Adsorpce = nárůst koncentrace látek v oblasti mezifázového rozhraní, doprovázen poklesem mezifázové (povrchové) energie Adsorbent pevná látka, na jejímž povrchu dochází k adsorpci dostatečně velký specifický povrch adsorbentu (m 2 g -1 ) porézním nebo práškový charakter přirozený i umělý původ např. aktivní uhlí, přírodní i syntetické zeolity, adsorbenty na bázi silikagelu, sorpční hmoty (na bázi pryskyřic, hlinitokřemičitanů) Adsorbát látka adsorbovaná (vázaná) na fázovém rozhraní, její koncentrace při adsorpci v roztoku klesá, na povrchu adsorbentu naopak roste
Adsorpce z kapalné fáze na tuhém adsorbentu koncentrace adsorbátu v roztoku klesá z původní koncentrace c 0 (před přidáním adsorbentu) až na hodnotu blížící se rovnovážné koncentraci c r ; v rovnovážném stavu se již rozdělení adsorbované látky mezi kapalnou a pevnou fází nemění 16 14 12 (a) Ustavení rovnováhy adsorpce 48 h Doba míchání rovnovážných vsádkových testů 200 150 ph 5 ph 7 ph 9 Langmuirův model q t [mg g -1 ] 10 8 6 4 2 0 q t [mg g -1 ] 14 12 10 8 6 4 2 the 0-1 h section of the data 0 0 10 20 30 40 50 60 70 time [min] Picabiol 12x40 ph 5 ph 7 ph 8 Pseudo 2nd order 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 q e [mg.g -1 ] 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 C e [mg.l -1 ] time [h]
Kvantitativní charakteristika adsorpce zdánlivá (preferenční) adsorpce a i míra adsorpce jednotlivých složek roztoku na tuhém adsorbentu rozdíl mezi látkovým množstvím složky i v původním roztoku (n) a v roztoku po ustavení adsorpční rovnováhy (celkové látkové množství v roztoku je stále stejné), vše vztaženo na jednotku hmotnosti adsorbentu je funkcí teploty a rovnovážné koncentrace roztoku (stanovuje se závislost a i na rovnovážné koncentraci za konstantní teploty adsorpční izoterma) lze použít i pro směs látek koncentrace pak vyjadřována pomocí skupinových kritérií (např. TOC) a i V m ads c i c r c i a c r koncentrace složky i v roztoku před adsorpcí a v rovnovážném roztoku po adsorpci V objem roztoku vztažený na jednotku hmotnosti adsorbentu (m ads )
Kvantitativní charakteristika adsorpce relativní adsorpce 2,1 míra adsorpce složky i roztoku na tuhém adsorbentu rozdíl látkových množství složky i ve fázovém rozhraní (n is ) a objemových fázích (n i α a n iβ ), vše vztaženo na jednotkovou plochu fázového rozhraní a na stejné látkové množství složky 1 obdobný význam jako zdánlivá adsorpce 2,1 1 s ni ni ni n 1 n n 1 1 s n i s a n 1 s látkové množství složky i a složky 1 ve fázovém rozhraní n iα, n i β a n 1α, n 1 β látkové množství složky i a složky 1 v objemových fázích A plocha fázového rozhraní vztah mezi zdánlivou a relativní adsorpcí a 2 2,1 x1 A sp x 1 molární zlomek složky 1 v rovnovážném roztoku A sp specifický povrch adsorbentu
Adsorpční izoterma (izoterma koncentrační změny = složená izoterma) závislost adsorbovaného množství (experimentálně zjištěné zdánlivé adsorpce a i ) na rovnovážné koncentraci rozpuštěné látky v roztoku za konstantní teploty analytické vyjádření průběhu složené izotermy nejčastěji pomocí upravených vztahů, které původně (a) odvozeny pro popis adsorpce plynů na tuhých látkách Adsorbované množství q e [mg.g -1 ] 200 150 100 Picabiol 12x40 ph 5 ph 7 ph 8 Langmuirův model 50 0 0 50 100 150 200 Rovnovážná koncentrace C e [mg.l -1 ]
1) Langmuirova adsorpční izoterma - vyjadřuje závislost adsorbovaného množství látky na povrchu adsorbentu na její rovnovážné koncentraci v roztoku za konstantní teploty předpoklady: každé adsorpční místo zachycuje nejvýše jednu částici vytváří se jen jedna vrstva molekul (monovrstvá adsorpce) pravděpodobnost adsorpce je stejná na všech místech povrchu (všechna adsorpční místa mají stejnou energii, jsou navzájem ekvivalentní povrch je homogenní) adsorbované molekuly nemohou migrovat po povrchu a vzájemně se ovlivňovat a a max b cr 1 b c r Průběh Langmuirovy izotermy a množství adsorbované látky na jednotku hmotnosti adsorbentu a max... množství adsorbované látky potřebné k pokrytí povrchu monovrstvou b konstanta závislá na teplotě adsorpce c r rovnovážná koncentrace látky v roztoku
2) Freundlichova adsorpční izoterma - nejstarší analytické vyjádření závislosti naadsorbovaného množství látky na tuhém adsorbentu na její rovnovážné koncentraci za konstantní teploty předpoklady: povrch adsorbentu má heterogenní charakter, rozložení adsorpčních míst a jejich energií je exponenciální adsorbované molekuly se navzájem neovlivňují a K 1 c n r nebo ln a ln K 1 n ln c r c r rovnovážná koncentrace a adsorbované množství K... konstanta, s rostoucí teplotou klesá n konstanta, vždy > 1, s rostoucí teplotou se blíží 1 není lineární ani při nízkých koncentracích Průběh Freundlichovy izotermy nevykazuje limitní hodnotu adsorbovaného množství při vysokých koncentracích
Další typy a dělení adsorpčních izoterem IUPAC klasifikace - adsorpční izotermy a hysterézní smyčky typ I mikroporézní adsorbenty typ II - makroporézní adsorbenty; interakce adsorbát-adsorbent silné typ III - makroporézní adsorbenty; interakce adsorbát-adsorbent slabé typ IV a typ V izotermy s hysterézní smyčkou typ VI izoterma charakterizující vícevrstevnou adsorpci IUPAC Recommendations (1985, 1994) Adsorpční izotermy typické pro uhlíkaté adsorbenty (např. aktivní uhlí) lineární součástí počáteční fáze každé izotermy charakterizující adsorpci na homogenním povrchu Freundlichova typicky pro heterogenní povrch high affinity charakteristický strmý počáteční růst, následovaný pseudoplatem sigmoidální může signalizovat vícevrstevnou adsorpci, často na homogenním povrchu Moreno-Castilla (2004)
Typy adsorpce 1) fyzikální adsorpce přisuzována přitažlivým silám, které podstatou podobné van der Waalsovým interakcím působícím mezi všemi druhy částic (viz. 1. přednáška) adsorbované molekuly nejsou specificky vázány na určitá místa nespecifická na první naadsorbované vrstvě může vzniknout další vrstva (vícevrstevná adsorpce) dosahováno je i značné adsorpční kapacity nízká adsorpční tepla (desítky kj) samotná adsorpce velmi rychlá, prakticky okamžitá za určitých podmínek i desorpce látek reverzibilní děj 2) chemisorpce mezi molekulami adsorbátu a povrchu adsorbentu vznikají chemické vazby vazby mohou vznikat pouze mezi některými molekulami specifická pro vytvoření vazby nutná aktivační energie často probíhá jen na tzv. aktivních centrech (místa na povrchu adsorbentu s vyšší energií a afinitou k adsorbátu) adsorbuje se pouze jedna vrstva molekul (monovrstvá adsorpce); druhá a další vrstvy vázány už jen fyzikálními silami adsorpční tepla vyšší než u fyzikální adsorpce (desítky až stovky kj) oproti fyzikální adsorpci velmi pomalá (zejména při nízkých teplotách) obvykle nereverzibilní; dojde-li k desorpci, uvolňuje se jiná látka, než která se adsorbovala
Podle druhu adsorbující se částice: 3) molekulární adsorpce na povrchu pevného adsorbentu se adsorbují z roztoku celé molekuly nebo u elektrolytů oba druhy iontů ve stejné míře 4) iontová adsorpce ionty vzniklé disociací elektrolytu v roztoku se na adsorbentu zachycují různou měrou a) prostá iontová adsorpce - přednostně se adsorbuje jeden druh iontu elektrolytu, druhý ion se adsorbuje méně či vůbec povrch adsorbentu získává elektrický náboj b) výměnná iontová adsorpce za ionty adsorbované jsou zpět do roztoku uvolňovány jiné ionty, které pocházejí z krystalové mřížky nebo z vnější části elektrické dvojvrstvy adsorbentu
Mechanismus adsorpce není založen pouze na jednom typu interakcí. Bývá naopak výsledkem jejich spolupůsobení, je proto velmi obtížné rozlišit, v jaké míře se jednotlivé typy adsorpce na celkovém efektu podílí. Často také dochází k přepnutí z jednoho mechanismu na jiný. Konkrétní příklad interakcí, které se podílí na adsorpci organických látek na AC hydrofobní interakce mezi skeletem uhlí a hydrofobní částí adsorbátu vodíkové vazby mezi funkčními povrchovými skupinami uhlí a adsorbátu odpudivé elektrostatické interakce mezi naadsorbovanými molekulami a molekulami v roztoku přitažlivé elektrostatické interakce mezi aromatickými strukturami povrchu uhlí a adsorbátu laterální odpudivé interakce mezi molekulami naadsorbovanými na uhlí van der Waalsovy interakce
Kinetika adsorpce - rychlost adsorbování rozpuštěných látek z roztoku na povrchu adsorbentu závisí na rychlosti následných dílčích kroků, které se na adsorpci podílí: 1. vnější difúze transport látek obsažených a rozptýlených v roztoku směrem k povrchu adsorbentu 2. filmová difúze - difúze molekul adsorbátu přes tenkou vrstvu filmu na povrchu částic adsorbentu (hnací silou je koncentrační gradient kapaliny ve vrstvě) 3. vnitřní difúze - molekuly adsorbátu prostupují kapalinou naplněnými póry adsorbentu hlouběji do jeho struktury 4. samotná adsorpce molekul rozpuštěné látky na vnitřním povrchu adsorbentu (např. u aktivního uhlí přestup molekul adsorbátu z roztoku na selektivní adsorpční místa ve vnitřním prostoru pórů) Samotná adsorpce molekul rozpuštěné látky na vnitřním povrchu adsorbentu je obvykle velmi rychlá, celkovou kinetiku adsorpce neovlivňuje. Tu naopak řídí nejpomalejší dílčí krok, kterým je nejčastěji vnitřní, případně filmová difúze.
Kinetika adsorpce 16 14 (a) Ustavení rovnováhy adsorpce 48 h Doba míchání rovnovážných vsádkových testů 12 10 q t [mg g -1 ] 8 6 4 2 0 q t [mg g -1 ] 14 12 10 8 6 4 2 0 the 0-1 h section of the data 0 10 20 30 40 50 60 70 time [min] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 time [h] Picabiol 12x40 ph 5 ph 7 ph 8 Pseudo 2nd order
Faktory ovlivňující adsorpci vzájemná afinita látek podobné polarity nepolární adsorbent přednostně adsorbuje nepolární látky a naopak konkurenční adsorpce rozpouštědla výhodné, má-li rozpouštědlo opačnou polaritu než adsorbent (voda polární, proto nepolární aktivní uhlí velmi vhodné pro adsorpci z vodných roztoků) vlastnosti adsorbentu specifický povrch pórovitá struktura (velikostní distribuce pórů) obsah povrchových funkčních skupin vlastnosti adsorbátu relativní molekulová hmotnost polarita rozpustnost hydrofobicita obsah funkčních skupin vlastnosti roztoku ph iontová síla teplota
Faktory ovlivňující adsorpci vlastnosti adsorbentu specifický povrch pórovitá struktura (velikostní distribuce pórů) obsah povrchových funkčních skupin typ GAC FTL 830 PIC 12x40 specifický povrch S BET (m 2 /g) 1039 1667 povrch mezopórů S mezo (m 2 /g) 421 769 celkový objem pórů V total (mm 3 /g) 628 1197 objem mikropórů V mikro (mm 3 /g) 295 450 mikroporozita V mikro /V total (%) 47 37 nulový bod náboje ph pzc 8,6 3,5 1,0 + net surface charge of GACs Picabiol 12x40 Filtrasorb TL 830 0,5 Q [ mol m -2 ] 0,0 ph pzc = 8.6-0,5 ph pzc = 3.5 - net surface charge of GACs -1,0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ph [-]
Faktory ovlivňující adsorpci vlastnosti adsorbátu relativní molekulová hmotnost polarita rozpustnost hydrofobicita obsah funkčních skupin MW COM peptidů < 10 kda O OH O NH 2 OH O NH 2 OH O NH OH NH 2 NH NH 2 Hydrofilní (HPI), transfilní (TPI) a hydrofobní frakce (HPO) EOM a COM
q e [mg.g -1 ] Úprava podzemních a povrchových vod 8. přednáška Faktory ovlivňující adsorpci vlastnosti roztoku 80 60 Arg - FTL 0.01 M ph 5 0.3 M ph 5 0.01 M ph 7 0.3 M ph 7 0.01 M ph 9 0.3 M ph 9 Langmuir fits ph iontová síla teplota O O - Arg ph 5-9 NH 3 + NH NH q e (mg g -1 ) 40 20 200 150 100 ph 5 ph 7 ph 9 Langmuirův model NH 3 + ph 9 Arg PIC q e (mg g -1 ) 0 150 100 50 0 50 100 150 200 C e (mg L -1 ) Arg - PIC 0.01 M ph 5 0.3 M ph 5 0.01 M ph 7 0.3 M ph 7 0.01 M ph 9 0.3 M ph 9 Langmuir fits 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0 50 100 150 200 C e (mg L -1 ) C e [mg.l -1 ]
Aktivní uhlí (AC, Activated Carbon) široká skupina uhlíkatých adsorbentů se značně vyvinutou vnitřní pórovitou strukturou a velkým specifickým povrchem (500 2500 m 2 g -1 ) Využití adsorpce na aktivním uhlí - doúprava vody: odstraňování organických látek přírodního i syntetického původu, včetně mikropolutantů (pesticidy, herbicidy, PCB, léčiva, barviva, NOM, AOM, řasové toxiny, chlorované uhlovodíky, vedlejší produkty dezinfekce aj.) zlepšování organoleptických vlastností vody (odstraňování látek ovlivňujících chuť a pach vody) odstraňování těžkých kovů aj.
Řada modifikací granulované, práškové, peletizované (válečky), ve formě vláken a tkanin, impregnované, kryté polymery aj. Výroba a výchozí materiály přímý vliv na strukturu i chemismus povrchu AC vhodná celá řada prekurzorů, podmínkou vysoký obsah C a nízké koncentrace anorganických příměsí (černé, hnědé a dřevěné uhlí, kokosové skořápky, dřevo a dřevěné piliny, rašelina, lignit, pecky z ovoce aj.) výrobní proces tvoří: 1. karbonizace (tepelný rozklad) výchozí suroviny za nepřístupu vzduchu (do 800 ºC ) odstranění neuhlíkatých prvků a těkavých příměsí z výchozího materiálu, uvolněný C tvoří struktury podobné grafitu skládající se z vrstev kondenzovaných aromatických jader 2. aktivace vzniklého produktu oxidačními činidly (vodní pára, plyny, anorg. soli a kyseliny) za vysokých teplot (800 ºC 1200 ºC) zdokonalení pórovité struktury a zvětšení vnitřního specifického povrchu
Heterogenní pórovitá struktura Transportní póry - transport molekul adsorbátu k mikropórům; adsorpce makropóry průměr > 50 nm mezopóry průměr 2 nm 50 nm Mikropóry - tvoří až 95 % povrchu AC; adsorpce primární průměr < 0,8 nm sekundární průměr 0,8 nm 2 nm Velikostní distribuce pórů je jedním z hlavních faktorů ovlivňujících účinnost adsorpce na AC (velikost pórů vs. velikost adsorbovaných molekul). Mohan a Singh (2005)
Heterogenní pórovitá struktura
Chemismus povrchu závisí na obsahu heteroatomů (např. O, S, N, Cl, Na, K, P, Si aj.) ve struktuře AC (souvisí s typem použitého výchozího materiálu) významné zejména povrchové funkční skupiny obsahující atom O ve vodných roztocích je AC nositelem povrchového náboje, který je způsoben disociací těchto funkčních skupin nebo adsorpcí iontů z roztoku, vše v závislosti zejména na ph a iontové síle roztoku záporný povrchový náboj přisuzován povrchovým kyslíkatým skupinám kyselého charakteru (karboxylová, fenolová, laktolová, laktonová), které schopny odštěpovat H + kladný povrchový náboj původ není zcela objasněn, přisuzován zejména: - kyslíkatým komplexům bazického charakteru (pyrony, chromeny) - výskytu regionů uvnitř vrstev AC, které mají vysokou hustotu delokalizovaných π- elektronů (chovají se jako Lewisovy báze a přijímají z roztoku H + ) - funkčním skupinám s N či atomy kovů (zřídka)
Povrchový náboj Kyselé a bazické kyslíkaté funkční skupiny na povrchu AC ph NBN (ph nulového bodu náboje) = hodnota ph roztoku, při které je celkový náboj povrchu adsorbentu nulový, tj. počet kladně a záporně nabitých míst je vyrovnaný Newcombe (2006) ph > ph NBN na povrchu adsorbentu převažuje záporný náboj ph < ph NBN na povrchu adsorbentu převažuje kladný náboj Znalost chemismu (tj. zejména obsahu funkčních skupin) a nábojových poměrů na povrchu adsorbentu i adsorbované látky umožňuje předpovědět, jaké typy interakcí se mohou na samotném procesu adsorpce podílet.
Typy aktivního uhlí a jejich použití 1) Práškové aktivní uhlí (PAC, Powdered Activated Carbon) velmi jemné částice (průměr obvykle 10 100 µm) aplikace při sezónním či přechodném zhoršení kvality upravované vody vlivem zvýšených koncentrací polutantů (NOM, AOM, pesticidy, látky ovlivňující chuť a pach vody, řasové toxiny aj. ) přímé dávkování do vody před první nebo druhý separační stupeň Výhody - rychlá aplikace, rychlejší ustalování adsorpční rovnováhy než u granulované formy Nevýhody - po adsorpci nutno z vody odstranit (usazení, filtrace), díky partikulované formě totiž způsobuje tmavé zabarvení - nedá se regenerovat - neúspornost procesu Calgon Carbon (USA)
Typy aktivního uhlí a jejich použití 2) Granulované aktivní uhlí (GAC) větší částice než PAC (průměr 0,4 2,5 mm) finální stupeň dočištění vody po konvenční úpravě a před jejím následným hygienickým zabezpečením použití je kontinuální, výhodou je možnost regenerace po vyčerpání adsorpční kapacity a opětovné použití náplň v různých typech adsorbérů a filtrů www.water.siemens.com BaronBlakeslee (UK)
2) Granulované aktivní uhlí (GAC) Dynamická adsorpce upravovaná voda prochází kolonami s nehybnou vrstvou adsorbentu (tzv. fix-bed adsorbers) při průtoku upravované vody kolonou se rozpuštěné látky zachytí v horní vrstvě adsorbentu, dalšími vrstvami protéká čistá kapalná fáze rozhraní mezi vyčerpanou a čerstvou vrstvou adsorbentu (tzv. adsorpční čelo) není ostré, charakterizuje ho tzv. adsorpční vlna adsorpční vlna vyjadřuje pokles koncentrace z počáteční hodnoty c 0 na hodnotu c 0 vrstva (o výšce L c ), ve které k poklesu koncentrace dochází = adsorpční zóna místo přechodu zóny do čerstvého adsorbentu označováno jako čelo zóny během procesu adsorpční zóna postupuje ke konci kolony a v čase t=τ dojde k jejímu průniku koncentrace sledované látky postupně na odtoku z kolony roste a v čase t=t 0 dosáhne vstupní hodnoty c 0 vyčerpání adsorbentu průniková křivka vyjadřuje závislost koncentrace adsorbované látky v odtoku na čase (či proteklém objemu) z průniku (čas t=τ) lze následně stanovit adsorpční kapacitu adsorbentu pro daný adsorbát
Dynamická adsorpce adsorpční zóna vyčerpaný adsorbent adsorpční čelo adsorpční vlna čelo zóny průniková křivka Průniková křivka vyjadřující závislost koncentrace adsorbátu v odtoku z kolony na čase (uiozp.ft.utb.cz)
Adsorpční izotermy COM peptidů při ph 5, 7 a 8 na GAC PIC ph 5 ph = 5 GAC - Přitažlivé elektrostatické interakce mezi PIC a NH 2+ ; NH 3+ ; NH 3 + ph = 7 ph = 8 - - Odpudivé elektrostatické interakce mezi PIC a COO -, vodíkové vazby Adsorpční izotermy COM peptidů při ph 5, 7 a 8 na GAC FTL ph 5 ph = 5 GAC + Přitažlivé elektrostatické interakce mezi FTL a COO - ph = 7 ph = 8 + + Odpudivé elektrostatické interakce mezi FTL a COO - ; vodíkové vazby
Adsorpce COM peptidů při nižší (0,01 M NaCl) a vyšší (0,3 M NaCl) iontové síle Zvýšená IS roztoku vede k účinnější adsorpci COM peptidů!!! Proč? Odstínění záporného náboje na povrchu GAU PIC přidanými ionty soli. omezení elektrostatických odpudivých interakcí mezi COO - skupinami COM peptidů a GAC.
q e [mg.g -1 ] q e (mg g -1 ) 200 150 100 50 ph 5 ph 7 ph 9 Langmuirův model ph 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 200 150 100 Adsorpční izotermy Phe při ph 5, 7 a 9 na GAC PIC C e [mg.l -1 ] C e (mg L -1 ) Phe PIC 50 ph 5 ph 7 ph 9 Langmuir fits 0 0 50 100 150 200 ph 5 ph 7 ph 9 Adsorpční izotermy Phe při ph 5, 7 a 9 na GAC FTL ph 7 a 9 Phe FTL ph 5 ph 7 ph 9 PIC Phe Přitažlivé elektrostat. - interakce mezi PIC a NH 3+, hydrofobní interakce - - FTL O OH Phe ph 5 NH 3 + + - - Phe + + + - - - O O - Phe ph 7-9 NH 3 + Hydrofobní interakce mezi PIC a aromatickým jádrem Phe Odpudivé elektrostat. interakce mezi FTL a NH 3+ ; hydrofobní inter.; π-π interakce Přitažlivé elektrostat. interakce mezi FTL a COO -, hydrofobní inter.; π-π interakce
Kompetitivní adsorpce mezi pesticidy a COM peptidy 1,0 1,0 0,8 ALA AOM + ALA (ph5) AOM + ALA (ph 9) 0,8 TBA AOM + TBA (ph 5) AOM + TBA (ph 9) Ce/Co 0,6 0,4 pokles účinnosti adsorpce Ce/Co 0,6 pokles účinnosti adsorpce 0,4 ph 5 ph 5 0,2 0,0 ph 9 0 20 40 60 80 100 dávka GAC (mg/l) Rovnovážná adsorpce ALA na GAC F 400 nezatíženém a předem zatíženém AOM při ph 5 a ph 9 0,2 0,0 ph 9 0 20 40 60 80 100 dávka GAC (mg/l) Rovnovážná adsorpce TBA na GAC F 400 nezatíženém a předem zatíženém AOM při ph 5 a ph 9 Pro ALA i TBA pokles účinnosti adsorpce v případě GAC zatíženého COM peptidy!!! Proč? Kompetitivní působení COM peptidů při adsorpci pesticidů. Více při ph 5 v porovnání s ph 9 vysoká účinnost adsorpce COM peptidů na GAC.
Ionexy (měniče iontů) nerozpustné vysokomolekulární látky s prostorově uspořádaným polymerním skeletem na skeletu vázány funkční skupiny nesoucí náboj, který kompenzován protiionty v kontaktu s vodnou fází dochází k disociaci funkčních skupin a uvolnění jednoduchých iontů, které mohou být nahrazeny jinými ionty z okolního roztoku (mají k ionexu větší afinitu) iontová výměna (zvratný děj na principu výměnné iontové adsorpce) dělení ionexů I. podle složení a původu: syntetické organické látky na bázi styrenu, polyakrylamidu či fenolformaldeh. pryskyřic, zesíťované obvykle divinylbenzenem (v různých koncentracích ovlivňuje selektivní a bobtnací vlastnosti ionexu); v praxi používány nejčastěji syntetické anorganické syntetické zeolity, silikagel přírodní organické např. huminové látky přírodní anorganické např. zeolity (hlinitokřemičitany s trojrozměrnou strukturou)
II. podle ionogenních skupin (a uvolňovaného protiiontu): anexy polyvalentní báze, uvolňují a vyměňují anionty; protiion záporný (OH -, Cl - ) a funkční skupina kladný náboj: silně bazické schopny disociace při jakémkoliv ph typ I typ II typ III selektivní anex pro odstraňování dusičnanů z pitné vody slabě bazické protonizují pouze v neutrálním a kyselém ph -NH 3 + =NH 2 + NH + R N NaCl OH R N př. reakce silně bazického anexu katexy polyvalentní kyseliny, uvolňují a vyměňují kationty; protiion kladný (Na +, H + ) a funkční skupina záporný náboj: silně kyselé - disociují při všech hodnotách ph -SO 3 - CH 3 3 NaOH slabě kyselé - disociují pouze v neutrálním a zásaditém ph př. reakce silně kyselého katexu CH NaCl R SO3H R SO3 H R SO HCl amfoterní ionexy obsahují katexové i anexové funkční skupiny; v praxi omezené využití -COO - 3 Cl 3 3 Na
Použití ionexů odstranění dusičnanů selektivní odstraňování těžkých kovů odstranění amoniakálního dusíku odstraňování aniontů těžkých kovů deionizace vody demineralizace vody "změkčování vody dekarbonizace vody
Zeolity přírodní krystalické látky na bázi hydratovaných hlinitokřemičitanů alkalických kovů a kovů alkalických zemin základní stavební jednotkou tetraedr [SiO 4 ] a tetraedr [AlO 4 ] z sumární vzorec M Al Si O qh O ( m/ z) m n 2( nm) 2 M výměnný kation alkal. kovu či kovu alkal. zemin (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + aj.) www.pro-zeo.sk vnitřní struktura je tvořena kanálky a dutinami (póry) konstantních rozměrů a tvarů, v nichž vázány molekuly H 2 O a výměnné kationty www.vscht.cz Wikimedia Commons
specifické vlastnosti dány výjimečnou krystalovou stavbou trojrozměrná struktura velký specifický povrch a adsorpční kapacita (hlinitokřemičitany s vrstevnatou strukturou, např. jílové minerály illit, kaolinit, montmorillonit, hydrargillit aj., mají specifický povrch i adsorpční kapacitu výrazně menší) další vlastnosti: vysoká výměnná kapacita a selektivita, schopnost reverzibilní hydratace a dehydratace, katalytické vlastnosti, odolnost vůči agresivním mediím, termická stabilita měniče iontů přírodního původu, např. analcim, mordenit, klinoptilolit syntetické zeolity v současnosti velký rozvoj připraveno již na 200 rozdílných strukturních typů výroba např. tavením hlinitanů s křemičitany alkalických kovů, hydrotermální alterací popelovin (elektrárenského popílku) aj. Wikimedia Commons
využití zeolitů adsorbenty, molekulární síta (schopnost oddělovat různé molekuly dle jejich velikosti, tvaru či polarity), filtrační média a katalyzátory aplikace při úpravě pitné a užitkové vody (separace kationtů těžkých kovů), čištění odpadních vod (odstraňování amonných iontů a radioaktivních izotopů), čištění spalin, v zemědělství (výroba hnojiv) aj.
Neionogenní polymerní adsorbenty sorpční pryskyřice řady Amberlite XAD, Supelite DAX aj. polymerní síťované adsorbenty s velkou sorpční schopností pro adsorpci z vodných roztoků významné zejména nepolární nebo slabě polární typy výroba polymerace nebo polykondenzace organických monomerů nepolární typy často kopolymery (poly)styrenu a divinylbenzenu slabě polární typy obvykle polymery na bázi esterů kyseliny akrylové relativně velký specifický povrch (cca 100 750 m 2 g -1 ) sorpční schopnosti dány strukturou, která zahrnuje kontinuální fázi (tvoří jeden celek) a kontinuální póry s možností adsorpce kdekoliv na povrchu, a velkým podílem povrchu s aromatickou strukturou mezo- či makropórézní struktura vysoce chemicky, fyzikálně i teplotně stálé snadno regenerovatelné organická rozpouštědla (aceton, ethanol) vodné roztoky kyselin a zásad použití k regeneraci, jsou-li látky zachycené na adsorbentu disociovatelné (převedení na soli)
Příklady charakteristik a aplikace Pryskyřice Složení Specifický povrch (m 2 /g) Poloměr pórů (Å) Aplikace AMBERLITE TM XAD4 polystyrendivinylbenzen 750 100 hydrofobní organické látky s nízkou relativní molekulovou hmotností, pesticidy, herbicidy, chlorovaná rozpouštědla AMBERLITE TM XAD16N polystyrendivinylbenzen 800 150 hydrofobní organických látek s nízkou a střední relativní molekulovou hmotností, antibiotika, aminokyseliny, proteiny, steroidy, enzymy AMBERLITE TM XAD18 polystyrendivinylbenzen 800 150 antibiotika, aminokyseliny, proteiny AMBERLITE TM XAD1180N polystyrendivinylbenzen 500 400 odstraňování a purifikace antibiotik, rostlinných extraktů, fermentačních produktů rozkladu org. hmoty SUPELITE TM DAX-8 polystyren 160 226 hydrofobní látky do relativní molekulové hmotnosti 150 000, huminové kyseliny, fulvokyseliny, alkoholy, surfaktanty, barviva Částice pryskyřice XAD4 (Rohm and Haas Co.) Foto ze SEM François Dardel