکس مجذور فاصله دو ذره است. از مشخصه این نوع جذب، انرژی کم جذب میباشد و یک فرآیند برگشتپذیر است. در این نوع جذب راندمان جذب با کاهش دما، افزایش مییابد. در دمای پایین این نوع جذب غالب میباشد. نمونهای از جذب فیزیکی میتوان جذب توسط کربن فعال را نام برد.
ج) جذب سطحی شیمیایی (Chemical Adsorption)
در این نوع جذب، بین جزء جذبشونده و سطح جاذب یک واکنش شیمیایی اتفاق میافتد و یک فرآیند غیرقابلبرگشت است زیرا برای انجام واکنش عکس به انرژی زیادی نیاز است. برخلاف جذب سطحی فیزیکی در این نوع جذب با افزایش دما، سرعت جذب یا واکنش افزایش مییابد درنتیجه راندمان جذب سطحی افزایش مییابد. جذب سطحی شیمیایی بهندرت در مهندسی محیطزیست کاربرد دارد.
ولی جذب سطحی فیزیکی رایج است. بیشتر پدیدههای جذب سطحی در اثر ترکیبی از سه نوع جذب فوق انجام میگیرد و معمولاً تشخیص آنها بهراحتی امکانپذیر نیست.
عوامل مؤثر بر جذب سطحی
بعضی از عوامل مؤثر بر جذب به شرح ذیل میباشد:
مساحت سطح جاذب: چون جذب سطحی یک پدیده سطحی است، میزان جذب به نسبت مساحت سطح مخصوص جسم جاذب بستگی دارد. مساحت سطح مخصوص عبارتاند از کل مساحت سطح جاذب که در عمل جذب شرکت میکند. هر چه ذرات جاذب ریزتر باشند به علت افزایش سطح تماس میزان جذب افزایش مییابد.
نوع جذبشونده: اندازه و قطر مولکولهای جزء جذبشونده باید در حدی باشد که بتواند جذب و وارد روزنه گردد.
PH: محلولی که در آن عمل جذب صورت میگیرد بر میزان جذب سطحی تأثیر میگذارد زیرا یون هیدروژن و هیدروکسید بهسرعت جذب سطح جاذب میشوند درنتیجه میزان جذب سایر یونها را تحت تأثیر قرار میدهند. بهطورکلی جذب سطحی آلاینده آلی محلول در آب با کاهش PH افزایش مییابد.
دما: واکنشهای جذب سطحی گرمازا یا اگزوترمیک هستند بنابراین با کاهش درجه حرارت میزان جذب افزایش مییابد و درصورتیکه جذب شیمیایی غالب باشد با افزایش دما، میزان جذب افزایش مییابد. ولی چون عامل اصلی جذب سطحی، جذب فیزیکی است و در جذب فیزیکی با افزایش دما میزان جذب کاهش مییابد.
اختلاط: هرچه اختلاط بیشتر شود، سرعت جذب بیشتر میشود.
غلظت جذبشونده: هرچه غلظت جزء جذبشونده در محلول بیشتر باشد، میزان جذب بیشتر است.
انواع جاذب و خصوصیات آنها
جاذبها بهطورکلی به دودسته طبیعی و مصنوعی تقسیم میشوند.
جاذبهای طبیعی: از این نوع جاذبها میتوان سیلیکاژل، خاک رس، خاک دیاتومه، کربن فعال و آلومینیای فعال یا آلومین را نام برد. آلومین و خاک رس دارای فرآیند جذب سطحی انتخابی میباشند که Al2O3 در حذف فلوراید و بنتونیت در حذف فلزات سنگین، دترجنت ها و رنگ مؤثر است.
جاذبهای مصنوع: ماکرو مولکولها و رزینهایی هستند که سطح مخصوص 300-750 گرم بر متر مربع دارند و بهسادگی احیاء میشوند.
انواع مختلف کربن فعال
کربن فعال بر اساس اندازه ذرات به دودسته تقسیم میشوند:
- کربن فعال پودری (PAC: Powdered Activated Carbon) قطر مؤثر ذرات آنها کمتر از 10-50 میکرومتر میباشد.
- کربن فعال دانهای (GAC: Granular Activated Carbon) قطر مؤثر ذرات آن بزرگتر از 0.1 میلیمتر است.
هزینه احیاء PAC زیاد ولی هزینه احیاء GAC کمتر و آسانتر است. PAC بیشتر برای حذف پیش سازهای DBPS و مولد طعم و بو استفاده میشود ولی GAC بیشتر برای حذف ترکیبات آلی پیچیده، VOCS، SOCS و THMS استفاده میشود. کاربرد PAC در تصفیه آب محدود به زلال سازی است. PAC ممکن است همراه با مواد منعقد کننده بکار میرود که در این حالت تشکیل فلوک ها با خصوصیات تهنشینی خوب را تشدید میکند.
برای دریافت اطلاعات بیشتر از فرآیند جذب سطحی از لینک های زیر استفاده کنید
جذب سطحی 1
