Bok tamo! Kao dobavljač karbonskog molekularnog sita (CMS), dobio sam gomilu pitanja o tome kako adsorbira različite plinove. Pa sam mislio da ću to raščlaniti u ovom postu na blogu.
Prvo, razgovarajmo o tome što je ugljično molekularno sito. To je vrsta poroznog ugljičnog materijala s jedinstvenom strukturom pora. Te su pore super sićušne, obično u rangu mikropora (manje od 2 nanometra). Ova posebna struktura čini CMS tako dobrim u adsorpciji različitih plinova.
Osnove adsorpcije
Adsorpcija je proces u kojem se molekule plina lijepe za površinu čvrstog materijala. Postoje dvije glavne vrste adsorpcije: fizička adsorpcija i kemijska adsorpcija.
Fizička adsorpcija, također poznata kao fiziosorpcija, događa se kada se molekule plina privuku na površinu CMS-a slabim van der Waalsovim silama. Te su sile poput laganog povlačenja koje drži molekule plina blizu površine. To je reverzibilan proces, što znači da se molekule plina mogu lako osloboditi s površine kada se uvjeti promijene, primjerice kada temperatura poraste ili tlak padne.
Kemijska adsorpcija ili kemisorpcija malo je drugačija. Ovdje molekule plina stvaraju kemijske veze s površinom CMS-a. Ovo je jače i trajnije vezivanje u usporedbi s fizisorpcijom. Obično je potrebno više energije za raskid tih veza i oslobađanje molekula plina.
Mehanizam adsorpcije za različite plinove
Odvajanje dušika i kisika
Jedna od najčešćih primjena CMS-a je odvajanje dušika i kisika iz zraka. Zrak se sastoji od oko 78% dušika, 21% kisika i male količine drugih plinova. CMS može selektivno adsorbirati kisik preko dušika, što nam omogućuje proizvodnju dušika visoke čistoće.
Razlog ove selektivne adsorpcije leži u veličini i obliku molekula plina i strukturi pora CMS-a. Molekule kisika su nešto manje i lakše se polariziraju od molekula dušika. Mikropore u CMS-u prave su veličine kako bi omogućile molekulama kisika ulazak i lakšu adsorpciju. Van der Waalsove sile između molekula kisika i površine ugljika jače su, uzrokujući lijepljenje kisika za CMS.
Nakon što se kisik adsorbira, preostali plin većinom je dušik, koji se može sakupiti kao produkt. Kada CMS postane zasićen kisikom, možemo ga regenerirati smanjenjem tlaka ili povećanjem temperature. Time se oslobađa adsorbirani kisik i CMS je spreman za ponovnu upotrebu.
Na primjer, našJXSEP®LG - 610 ugljično molekularno sitoje posebno dizajniran za proizvodnju dušika iz zraka. Ima visok kapacitet adsorpcije kisika i može proizvesti dušik čistoće do 99,99%.
Adsorpcija ugljičnog dioksida
Ugljični dioksid (CO₂) još je jedan plin koji CMS može adsorbirati. Molekule CO₂ veće su od molekula kisika i dušika, ali imaju veliki kvadrupolni moment, što znači da imaju neravnomjernu raspodjelu naboja. Ovo svojstvo omogućuje snažniju interakciju CO₂ s karbonskom površinom CMS-a.
Adsorpcija CO₂ na CMS može se dogoditi kroz fiziosorpciju i kemisorpciju. Na niskim temperaturama i visokim tlakovima fizisorpcija je dominantan mehanizam. Molekule plina privlače površinu van der Waalsovim silama. Na višim temperaturama i u prisutnosti određenih površinskih funkcionalnih skupina na CMS-u, može doći do kemisorpcije, stvarajući karbonatne vrste na površini.
NašeUgljično molekularno sito - JXSEP®HG - 110ima izvrsnu adsorpcijsku učinkovitost za CO₂. Može se koristiti u primjenama poput poboljšanja bioplina, gdje je CO₂ potrebno ukloniti iz metana kako bi se proizveo biometan visoke kvalitete.
Adsorpcija vodika
Vodik (H₂) je lagana i mala molekula plina. Adsorpcija vodika na CMS uglavnom je putem fizisorpcije. Mala veličina molekula vodika omogućuje im ulazak u mikropore CMS-a. Međutim, van der Waalsove sile između vodika i površine ugljika relativno su slabe jer je vodik nepolarna molekula.
Kako bi se povećao kapacitet adsorpcije vodika, mogu se napraviti neke izmjene na CMS-u, poput uvođenja metalnih nanočestica ili površinskih funkcionalnih skupina. Ove modifikacije mogu poboljšati interakciju između molekula vodika i površine ugljika. NašeUgljično molekularno sito - JXSEP®LG - 560pokazuje dobar potencijal za primjenu u pročišćavanju i skladištenju vodika.
Čimbenici koji utječu na adsorpciju
Postoji nekoliko čimbenika koji mogu utjecati na adsorpcijske performanse CMS-a za različite plinove.
Temperatura: Kao što sam ranije spomenuo, temperatura igra ključnu ulogu. Općenito, fiziosorpcija je povoljnija na niskim temperaturama jer je kinetička energija molekula plina niža, što omogućuje njihovo lakše hvatanje površinskim silama. Kako temperatura raste, molekule plina dobivaju više energije i veća je vjerojatnost da će se osloboditi s površine.
Pritisak: Viši tlak obično dovodi do adsorpcije više molekula plina na površini CMS-a. Kada se tlak poveća, koncentracija molekula plina u blizini CMS površine također se povećava, što povećava vjerojatnost da će se molekule adsorbirati.
Struktura pora: Veličina, oblik i raspodjela pora u CMS-u su kritični. Dobro osmišljena struktura pora može osigurati selektivnu adsorpciju specifičnih plinova. Na primjer, CMS s uskom raspodjelom veličine pora oko veličine molekula kisika bit će učinkovitiji u odvajanju kisika od dušika.
Zašto odabrati naše karbonsko molekularno sito?
Proveli smo godine istražujući i razvijajući naše CMS proizvode kako bismo osigurali najbolju učinkovitost adsorpcije. Naši proizvodi izrađeni su od visokokvalitetnih sirovina i naprednih proizvodnih procesa. Imaju ujednačenu strukturu pora, visoku adsorpcijsku sposobnost i dug vijek trajanja.
Bilo da trebate odvojiti dušik i kisik, ukloniti ugljični dioksid ili pročistiti vodik, imamo pravi CMS proizvod za vas. Naš tim stručnjaka uvijek je spreman pomoći vam odabrati najprikladniji proizvod za vašu specifičnu primjenu.
Ako ste zainteresirani za naše proizvode Carbon Molecular Sieve i želite saznati više o tome kako mogu zadovoljiti vaše potrebe za odvajanjem plinova, slobodno nas kontaktirajte. Radujemo se što ćemo započeti sjajan poslovni odnos s vama i pomoći vam da postignete svoje ciljeve u odvajanju i pročišćavanju plina.
Reference
- Yang, RT (1987). Odvajanje plinova adsorpcijskim procesima. Butterworths.
- Ruthven, DM, Farooq, S. i Knaebel, KS (1994). Adsorpcija promjene tlaka. Nakladnici VCH.
- Do, DD (1998). Adsorpcijska analiza: ravnoteže i kinetika. Imperial College Press.