흡착

Adsorption
브루나우어, 에멧, 텔러의 다층 흡착 모델은 물질 표면에서 분자의 무작위 분포이다.

흡착은 기체, 액체 또는 용해된 고체의 원자, 이온 또는 분자가 [1]표면접착하는 것입니다.이 과정은 흡착제 표면에 흡착액의 막을 형성합니다.이 과정은 유체(흡수제)가 액체 또는 고체(흡수제)[2]에 의해 용해되거나 스며드는 흡수와는 다릅니다.흡착은 표면 현상으로, 흡착은 물질의 전체 부피를 수반하지만 흡착은 [3]종종 흡수보다 앞서 있습니다.흡착이라는 용어는 두 프로세스를 모두 포함하지만 탈착은 그 반대입니다.

IUPAC 정의

표면력의 작용에 의해 응축층과 액체 또는 기체층의 경계면에서의 물질의 농도 증가.

참고 1: 단백질 흡착은 물질이 혈액이나 체액과 접촉할 때 매우 중요하다.혈액의 경우 대체로 우세한 알부민이 먼저 흡착된 후 질량법 선택에 대한 표면 친화성에 따라 다른 미량 단백질에 유리하게 재배열된다(브로만 효과).

주 2: 흡착분자는 용액에서 흡착될 때 동일한 용매로 세척하는 것에 내성이 있는 분자를 말한다.따라서 세척 조건에 따라 특히 상호작용 에너지가 낮을 [4]때 측정 결과를 수정할 수 있습니다.

표면 장력과 마찬가지로 흡착도 표면 에너지의 결과입니다.벌크 재료에서 재료 구성 원자의 모든 결합 요건(이온성, 공유가 또는 금속성)은 재료 내의 다른 원자에 의해 충족된다.그러나 흡착제 표면의 원자는 완전히 다른 흡착제 원자에 둘러싸여 있지 않기 때문에 흡착제를 흡착할 수 있다.결합의 정확한 성질은 관련된 종의 세부 사항에 따라 다르지만, 흡착 과정은 일반적으로 물리적 흡착(약한 반데르발스 힘의 특징) 또는 화학적 흡착(공유 결합의 특징)으로 분류된다.정전기의 [5][6]인력으로 인해 발생할 수도 있습니다.

흡착식 많은, 신체적, 생물학적 그리고 화학적 생태계에 있고 이질적 catalysts,[7][8]활성 숯,, 에어컨과 다른 프로세스 요건(흡착 chillers), 합성 수지, 증가하고 저장 공간의 차가운 물을 제공하기 위해 폐열을 사용하여 포착하고 같은 산업 용도에 사용되는이 있다.capac탄화물 유래의 탄소와 정수.흡착, 이온 교환 및 크로마토그래피는 특정 흡착액이 유체상에서 용기 내에 부유하거나 컬럼 내에 충전된 불용성 경질 입자의 표면으로 선택적으로 이행되는 흡착 과정이다.특정 약물 또는 [citation needed]그 일부에 대한 신경학적 노출을 연장하는 수단으로 흡착을 사용하는 제약 산업 용도는 덜 알려져 있다.

"흡착"이라는 단어는 1881년 독일의 물리학자 하인리히 카이저 (1853–1940)[9]에 의해 만들어졌습니다.

등온도

가스와 용질의 흡착은 보통 등온도를 통해 설명됩니다. 즉, 흡착제에 대한 흡착물의 양은 압력(가스인 경우) 또는 일정한 온도에서 농도(액상용질인 경우)의 함수로서 설명됩니다.흡착되는 양은 거의 항상 흡착제의 질량에 따라 정규화되어 서로 다른 물질을 비교할 수 있습니다.현재까지 15개의 다른 등온선 모델이 [10]개발되었습니다.

프룬드리히

등온도에 대한 첫 번째 수학적 적합은 Freundlich와 Kuster(1906)에 의해 발표되었으며, 기체 흡착물의 순수 경험적 공식이다.

서 x x 흡착액의 질량,(\ m 흡착액의 질량,P(\ P 흡착액의 압력, k기체가 아닌 조사용액의 농도로 가능), k(\ 및 n(\ n 경험적 조건입니다.nts는 주어진 온도에서 각 흡착제-흡착제 쌍에 대해 적용됩니다.는 x/ { x 압력이 제한 없이 증가할 때 점근적 최대값이 되기 때문에 이 기능은 매우 높은 압력에서는 적절하지 않습니다.온도가 상승함에 따라 흡착량이 더 느리게 증가하고 표면을 포화시키려면 더 높은 압력이 필요하다는 경험적 관찰을 반영하여 k k 및 n n의 가 변화한다.

랑무아르

Irving Langmuir는 [11]1918년에 과학에 기초한 흡착등온체를 최초로 도출했다.이 모델은 고체 표면에 흡착된 가스에 적용됩니다.이것은 운동학적 기초가 있는 반경험적 등온체이며 통계적 열역학에 기초하여 도출되었다.단순성과 다양한 흡착 데이터를 적합시킬 수 있는 기능 때문에 가장 일반적으로 사용되는 등온방정식입니다.이는 다음 4가지 전제를 기반으로 합니다.

  1. 모든 흡착 부위는 동일하며 각 부위는 하나의 분자만 수용할 수 있습니다.
  2. 표면은 에너지적으로 균질하고 흡착된 분자는 상호작용하지 않는다.
  3. 위상 전환은 없습니다.
  4. 최대 흡착 시에는 단분자층만 형성된다.흡착은 표면의 국소적인 부위에서만 발생하며 다른 흡착제는 발생하지 않습니다.

이 네 가지 가정은 거의 모두 사실이 아니다: 표면에는 항상 결함이 있고, 흡착된 분자가 반드시 불활성인 것은 아니며, 그리고 처음 표면에 흡착되는 분자가 마지막 분자와 같은 메커니즘은 분명히 아니다.네 번째 조건은 단층층에 더 많은 분자가 흡착되기 때문에 가장 까다로운 조건입니다. 이 문제는 상대적으로 평평한(미소공성이 없는) 표면에 대한 BET 등온선(isotherm)에 의해 해결됩니다.그럼에도 불구하고 Langmuir Isotherm은 대부분의 흡착 모델에서 첫 번째 선택이며 표면 동력학(일반적으로 Langmuir-라고 함)에 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.힌셀우드 동역학) 및 열역학.

Langmuir는 흡착이 다음 메커니즘을 통해 이루어지도록 제안했습니다. g+ S\ A _ { \ { } + \ A는 기체 분자, S는 흡착 부위).직접 및 역속도 상수는 k−1 k입니다. 커버리지,(\를 평형에서 차지하는 흡착 부위의 비율로 정의하면 다음과 같습니다.

또는

서 P P 가스의 분압 또는 용액의 몰 농도이다.초저압의 경우 고압의 경우 1\ \ KP,경우 1\ \ 1)

값은 실험적으로 측정하기 어려우며, 보통 흡착액은 기체이며, 흡착량은 표준온도 및 압력(STP)에서 몰, 그램 또는 가스량으로 나타낸다.흡착제에서 단층 형성에 필요한 STP 부피(흡착제 1그램당)를 라고 하면 vmon \ \=v}{mon이라고 하고mon 직선에 대한 식을 구합니다.

기울기와 y 절편을 통해 주어진 온도에서 각 흡착제-흡착물 쌍의 상수인 v와 K를 얻을mon 수 있습니다.vmon 이상 기체 법칙을 통해 흡착 부위의 수와 관련이 있습니다.흡착물 분자의 단면으로 나눈 고체의 전체 면적을 사이트 수로 가정하면 흡착제의 표면적을 쉽게 계산할 수 있다.흡착제의 표면적은 구조에 따라 달라집니다. 즉, 모공이 많을수록 면적이 커지며, 이는 표면 반응에 큰 영향을 미칩니다.

표면에 두 개 이상의 가스가 흡착되는 경우 § 빈 사이트의 비율로 정의하며, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

§j \ _ j번째 가스가 차지하는 부위의 비율로 정의할 수 있습니다.

여기서 i는 흡착되는 각각의 가스이다.

주의:

1) langmuir 방정식과 freundlich 방정식 중 하나를 선택하기 위해서는 흡착의 엔탈피를 [12]조사하여야 한다.랭뮤어 모델은 표면 점유에 따라 흡착 에너지가 일정하다고 가정하는 반면, 프룬드리히 방정식은 결합 부위가 [13]점유됨에 따라 흡착 열이 지속적으로 감소한다는 가정으로 도출된다.데이터의 최적 적합을 기준으로 모형을 선택하는 것은 일반적인 [12]오해입니다.

2) Langmuir 모델의 선형화된 형식은 더 이상 사용되지 않습니다.계산 능력이 향상되어 데이터 변환이 필요하지 않기 때문에 비선형 회귀를 빠르고 안정적으로 수행할 수 있습니다.

틀림없다

종종 분자는 다층을 형성합니다.즉, 일부는 이미 흡착된 분자에 흡착되어 Langmuir Isotherm은 유효하지 않습니다.1938년 Stephen Brunauer, Paul Emett, Edward Teller는 그 가능성을 고려한 등온선 모형을 개발했다.그들의 이론은 그들의 성의 이니셜을 따서 BET 이론이라고 불린다.Langmuir의 메커니즘을 다음과 같이 수정했습니다.

A(g) + S † AS,
A(g) + AS as2 AS,
A(g) + AS2 as3 AS 등
Langmuir(파란색) 및 BET(빨간색) 등온도

공식의 도출은 Langmuir의 도출보다 복잡하다(완전한 도출은 링크를 참조).델은 다음을 취득합니다.

adsorbate의 양 단층을 형성하는 데 필요한adsorbed adsorbate의 어디 x은 압력이 adsorbate을 위해 그 온도(보통 표시된 P/20{\displaystyle P/P_{0}})에서 증기 압력에 의해 나뉘어 져, v는 STP 볼륨, vmon은 STP 볼륨 그리고 c는 평형 상수 K. 우리는에서 랭뮤어 등온선 다량.pli흡착액의 증기 압력에 의해 영향을 받습니다.첫 번째 층을 제외한 모든 층에 대한 연속적인 흡착 열이 흡착액의 응축 열과 같다는 BET 방정식을 도출하는 데 사용되는 핵심 가정.

일반적으로 Langmuir 등온선은 화학 흡착에 더 좋고 BET 등온선은 비미세 표면의 물리 흡착에 더 적합합니다.

키슬리우크

이전에 흡착된 흡착물 섬 주변(왼쪽)에서 무작위 흡착(오른쪽)을 통해 전구체 상태에서 텅스텐 흡착물에 흡착되는 두 개의 흡착 질소 분자

다른 경우에는 고체 표면에 흡착된 기체 분자 간의 분자 상호작용이 기체 상에서의 기체 분자와 유의한 상호작용을 형성한다.따라서, 고체 표면에 이미 존재하는 가스 분자 주변에서 가스 분자의 흡착이 발생할 가능성이 높기 때문에, 랭뮤어 흡착 등온선은 모델링의 목적으로는 효과적이지 않습니다.1957년 [14]Paul Kisliuk(1922–2008)에 의해 질소가 흡착제이고 텅스텐이 흡착제인 시스템에서 이 효과가 연구되었다.기질 표면에 존재하는 분자 주위에서 발생하는 흡착의 증가된 확률을 보상하기 위해, 키슬리우크는 기체상에서 고체 흡착제와 흡착제 사이의 계면에서 분자가 전구체 상태로 들어가는 전구체 상태 이론을 개발했습니다.여기서부터, 흡착제 분자는 흡착제에 흡착되거나 기체상에 흡착됩니다.전구체 상태에서 흡착이 발생할 확률은 이미 흡착된 다른 흡착물 분자에 대한 흡착물의 근접성에 따라 달라집니다.전구체 상태의 흡착물 분자가 표면에 이미 형성되어 있는 흡착물 분자에 근접해E 있으면 S 상수의 크기에 의해 반사되는 부착 확률을 가지며, 전구체 상태에서 k의 속도EC 흡착되거나 k의 속도ES 기체상으로 탈착된다.흡착물 분자가 이전에 흡착된 다른 분자로부터 멀리 떨어진 위치에서 전구체 상태가 되면 부착 확률은 S 상수의 크기에D 의해 반영된다.

이러한 인자는 아래에 설명된 "고착 계수" k라고E 하는 단일 상수의 일부로 포함되었다.

S는 Langmuir 모델에 의해 고려되는 요인에 의해 결정되므로DD S는 흡착 속도 상수로 가정할 수 있다.그러나 Kisliuk 모델(R')의 속도 상수는 단층 형성에 대한 확산의 영향을 나타내기 위해 사용되며 시스템의 확산 계수의 제곱근에 비례하기 때문에 Langmuir 모델과 다르다.Kisliuk 흡착등온체는 다음과 같이 표기되며, θ는(t) 흡착제의 흡착액 부분 커버리지, t는 침지시간이다.

§의(t) 수율을 위한 해결:

흡착 엔탈피

흡착 상수는 평형 상수이므로 van't Hoff 방정식을 따릅니다.

식에서 알 수 있듯이 K의 변동은 등간성, 즉 일정한 범위 내에서 이루어져야 한다.만약 우리가 BET 등온선으로부터 시작하고 액상화와 흡착에 대한 엔트로피 변화가 동일하다고 가정한다면, 우리는 얻을 수 있다.

즉, 흡착은 액상화보다 발열성이 높다.

단일 분자 설명

표면 또는 계면에서의 앙상블 분자의 흡착은 흡착과 탈착의 두 가지 과정으로 나눌 수 있다.흡착 속도가 탈착 속도를 이기면 분자는 시간이 지남에 따라 축적되어 시간이 지남에 따라 흡착 곡선을 형성합니다.탈착 속도가 더 크면 표면의 분자 수는 시간이 지남에 따라 감소합니다.흡착 속도는 온도, 용질 확산 속도(순수 가스의 평균 자유 경로와 관련), 분자와 표면 사이의 에너지 장벽에 따라 달라집니다.Fick의 확산 법칙과 아인슈타인 관계(운동학 이론)사용하여 흡착률의 확산 및 핵심 요소를 계산할 수 있습니다.이상적인 조건에서 에너지 장벽이 없고 표면과 확산 및 충돌하는 모든 분자가 흡착될 때 무한 영역 표면에 흡착된 분자 \ 수는 Fick의 제2법칙 미분방정식에서 직접 적분할 수 있다.다음과 같습니다.[15]

서 A A 표면적(단위2 m), C 벌크용액(단위 번호/m3), D 확산 상수(단위2 m/s),(\ t 시간(단위 s)이다.[16] 방정식의 추가적인 시뮬레이션과 분석은 시간에 대한 제곱근 의존성이 이상적인 흡착 조건 하에서 표면 근처의 농도가 감소함에 따라 발생한다는 것을 보여준다.또한 이 방정식은 표면 근처에 양호한 농도 구배가 형성될 때만 흡착이 시작됩니다.흡착 [17]면적의 감소와 농도 구배 진화의 둔화에 대한 보정을 장기간에 걸쳐 검토해야 한다.실제 실험 조건에서는 흐름과 작은 흡착 영역이 항상 이 방정식이 예측한 것보다 흡착 속도를 빠르게 만들고 에너지 장벽은 표면 인력에 의해 이 속도를 가속화하거나 표면 반발에 의해 속도를 늦춥니다.따라서, 이 방정식의 예측은 종종 실험 결과에서 몇에서 몇 배 정도 차이가 난다.큰 표면에서 흡착면적이 매우 작거나 표면 부근에 농도계조가 없는 특수한 경우 등식에서는 특정 [16]측정에서 tt의 을 결정하기 위해 특히 논쟁의 여지가 있는 주의를 기울여 흡착률을 예측하는 데 유용하다.

표면에서 분자의 탈착은 분자의 표면 결합 에너지와 온도에 따라 달라집니다.따라서 일반적인 전체 흡착 속도는 종종 흡착과 탈착의 결합 결과입니다.

양자역학 – 표면적 및 다공성을 위한 열역학 모델링

1980년부터 흡착을 설명하고 효과가 있는 방정식을 얻기 위해 두 가지 이론이 연구되었다.이 두 가지를 기 가설, 양자역학적 유도 및 과잉 표면 작업(ESW)[18]이라고 합니다.두 이론 모두 평탄한 표면에 대해 동일한 방정식을 산출합니다.

여기서 U는 단위 스텝 함수입니다.다른 기호의 정의는 다음과 같습니다.

여기서 "ads"는 "adsorbed", "m"은 "monolayer equivality", "metric"은 고체 샘플과 동일한 온도에서 액체 흡착제의 증기 압력을 나타냅니다.단위 함수는 다음과 같이 첫 번째 흡착 분자에 대한 흡착 몰 에너지의 정의를 생성합니다.

흡착된 }) 대 플롯을 카이 플롯이라고 합니다.평평한 표면의 경우 카이 그림의 기울기가 표면적을 산출합니다.경험적으로, 이 플롯은 폴라니[19][20][21] 드보어와 츠비커에[22] 의해 등온도에 매우 잘 맞는 것으로 인식되었지만 추구되지는 않았다.이는 전자의 경우 아인슈타인에 의한 비판과 후자의 경우 브루나우어에 의한 비판 때문이다.이 평면 방정식은 다공질 표본의 초기 ads}) 대(\display \chi이 자체 표준으로 작용한다는 점을 제외하고 비교 곡선의 일반적인 전통에서 "표준 곡선"으로 사용할 수 있다.초미세공성, 미세공성 및 메소공성 상태는 이 기술을 사용하여 분석할 수 있습니다.다공질 표본을 포함한 전체 등온도 적합에 대한 일반적인 표준 편차는 2% 미만입니다.

물리적 흡착에 대한 이 설명에서 흡착의 엔트로피는 Dubininin 열역학 기준과 일치합니다. 즉, 액체 상태에서 흡착된 상태로의 흡착의 엔트로피는 약 0입니다.

흡착제

특성 및 일반 요건

활성탄은 흡착제로 사용된다.

흡착제는 일반적으로 유체역학적 반지름이 0.25 ~ 5 mm인 구형 펠릿, 로드, 몰딩 또는 모노리스 형태로 사용됩니다.높은 내마모성, 높은안정성 및 작은 모공 직경을 가져야 하며, 이로 인해 노출 표면적이 증가하여 흡착 능력이 높아야 합니다.흡착제는 가스 [citation needed]증기를 빠르게 운반할 수 있는 독특한 기공 구조를 가져야 합니다.

대부분의 공업용 흡착제는 다음 세 가지 종류 중 하나로 분류됩니다.

  • 산소 함유 화합물 – 실리카겔, 석회암(탄산칼슘),[23] 젤라이트 의 물질을 포함한 친수성 및 극성 물질입니다.
  • 탄소 기반 화합물 – 활성탄 흑연 등의 물질을 포함하여 일반적으로 소수성 및 비극성입니다.
  • 고분자 기반 화합물 – 고분자 매트릭스의 기능군에 따라 극성 또는 비극성입니다.

실리카겔

NO용2 실리카겔 흡착제, 고정질소연구소, ca.1930s

실리카 겔은 화학적으로 불활성, 무독성, 극성 및 치수적으로 안정적인 SiO2 비정질 형태이다(< 400°C 또는 750°F).규산나트륨과 아세트산 간의 반응에 의해 제조되며, 그 후 노화, 절임 등의 일련의 후처리 과정이 뒤따른다.이러한 후처리 방법은 다양한 모공 크기 분포를 초래합니다.

실리카는 프로세스 공기(예: 산소, 천연 가스)의 건조와 천연 가스로부터 무거운(극성) 탄화수소의 흡착에 사용됩니다.

졸라이트

제올라이트는 천연 또는 합성 결정질 알루미늄 규산염으로, 반복적인 기공망을 가지고 있고 고온에서 물을 방출합니다.제올라이트는 자연에서 극성을 띤다.

알루미늄 규산나트륨 또는 다른 실리카 소스를 고압 클레이브에서 열수 합성한 후 특정 양이온(Na, Li+, Ca2+, K+, NH4+)과+ 이온 교환하여 제조됩니다.제올라이트 케이지의 채널 직경은 보통 2 ~9 †입니다.이온 교환 과정은 결정의 건조로 이어지며, 결속제로 펠릿화하여 매크로 폴릿을 형성할 수 있습니다.

공정공기의 건조, 천연가스로부터의 CO제거2, 개질가스로부터의 CO제거, 공기분리, 촉매분해, 촉매합성 및 개질 등에 제올라이트를 적용한다.

무알루미늄 실리카원 또는 알루미늄 함유 제올라이트의 분리에 의해 무알루미늄(실리케이트) 제올라이트를 합성한다.딜루미네이션 프로세스는 제올라이트를 일반적으로 500°C(930°F) 이상의 고온에서 증기로 처리함으로써 수행됩니다.이 고온 열처리는 알루미늄-산소 결합을 파괴하고 알루미늄 원자가 제올라이트 프레임워크에서 배출됩니다.

활성탄

활성탄은 흑연 격자를 가진 미세 결정석으로 구성된 매우 다공성, 비정질 고체이며, 보통 작은 알갱이나 분말로 제조됩니다.무극성으로 저렴합니다.주요 결점 중 하나는 적당한 온도(300°C 이상)에서 산소와 반응한다는 것입니다.

활성탄소질소등온체(microporous type I 거동)

활성탄은 석탄(아연성, 아연성 및 갈탄), 이탄, 목재 또는 견과류 껍질(예: 코코넛)을 포함한 탄소질 재료로 제조할 수 있습니다.제조 공정은 탄산화 및 [24][25]활성화의 두 단계로 구성됩니다.탄화 프로세스에는 건조 후 가열하여 원료에서 타르 및 기타 탄화수소를 비롯한 부산물을 분리하고 발생한 가스를 배출하는 작업이 포함됩니다.이 프로세스는 연소를 지원할 수 없는 산소가 없는 환경에서 재료를 400°C(750°F) 이상 가열함으로써 완료됩니다.탄화 입자는 산화제(일반적으로 고온에서 증기나 이산화탄소)에 노출됨으로써 "활성화"된다.탄화 단계에서 생성된 모공 차단 구조를 연소시켜 다공질의 3차원 흑연 격자 구조를 형성합니다.활동 중에 생기는 모공의 크기는 그들이 이 단계에서 보내는 시간의 함수이다.노출 시간이 길수록 모공 크기가 커집니다.가장 인기 있는 수상 카본은 경도, 내마모성, 모공 크기 분포, 저비용 등의 이유로 역도를 기반으로 하지만 최적의 제품을 결정하기 위해서는 각각의 응용 분야에서 그 효과를 테스트해야 한다.

활성탄은 유기물[26] 및 비극성 흡착제의 흡착에 사용되며, 일반적으로 폐가스(및 폐수) 처리에도 사용됩니다.대부분의 화학 물질(예: 표면 그룹)과 물리적 특성(예: 모공 크기 분포 및 표면적)이 필요한 것에 따라 조정될 수 있기 때문에 가장 널리 사용되는 흡착제입니다.그 유용성은 또한 큰 미세공(때로는 메소포어) 부피와 그 결과 발생하는 높은 표면적에서 기인한다.최근의 연구는 활성탄을 다중 오염 물질 시스템에서 독성 금속의 카티온 종을 흡착하는 효과적인 물질로 보고했으며,[27] 또한 증거와 함께 가능한 흡착 메커니즘을 제안했다.

물 흡착

표면에서의 물의 흡착은 화학 공학, 재료 과학 및 촉매 작용에서 광범위하게 중요하다.표면 수화라고도 불리며, 고형물의 표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착된 물의 존재는 광범위한 시스템에서 계면 특성, 화학 반응 경로 및 촉매 성능을 제어하는 데 중요한 역할을 한다.물리적으로 흡착된 물의 경우 온도 및 압력 조건에서 건조하는 것만으로 표면 수화물을 제거할 수 있어 물의 완전 기화가 가능하다.화학적으로 흡착된 물의 경우 수화 작용은 HO 분자가 표면 흡착된 -H 및 -OH로 해리되거나 개별2 물 분자가 손상되지 않은 상태로 유지되는 분자 흡착(연관 흡착)의 형태일 수 있다.

흡착식 태양열 가열 및 저장

Linde 13X와 같은 물 흡착제와 같은 합성 제올라이트의 낮은 비용(200/t)과 높은 주기율(2,000×)은 최근 특히 저급 태양광 및 폐열과 같은 열 에너지 저장(TES)에 대한 학술적 및 상업적 관심을 끌고 있습니다.2000년부터 현재(2020년)[citation needed]까지 EU에서 몇 가지 파일럿 프로젝트가 자금을 지원받고 있다.제올라이트에 태양열을 화학적 잠재 에너지로 저장하는 것이 기본 개념이다.일반적으로 평판형 태양열 집열기에서 나오는 고온 건조한 공기는 제올라이트 층을 통해 흐르게 되어 있는 모든 물 흡착물이 배출됩니다.저장량은 제올라이트의 부피와 태양열 패널의 면적에 따라 주간, 주간, 월간 또는 계절에 따라 달라질 수 있습니다.밤이나 태양이 없는 시간, 또는 겨울에 열을 요청하면, 가습된 공기가 제올라이트를 통해 흐릅니다.습도가 제올라이트에 흡착되면 공기에 열이 방출되고 그 후 건물공간에 열이 방출된다.이런 형태의 TES는 1978년 [29]게라에 의해 처음 가르쳤다.

탄소 회수 및 저장

탄소 포집저장을 위해 제안된 대표적인 흡착제는 제올라이트MOF입니다.[30]흡착제의 커스터마이즈는 흡착제를 흡수하는 데 있어 잠재적으로 매력적인 대안이 됩니다.흡착제는 온도나 압력의 변동에 의해 재생될 수 있기 때문에 흡수 재생법에 [31]비해 에너지 집약도가 낮아질 수 있습니다.탄소 포집 시 흡착 비용에서 발생하는 주요 문제는 흡착제 재생, 질량비, 용매/MOF, 흡착제 비용, 흡착제 생산, 흡착제 [32]수명입니다.

흡착 강화수소가스 시프트(SEWGS) 기술에서는 고체 흡착에 기초한 연소 전 탄소 포집 프로세스를 수소가스 시프트 반응(WGS)과 결합하여 고압수소가스 [33]스트림을 생성한다.생성된2 CO 스트림은 저장되거나 다른 산업 [34]공정에 사용될 수 있습니다.

단백질 및 계면활성제 흡착

단백질 흡착은 생체재료 분야에서 기본적인 역할을 하는 과정이다.실제로 혈액이나 혈청과 같은 생물학적 매체와 접촉하는 생체 물질 표면은 즉시 단백질로 코팅됩니다.그러므로, 살아있는 세포는 생체 물질 표면과 직접적으로 상호작용하지 않고, 흡착된 단백질층과 상호작용한다.이 단백질 층은 생체 재료와 세포 사이의 상호작용을 매개하여 생체 재료의 물리적, 화학적 특성을 "생물학적 언어"[35]로 변환합니다.실제로 세포막 수용체는 단백질층 생체활성 부위에 결합하고 이러한 수용체-단백질 결합 이벤트는 세포막을 통해 세포 내 특정 과정을 자극하여 세포 접착, 형태, 성장 및 분화를 결정하는 방식으로 전달된다.단백질 흡착은 표면 습윤성, 표면 화학 조성 및 표면 나노미터 규모의 형태학 [37]등 많은 표면 특성에 의해 영향을 받습니다.계면활성제 흡착은 비슷한 현상이지만 단백질 [38]대신 계면활성제 분자를 사용한다.

흡착 냉각기

(2)냉매 증기는 고형 배지에 흡착된다는 흡착식 냉동기 계통도:(1)열 냉매의 증발을 통해, 상실되면(3)냉매 사용에(4)냉맸고, 시작,(5)및으로 돌아왔을 때 응축되어 있는 고형 배지 섹션,;(6) 고체 배지 흡착과 desorpt 사이에 상기 동작은 desorbed 있다.이온재생하기 위해서요.

흡착 냉각기는 흡착제와 냉매를 결합하여 열을 사용하여 냉각 효과를 제공합니다.이 열은 온수의 형태로 산업 공정의 폐열, 태양열 설비의 주열, 피스톤 엔진 또는 터빈의 배기 또는 워터 재킷 열 등 다양한 산업 소스에서 발생할 수 있습니다.

흡착식 냉동기와 흡착식 냉동기는 유사점이 있지만, 전자는 가스와 고형물 간의 상호작용에 기초한다.냉각기의 흡착 챔버는 고체 물질(예: 제올라이트, 실리카 겔, 알루미나, 활성탄 또는 특정 유형의 금속 소금)로 채워져 있으며, 이 물질들은 중성 상태에서 냉매를 흡착합니다.가열되면 고체 탈착(방출) 냉매 증기가 냉각되고 액화됩니다.이 액체 냉매는 증발기의 증발 엔탈피로부터 냉각 효과를 제공합니다.마지막 단계에서 냉매 증기가 [39]고체 속으로 (다시) 흡수됩니다.흡착식 냉각기는 압축기가 필요 없기 때문에 비교적 조용합니다.

포털 사이트 매개 흡착

포털 사이트 매개 흡착은 다양한 흡착 부위를 포함하는 금속 촉매 시스템의 사이트 선택 활성 가스 흡착 모델이다.이러한 시스템에서 낮은 조정의 "가장자리 및 모서리" 결함과 유사한 부위는 높은 조정(기본면) 부위보다 흡착 엔탈피가 현저히 낮을 수 있다.그 결과, 이러한 부위는 표면의 나머지 부분에 매우 빠르게 흡착되는 "포털" 역할을 할 수 있습니다.이 현상은 흡착된 특정 종이 일부 표면에서 높은 이동성을 보이는 일반적인 "확산" 효과에 의존합니다(아래 설명).이 모델은 표면이 다양한 배위 구조에서 존재할 수 있는 촉매 시스템에서 가스 흡착 열역학 및 동역학의 일관성이 없어 보이는 관찰을 설명하고, 시너지 활동이 관찰되는 바이메탈 촉매 시스템에 성공적으로 적용되었습니다.

순수 유출과는 대조적으로 포털 사이트 흡착은 비흡착 지지 표면이 아닌 인접 흡착 사이트로 표면 확산을 의미한다.

모델은 Brandt 등(1993)에 의해 [40]실리카 지지 백금의 일산화탄소에 대해 처음 제안된 것으로 보인다.King과 동료들은[41][42][43] 실리카 지지 알칼리 촉진 루테늄, 은-루테늄 및 구리-루테늄 바이메탈 촉매의 수소 흡착을 설명하기 위해 유사하지만 독립적인 모델을 개발했습니다.동일한 그룹이 CO 수소화(Fischer-Tropsch 합성)[44]에 모델을 적용했다.주팡 (2002)는 이후 마그네슘 지지 세슘-나트륨 바이메탈 [45]촉매에 대한 수소 흡착에 대한 동일한 모델을 확인했다.트렌스 (2009)는 다양한 형태의 탄소 [46]지지 Pt 입자에 대한 CO 표면 확산도 유사하게 기술했다.

흡착 스필오버

금속종이 지지체(또는 캐리어) 물질(종종 알루미나 또는 실리카와 같은 준관성 산화물) 위에 분산되어 있는 촉매 또는 흡착제 시스템의 경우, 그러한 흡착이 열역학적으로 불리한 조건에서 흡착종이 지지면에 간접적으로 흡착될 수 있다.금속의 존재는 가스종이 먼저 금속에 흡착한 후 지지 표면에 확산되는 낮은 에너지 경로 역할을 한다.이는 흡착된 종이 금속에 흡착된 후 낮은 에너지 상태에 도달하여 기상종과 지지 흡착종 사이의 활성화 장벽을 낮추기 때문에 가능합니다.

수소 유출은 흡착 유출의 가장 일반적인 예이다.수소의 경우, 흡착은 종종 분자 수소(H2)에서 원자 수소(H)로의 해리와 함께 수반되며, 그 후에 존재하는 수소 원자의 유출이 뒤따른다.

스필오버 효과는 이종 촉매 작용 [47]및 흡착에 대한 많은 관찰 결과를 설명하는 데 사용되어 왔다.

고분자 흡착

폴리머 표면에 분자를 흡착하는 것은 논스틱 코팅의 개발 및 다양한 생물의학 디바이스의 개발을 포함한 많은 응용 분야에서 중심적입니다.폴리머는 고분자 전해질 흡착을 통해 표면에 흡착될 수도 있다.

바이러스의 흡착

흡착바이러스 라이프 사이클의 첫 단계이다.다음 단계는 침투, 코팅 해제, 합성(필요한 경우 변환 및 번역), 릴리스입니다.이 점에서 바이러스 복제 주기는 모든 유형의 바이러스에 대해 유사합니다.바이러스가 세포핵에 게놈 정보를 통합할 수 있거나 바이러스가 세포의 세포질 내에서 직접 자신을 복제할 수 있다면 전사와 같은 요소들이 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다.

대중문화에서

테트리스 게임은 게임 플레이 중에 4개의 블록이 표면에 흡착되는 퍼즐 게임이다.과학자들은 테트리스 블록을 나노 [48][49]입자열역학을 연구하기 위해 "복잡한 모양을 가진 분자의 대용물"과 "평탄한 표면에서의 흡착"을 사용해 왔다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Glossary". The Brownfields and Land Revitalization Technology Support Center. Archived from the original on 2008-02-18. Retrieved 2009-12-21.
  2. ^ "absorption (chemistry)". Memidex (WordNet) Dictionary/Thesaurus. Archived from the original on 2018-10-05. Retrieved 2010-11-02.
  3. ^ Atkins, P. W.; De Paula, Julio; Keeler, James (2018). Atkins' Physical chemistry (Eleventh ed.). Oxford, United Kingdom. ISBN 978-0-19-876986-6. OCLC 1020028162.[페이지 필요]
  4. ^ Glossary of atmospheric chemistry terms (Recommendations 1990). Pure and Applied Chemistry. Vol. 62. 1990. p. 2167. doi:10.1351/goldbook.A00155. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  5. ^ Ferrari, L.; Kaufmann, J.; Winnefeld, F.; Plank, J. (2010). "Interaction of cement model systems with superplasticizers investigated by atomic force microscopy, zeta potential, and adsorption measurements". J. Colloid Interface Sci. 347 (1): 15–24. Bibcode:2010JCIS..347...15F. doi:10.1016/j.jcis.2010.03.005. PMID 20356605.
  6. ^ Khosrowshahi, Mobin Safarzadeh; Abdol, Mohammad Ali; Mashhadimoslem, Hossein; Khakpour, Elnaz; Emrooz, Hosein Banna Motejadded; Sadeghzadeh, Sadegh; Ghaemi, Ahad (26 May 2022). "The role of surface chemistry on CO2 adsorption in biomass-derived porous carbons by experimental results and molecular dynamics simulations". Scientific Reports. 12 (1): 8917. doi:10.1038/s41598-022-12596-5. PMID 35618757. S2CID 249096513.
  7. ^ Czelej, K.; Cwieka, K.; Kurzydlowski, K.J. (May 2016). "CO2 stability on the Ni low-index surfaces: Van der Waals corrected DFT analysis". Catalysis Communications. 80 (5): 33–38. doi:10.1016/j.catcom.2016.03.017.
  8. ^ Czelej, K.; Cwieka, K.; Colmenares, J.C.; Kurzydlowski, K.J. (2016). "Insight on the Interaction of Methanol-Selective Oxidation Intermediates with Au- or/and Pd-Containing Monometallic and Bimetallic Core@Shell Catalysts". Langmuir. 32 (30): 7493–7502. doi:10.1021/acs.langmuir.6b01906. PMID 27373791.
  9. ^ 카이저, 하인리히(1881년)."Über 죽다 Verdichtung 폰 Gasen Oberflächen ihrer Abhängigkeit 폰 Druck에 Temperatur und".Annalen Physik 운트 Chemie 해부학자.248(4):526–537.Bibcode:1881AnP...248..526K. doi:10.1002/andp.18812480404..가스의 흡착의 숯에 의해 이 연구에서, 단어의 첫번째 사용"흡착"페이지 527년:"Schon 소쉬르kannte 죽다 beiden für Grösse 해부 흡착 massgebenden Factoren, 소굴 Druck und die Temperatur, 다 er Erniedrigung 데 Druckes oder Erhöhung하는 Temperatur zur Befreiung derporösen 몸 폰 Gasen benutzte 죽는다."에 나타난다.("Saussaure는 기체의 다공질 물질을 제거하기 위해 압력을 낮추거나 온도를 높였기 때문에 흡착량을 결정하는 두 가지 요소, 즉 압력과 온도를 이미 알고 있었습니다.")
  10. ^ Foo, K. Y.; Hameed, B. H. (2010). "Insights into the modeling of adsorption isotherm systems". Chemical Engineering Journal. 156 (1): 2–10. doi:10.1016/j.cej.2009.09.013. ISSN 1385-8947. S2CID 11760738.
  11. ^ Czepirski, L.; Balys, M. R.; Komorowska-Czepirska, E. (2000). "Some generalization of Langmuir adsorption isotherm". Internet Journal of Chemistry. 3 (14). ISSN 1099-8292.
  12. ^ a b Burke GM, Wurster DE, Buraphacheep V, Berg MJ, Veng-Pedersen P, Schottelius DD.활성탄에 의한 페노바르비탈 흡착 모델 선택.제약정보 1991;8 (2):22823231. doi:10.1023/a:1015800322286
  13. ^ 표면의 물리적 화학.아서 W. 애덤슨인터사이언스(와일리), 뉴욕 6일자
  14. ^ Kisliuk, P. (January 1957). "The sticking probabilities of gases chemisorbed on the surfaces of solids". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 3 (1–2): 95–101. Bibcode:1957JPCS....3...95K. doi:10.1016/0022-3697(57)90054-9.
  15. ^ Langmuir, I.; Schaefer, V.J. (1937). "The Effect of Dissolved Salts on Insoluble Monolayers". Journal of the American Chemical Society. 29 (11): 2400–2414. doi:10.1021/ja01290a091.
  16. ^ a b Chen, Jixin (2020). "Stochastic Adsorption of Diluted Solute Molecules at Interfaces". ChemRxiv. doi:10.26434/chemrxiv.12402404. S2CID 242860958.
  17. ^ Ward, A.F.H.; Tordai, L. (1946). "Time-dependence of Boundary Tensions of Solutions I. The Role of Diffusion in Time-effects". Journal of Chemical Physics. 14 (7): 453–461. Bibcode:1946JChPh..14..453W. doi:10.1063/1.1724167.
  18. ^ Condon, James (2020). Surface Area and Porosity Determinations by Physisorption, Measurement, Classical Theory and Quantum Theory, 2nd edition. Amsterdam.NL: Elsevier. pp. Chapters 3, 4 and 5. ISBN 978-0-12-818785-2.
  19. ^ Polanyi, M. (1914). "Über die Adsorption vom Standpunkt des dritten Wärmesatzes". Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (in German). 16: 1012.
  20. ^ Polanyi, M. (1920). "Neueres über Adsorption und Ursache der Adsorptionskräfte". Zeitschrift für Elektrochemie. 26: 370–374.
  21. ^ Polanyi, M. (1929). "Grundlagen der Potentialtheorie der Adsorption". Zeitschrift für Elektrochemie (in German). 35: 431–432.
  22. ^ deBoer, J.H.; Zwikker, C. (1929). "Adsorption als Folge von Polarisation". Zeitschrift für Physikalische Chemie (in German). B3: 407–420.
  23. ^ Viswambari Devi, R; Nair, Vijay V; Sathyamoorthy, P; Doble, Mukesh (2022). "Mixture of CaCO3 Polymorphs Serves as Best Adsorbent of Heavy Metals in Quadruple System". Journal of Hazardous, Toxic & Radioactive Waste. 26 (1). doi:10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000651. S2CID 240454883.
  24. ^ Spessato, L. et al. 바이오매스 폐기물의 KOH-슈퍼 활성탄:파라세타몰 흡착 메커니즘과 열재생 사이클에 대한 통찰력.위험물질 저널, 제371, 499-505페이지, 2019.
  25. ^ 스페사토, L. 등로다민 B와 메트포르민의 동시 흡착을 위한 단순 중심 혼합 설계에 의한 시비피루나 활성탄 제제의 최적화.위험 물질 저널, Vol. 411, 125166, 2021 페이지.
  26. ^ Malhotra, Milan; Suresh, Sumathi; Garg, Anurag (2018). "Tea waste derived activated carbon for the adsorption of sodium diclofenac from wastewater: adsorbent characteristics, adsorption isotherms, kinetics, and thermodynamics". Environmental Science and Pollution Research. 25 (32): 32210–32220. doi:10.1007/s11356-018-3148-y. PMID 30221322. S2CID 52280860.
  27. ^ Mohan, S; Nair, Vijay V (2020). "Comparative study of separation of heavy metals from leachate using activated carbon and fuel ash". Journal of Hazardous, Toxic & Radioactive Waste. 24 (4): 473–491. doi:10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000520. PMID 04020031. S2CID 219747988.
  28. ^ Assadi, M. Hussein N.; Hanaor, Dorian A H (June 2016). "The effects of copper doping on photocatalytic activity at (101) planes of anatase TiO2: A theoretical study". Applied Surface Science. 387 (387): 682–689. arXiv:1811.09157. Bibcode:2016ApSS..387..682A. doi:10.1016/j.apsusc.2016.06.178. S2CID 99834042.
  29. ^ U.S. 팻No. 4,269,170, "흡착 태양열 난방 및 저장"; 발명가: John M.게라; 1981년 5월 26일 부여
  30. ^ Berend, Smit; Reimer, Jeffery A; Oldenburg, Curtis M; Bourg, Ian C (2014). Introduction to carbon capture and sequestration. Imperial College Press. ISBN 9781306496834.
  31. ^ D'Alessandro, Deanna M.; Smit, Berend; Long, Jeffrey R. (16 August 2010). "Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials". Angewandte Chemie International Edition. 49 (35): 6058–6082. doi:10.1002/anie.201000431. PMID 20652916.
  32. ^ Sathre, Roger; Masanet, Eric (2013-03-18). "Prospective life-cycle modeling of a carbon capture and storage system using metal–organic frameworks for CO2 capture". RSC Advances. 3 (15): 4964. Bibcode:2013RSCAd...3.4964S. doi:10.1039/C3RA40265G. ISSN 2046-2069.
  33. ^ Jansen, Daniel; van Selow, Edward; Cobden, Paul; Manzolini, Giampaolo; Macchi, Ennio; Gazzani, Matteo; Blom, Richard; Henriksen, Partow Pakdel; Beavis, Rich; Wright, Andrew (2013). "SEWGS Technology is Now Ready for Scale-up!". Energy Procedia. 37: 2265–2273. doi:10.1016/j.egypro.2013.06.107.
  34. ^ (Eric) van Dijk, H. A. J.; Cobden, Paul D.; Lukashuk, Liliana; de Water, Leon van; Lundqvist, Magnus; Manzolini, Giampaolo; Cormos, Calin-Cristian; van Dijk, Camiel; Mancuso, Luca; Johns, Jeremy; Bellqvist, David (1 October 2018). "STEPWISE Project: Sorption-Enhanced Water-Gas Shift Technology to Reduce Carbon Footprint in the Iron and Steel Industry". Johnson Matthey Technology Review. 62 (4): 395–402. doi:10.1595/205651318X15268923666410. hdl:11311/1079169. S2CID 139928989.
  35. ^ Wilson, CJ; Clegg, RE; Leavesley, DI; Pearcy, MJ (2005). "Mediation of Biomaterial-Cell Interactions by Adsorbed Proteins: A Review". Tissue Engineering. 11 (1): 1–18. doi:10.1089/ten.2005.11.1. PMID 15738657.
  36. ^ Sivaraman B.; Fears K.P.; Latour R.A. (2009). "Investigation of the effects of surface chemistry and solution concentration on the conformation of adsorbed proteins using an improved circular dichroism method". Langmuir. 25 (5): 3050–6. doi:10.1021/la8036814. PMC 2891683. PMID 19437712.
  37. ^ Scopelliti, Pasquale Emanuele; Borgonovo, Antonio; Indrieri, Marco; Giorgetti, Luca; Bongiorno, Gero; Carbone, Roberta; Podestà, Alessandro; Milani, Paolo (2010). Zhang, Shuguang (ed.). "The effect of surface nanometre-scale morphology on protein adsorption". PLoS ONE. 5 (7): e11862. Bibcode:2010PLoSO...511862S. doi:10.1371/journal.pone.0011862. PMC 2912332. PMID 20686681.
  38. ^ Cheraghian, Goshtasp (2017). "Evaluation of Clay and Fumed Silica Nanoparticles on Adsorption of Surfactant Polymer during Enhanced Oil Recovery". Journal of the Japan Petroleum Institute. 60 (2): 85–94. doi:10.1627/jpi.60.85.
  39. ^ Pilatowsky, I.; Romero, R.J.; Isaza, C.A.; Gamboa, S.A.; Sebastian, P.J.; Rivera, W. (2011). "Chapter 5: Sorption Refrigeration Systems". Cogeneration Fuel Cell-Sorption Air Conditioning Systems. Green Energy and Technology. Springer. pp. 99, 100. doi:10.1007/978-1-84996-028-1_5. ISBN 978-1-84996-027-4.
  40. ^ Brandt, Robert K.; Hughes, M.R.; Bourget, L.P.; Truszkowska, K.; Greenler, Robert G. (April 1993). "The interpretation of CO adsorbed on Pt/SiO2 of two different particle-size distributions". Surface Science. 286 (1–2): 15–25. Bibcode:1993SurSc.286...15B. doi:10.1016/0039-6028(93)90552-U.
  41. ^ Uner, D.O.; Savargoankar, N.; Pruski, M.; King, T.S. (1997). "The effects of alkali promoters on the dynamics of hydrogen chemisorption and syngas reaction kinetics on Ru/SiO2 surfaces". Dynamics of Surfaces and Reaction Kinetics in Heterogeneous Catalysis, Proceedings of the International Symposium. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 109. pp. 315–324. doi:10.1016/s0167-2991(97)80418-1. ISBN 9780444826091.
  42. ^ Narayan, R.L; King, T.S (March 1998). "Hydrogen adsorption states on silica-supported Ru–Ag and Ru–Cu bimetallic catalysts investigated via microcalorimetry". Thermochimica Acta. 312 (1–2): 105–114. doi:10.1016/S0040-6031(97)00444-9.
  43. ^ VanderWiel, David P.; Pruski, Marek; King, Terry S. (November 1999). "A Kinetic Study on the Adsorption and Reaction of Hydrogen over Silica-Supported Ruthenium and Silver–Ruthenium Catalysts during the Hydrogenation of Carbon Monoxide". Journal of Catalysis. 188 (1): 186–202. doi:10.1006/jcat.1999.2646.
  44. ^ Uner, D. O. (1 June 1998). "A Sensible Mechanism of Alkali Promotion in Fischer−Tropsch Synthesis: Adsorbate Mobilities". Industrial & Engineering Chemistry Research. 37 (6): 2239–2245. doi:10.1021/ie970696d.
  45. ^ Zupanc, C.; Hornung, A.; Hinrichsen, O.; Muhler, M. (July 2002). "The Interaction of Hydrogen with Ru/MgO Catalysts". Journal of Catalysis. 209 (2): 501–514. doi:10.1006/jcat.2002.3647.
  46. ^ Trens, Philippe; Durand, Robert; Coq, Bernard; Coutanceau, Christophe; Rousseau, Séverine; Lamy, Claude (November 2009). "Poisoning of Pt/C catalysts by CO and its consequences over the kinetics of hydrogen chemisorption". Applied Catalysis B: Environmental. 92 (3–4): 280–284. doi:10.1016/j.apcatb.2009.08.004.
  47. ^ Rozanov, Valerii V; Krylov, Oleg V (28 February 1997). "Hydrogen spillover in heterogeneous catalysis". Russian Chemical Reviews. 66 (2): 107–119. Bibcode:1997RuCRv..66..107R. doi:10.1070/rc1997v066n02abeh000308.
  48. ^ Ford, Matt (6 May 2009). "The thermodynamics of Tetris". Ars Technica.
  49. ^ Barnes, Brian C.; Siderius, Daniel W.; Gelb, Lev D. (2009). "Structure, Thermodynamics, and Solubility in Tetromino Fluids". Langmuir. 25 (12): 6702–16. doi:10.1021/la900196b. PMID 19397254.

추가 정보

  • Cussler, E. L. (1997). Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems (2nd ed.). New York: Cambridge University Press. pp. 308–330. ISBN 978-0-521-45078-2.

외부 링크