Adsorptiokykyä

Adsorptiokykyä kuvaa aineen kyky adsorboida eli tarttua kaasumaisten tai nestemäisten molekyylien pinnalle. Se on keskeinen ominaisuus monissa teknisissä sovelluksissa, kuten puhdistusprosesseissa, katalyysissä, kaasujen varastoinnissa ja erotteluissa. Yleinen tapa ilmaista adsorptiokyky on q_e, eli adsorbentin massaan suhteessa oleva adsorboidun aineen määrä (esim. mg/g). Mitoitusolosuhteet, kuten paine ja lämpötila, vaikuttavat tulokseen.

Adsorptiokyky riippuu sekä fysikaalisista että kemiallisista vuorovaikutuksista. Fysikaalinen adsorptio (physisorption) perustuu van der Waals -voimiin ja on yleensä reversiibilisempää; kemiallinen adsorptio (chemisorption) syntyy vahvempien kemiallisten sidosten kautta ja voi olla pysyvämpää mutta vähemmän palautuvaa. Suureen adsorptiokykyyn vaikuttavat pintakokoluokitus, epäorgaanisen aineen sv poroset ja pintakovin kemiallinen luonne.

Mittaukset ja mallit: Adsorptio voidaan kuvata isothermeilla, jotka esittävät q_e:n suhteessa paineeseen tietyllä temperatuurilla. Tunnetuimpia malleja ovat Langmuirin ja Freundlichin isoterhmit. Pintojen määrä ja laatu määritellään usein BET-mimenetelmällä, jolla selvitetään spesifinen pinta-ala. Pore-koon jakautuminen ja porositeetti vaikuttavat ratkaisevasti adsorptioon.

Käytännön esimerkkejä on aktiivihiili, zeoliitit, keraamit ja MOF-rakenteet, jotka voivat tarjota suuria adsorptioita ja/tai valikoivuutta tiettyihin molekyyleihin. Adsorptiokykyä hyödynnetään esimerkiksi vedenpuhdistuksessa, ilmanpuhdistuksessa, kaasujen erottelussa ja hiilidioksidin talteenotossa. Rajoitteisiin kuuluvat eksoterminen luonne, jonka vuoksi korkeat lämpötilat pienentävät adsorptioita, sekä regenerointi- ja kuluvaikutukset, jotka vaikuttavat käytettävyyteen ja kustannuksiin.