이성분 용액의 흡착

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흡착에는 물리흡착(physical adsorption)과 화학흡착(chemical adsorption) 의 두 종류가 있다. 물리흡착은 흡착제와 흡착 분자 간에 van der Waals와 같은 비교적 약한 힘의 작용으로 일어나는 가역현상이다. 평형상태에 있어서는 흡착 량은 기체의 분압과 온도에 따라 변화하며 기체상의 분압이 내려가든가 온도가 상승하면 흡착된 기체는 간단히 탈착(desorption)되며, 다분자층 흡착에 사용된다. 화학흡착은 흡착제와 흡착질간의 화학작용에 인한 것으로, 촉매작용 등 극히 중요한 분리조작에는 주로 물리흡착에 의한 것이 많다. 흡착제는 활성탄, 실리카겔, 활성 알루미나 등이 사용되어 왔지만 최근에는 molecular sieve와 이온교환수지가 유력한 흡착제로 등장하였으며 이러한 화학흡착은 단분자층의 흡착에 사용된다.
흡착열이 항상 (+)이므로 온도가 낮을 때일수록 흡착량이 많고 온도가 높을 때일수록 흡착량이 적다는 것을 Le Chatelier의 평형이동의 원리에 의해 알 수 있다. 목탄이나 실리카겔에 대한 증기의 흡착 등에서 흡착등압선은 온도와 더불어 감소할 뿐이다. 그러나 금속에 대한 수소가스라든가 질소가스 등의 흡착에서 저온부분에서는 분명히 등압선은 내려가지만 상온 이상에서는 다시 흡착이 일어나고 다른 등압선이 나타난다. 이에 대한 형태를 그림 1에 나타냈다.
저온측의 흡착(AB)은 흡착열이 적고 고온부분의 흡착(CD)은 흡착열이 높다. 저온측의 흡착은 금속의 종류가 달라도 또는 산화물로 변화해도 존재하지만 고온측의 흡착은 결합한 대로 일어나지 않는 것도 있다. 고온측의 흡착은 흡착속도가 매우 느려서 상당한 활성화열을 나타낸다.
종합적으로 판단해서 저온측 흡착은 기체분자와 고체표면과의 물리적 인력이 원인으로 인하여 일어나고, 고온측 흡착은 화학적 인력이 원인으로 하여 생긴다고 볼 수 있다. 이 때 전자를 물리흡착, 후자를 화학흡착이라 한다.
이번 실험은 액상의 흡착질을 물리 흡착을 이용하여 흡착하는 실험을 했다.

참고자료

· 단위조작 제 4판 (W. L. Macabe, J. C. Smith, P. Harriott 저, 희중당).
· 단위조작실험 (허광선 외 2명, 보문당).
· 화학공학개론 (김학준 저, 문운당).
· 화학공학실험 (성기천 외 2, 사이텍미디어).
· Experimental and modeing study of the adsortion of single and binary dye solutions with an ion-exchange membrane adsorber (jordi Labanda 외 2명)