Materiale Sorbive

1. Definirea şi clasificarea sorbenţilor

Diversitatea structurii chimice, a morfologiei şi funcţionalităţii sorbenţilor determină versatilitatea aplicaţiilor acestora. Între acestea, un loc primordial este ocupat de metodele de separare şi concentrare care au permis recuperarea selectivă a microelementelor din probe naturale şi industriale cu compoziţii chimice complexe. Alegerea unui sorbent trebuie să fie rezultatul îmbinării raţionale a următoarelor cerinţe:

- selectivitate înaltă;

- capacitate de sorbţie cât mai ridicată;

- caracteristici termodinamice şi cinetice favorabile;

- rezistenţă mecanică şi stabilitate fizico – chimică deosebite;

- regenerare uşoară;

- accesibilitate;

- preţ de cost scăzut.

Cea mai importantă proprietate analitică a unui sorbent este selectivitatea.

Selectivitatea, capacitatea unui sorbent de a distinge între doi componenţi, poate fi exprimată prin diferenţa între coeficienţii de distribuţie ai speciilor prezente într-un sistem de analizat:

S = log D(1 ) – log D(2)

în care: S este selectivitatea; D(1)–coeficientul de distribuţie al elementului, ionului sau compusului de determinat; D(2)–cea mai mare dintre valorile coeficienţilor de distribuţie ale celorlalte specii chimice prezente în sistemul de analizat. Sursele de selectivitate sunt localizate la nivel molecular, fiind generate de următoarele proprietăţi ale sorbenţilor:

- masa moleculară;

- conformaţia şi configuraţia;

- polaritatea grupelor funcţionale: reactive şi nereactive

- interacţiuni specifice;

- momentul magnetic.

Celelalte proprietăţi analitice ale sorbenţilor: capacitatea de sorbţie, caracteristicile cinetice, rezistenţa mecanică, stabilitatea chimică, regenerarea, sunt în strânsă corelaţie cu următoarele particularităţi ale scheletului macromolecular:

• suprafaţa specifică (suprafaţa totală pe care o prezintă un gram de sorbent, m2/g );

• porozitatea ( forma, dimensiunea şi distribuţia porilor sau canalelor );

• granulaţia (dimensiunea particulelor de sorbent);

• gradul de reticulare (rigiditatea structurii, determinată de numărul de legături transversale dintre lanţurile polimere);

• gradul de umflare (măsură a proprietăţilor elastice);

• natura hidrofilă sau hidrofobă a grupărilor prezente.

Criteriile de clasificare a materialelor sorbtive se bazează pe structura chimică, pluralitatea şi particularităţile proceselor implicate, reliefând similitudinile şi diferenţele dintre caracteristicile acestora. Astfel, sorbenţii pot fi clasificaţi, după cum urmează:

1. În funcţie de constituţia scheletului, există

anorganici

• naturali

• sintetici

SORBENŢI

organici

o naturali

o sintetici

2. După natura interacţiunilor din sistemele de sorbţi , se diferenţiază:

• ADSORBANŢI

- polari sau nepolari ;

- acizi sau bazici

• ABSORBANŢI

• SCHIMBĂTORI DE IONI

- cationici ;

- anionici

• SORBENŢI CHELATIZANŢI

- cu grupe funcţionale grefate ;

- schimbători de ioni modificaţi cu reactivi de complexare;

- impregnaţi

• BIOSORBENŢI

• IMUNOSORBENŢI

3. Pe baza tratamentelor preliminare la care sunt supuse, materialele sorbtive pot fi utilizate în stare nemodificată sau în stare tratată: fizic sau chimic.

2. Tipuri reprezentative de materiale sorbtive naturale

2.1. Cărbunii

Cărbunii sunt materiale fosile rezultate,în principal, prin acumularea lentă a resturilor vegetale şi îmbogăţirea lentă în carbon a acestora. În compoziţia chimică a cărbunelui intră trei componente:

1. masa organică–ansamblul substanţelor organice formate din carbon, hidrogen, oxigen, sulf şi azot, având structură complexă, care prin ardere completă generează dioxidul de carbon, vapori de apă, dioxidul de sulf şi oxizi de azot, eliberând totodată şi o cantitate apreciabilă de căldură;

2. masa anorganică sau minerală- suma substanţelor minerale şi a elementelor legate chimic de masa organică. Prin calcinare, substanţele minerale se transformă în cenuşă;

3. apa.

În funcţie de materialul genetic şi de condiţiile de formare, cărbunii se caracterizează prin diferite proprietăţi fizice şi chimice, după cum urmează:

PROPRIETĂŢI FIZICE PROPRIETĂŢI CHIMICE

- mecanice:

- masa specifică ( densitatea );

- proprietăţi de curgere(plasticitatea, elasticitatea, friabilitatea, duritatea, măcinabilitatea, spărtura, textura şi structura mecanică)

- optice(culoarea, luciul,urma, reflectanţa, indicele de refracţie, coeficientul specific de extincţie)

- electrice (rezistivitatea electrică şi constanta dielectrică)

- magnetice (susceptibilitatea magnetică)

- termice (căldura specifică, conductibilitatea termică, difuzivitatea termică, coeficientul de dilatare termică) • oxireactivitatea(capacitatea cărbunelui de a reacţiona cu oxigenul);

• carboxireactivitatea(proprietatea cărbunelui de a reduce CO2 la CO);

• interacţiunea cu solvenţii organici;

• gazeificarea;

• hidrogenarea;

• pirogenarea;

• proprietăţi plastice