جذب سطحی
مقدمه :
در عمليات جذب سطحي انتقال يك جز از فاز گاز يا مايع به سطح جامد صورت مي گيرد از كاربردهاي اين فرايند مي توان به رنگبري شربت قند و تصفيه روغنهاي صنعتي يا خوراكي و حذف مواد آلاينده از هوا يا مخلوط گازهاي ديگر اشاره كرد.
واژه جذب سطحي براي تشريح اين حقيقت به كار مي رود كه غلظت مولكولهاي جذب شده در سطح تماس جامد بيشتر از فازگاز يا محلول است .جذب روي يك سطح جامد به علت نيروي جاذبه اتم ها يا مولكولها در سطح آن جامد است در عمل جذب سطحي نيروهاي مختلفي اعم از فيزيكي و شيميايي موثرند و مقدار آن بستگي به طبيعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد و به اين دليل مي توان مثلا ماده اي را كه در يك مخلوط وجود دارد را جدا نمود
چند مثال که در ادامه بيان شده است نمايانگر طبيعت عمومي جداسازي ها خواهد بود و کاربرد هاي اصلي آن را نشان مي دهد .
در حالت جداسازي هاي گازي از فرآيند جذب ، در رطوبت زدائي ها هوای خشک و ديگر گازها ،بوزدائي و جداسازي ناخاليصيها از گازهاي صنعتي مثل دي اکسيد کربن ، بازيابي حلالهاي پرارزش از مخلوط رقيق آنها با هوا يا گازهاي ديگر، و جداسازي مخلوطي از هيدروکربن هاي گازي مانند مخلوطي از متان ، اتيلن ، اتان ، پروپيلن و پروپان استفاده مي شود. از فرآيندهاي جداسازي مايع مي توان رطوبت زدائي بنزين، رنگ زدائي محصولات نفتي و محلولهاي آبکي قندي، بوزدائي و طعم زدائي آب، و جداسازي هيدروکربن هاي آروماتيکي و پارافيني ، را نام برد . که هرکدام از اين موارد در صنعت کاربرد وسيعی داشته و بنا به مورد و شرايط محدوده کاری از آن استفاده می شود.
اين عمليات ها همه از اين جهت مشابه هستند که در آنها مخلوطي که بايد تفکيک شود با يک فاز نامحلول ديگر تماس حاصل مي نمايد( مانند جاذب جامد) و پخش نامساوي مواد اوليه بين فاز جذب شده ر وي سطح جامد و توده سيال موجب جداسازي مي شود .
شرح مقاله:
منظور از جذب سطحي اين است كه غلظت مولكولهاي جذب شده در سطح تماس جامد بيشتر از فازگاز يا محلول است .جذب روي يك سطح جامد به علت نيروي جاذبه اتم ها يا مولكولها در سطح آن جامد است در عمل جذب سطحي نيروهاي مختلفي اعم از فيزيكي و شيميايي موثرند و مقدار آن بستگي به طبيعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد و به اين دليل مي توان مثلا ماده اي را كه در يك مخلوط وجود دارد را جدا نمود
جامدي كه بر روي سطح آن جذب اتفاق مي افتد جاذب يا سوسترا مي نامند و مايع جذب شده را مجذوب مي نامند. جذب سطحي بر روي سطح مشترك جامد مايع به وقوع مي پيوندد.
جامدهاي جاذب معمولا به شکل گرانول ( ذرات کروی شکل با قطر چند ميلی متر) مصرف مي شوند و اندازه آنها از 12 ميليمتر قطر تا 50 ميکرومتر متغير است. بسیاری از جامدات این خاصیت را دارند که بتوانند مقداری گاز یا ماده حل شده در حلالی را ، جذب نمایند. . جامدها بايد بر اساس کاربرد و موقعيت مصرف داراي بعضي خواص مهندسي باشند. براي مثال اگر از آنها در يک بستر ثابت با جريان گاز يا مايع استفاده مي شود، نبايد اختلاف فشار زيادي ايجاد کنند و همچنين نبايد توسط جريان سيال به خارج حمل شوند. آنها بايد از مقاومت و سختي خوبي برخوردار باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنين در اثر وزن خود در بستر خرد نشوند. در صورتيکه بخواهيم آنها را از ظروف نگهداري به داخل و خارج انتقال دهيم، بايد به راحتي جريان پيدا کنند. اينها خواصي هستند که به راحتي شناخته مي شوند.
با افزایش سطح تماس مقدار جذب افزایش می یابد ، بهترین جذب کننده ها موادی هستند که ذرات ریز تری داشته باشند و به عبارت دیگر سطح تماس بیشتر داشته باشند وقتي که يک جاذب جامد در داخل يک مايع خالص غوطه ور مي شود، ايجاد حرارت که بنام حرارت خيس شدن معروف است، نشاندهنده جذب مايع است. اما غوطه ور سازي راه موثري براي اندازه گيري مقدار جذب نيست. تغيير حجم قابل ملاحظه اي براي اندازه گيري جذب شده رخ نمي دهد و بيرون آوردن و وزن کردن آن نيز تفاوت بين مايع جذب شده و مايع که به صورت همراه آمده را به دست نمي دهد. اين مسئله در جذب سطحي گازها وجود ندارد، و تغيير وزن جامد بر اثر جذب قابل اندازه گيري است.
قدرت جذب یک ماده تابع عوامل زیر است :
غلظت:
مقدار ماده جذب شده برای واحد جرم جذب کننده تابعی از غلظت ماده حل شده می باشد. بررسی این دو کمیت در دمای ثابت منجر به بدست اوردن کمیت ایزوترم جذب سطحی می شود. این ایزوترم ها توسط افراد مختلفی بررسی شده است که مهمترین انها ایزوترم فرندلیش می باشد.
دما:
افزایش دما اصولا باعث کاهش جذب سطحی می شود مگر در مواردی که جذب سطحی همراه با واکنش شیمیایی باشد.
نوع ماده جذب شده و جاذب :نوع ماده جذب شده و جاذب در جذب سطحی تاثیرگذار است به طوری که بعضی از مواد جاذب قدرت جذب زیاد نسبت به ماده حل شده به خصوصی از خود نشان می دهد ، در حالی که نسبت به ماده دیگر قدرت جذب کمتری دارند.
حالت ماده جذب شده و جاذب
حالت ماده جذب شده و جاذب ، همراه بودنآن با واکنش شیمیایی ، برگشت پذیر بودن و یا برگشت ناپذیر بودن واکنش انها نیز در جذب سطحی تاثیرگذار است.
از میان مهمترین جذب کننده ها می توان ژل ، سیلیس ، کربن اکتیو را نام برد.
ذغال هاي رنگ بر:
اين ماده گرانولي و سخت است و داراي تخلخل زيادي است و از ژل رسوب شده توسط واکنش بين اسيد و محلول سيليکات سديم بدست مي آيد. مقدار رطوبت آن قبل ز استفاده، از 4 تا 7 درصد متغير است و معمولا براي خشک کردن هوا و گازهاي ديگر، در ماسکهاي ضد گاز، و براي تفکيک هيدروکربنها به کار مي رود. اين ماده با تبخير ترکيب جذب شده براي مصرف مجدد آماده مي شود.
از اين مواد براي اهداف زيادي مانند رنگ زدائي محلولهاي شکر، مواد شيميايي صنعتي، داروها و مايعات خشک شوئي، تصفيه روغنهاي گياهي و حيواني و در بازيابي طلا و نقره از محلولهاي سيانور حاصل از شستشوي سنگ معدن، استفاده مي شود
اين مواد به شکل هاي مختلف ساخته مي شود:
1- مخلوط کردن مواد گياهي با مواد معدني مانند کلريد کلسيم، کربنيزه کردن، و شست شوي مواد معدني
2- مخلوط کردن موادآلي مانند خاک اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشاني (سنگ پا) و حرارت دادن و کربنيزه کردن تا زماني که مواد کربني در سطح مواد متخلخل رسوب نمايند.
3- کربينزه کردن چوب، خاک اره، و مشابه آن و فعال سازي با هواي داغ يا بخار، و از ليگنيت و ذغال بيتومينوس به عنوان مواد اوليه استفاده مي شود.
ماهیت ژل کروماتوگرافی :
ژل باید تا حد ممکن از نظر شیمیایی بیاثر و از نظر مکانیکی تا حد امکان پایدار باشد. مواد ژلی بصورت دانه تهیه میشوند و لازم است همانند رزینهای تبادل یونی ، اندازه ذرات نسبتا یکنواخت باشد و تخلخل یکنواختی داشته باشد.
کاربرد کروماتوگرافی ژلی:
با اینکه این روش بیشتر برای جداسازیهایی در مقیاس کوچک در کارهای تحقیقاتی و تجزیههای روزمره بکار میرود، ولی کاربردهایی نیز در مقیاس بالاتر در تولیدات صنعتی دارد. کروماتوگرافی ژلی ابتدا برای جداسازی مواد مولکولهای بزرگی که منشاء زیستی دارند، مانند پروتئینها ، پلیساکاریدها ، اسیدهای نوکلئیک و آنریمها بکار رفت و هنوز هم بیشترین کاربرد این روش در همین زمینهها است.
در مطالعات جذب سطحی بر روی سیلیکاژل و کربن فعال ، اثرات الک مولکولی با موادی که جرم مولکولی بالایی دارند، مشاهده شده است. جداسازیهای مبتنی بر الک کردن مولکولی را میتوان بر روی اجسام بیبار در جریان مهاجرت الکترو اسمزی از داخل ژلها انجام داد. این اساس جداسازیهایی را که مبتنی بر اندازههای نسبی مولکولها هستند، تشکیل میدهند و از اصطلاح صاف کردن بوسیله ژل استفاده میشود.
سیر تحولی و رشد
در سال 1954 ، "مولد وسینچ" نشان دادند که جداسازیها مبتنی بر الک کردن مولکولی را میتوان بر روی اجسام بیبار از داخل ژلها انجام داد. در سال 1959 "پورات" و "فلودین" ، اصل معینی را ارائه دادند و از اصطلاح ، صاف کردن بوسیله ژل برای شرح روش خودشان در مورد جداسازی مواد مولکولهایی با منشاء زیستی در سیستمهای آبی بوسیله ژلهای پلیساکارید استفاده کردند.
ولی "دترمان" در سال 1964 پیشنهاد کرد که کروماتوگرافی ژلی ( Gel Cromatography ) ، عمومیترین اسم برای این شیوه است.
نکات قابل توجه این روش
در کروماتوگرافی ژلی ، فاز ساکن از یک قالب بسپار متخلخل تشکیل شده است که منفذهای آن بوسیله حلالی که به عنوان فاز متحرک بکار میرود، کاملا پر شده است. اندازه سوراخ بسیار مهم است چون اساس جدایی بر این است که مولکولیهای بزرگتر از یک اندازه معین اصلا وارد سوراخها نشوند و تمام یا قسمتی از سوراخها برای ورود مولکولهای کوچکتر آماده است. جریان فاز متحرک موجب میشود که مولکولهای بزرگتر بدون برخورد با مانعی ، بدون نفوذ در قالب ژل از ستون عبور کنند، در حالیکه مولکولهای کوچکتر بر حسب شدت نفوذ آنها در ژل در ستون نگه داشته میشوند.
خروج اجزای مخلوط
بدین ترتیب اجزای مخلوط به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون خارج میشوند، ابتدا بزرگترین مولکول خارج میشود. ترکیباتی که اصلا وارد ژل نمیشوند از یکدیگر جدا نمیشوند و همچنین مولکولهای کوچکی که کاملا در ژل نفوذ میکنند، از یکدیگر جدا نمیشوند. مولکولهای کوچکی که کاملا در ژل نفوذ میکنند از یکدیگر جدا نمیشوند. مولکولهای با اندازه متوسط بر حسب درجه نفوذ آنها در قالب در ستون نگه داشته میشوند. اگر مواد ترکیب شیمیایی مشابه داشته باشند، به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون شسته میشوند.
با سلام به تمام دانش آموزان و تلاشگران عرصه آموزش و يادگيري .