СИЛИКАГЕЛЬ, Его получение, свойства и применение

Роль капиллярной конденсации при адсорбции

В ряду сорбционных явлений капиллярная конденсация представляет собою заполнение объема пор пористого тела сжиженным паром, конденсирующимся вследствие пониже­ния его упругости над вогнутым мениском жидкости в ка­пиллярах.

О роли капиллярной конденсации в явлениях адсорб­ции существовали разные точки зрения [1, 294, 331—3331. Неймарк и Хацет [129], Киреев и Сологуб [334] предложи­ли прямой метод, дающий ответ на этот вопрос. Они ис­пользовали известный факт различия в составе жидкой двухкомпонентной смеси и равновесного пара над ней, проводя адсорбцию этих паров на силикагелях различной структуры и при различных заполнениях поверхности ад­сорбента.

По составу адсорбированного вещества жидкости и пара в равновесной системе авторы судили об относительной роли поверхностной адсорбции и капиллярной конденсации в процессе поглощения на пористых адсорбентах. Они исхо­дили из того, что капиллярно-конденсированное вещество обладает свойствами нормальной трехмерной жидкости.

Адсорбцию бинарных жидких смесей из паровой фазы в [129] проводили в статических условиях. Навески сили­кагелей разной структуры, предварительно прогретые при температуре 400° С, помещали в термостатированную замк­нутую систему, в которой находилась бинарная жидкая смесь и ее пары. При таких соотношениях адсорбента и ад­сорбируемого вещества состав исходной жидкой смеси (а значит, и ее паров) в процессе адсорбции практически не меняется. После насыщения силикагеля парами этой смеси последнюю десорбировали при температуре 400° С, до постоянного веса адсорбента и при помощи интерферо­метра, либо рефрактометра, определяли ее состав. В ка­честве поглощающей смеси применяли следующие системы: метилциклогексан — «-гептан, метилциклопентан — ме-- тилциклогексан и «-гептан — бензол.

Для первой смеси характерно приблизительное равен­ство молярных объемов компонентов, величины диэлектри­ческой постоянной, дипольных моментов, поляризуемости и др., что уменьшает селективность адсорбции того или иного компонента смеси. Вторая смесь была составлена таким образом, чтобы один из компонентов только незначи-

Тельно селективно адсорбировался, а третья часть выбира­лась такой, чтобы селективная адсорбция одного из компо­нентов была значительной. В качестве адсорбентов приме­нялись силикагели различного характера пористости.

В табл. 41 приведены результаты исследования соста­ва адсорбированного вещества. Кюветы интерферометра были заполнены исходной жидкостью и десорбированным из силикагеля веществом в виде конденсата (столбец 5, табл. 41). О разнице между составом исходной жидкости и пара над ней авторы судили по смещению барабана интер­ферометра, кюветы последнего были заполнены исходной жидкостью и сконденсированным равновесным с ней па­ром (столбец 2, табл. 4J). Как видно из табл. 4J, состав адсорбированного слоя на силикагелях различного харак­тера пористости резко различен. Состав адсорбированной смеси на мелкопористом силикагеле для системы метил - пи клогексан-н-гептан близок к составу парообразной фазы, на крупнопористом силикагеле приближается к составу жидкой фазы и состав поглощенного вешества среднепори­стый силикагелем лежит в промежутке между составом ад­сорбированного слоя на мелкопористом и крупнопористом силикагелях. Аналогичные результаты получены и для си­стемы метилциклопентан — метилциклогексан, с той лишь разницей, что состав адсорбированного вещества на мелко­пористом силикагеле несколько отличается от состава па­ровой фазы, по-видимому, благодаря лучшей избиратель­ности адсорбции этим силикагелем метилциклогексана.

Полученные результаты дают возможность до некоторой степени судить о состоянии вещества в адсорбированном слое. Так как адсорбированное вещество находится в рав­новесии с жидкостью и ее парами, то в случае соответствия состава адсорбированного слоя и равновесного состава жидкости можно предположить, что адсорбированное ве­щество находится в основном в состоянии трехмерной жидкости. Если же состав адсорбированного слоя не со­ответствует равновесному составу жидкости в объеме, то, вероятно, адсорбированное вещество находится не в ви­де трехмерной жидкости, а в виде адсорбционной пленки. Близость состава адсорбционной пленки к составу пара, обнаруженная при адсорбции бинарных смесей метил­циклогексан — гептан, метилциклопентан — метилцикло­гексан, является результатом соответствующего соотно­шения адсорбционных потенциалов, проявляемых силика­гелем по отношению к компонентам данных смесей. Вопрос О том, является адсорбционная пленка сжатым паром или двухмерной жидкостью, остается до сих пор открытым.

Если состав адсорбционной смеси находится в проме­жутке между составом адсорбата на мелкопористом и круп­нопористом образцах, то можно, по-видимому, говорить о том, что адсорбированное вещество находится как в виде адсорбционной пленки, так и в виде трехмерной жид­кости.

Таким образом, адсорбированное вещество на крупно­пористом силикагеле при его насыщении парами находится в виде жидкой фазы, на мелкопористом — в виде адсорб­ционной пленки, а адсорбированное вещество на силика­гелях смешанной структуры в виде адсорбционной плен­ки и трехмерной ЖИДКОСТИ,