Adsorbant

Définition

Un solide adsorbant retient des molécules d'un gaz, d'un liquide ou d'un soluté, sous forme de film mince sur sa surface extérieure. Un corps adsorbant retient une substance qui se fixe sur sa surface.

L'adsorption se rapporte à l'enrichissement de substances à partir de gaz ou de liquides à la surface d'un corps solide, et plus généralement à l'interface de entre deux phases. 🚩 Ne pas confondre avec absorbant !

Un solide adsorbant :

Illustration du mécanisme d'interaction surface adsorbante avec les absorbats.

Explications

Un adsorbant est une substance solide utilisée pour éliminer les contaminants d'un liquide ou d'un gaz qui peuvent nuire à l'environnement. À l'heure actuelle, les chercheurs recherchent des adsorbants peu coûteux car ils nécessitent moins de traitement et sont abondants par rapport aux adsorbants commerciaux.

Si deux espèces ou plus s'adsorbent sur une surface, on parle de co-adsorbants. Ceci joue un rôle important notamment dans le cas des catalyseurs dans lesquels les différents types d'atomes sont adsorbés sur la même surface et y réagissent.

L'adsorbant est généralement modélisé comme une plaque, un cylindre ou une sphère avec des ligands immobilisés; la conformation du ligand et la morphologie de surface sont visualisées et examinées par des mathématiques statistiques. Les changements causés par les paramètres du ligand tels que la longueur du ligand, la composition (inclusion de groupes polaires intégrés) et la densité de liaison peuvent être facilement surveillés et analysés pour explorer la règle générale, ce qui est utile pour la conception et la fabrication rationnelles des ligands.

Par exemple, un modèle à gros grains a été construit pour simuler des couches de dextrane poreuses à la surface d'une matrice de base, en utilisant des surfaces d'agarose plates et non plates implicites, et les structures poreuses 3D ont été caractérisées à l'aide de simulations. Un modèle tout atome de ligand immobilisé sur l'agarose avec un bras espaceur a été proposé, et la conformation du ligand-espaceur-agarose a été visualisée à l'aide de la simulation pour examiner l'influence du bras espaceur et l'interaction entre l'agarose et les ligands.

Les adsorbants capables d'adsorber le dioxyde de carbone comprennent les matériaux carbonés (tels que le charbon actif et les fibres de carbone), le gel de silice, l'alumine activée, les zéolithes, les silices mésoporeuses, les structures métallo-organiques, les oxydes métalliques (tels que le calcium oxyde et magnésie), les résines échangeuses d'ions et les hydroxydes doubles en couches (tels que les hydrotalcites).

Cependant, les adsorbants incluant la physisorption (voir la biosorption) présentent une capacité d'adsorption négligeable pour le dioxyde de carbone à haute température. La capacité et la sélectivité d'adsorption sont des déterminants du criblage des adsorbants dans certains procédés. La réversibilité est le principal avantage de la physisorption. D'une part, l'équilibre entre la capacité et la sélectivité en dioxyde de carbone avec l'énergie requise pour la régénération de l'adsorbant est géré à l'aide d'adsorbants physiques. Les adsorbants physiques du dioxyde de carbone sont souvent des charbons actifs, des zéolithes, des nanotubes de carbone, des charbons, des gels de silice, des silices mésoporeuses.

Les adsorbants chimiques sont souvent des composés métalliques qui sont utilisés sous forme d'oxyde ou de sel. Il existe une mine d'informations sur l'utilisation des oxydes métalliques tels que l'oxyde de calcium et la magnésie, les composés de métaux alcalins tels que le zirconate de lithium (Li₂ZrO₃) et le silicate de lithium (Li₄SiO₄), les hydrotalcites et les sels doubles.

Le dioxyde de carbone, qui est en fait un gaz acide, serait adsorbé sur les sites basiques des oxydes de métaux alcalins (tels que Na2O et K2O) et des oxydes de métaux alcalino-terreux (tels que CaO et MgO) ou sur le métal les oxydes à faible acidité (comme l'alumine). Les adsorbants chimiques conviennent souvent aux procédés de précombustion et de postcombustion. Lors de la chimisorption du dioxyde de carbone, l'adsorbant réagit avec le gaz pour générer des carbonates métalliques.

La régénération de l'adsorbant, qui comprend la réaction inverse, entraîne la récolte du dioxyde de carbone capturé pour un stockage ultérieur. Un avantage majeur des adsorbants chimiques est la possibilité d'adsorption du dioxyde de carbone à des températures supérieures à 300 °C.

Cependant, le principal inconvénient des adsorbants chimiques est leur régénération difficile. La réversibilité des adsorbants chimiques pour l'adsorption du dioxyde de carbone pourrait être améliorée par un traitement chimique. Il a été démontré que la modification chimique de l'alumine avec des carbonates de métaux alcalins (tels que Li₂CO₃, K₂CO₃ et Na₂CO₃) et des oxydes de métaux alcalins (tels que Li₂O, K₂O et Na₂O) améliore la réversibilité de la capacité d'adsorption du dioxyde de carbone.

Les hydroxydes doubles en couches (LDH), y compris les hydrotalcites, sont également des adsorbants prometteurs pour l'adsorption du dioxyde de carbone à haute température. La capacité des LDH pour le dioxyde de carbone pourrait être améliorée en ajustant la teneur en Al, le type d'anion et la modification chimique. De plus, des adsorbants physiques pour l'adsorption du dioxyde de carbone à des températures allant jusqu'à 250 °C sont disponibles.

Les matériaux carbonés chimiquement modifiés, les tamis moléculaires composites en fibre de carbone et les zéolithes ont été étudiés pour l'adsorption du dioxyde de carbone à des températures modérées. Une représentation schématique des adsorbants appropriés dans les différentes plages de température a été réalisée.

Les charbons actifs offrent une excellente capacité d'adsorption du dioxyde de carbone; ainsi, ils conviennent à une application en tant qu'objets de stockage. De plus, le faible coût, la disponibilité, la faible énergie de régénération, la résistance à l'humidité, la possibilité de modification chimique et l'utilité à des températures faibles à modérées sont les avantages des matériaux en carbone.

Les zéolithes, d'autre part, offrent une structure hautement cristalline et ordonnée, un rapport surface/volume élevé et une modification facile de la composition et de l'acidité. De telles caractéristiques fournissent une sélectivité élevée dans l'adsorption du dioxyde de carbone à partir de courants gazeux riches en méthane et en azote.

Cependant, les zéolithes sont hydrophiles, ce qui limite leur capacité d'adsorption du dioxyde de carbone en présence de vapeur d'eau. Récemment, des composites charbon actif/zéolithe ont été proposés pour l'adsorption du dioxyde de carbone et la séparation de l'azote.

Les adsorbants de dioxyde de carbone dans le but de filtrer les adsorbants potentiels pour la production d'électricité à zéro émission. En outre, une revue générale des adsorbants chimiques et physiques pour la séparation et le stockage du dioxyde de carbone par adsorption a été développée.

Plus de détails sur les adsorbants physiques peuvent être trouvés. Comme mentionné précédemment, les stratégies utilisant des adsorbants physiques nécessitent moins d'énergie par rapport à celles utilisant des adsorbants chimiques.

Un tel mérite est, en fait, dû à l'absence totale de nouvelles liaisons chimiques formées entre le dioxyde de carbone et l'adsorbant. Il faut donc moins d'énergie pour rompre cette liaison et récupérer le dioxyde de carbone adsorbé. En conséquence, le développement de procédés basés sur l'adsorption physique est d'une importance primordiale, et les zéolithes sont très appropriées à cette fin.

En rapport avec "adsorbant"

• absorbant

  

  Est absorbant ce qui absorbe un liquide grâce à son coté perméable, son absorbance.

• absorption

  

  L'absorption, pour un corps mis en contact avec un fluide ou une énergie, permet d'en prélever une partie.

• adsorption

  

  L'adsorption est la fixation d'une substance sur une surface (d'un matériau adsorbant filtrant par exemple).

• biosorption

  

  La biosorption est un processus rapide indépendant de l'énergie sur lequel les matériaux biologiques ou les biopolymères agissant comme absorbants...