Podstawowe typy 

adsorbentów: 

rodzaje i klasyfikacja

Adsorbent - to ciało, na 

powierzchni którego zachodzi 

proces polegający na 

powierzchniowym wiązaniu 

cząsteczek płynu (cieczy lub 

gazu) przez cząsteczki ciała 

stałego.

            Podział adsorbentów ze względu na porowatość:

 Adsorbenty nieporowate -  mają one niewielką 

powierzchnię          
    właściwą, rzadko przewyższającą 10 m

2

/g. Najczęściej 

powierzchnia 
    ta wynosi od 0,1 do 1 m

2

/g.

 

Należą do nich:

  sadza grafitowana,

  BaSO

4

, 

  aerożele krzemionkowe.
 Adsorbenty porowate - ciała stałe o powierzchniach 

właściwych od 
    setek do tysiąca m

2

/g. Adsorbenty takie stosuje się w 

postaci 
    ziarnistej (tabletki, granulki, kulki) w celu nadania im 
odpowiedniej 
    wytrzymałości i zmniejszenia oporu w stosunku do 
strumienia gazu 
    lub cieczy. Rozmiary ziaren wynoszą najczęściej od 0,1 do 2 
nm. 

 

Wyróżniamy wśród nich:

  żele krzemionkowe,

  uwodniony Al

2

O

3,

  węgle aktywne,

  sita molekularne (zeolity),

  szkła porowate.

                     

Metody otrzymywania adsorbentów

Adsorbenty nieporowate otrzymuje się przez:

 strącanie krystalicznych osadów, jak np. BaSO

4

, 

 mielenie szklistych lub krystalicznych ciał stałych,
 niepełne spalanie substancji organicznych (tzw. czarne 

sadze) lub
    krzemoorganicznych (tzw. białe sadze), 

 hydrolizę chlorowcobezwodników kwasu ortokrzemowego 

np. SiCl

4

     

    lub SiF

4

 w silnie przegrzanej parze wodnej, uzyskując tzw. 

aerozole 
    krzemionkowe,

 obróbkę zwykłej sadzy polegającą na ogrzewaniu jej w 

temperaturze
    3000°C pod zmniejszonym ciśnieniem, w atmosferze gazu 
obojętne- 
    go lub atmosferze redukującej. W temperaturze 3000°C 
cząsteczki 
    sadzy przybierają postać wielościanów, których płaszczyzny 

    zbudowane są z grafitu. Otrzymujemy tu sadze grafitowane. 

    

                                Metody otrzymywania adsorbentów

Wyróżniamy dwie główne metody otrzymywania adsorbentów 
porowatych:

 1. synteza (aglomeracja) - która polega na zbudowaniu 
sztywnego szkieletu
     adsorbentu z małych cząstek o rozmiarach koloidalnych; cząstki 
te
     (korpuskuły) zlepiają się lub zrastają w miejscach zetknięcia, 
tworząc 
     szkielet o olbrzymiej powierzchni wewnętrznej; w ten sposób 
otrzymuje się 
     m.in. żele krzemionkowe, uwodniony Al

2

O

3

;

Cząstki żelu krzemionkowego zbudowane są z tetraedrów SiO

4

 

ułożonych w postaci przestrzennej nieuporządkowanej sieci.

                           Metody otrzymywania adsorbentów

2. wywarzanie porów w litym materiale wyjściowym - 
polega na
    działaniu na porowate lub nieporowate ciała (koks, szkło), 
    aktywnymi gazami lub cieczami. 

 Przykłady:

 węgiel aktywny z bardzo rozwiniętą powierzchnią (rozmiary 

porów od
    kilku do kilkudziesięciu nm) - powstaje podczas działania na 
nieaktywny
    węgiel gazami utleniającymi w temperaturze od 1123 do 1223 
K; 
    wówczas część węgla ulega spaleniu; 

 szkła porowate - otrzymuje się działając kwasami na szkło 

sodowo –
    borowe. Rozmiary porów zależą od obróbki cieplnej szkła i 
końcowego
    przemywania roztworami NaOH lub KOH; 

 metale porowate, jak np. nikiel Raney’a otrzymuje się 

poprzez
    wyługowanie NaOH stopu Ni z Al; w stopie tym podczas 
krzepnięcia
    wydzielają się obydwa metale jako oddzielne fazy; po 
rozpuszczeniu
    glinu w NaOH pozostaje porowaty szkielet niklowy.

Schemat poglądowy węgla aktywnego z 

zaznaczeniem systemu kanałów

substancje dobrze 

usuwane

substancje słabo usuwane

rozpuszczalniki aromatyczne 
(benzen, toluen, nitrobenzeny 
itd.)

alkohole

chlorowane związki 
aromatyczne (PCB, 
chlorobenzeny, 
chloronaftalen)

ketony, kwasy i aldehydy o 
małej masie cząsteczkowej

fenol i chlorofenole 

cukry i skrobia

wielopierścieniowe 
węglowodory aromatyczne 
(acenaften, benzopireny itd.)

związki o bardzo dużej masie 
cząsteczkowej lub koloidy 

pestycydy i herbicydy (DDT, 
aldryna, chloran, heptachlor 
itd.)

związki alifatyczne o małej 
masie cząsteczkowej

chlorowane, niearomatyczne 
(tetrachlorek węgla, 
chloroalkilowe etery, 
heksachlorobutadien itd.)

 

węglowodory o dużej masie 
cząsteczkowej (barwniki, 
aminy, związki humusowe, 
benzyna)

Tabela 1. Przykłady organicznych substancji dobrze i źle usuwanych 
                 przez węgiel aktywny [Kowal & Świderska-Bróż 1996]

                                    Adsorbenty porowate

Klasyfikacja porów wg Dubinina:

 mikropory – pory o promieniach mniejszych od 2 nm, 
 pory pośrednie (mezopory) – pory o promieniach 

większych od
    2 nm a mniejszych od 200 nm,

   

 makropory – pory o promieniach większych od 200 nm.

                                        Adsorbenty porowate

SITA MOLEKULARNE:

 ZEOLITY są uwodnionymi, krystalicznymi glinokrzemianami 
metali 
 I i II grupy układu okresowego (w szczególności Na, K, Mg, Ca, 
Sr
 i Ba), składające się z przestrzennie ułożonych tetraedrów 
SiO

4

, AlO

4

. 

 W licznych krzemianach może dojść do zastąpienia części 
jonów Si

4+ 

 

przez jony Al

3+

, w wyniku czego powstaje nadmiarowy ładunek 

ujemny,
 który zobojętniany jest przez kationy metali I lub II grupy 
układu
 okresowego, umieszczone w wolnych przestrzeniach struktury. 

 Ogólny tlenkowy wzór zeolitów można napisać następująco: 

   

           

                             M

2/n

 · Al

2

O

3

 · mSiO

2

 · pH

2

O

gdzie:   n – wartościowość kationu, 
            m i p – liczby charakterystyczne dla danego zeolitu. 

                        Klasyfikacja struktur zeolitowych

W zależności od przestrzennego ułożenia i sposobu połączeń 
tetraedrów SiO

4

 i AlO

4

 otrzymuje się różne strukturalne 

odmiany zeolitów. Najczęściej stosuje się ich podział na 7 grup 
na podstawie charakteru połączeń tetraedrów (Si,Al)O

4

 w 

elementy struktury.
Inna klasyfikacja opiera się na średnicy otworu wejściowego 
zeolitu.
Obowiązują dwie klasyfikacje zeolitów amerykańska i rosyjska.

                                    

System kanałów w zeolitach

1. System nieprzenikających się kanałów o jednakowych 
rozmiarach,

2. Dwuwymiarowy system kanałów,

3. Trójwymiarowy system kanałów,

    a) kanały ekwiwalentne,

    b) kanały nieekwiwalentne.

                       Budowa niektórych typów zeolitów

Obecnie znane są 34 zeolity naturalne i ponad 150 zeolitów 
syntetycznych. Praktyczne znaczenie mają te, które po 
dehydratacji okazują się przeniknięte systemem kanałów 
połączonych między sobą. Wśród zeolitów syntetycznych do 
najważniejszych można zaliczyć zeolity typu A, X i Y, a do 
naturalnych mordenit i chabazyt.

 Zeolit typu A – jego jednostka strukturalna zbudowana jest 

z 24
    tetraedrów: 12 AlO

4

 i 12 SiO

4

 i nosi nazwę kubooktaedru, w 

którym
    wierzchołki stanowią kationy Si

4+

 lub Al

3+

. 

W zeolicie typu A kubooktaedry łączą się ze sobą poprzez 
podwójne 
4-członowe pierścienie, tworząc trójwymiarową sieć, w której 
istnieją dwa rodzaje komór:

  małe – sferyczne, wewnątrz kubooktaedrów (d=0,66 nm)

  

 duże- powstałe przez połączenie kubooktaedrów, również 

kuliste
             (d=1,14 nm)

 Zeolity typu X i Y-  mają strukturę fojazytu, który jest 
zeolitem
    naturalnym. Komórka elementarna zawiera 192 tetraedry 
(Si,Al)O

4

. 

    Zasadniczym elementem struktury są kubooktaedry 
zbudowane 
    z 24 tetraedrów SiO

4

 i AlO

4

. Kubooktaedry łączą się ze sobą 

przez
    6-członowe pierścienie tworzące tak zwaną pryzmę 
heksagonalną.

  

Powstaje tu luźniejsza sieć przestrzenna niż w przypadku 
zeolitów 
typu A. Dlatego zeolity typu X i Y mają największą objętość 
swobodną.

                              Rodzaje komór w zeolitach X i Y:

 wielkie komory – między kubooktaedrami o kształcie w 

przybliżeniu 
   elipsoidalnym i średnicy ok. 1,3 nm,

 małe komory – wewnątrz kubooktaedrów, w przybliżeniu 

sferyczne 
   o średnicy ok. 0,66 nm,

 przestrzenie wewnątrz pryzm heksagonalnych – 

łączące się
   z kubooktaedrami za pośrednictwem 6-członowych 
pierścieni 
   tlenowych.

                              Własności adsorpcyjne zeolitów

 typowe adsorbenty mikroporowate,
 ściśle uporządkowana struktura porowata,
 selektywność absorpcji,
  własności sitowo molekularne.

                                      Występowanie

Zeolity naturalne spotyka się najczęściej w zwietrzelinach 
minerałów bazaltowych lub wulkanicznych. Odkryto je też w 
minerałach osadowych, będących produktami przemiany 
popiołów wulkanicznych.
W Polsce występują:
 natrolit,

 klinoptilolit,

 chabazyt,

 filipsyt.

Zdjęcie 1. Natrolit

Podział adsorbentów ze względu na charakter 

powierzchni (uwzględnia rozmieszczenie ładunków 

elektrycznych na powierzchni):

 Niespecyficzne - oddziaływania powszechne, występują 
miedzy 
    dowolnymi partnerami, są to przede wszystkim 
oddziaływania
    dyspersyjne, związane z uzgodnionym ruchem elektronów 
    (np. grafitowane sadze, węglowodory nasycone, polimery

),

 Specyficzne -  oddziaływania spowodowane niejednorodną
    gęstością elektronów zewnętrznych (peryferyjnych), 
związane jest
    to z miejscowym zagęszczeniem ujemnych lub dodatnich
    ładunków (np. SiO

2

  n H

2

O, zeolity). 

              Klasyfikacja adsorbentów według Kisielewa

 TYP I - adsorbenty niespecyficzne. Na ich powierzchni 

nie ma
     grup funkcyjnych zdolnych do wymiany jonu. Do tej grupy 
należą 
     przede wszystkim grafitowane sadze, a także węglowodory 

     nasycone i polimery (np. polietylen).

 TYP II - adsorbenty specyficzne dodatnie. Na swojej 

powierzchni
     mają grupy OH o kwasowym charakterze np. 
zhydroksylowane 
     powierzchnie tlenków kwasowych, w szczególności 
SiO

2

*nH

2

O. 

     Do adsorbentów grupy drugiej zaliczamy zeolity.

  TYP III - adsorbenty specyficzne ujemne. Na 

powierzchni mają
      wiązania lub grupy atomów ze skupionym na ich 
peryferiach
      ładunkiem ujemnym. Otrzymuje się je przeważnie przez:
      nałożenie na powierzchnię niespecyficznego adsorbentu 

(typu I), 
        a w szczególności na powierzchnię grafitowanej sadzy, 
        monomolekularnej warstwy cząsteczek lub mikrocząstek 
grupy B,
      chemiczne modyfikowanie powierzchni adsorbentów 

innych
        typów, wbudowując odpowiednie grupy funkcyjne, np. - 
CN.