Adsorpcija je proces koji se dešava kada se gasni ili tečni rastvor akumulira na površini nekog čvrstog materijala ili, ređe, tečnosti (adsorbenta), formirajući molekularni ili atomski film (adsorbat).[1][2] Ovaj pojam se često zamijenjuje sa pojmom apsorpcije, međutim reč je o sasvim drugačijem procesu. Oba ova procesa se mogu nazvati sorpcijama, dok je suprotan proces nazvan desorpcija.[3] Adsorpcija je površinski fenomen, dok apsorpcija obuhvata celu zapreminu materijala, iako adsorpcija često prethodi apsorpciji.[4] Termin sorpcija obuhvata oba procesa, dok je desorpcija reverzni proces.

Model višeslojne adsorpcije.
IUPAC definicija
Povećanje koncentracije supstance na granici kondenzovanog i tečnog ili gasovitog sloja usled delovanja površinskih sila.

Napomena 1: Adsorpcija proteina je od velike važnosti kada je materijal u kontaktu sa krvlju ili telesnim tečnostima. U slučaju krvi, albumin, koji je u velikoj meri predominantan, se generalno prvo adsorbuje, a zatim dolazi do preraspoređivanja u korist drugih manjih proteina u skladu sa površinskom afinitetom prema izboru po zakonu mase (Vromanov efekat).

Napomena 2: Adsorbovani molekuli su oni koji su otporni na pranje istim rastvaračem u slučaju adsorpcije iz rastvora. Uslovi pranja mogu tako da modifikuju rezultate merenja, posebno kada je energija interakcije niska.[5]

Kao i površinski napon, adsorpcija je posledica površinske energije. U rasutom materijalu, sve zahteve vezivanja (bilo da su jonski, kovalentni ili metalni) sastavnih atoma materijala ispunjavaju drugi atomi u materijalu. Međutim, atomi na površini adsorbenta nisu u potpunosti okruženi drugim atomima adsorbenta i stoga mogu privući adsorbate. Tačna priroda vezivanja zavisi od detalja uključenih vrsta, ali proces adsorpcije se generalno klasifikuje kao fiziosorpcija (karakteristična za slabe van der Valsove sile) ili hemisorpcija (karakteristična za kovalentno vezivanje). Može se pojaviti i zbog elektrostatičke privlačnosti.[6]

Adsorpcija je operativna u većini prirodnih, bioloških i hemijskih sistema, te je široko upotrijebljena u industriji, kao heterogena kataliza,[7][8] pri prečišćavanju voda, princip aktivnog uglja itd. U analitičkoj hemiji, naročito u tehnikama poput hromatografije i izmene jona, adsorpcija igra važnu ulogu tako da od odabira selektivno određenih adsorbensa, zavisi krajnji rezultat ispitivanja.

Osnova adsorpcije leži u energiji površine materijala. U većini materijala, svi atomi i molekuli imaju određene veze (bilo jonske, kovalentne ili metalne prirode) sa drugim atomima i molekulama. Izuzetak predstavljaju atomi koji se nalaze na površini materijala, jer nisu potpuno okruženi sa drugim atomima. Iz tog razloga, ti atomi imaju afinitet (veći ili manji) da formiraju veze s nekim drugim atomom koji se nađe u blizini.

Reč „adsorpcija“ skovao je 1881. nemački fizičar Hajnrih Kajzer (1853–1940).[9]

IzotermeУреди

Adsorpcija gasova i rastvorenih materija se obično opisuje pomoću izoterma, to jest, količina adsorbata na adsorbentu kao funkcija njegovog pritiska (ako je gas) ili koncentracije (za rastvorene supstance u tečnoj fazi) na konstantnoj temperaturi. Adsorbovana količina je skoro uvek normalizovana masom adsorbenta da bi se omogućilo poređenje različitih materijala. Do danas je razvijeno 15 različitih modela izotermi.[10]

AdsorbentiУреди

 
Aktivni ugalj korišten kao adsorbent

Adsorbenti su obično materijali u formi praha, cevi ili monolita sa hidrodinamičkom veličinom svojih čestica između 0,5 i 10 mm. Potrebno je da imaju veliku otpornost na abraziju, visoku termalnu stabilnost i mali prečnik mikropora, jer je kapacitet adsorbenta zavisan od veličine njegove površine. Postoje različiti tipovi industrijskih adsorbenata:

Zahvatanje i skladištenje ugljenikaУреди

Tipični adsorbenti predloženi za hvatanje i skladištenje ugljenika su zeoliti i MOF materijali.[11] Prilagođavanje adsorbenata čini ih potencijalno atraktivnom alternativom za apsorpciju. Pošto se adsorbenti mogu regenerisati promenama temperature ili pritiska, ovaj korak može biti manje energetski intenzivan od metoda apsorpcione regeneracije.[12] Glavni problemi koji su prisutni u vezi sa troškovima adsorpcije pri hvatanju ugljenika su: regeneracija adsorbenta, maseni odnos, rastvarač/MOF, cena adsorbenta, proizvodnja adsorbenta, životni vek adsorbenta.[13]

U tehnologiji poboljšane sorpcije vodenog gasa (SEWGS), proces hvatanja ugljenika pre sagorevanja, zasnovan na čvrstoj adsorpciji, kombinuje se sa reakcijom pomeranja vodenog gasa (WGS) kako bi se proizvela struja vodonika pod visokim pritiskom.[14] Proizvedeni CO2 tok se može skladištiti ili koristiti za druge industrijske procese.[15]

Adsorpcija proteina i surfaktanataУреди

Adsorpcija proteina je proces koji ima fundamentalnu ulogu u oblasti biomaterijala. Zaista, površine biomaterijala u kontaktu sa biološkim medijima, kao što su krv ili serum, odmah su prevučene proteinima. Dakle, žive ćelije nemaju direktnu interakciju sa površinom biomaterijala, već sa adsorbovanim proteinskim slojem. Ovaj proteinski sloj posreduje u interakciji između biomaterijala i ćelija, prevodeći fizička i hemijska svojstva biomaterijala na „biološki jezik“.[16] U stvari, receptori ćelijske membrane se vezuju za bioaktivna mesta proteinskog sloja i ovi događaji vezivanja receptor-protein se transduciraju, kroz ćelijsku membranu, na način koji stimuliše specifične unutarćelijske procese koji zatim određuju ćelijsku adheziju, oblik, rast i diferencijaciju. Na adsorpciju proteina utiču mnoga svojstva površine kao što su kvašenje površine, hemijski sastav površine[17] i morfologija površine nanometarske skale.[18] Adsorpcija surfaktanta je sličan fenomen, ali koristi molekule surfaktanta umesto proteina.[19]

ReferenceУреди

  1. ^ „Glossary”. The Brownfields and Land Revitalization Technology Support Center. Архивирано из оригинала на датум 18. 02. 2008. Приступљено 21. 12. 2009. 
  2. ^ „absorption (chemistry)”. Memidex (WordNet) Dictionary/Thesaurus. Архивирано из оригинала на датум 05. 10. 2018. Приступљено 2. 11. 2010. 
  3. ^ „absorption (chemistry)”. Memidex (WordNet) Dictionary/Thesaurus. Архивирано из оригинала на датум 2018-10-05. Приступљено 2010-11-02. 
  4. ^ Atkins, P. W.; De Paula, Julio; Keeler, James (2018). Atkins' Physical chemistry (Eleventh изд.). Oxford, United Kingdom. ISBN 978-0-19-876986-6. OCLC 1020028162. 
  5. ^ Glossary of atmospheric chemistry terms (Recommendations 1990). Pure and Applied Chemistry. 62. 1990. стр. 2167. ISBN 978-0-9678550-9-7. doi:10.1351/goldbook.A00155. 
  6. ^ 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. PMID 20356605. doi:10.1016/j.jcis.2010.03.005. 
  7. ^ Czelej, K.; Cwieka, K.; Kurzydlowski, K.J. (мај 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. PMID 27373791. doi:10.1021/acs.langmuir.6b01906. 
  9. ^ Kayser, Heinrich (1881). „Über die Verdichtung von Gasen an Oberflächen in ihrer Abhängigkeit von Druck und Temperatur”. Annalen der Physik und Chemie. 248 (4): 526—537. Bibcode:1881AnP...248..526K. doi:10.1002/andp.18812480404. . In this study of the adsorption of gases by charcoal, the first use of the word "adsorption" appears on page 527: "Schon Saussure kannte die beiden für die Grösse der Adsorption massgebenden Factoren, den Druck und die Temperatur, da er Erniedrigung des Druckes oder Erhöhung der Temperatur zur Befreiung der porösen Körper von Gasen benutzte." ("Saussaure already knew the two factors that determine the quantity of adsorption – [namely,] the pressure and temperature – since he used the lowering of the pressure or the raising of the temperature to free the porous substances of gases.")
  10. ^ Foo, K. Y.; Hameed, B. H. (2010). „Insights into the modeling of adsorption isotherm systems”. Chemical Engineering Journal. 156 (1): 2—10. ISSN 1385-8947. doi:10.1016/j.cej.2009.09.013. 
  11. ^ Berend, Smit; Reimer, Jeffery A; Oldenburg, Curtis M; Bourg, Ian C (2014). Introduction to carbon capture and sequestration. Imperial College Press. ISBN 9781306496834. 
  12. ^ D'Alessandro, Deanna M.; Smit, Berend; Long, Jeffrey R. (2010-08-16). „Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials”. Angewandte Chemie International Edition (на језику: енглески). 49 (35): 6058—82. ISSN 1521-3773. PMID 20652916. doi:10.1002/anie.201000431. 
  13. ^ 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. ISSN 2046-2069. doi:10.1039/C3RA40265G. 
  14. ^ Jansen, Daniel; van Selow, Edward; Cobden, Paul; Manzolini, Giampaolo; Macchi, Ennio; Gazzani, Matteo; Blom, Richard; Heriksen, Partow Pakdel; Beavis, Rich; Wright, Andrew (2013-01-01). „SEWGS Technology is Now Ready for Scale-up!”. Energy Procedia (на језику: енглески). 37: 2265—2273. ISSN 1876-6102. doi:10.1016/j.egypro.2013.06.107. 
  15. ^ (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 (2018-10-01). „STEPWISE Project: Sorption-Enhanced Water-Gas Shift Technology to Reduce Carbon Footprint in the Iron and Steel Industry”. Johnson Matthey Technology Review (на језику: енглески). 62 (4): 395—402. ISSN 2056-5135. doi:10.1595/205651318X15268923666410. hdl:11311/1079169 . 
  16. ^ 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. PMID 15738657. doi:10.1089/ten.2005.11.1. 
  17. ^ 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. PMC 2891683 . PMID 19437712. doi:10.1021/la8036814. 
  18. ^ Scopelliti, Pasquale Emanuele; Borgonovo, Antonio; Indrieri, Marco; Giorgetti, Luca; Bongiorno, Gero; Carbone, Roberta; Podestà, Alessandro; Milani, Paolo (2010). Zhang, Shuguang, ур. „The effect of surface nanometre-scale morphology on protein adsorption”. PLoS ONE. 5 (7): e11862. Bibcode:2010PLoSO...511862S. PMC 2912332 . PMID 20686681. doi:10.1371/journal.pone.0011862 . 
  19. ^ 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 . 

LiteraturaУреди

  • Cussler, E. L. (1997). Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems (2nd изд.). New York: Cambridge University Press. стр. 308—330. ISBN 978-0-521-45078-2. 
  • R.L. Narayan i T.S. King: Hydrogen adsorption states on silica-supported Ru-Ag and Ru-Cu bimetallic catalysts investigated via microcalorimetry, Thermochimica Acta, 1998, vol. 312, nos.1-2, str.105-114.
  • C. Zupanc, A. Hornung, O. Hinrichsen i M. Muhler: The Interaction of Hydrogen with Ru/MgO Catalysts, Journal of Catalysis, 2002, vol. 209, str. 501-514.

Spoljašnje vezeУреди