Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха Ссорина Юлия Гелиосовна

Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха
<
Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Ссорина Юлия Гелиосовна. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха : диссертация ... кандидата химических наук : 05.17.01.- Москва, 2001.- 115 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-2/102-3

Содержание к диссертации

Введение

Литературный обзор 6

1. Структура цеолитов 6

2. Вода в цеолитах 10

3. Ионный обмен на цеолитах 19

4. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах 29

5. Выводы из обзора и постановка задач исследования 41

Получение цеолитов и методы исследования их свойств 42

1. Методы получения ионообменных форм цеолитов 42

1.1. Исходный цеолит, соли, растворы, адсорбаты 42

1.2. Подготовка цеолитов к ионному обмену 44

1.3. Ионный обмен 46

1.4. Анализ растворов и расчет степени оМёйа, 48

2. Методы исследования свойств цеолитов 53

2.1. Насыпная плотность 53

2.2. Влагосо держание цеолитов и определение величин сорбции воды 53

2.3. Адсорбционные измерения 54

2.4. Условия и методика изучения "старения" 57

2.5. Рентгеноструктурный анализ 58

аваЗ Характеристики и свойства цеолитов 59

1. Вводные замечания и обозначения 59

2. Цеолиты NaX и LiX 61

2.1. Цеолит NaX 61

2.2. Цеолит LiX 68

3. Цеолиты MeNaX и MeLiX 75

3.1. Адсорбция азотаи кислорода 75

3.2. Адсорбция воды 78

3.4. Рентгеноструктурные измерения 78

3.5. Резюме результатов 80

Сопоставление рядов цеолитов MeNaX и MeLiX 84

1. Методы сопоставления 84

2. Сравнение рядов цеолитов друг с другом 89

3. Физические свойства катионов и их расположение в рядах 93

4. Некоторые практические выводы 101

ыводы 103

писок литературы 105

Ионный обмен на цеолитах

При дегидратации цеолитов происходят сложные процессы, в ходе которых все компоненты структуры перестраиваются, "приспосабливаясь" ко внешней среде [8]. Цеолит можно нагревать при непрерывном вакуумировании, быстро удаляя выделяющуюся воду, или в условиях постоянной влажности. Например, при давлении водяных паров 1 атм потеря воды при 200С замедляется. Большинство широкопористых цеолитов термодинамически неустойчивы практически при всех температурах, при которых проводятся измерения, поэтому термин "стабильность", точнее говоря означает метастабильность. Предел термической устойчивости обычно определяют, нагревая образец в течение нескольких минут или часов в отсутствие паров воды. Длительное воздействие высоких температур, например, при каталитическом крекинге, вызывает разрушение при более низкой температуре, особенно в присутствии паров влаги.

Д. Брек [8] обобщил многочисленные данные по дегидратации цеолитов, полученные методом ДТА (дифференциального термического анализа) и ТГ (термогравиметрического анализа), и выявил следующие основные закономерности изменения цеолитов типа X.

Цеолиты со структурой фожазита теряют большую часть воды примерно до 400С, но сильно поляризующие катионы прочно удерживают последние молекулы. Термическое разрушение цеолита NaX происходит при температуре около 760С, После 36-часового нагревания при 760С цеолит аморфизируется и перекристаллизовывается при 800С в карнегитоподобную фазу, а при 1000С в нефелиноподобную фазу.

Увеличение соотношения Si/Al обычно повышает стабильность цеолитов, однако имеющиеся данные зачастую расходятся. Редкоземельные катионы повышают стабильность цеолитов X и Y, по-видимому, в результате образования комплексов в содалитовых ячейках. Приведенные выше результаты не дают полного представления о химических процессах, происходящих при дегидратации. Дж. Рабо в своей книге [9] приводит такую схему дегидратации:

1. При низкой температуре и высокой влажности алюмосиликатный каркас принимает конфигурацию с наименьшими напряжениями, а катионы и молекулы воды занимают положения, обеспечивающие химическое равновесие. Избыточный заряд каркаса компенсируется или прямой связью катионов с кислородом каркаса, или через молекулы воды, образующие гидратные комплексы вокруг катионов. В широких порах молекулы воды, находящиеся вблизи стенок, более прочно связаны с кислородом каркаса, чем молекулы, расположенные ближе к центру полости. Гидратные комплексы более характерны для катионов с большой поляризующей силой. На это указывают спектры ЭПР цеолитов СоА, СоХ и CoY [10], спектры ЭПР цеолитов X, содержащих Мп [11]. Молекулы воды с большой частотой перемещаются из одного места в другое, но, поскольку эти перемещения совершаются в пределах определенных кристаллографических положений в алюмосиликатном каркасе, цеолитная вода существенно отличается от обычной жидкой воды.

2. С повышение температуры и уменьшением влажности молекулы воды удаляются из структуры. Если катионы характеризуются малой поляризующей силой, этот процесс происходит без существенных осложнений. По мере дегидратации катионы смещаются к ионам кислорода каркаса, и образующая структура соответствует минимуму электростатической энергии. После удаления молекул воды, сглаживающих электростатические поля, алюмосиликатный каркас принимает напряженную конфигурацию, которая зависит от топологических и химических факторов.

3. В цеолитах с сильно поляризующими катионами при удалении воды происходят более сложные изменения. В результате поляризации молекула воды расщепляется на гидроксил, связанный с катионом, и протон, присоединяющийся к кислороду каркаса. Катионы переходных металлов находятся в окружении трех кислородов 6-членного кольца и гидроксильной группы. Об этом говорят результаты рентгеноструктурного анализа, а также спектры ЭПР цеолитов Со А, СоХ и CoY [11] и мессбауэровские спектры цеолита FeY [12]. А в цеолитах со структурой фожазита редкоземельные ионы образуют комплексы внутри содалитовых ячеек. При повышении температуры гидроксильные группы разрушаются и выделяются в виде воды.

4. Термическую стабильность цеолитов не удается описать каким-либо простым законом. Теоретически можно рассмотреть силикатные каркасы, состоящие из чистого кремнезема. Стабильность широкопористых каркасов должна быть меньше, так как в них ослабляются взаимодействия дальнего порядка. В то же время такие каркасы могут быть весьма стабильными благодаря высокой энергии активации разрыва связей Si-O, однако влияние угла Si-0-Si на вклад ковалентной составляющей в энергию связи пока не изучено. Реальная скорость реакции должна в существенной степени зависеть от присутствия дефектов. Дальнейшее усложнение картины связано с введением в каркас алюминия и влиянием компенсирующих катионов. Экспериментальные данные показывают, что термостабильность, как правило, понижается с увеличением соотношения Al/Si, но сильная зависимость стабильности от химической природы катионов не позволяет получить четкую зависимость. Для разрыва связи А1-0 требуется меньшая энергия активации, чем для разрыва связи Si-O, и цеолиты с меньшим содержанием алюминия легче перекристаллизовываются в фельдшпатоиды. Влияние топологии каркаса на стабильность цеолитов пока не удалось убедительно объяснить. Попытки рассматривать цеолитные каркасы как инженерные сооружения нельзя считать удачными, хотя построение проволочных моделей каркасов позволяет интуитивно понять причины снижения стабильности при уменьшении углов Т О-Т, где Т - Si, А1.

Исходный цеолит, соли, растворы, адсорбаты

Изучением адсорбентов для процессов КБА занималась И.Н.Каменчук [69]. В работе были изучены изотермы адсорбции азота и кислорода на различных образцах цеолитов в интервале температур 30-100С. Опыты показали, что в исследованной области равновесных давлений и температур изотермы обоих адсорбатов были практически линейны. При этом наблюдалась существенно большая адсорбция азота по сравнению с кислородом, связанная с более сильным взаимодействием его квадрупольной молекулы с гетероионной поверхностью цеолита. На всех исследованных цеолитах изотермы адсорбции имели линейный характер. [69].

Для описания полученных равновесных данных использовали уравнение Генри. Из рассмотрения ряда цеолитов типа X следует, что замещение катиона Na+ на катионы щелочноземельных металлов приводит к увеличению адсорбционной емкости для этого типа цеолитов. Исключение составляет лишь цеолит MgX. Низкое значение коэффициента Генри по азоту можно объяснить более низкой степенью обмена и, кроме того, очень большой гидрофильностью этого адсорбента. Mg2 - форма удерживает молекулы воды более прочно и для ее полного удаления необходимы более жесткие условия регенерации.

Резкое падение емкости цеолита ВаХ объясняется, вероятно, частичным разрушением структуры цеолита, которое может происходить при высоких степенях обмена.

Адсорбционная емкость всех исследованных образцов цеолита по кислороду мало изменялась в зависимости от типа цеолита и типа катиона-заместителя.

В работе [69] исследованные катионо-замещенные цеолиты имели различную степень обмена. В связи с этим обсуждение влияния типа обменного катиона на теплоту адсорбции представляло трудность. Но эту трудность можно преодолеть, если для качественной характеристики ввести в рассмотрение плотность заряда адсорбционного пространства [70], которую можно рассчитать по уравнению:

На всех исследованных цеолитах А- и Х-форм, кроме Mg-цеолитов, наблюдалось падение теплот адсорбции азота по мере увеличения радиуса обменного катиона и уменьшения плотности заряда адсорбционного пространства в связи с уменьшением вклада специфического взаимодействия [71]. Об этом свидетельствует также сокращение разности теплот адсорбции азота и кислорода. Исключение составляют магниевые формы цеолитов, на которых получены более низкие значения теплот адсорбции азота при высоких значениях плотности заряда. Как указывалось ранее, аномальные свойства магниевых форм объясняются частичной компенсацией электрического поля катионов дипольными молекулами воды, оставшейся в полостях после активации.

Для теплот адсорбции кислорода характерно небольшое их увеличение с ростом радиуса обменного катиона в пределах каждого типа цеолита. Это связано с возрастанием поляризуемости катионов за счет увеличения размеров их электронных оболочек и, следовательно, дисперсионного взаимодействия молекул кислорода с решеткой цеолитов.

Изотермы адсорбции азота и кислорода в работе [69] получали также и объемным методом на цеолитах, прошедших предварительные испытания в газо-хроматографических опытах и показавшие лучшие результаты. Опыты проводили при температуре 25С и в интервале равновесных давлений от нескольких мм. рт. ст. до 600 мм. рт. столба. Полученные изотермы адсорбции показали, что на всей области исследованных равновесных давлений азот сорбируется в значительно больших количествах, чем кислород. Изотермы адсорбции обоих адсорбатов имеют слабовыпуклую форму, которая более сильно выражена у азота. Как и в газо-хроматографических опытах, наибольшей емкостью по азоту обладал цеолит СаХ. По адсорбции кислорода цеолиты различались мало.

В последние годы в патентной литературе уделяется большое внимание созданию и изучению свойств бизамещенных свойств сорбентов для организации процесса КБА [72-81]. По словам авторов [72,80] введение второго катиона Ва, Со, Си, Cr, Fe, Mg, Mn, Ni в цеолит типа LiX позволяет значительно увеличить адсорбционную емкость по азоту, а также значительно повысить термическую стабильность получаемых образцов. Авторы патента [72] согласны, что введение дивалентных катионов улучшает свойства сорбентов и предлагают их создание прямым синтезом, то есть добавлением соответствующих солей на стадии синтеза. В [73] изучили структуру бизамещенных сорбентов и показали, что оптимальное соотношение Si/Al для получение лучшего сорбента должно быть ниже 2.

Подобное увеличение емкости сорбентов по азоту (аы/ао=15) дает также введение 3-х валентных катионов [74]. При чем для изменения свойств сорбентов достаточно сравнительно небольшого количества таких катионов 4-50%. В патенте [75] проводится изучение свойств цеолитов типа А, X, LSX и СНА с катионами Na, Li и Са. Для процесса VSA лучшим из перечисленных оказался цеолит CaLiLSX. К этому выводу присоединяются авторы патентов [76, 77, 78]. В работе [79] предлагают получать бизамещенные формы цеолитов с соотношением Si/Al равным 1,5 на основе Li-замещенного сорбента и дальнейшим введением катионов Са или Sr посредством ионного обмена.

В работе [81] предлагается синтез композиции и метод использования полученных цеолитов для разделения смеси азота и кислорода. Композиция — ЕМТ с соотношеним Si/Al 2,0 на основе цеолита с содержанием Li 80%, с кристаллами FAU-структуры с Si/X, где X — AI, Са, В. Вторыми катионами были Са, Mg, Zn, Ni, Mn, Na, К или их смеси.

Представленные в обзоре данные говорят о том, что структура стабильных цеолитов, включая тип X, в достаточной мере изучена. Освещен вопрос о состоянии в них молекул воды. Термодинамика и кинетика ионного обмена на цеолитах изучена достаточно подробно, хотя данные исследователей не всегда полностью согласуются.

Несмотря на обширный экспериментальный материал по адсорбции азота и кислорода на цеолитах при комнатных температурах, вопрос о величинах и теплотах адсорбции остается дискуссионным. Не ясны причины сильных различий величин адсорбции азота на цеолитах одного и того же типа. Не обсужден вопрос об уникально высоких величинах адсорбции азота на бизамещенных цеолитах и не установлена связь между структурой цеолита и величиной адсорбции на нем молекул азота и кислорода.

Условия и методика изучения "старения"

Основу настоящей главы образуют данные об адсорбционных свойствах цеолитов типа X по воде, азоту и кислороду.

Адсорбцию азота и кислорода изучали, как уже отмечалось, при 25С и давлении 1 ата. Эти условия отвечают линейным участкам изотерм сорбции, что было удобным для интерпретации результатов. Они, кроме того, несильно отличаются от реальных условий процесса VSA (vacuum swing adsorption) — одной из разновидностей промышленного адсорбционного процесса разделения воздуха.

MeNaXHCX и MeNaXcTa6. Расшифровка понятий "исх" и "стаб" приведена выше (см. цеолит LiX). Цеолиты группы MeNaX представляют собой ионообменные формы цеолита NaX со степенью обмена натрия на катионы других элементов I и II групп периодической системы Д.И. Менделеева, равной 10 30 %. MeLiX — бизамещенные цеолиты. Получены из цеолита LiXHCX путем частичного замещения Li+ на другие катионы элементов I и II групп. Степень обмена 10-30 %. Использованы в двух формах: МеЫХисх и MeLiXcTa6 , где понятия "исх" и "стаб" имеют тот же смысл, который был оговорен выше.

Непостоянство степеней обмена (10-30 %) в цеолитах MeNaX и MeLiX не является существенным. Это следует из литературных данных [71, 77], в которых показано, что в интервале степеней обмена 10-50 % адсорбционные свойства цеолитов по азоту и кислороду почти неизменны, и из собственных экспериментов, проведенных с цеолитами SrNaX и SrLiX. Результаты этих опытов представлены в табл. 3.1. Данные таблицы свидетельствуют, что в широком интервале значений степеней обмена величины адсорбции азота и кислорода почти постоянны.

Величины адсорбции азота и кислорода выражали в размерностях [нсм3/г] и [нсм3/нсм3]. Первая удобна для технологических расчетов. Вторая — для сопоставления цеолитов друг с другом, так как очевидно, что она линейно пропорциональна размерности [ммоль/эл. ячейку], которая принята в работах теоретического плана [21]. Таблица 3.1. Адсорбция азота и кислорода на цеолитах SrNaX и SrLiX в зависимости от степени обмена

Для определения исходного содержания ионообменных катионов Na+ цеолит NaX предварительно дегидратировали в потоке сухого воздуха при 350С. Далее навеску сорбента («1 г.) переносили в установку для проведения ионного обмена в динамических условиях. Схема установки была представлена на рис. 2.3. За основу определения принимали предположение о том, что обмен ионов Na+ на ионы NH/ в цеолитах типа X происходит полностью [3,21].

Через колонку с исходным цеолитом пропускали 1 н раствор NH4CI (количество раствора было выбрано с заведомым избытком) со скоростью 3 мл/мин при температуре 85С. Окончание обмена определяли по отсутствию катионов Na+ в выходящем из колонки растворе. Анализ раствора проводили методом фотометрии пламени. Количество ионов Na+, перешедших в раствор NH4CI в течение обмена, приводили к размерности мг.-экв./г, наиболее употребимой в литературе [3].

Результаты экспериментов по определению количества обменных катионов натрия в исходном цеолите представлены в табл. 3.2. Таблица 3.2

Работе по определению зависимости адсорбционных характеристик цеолита от степени дегидратации предшествовало термографическое исследование. Оно было выполнено с использованием увлажненного образца цеолита NaX на дериватографе системы Паулик-Паулик-Эрден.

Равномерно увлажненный образец помещали в корундовый тигель, взвешивали и устанавливали в печь дериватографа. В качестве стандартного вещества использовали прокаленную окись алюминия. Эксперимент проводили путем нагревания цеолита от комнатной температуры до 500С; скорость нагрева составляла 5/мин; навеска цеолита — 1,2044 г.

Кривая дифференциального термического анализа цеолита представлена на рис. 3.2. Она типична для цеолита NaX [3, 4] и характеризуется непрерывной десорбцией воды в интервале 20-500С.

На кривой ДТА имеется широкий эндотермический пик, соответствующий удалению воды. Проведя касательные в местах перегибов кривой, мы получили несколько значений температур, которые, в дальнейшем, использовали для организации опытов по дегидратации (см. п.2.1.2).

Определили продолжительность дегидратации цеолита. Методика эксперимента описана в п. 2.1.2. Опыты в начале проводили с использованием влажного воздуха. За базовые температуры были приняты 150С, которая соответствует концу области интенсивного выделения воды из цеолита по данным дериватограммы, и 350С — обычная температура дегидратации цеолитов, при которой освобождаются практически все активные центры сорбции. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.3 и 3.4.

Как видно из табл. 3.3, равновесная величина влагосодержания при 150 С достигается при общем времени регенерации 3,5 ч. В соответствии с полученным результатом в диапазоне температур 100-250С была принята следующая схема дегидратации: 1,5 ч — нагрев до заданной температуры, 2 ч — выдержка при заданной температуре. Таблица 3.4. Зависимость величины влагосодержания цеолита NaX от времени дегидратации

При 350 С равновесную величину влагосодержания достигали при времени дегидратации 3,5 ч (время выдержки образца 1 ч). Исходя из полученных результатов, в диапазоне температур 300-500С приняли следующую схему дегидратации: 2,5 ч — нагрев до заданной температуры и 1 ч выдержка при этой температуре.

В образцах, дегидратированных в среде влажного воздуха определяли содержание остаточной воды. Измерения проводили на двух параллельных пробах по методике, описанной в п. 2.2.2. Окончательное значение влагосодержания рассчитывали как среднее. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.5.

Аналогичным образом проводили дегидратацию в сухом воздухе (точка росы не выше -40С) по методике, описанной в разделе 2.2.2. Данные приведены в табл. 3.6 Методы дегидратации сопоставлены на рис. 3.3. Как видно из рисунка, при дегидратации во влажном воздухе остаточное влагосодержание выше, чем при дегидратации в сухом. Эта разность уменьшается с увеличением температуры. Так, если при 100С она составляет 5,5%, то при 450-500С — не превышает 0,15%.

Рентгеноструктурные измерения

К числу физических свойств катиона, предположительно влияющих на сорбцию азота цеолитом, можно отнести атомную массу, заряд, потенциал низации, размер катиона, электронную плотность. Можно считать, что по заряду ши ранжированы ряды адсорбции азота, представленные в главе 3. Из них едует, что для цеолитов с двухзарядными катионами величина адсорбции азота в еднем несколько выше, чем для однозарядных, но никакие более глубокие выводы есь не просматриваются. Поэтому проанализируем связь адсорбируемости азота с емя другими свойствами.

В качестве объектов сопоставления будем рассматривать нормализованные ды расположения катионов по убыванию величин адсорбции азота на цеолитах eNaXCT (ряд 2) и MeLiXCT (ряд 4), с одной стороны, и ряд изменения свойства для ответствующих катионов, с другой. В табл. 4.8 приведены данные для атомной ассы и ряда 2. В табл. 4.9 приведены данные для первого потенциала ионизации 8] и ряда 2.

В расчетах были приняты размеры катионов по Гольдшмидту Доля инверсий для всех рассмотренных пар близка к среднему значению для учайных рядов (-50%) и, таким образом, монотонная корреляция в парах сутствует.

Предположим, что положение катиона в ряду возрастания величины сорбции азота от положения его в ряду изменения некоторого свойства носит стремальный характер. В этом случае корреляция между рядами должна носить зрастающий (убывающий) характер в первой половине ряда и убывающий озрастающий) характер во второй. Для проверки этого предположения построим етвертьматрицы" сравнения для первой и второй половины ряда порознь. Первую ловину образуют катионы с порядковыми номерами 1-6, вторую - 6-11. зультаты построений приведены в табл. 4.12-4.15.

В соответствии с принципами выбранного сравнения доля инверсий в одной четвертей матрицы должна быть меньше значения доли инверсий для случайных дов ( 20%), а в другой - больше ее ( 80%). Этим условиям отвечает сравнение да 2 с рядом убывания первого потенциала ионизации катионов.

Для ряда цеолитов MeLiXCT , как и для MeNaXCT , наблюдается немонотонная орреляция с рядами изменения потенциала ионизации. При увеличении потенциала низации катиона до 6 В активность цеолита по азоту возрастает. Дальнейший ст потенциала приводит к ее падению. Зависимости емкости цеолитов MeNaXCT и eLiXCT по азоту от U приведены на рис. 4.1. Для обоих рядов они апроксимируются актически совпадающими параболическими кривыми. Отметим, что U=6B вечает иону кальция.

С рядами изменения свойств катионов сопоставили такие данные об сорбции кислорода. Для сопоставления был выбран ряд 6. Результаты поставлення приведены в табл. 4.17.

Потенциал ионизации определяют как самое низкое значение потенциала, обходимого для удаления электрона из оболочки атома. При взаимодействии тиона с отрицательно заряженными молекулами его можно рассматривать в честве меры энергии взаимодействия катиона и адсорбата. Поэтому рост отенциала должен сопровождаться увеличением величин адсорбции молекул, іеющих отрицательный заряд. В рассматриваемых системах присутствуют два па адсорбатов, молекулы которых имеют заряды: диполь - вода, и квадруполи -от или кислород. В смеси таких адсорбатов происходит подавление адсорбции ;ного из них в результате конкурентной сорбции другого. Естественно, что эффект одавления сильнее проявляется для слабого адсорбата - азота (кислорода), чем для льного адсорбата - воды. Поэтому зависимость величин адсорбции азота ислорода) от потенциала ионизации приобретает экстремальный характер. Этот же [мизм можно объяснить другими словами: с ростом потенциала ионизации катиона здаются более благоприятные условия для адсорбции азота, но реализации этих словий, если потенциал ионизации стал достаточно большим, препятствует еличение гидратной оболочки катиона.

В литературе [39, 63, 69, 89] имеются данные о наличии связи величин дсорбции азота катионзамещенными цеолитами типа X с электронной плотностью атиона. В том числе отмечается, что плохая адсорбционная способность иона Mg24-бусловлена его высокой гидратируемостью, связана, в свою очередь, с высоким

101

ачением электронной плотности. Значения потенциала ионизации и электронной отности в определенной степени взаимосвязаны. Однако использование первого них, по нашему мнению, более предпочтительно. Суть дела состоит в некоторой определенности понятия "радиус катиона", для которого имеются три зличающиеся между собой системы значений, и производного понятия -лектронная плотность". В пользу потенциала ионизации говорят также едставленные выше данные опытов и расчетов.

Считают [3], что предпочтительным центром сорбции кислорода, оисходящей преимущественно под действием дисперсионных сил, являются ионы слорода решетки цеолита. Однако, кислород, подобно азоту, обладает адрупольным моментом, который равен 0,43-1026 э.с.е. [41]. Поэтому наруженная нами экстремальная зависимость величин адсорбции кислорода от тенциала ионизации - это отражение того вклада, который вносит в общую личину адсорбции кислорода специфическая составляющая взаимодействия этого щества с адсорбентом: она сравнительно невелика и не приводит к высоким личинам адсорбции, но проявляется как различие в адсорбции кислорода цеолита а цеолитах, содержащих разные обменные катионы. Аналогичным образом можно утверждать, что азот предпочтительно рбирующийся на катионах, за счет дисперсионных сил, подобно кислороду, рбируется решеткой цеолита. Оба адсорбтива, по нашему мнению, адсорбируются о единым механизмам, но в разной степени. Это вытекает из установленной выше ачественно одинаковой зависимости величин адсорбции азота и кислорода от отенциала ионизации катионов.

Среди стабильных моно- и бизамещенных форм цеолита X отсутствуют ормы, обладающие или существенно высокой емкостью по азоту, или существенно изкой емкостью по кислороду. Емкости всех образцов имеют один и тот же орядок в силу того, что фактор, определяющий величину сорбции азота и слорода, один и тот же - потенциал ионизации. По этой же причине отношения костей, которые пропорциональны коэффициентам разделения, меняются слабо. о следует, в частности из данных табл. 4.18, в которой приведены коэффициенты з деления (Кр«ам/ао) для двух рядов цеолитов: MeNaXCT и MeLiXCT .

Похожие диссертации на Адсорбция азота и кислорода на цеолитах типа Х, содержащих катионы элементов I и II групп периодической системы : Применительно к процессам адсорбционного разделения воздуха