Сорбенты — вещества для поглощения¶

Сорбенты — это твёрдые или жидкие вещества, способные поглощать (адсорбировать или абсорбировать) газы, пары или растворённые вещества из среды на своей поверхности или в объёме. Термин происходит от латинского sorbere — «поглощать». Сорбенты применяются в промышленности, экологии, медицине, пищевой индустрии и лабораторной практике.

¶Механизм сорбции

Сорбция — общее название двух процессов:

• Адсорбция — поглощение вещества на поверхности сорбента в результате действия межмолекулярных сил (ван-дер-ваальсовых, химических связей). Наиболее распространённый механизм.
• Абсорбция — поглощение вещества всем объёмом сорбента, сопровождающееся проникновением вглубь фазы.

Обратный процесс, при котором поглощённое вещество возвращается в среду, называется десорбцией. Сорбенты, у которых десорбция возможна при нагревании или промывке, могут регенерироваться и использоваться повторно.

¶Классификация

По химическому составу и структуре сорбенты делятся на несколько групп.

¶Минеральные

• Активированный уголь — наиболее распространённый сорбент, получаемый из каменного угля, древесины, кокосовой скорлупы. Обладает развитой пористой структурой, удельная поверхность может достигать 1000–1500 м²/г.
• Кремнезём (силикагель) — пористый диоксид кремния, применяется для осушения газов и жидкостей.
• Цеолиты — природные и синтетические алюмосиликаты с регулярной пористой структурой, используются в каталитических процессах и для очистки воды.
• Активная глина (бентонит) — применяется в пищевой промышленности и нефтепереработке.
• Перлит и вермикулит — используются для фильтрации и теплоизоляции.

¶Органические

• Ионообменные смолы — синтетические полимеры, поглощающие ионы из раствора с одновременным выделением других ионов.
• Полимерные сорбенты — полистирольные, полиметакрилатные и другие полимерные матрицы.
• Активированный торф — природный сорбент, применяется в сельском хозяйстве и медицине.

¶Металлические

Некоторые металлы и их сплавы (например, палладий, платина, никель) используются в качестве сорбентов водорода. Металлогидридные сорбенты находят применение в системах хранения водорода.

¶Основные характеристики

¶Применение

¶Медицина

В медицинской практике сорбенты используются для лечения отравлений, интоксикаций и аллергических реакций. Наиболее известные препараты:

• Активированный уголь — применяется при острых отравлениях, вздутии живота, интоксикациях. Принимается внутрь из расчёта 0,5–1 г на кг массы тела.
• Смектит диоктаэдрический (Смекта) — адсорбирует токсины и вирусы в кишечнике, применяется при диарее.
• Полисорб МП — коллоидный диоксид кремния, применяется при пищевых отравлениях и аллергиях.
• Энтеросгель — кремнийорганический сорбент, применяется при интоксикациях различного происхождения.
• Полифепан — лигниновый сорбент растительного происхождения.

¶Промышленность

• Газоочистка — удаление примесей из промышленных газов, осушка сжатого воздуха.
• Очистка воды — обезжелезивание, удаление органических загрязнений, тяжёлых металлов.
• Нефтехимия — очистка нефтепродуктов, разделение углеводородных смесей.
• Хроматография — сорбенты служат неподвижной фазой в колонках для разделения сложных смесей.
• Пищевая промышленность — обесцвечивание масел и сахарных сиропов, удаление микотоксинов из зерна.

¶Экология

Сорбенты применяются для ликвидации последствий разливов нефти (органические сорбенты, вермикулит), очистки сточных вод, мониторинга загрязнения атмосферы.

¶Выбор сорбента

При выборе сорбента учитывают химическую природу загрязнителя, концентрацию, условия процесса (температура, давление, pH), требования к чистоте продукта и возможность регенерации. Для удаления неполярных органических веществ эффективен активированный уголь, для осушения газов — силикагель и цеолиты, для ионного обмена — ионообменные смолы.

¶Интересные факты

• Удельная поверхность одного грамма активированного угля может превышать площадь футбольного поля.
• Цеолиты в природе образуются при вулканической активности и используются в качестве «молекулярных сит» — их поры имеют строго определённый размер, что позволяет фильтровать молекулы по величине.
• В космических программах сорбенты применяются для регенерации воздуха и воды в замкнутых системах жизнеобеспечения.

¶Источники

• Фомин А. Д., Ткачев А. В. «Сорбционные процессы: теория, эксперимент, практика»
• Кречетов И. Г. «Технология очистки природных и сточных вод сорбентами»
• Бибик Е. С., Бунин С. З. «Сорбенты в медицине»
• ГОСТ Р 51074-2003 «Продукты пищевые. Информация для потребителя»
• Дзядзько Л. И. и др. «Сорбционные технологии очистки воды»