تئوری جذب سطحی

بسیاری از زائدات صنعتی دارای مواد آلی مقاومی است که حذف آنها بوسیله فرآیند تئوری جذب سطحی به مراتب ساده تر فرآیند های بیولوژیکی متداول است. بعنوان مثال می توان از ABS و بعضی مواد آلی با حلقه های ناهمگون نام برد. این مواد را اغلب می توان بوسیله جذب سطحی روی سطحیک جامد فعال حذف کرد. کربن فعال کاربردی ترین جاذب سطحی است.

تعریف تئوری جذب سطحی

وقتی سطح یک جامد در تماس با یک محلول قرار می گیرد، بدلیل عدم توازن بین نیرو های سطحی نسبت به تجمع یک لایه سطحی از مولکول های ماده حل شده گرایش نشان می دهد. در جذب سطحی شیمیایی یک لایه تک مولکولی از  ماده جذب  شونده بر روی سطح ماده جاذب بر اثر نیرو های حاصل از والانس باقی مانده  مولکول های سطحی تشکیل می شود. جذب سطحی فیزیکی نتیجه تراکم مولکولی در مجاری مویینه ای جامد است. به طور کلی در یک محلول ، ماده ی دارای بیشترین وزن مولکولی راحت تر از سایر مواد جذب می شود.

در تئوری جذب سطحی ، همیشه در ابتدا سریعا غلظت تعادلی در سطح مشترک به وجود آمده  و سپس نفوذی آهسته به درون ذرات کربن صورت می گیرد. سرعت کلی جذب بوسیله سرعت نفوذ مولکول های ماده حل شده به درون روزنه های موئین ذرات کربن کنترل می شود. سرعت با معکوس مربع قطر ذرات  تغییر می کند ، با افزایش غلظت ماده حل شده و همچنین افزایش دما زیاد می شود و با افزایش وزن مولکولی ماده حل شده کاهش می یابد. مطابق شکل زیر سرعت سرعت جذب سطحی با جذر زمان تماس تغییر می کند.

ظرفیت جذب سطحی کربن هم به کربن و هم به ماده حل شده بستگی دارد. اکثر پساب ها بسیار پیچیده بوده و قابلیت جذب  ترکیبات موجود در آنها بسیار متفاوت است. ساختار مولکولی ، حلالیت و غیر همگنی بودن ، قابلیت جذب شدن را تحت تاثیر قرار می دهد. قابیلت نسبی جذب مواد آلی

تاثیرات ساختار مولکولی بر قبلیت جذب

• زنجیره های فرعی ترکیبات معمولا جذب بیشتری نسبت به زنجیره های اصلی ترکیبات دارند. طولانی شده طول زنجیره باعث کاهش جذب می شود.
• گروه های استخلافی زیر نیز بر جذب تاثیر می گذارد:
•  هیدروکسیل ها : معمولا باعث کاهش جذب می شود.میزان کاهش جذب به ساختار مولکول میزبان دارد.
• آمینو ها : تاثیری مانند هیدروکسیل دارد و یا حتی ممکن است تاثیری بدتر از هیدروکسیل داشته باشد و باعث کاهش جذب شود. بعضی از آمینواسید ها جذب هیچگونه از ترکیبات خاص نمی شوند.
• کربنیل ها: تاثیر این ترکیب بستگی به مولکول میزبان دارد.گلوکسیلیک اسید قابلیت جذب بیشتری نسبت به استیک اسید دارد اما مقدار اسید چرب زیاد شود تاثیر تاثیر مشابه مشاهده نمی گردد.
• ترکیبات چندگانه:  تاثیری مشابه کربونیل
• هالوژن ها : تاثیر های متغیر دارد.
• سولفونیک ها: معمولا باعث کاهش جذب می شوند.
• نیترو : معمولا باعث افزایش جذب هستند.

در تصویر زیر قابلیت جذب سطحی بر بعضی از ترکیبات آلی بر کربن فعال مشاهده می گردد.