(1 scheikunde), het binden van een stof aan het scheidingsvlak van twee phasen, speelt een belangrijke rol in tal van processen. Van belang is vooral de adsorptie van een gas en van een opgeloste stof aan het oppervlak van een vaste stof (z ook absorptie, flotatie, spreiding en emulsie).
Het tegengestelde proces heet desorptie.Wordt een oplossing van een kleurstof (adsorbaat) met kool (adsorbens) geschud, dan verdwijnt een groot deel van de kleurstof uit de oplossing. Het is onwaarschijnlijk, dat deze en zoveel andere stoffen werkelijk in de kool zouden oplossen, maar zij worden veeleer aan het oppervlak geadsorbeerd. Vandaar ook, dat alleen zeer fijne poeders, dus met groot oppervlak, aanmerkelijk adsorberend werken. (1 gr. gasmaskerkool heeft een actief oppervlak van duizend m2).
Hoe hoger de concentratie van de kleurstof, des te meer wordt er ook geadsorbeerd, de mate van stijging neemt echter af totdat een verzadiging bereikt is. Voor dit verloop (bij één temperatuur) geldt een formule afgeleid door Langmuir (adsorptie-isotherm)
a = A x ( C / ( C + B )), a is geadsorbeerde hoeveelheid per gram adsorbens, C is de concentratie, A en B zijn constanten. Dezelfde wetmatigheid geldt ook voor de adsorptie van kleurstoffen aan vezels en van gassen aan kool, silicagel e.d.
Ook wordt wel een empirische formule van Freundlich a = A cn, met n is 0,2-0,7, gebruikt. Voor de adsorptie van gassen gelden dezelfde formules, waarbij de druk dan de plaats inneemt van de concentratie.
Over de aard van de adsorptie zijn verschillende theorieën opgesteld, waarop hier niet verder zal worden ingegaan. Het is thans wel waarschijnlijk, dat bij de adsorptie de binding aan het adsorbens totstandkomt door Van der Waals’ krachten (z chemische binding). De mate van activiteit van het adsorbens hangt verder sterk af zowel van de grootte, maar ook van de toestand van het oppervlak. Hoe fijner de verdeling, hoe groter oppervlak, maar ook hoe onregelmatiger dit is, hoe groter de activiteit. Door sterke verhitting worden beide factoren ongunstig beïnvloed. De werkelijke condensatie van een gas tot vloeistof in de nauwe capillairen van een poreuze stof (z oppervlaktespanning) speelt slechts een rol bij hoge concentraties van de geadsorbeerde stof in het adsorbens en bij temperaturen, die niet meer dan enige tientallen graden boven het kookpunt van het adsorbaat liggen.
De adsorptie is sterk afhankelijk van de aard zowel van het adsorbens als van het adsorbaat, zomede van de voorbehandeling van het adsorbens. Deze theoretische slechts gedeeltelijk te verklaren specificiteit van de adsorptie speelt een belangrijke rol bij de technische toepassingen.
De snelheid van de adsorptie is meestentijds zeer groot. Zo wordt bijv. chloorpicrine in lucht (0,7 pct) reeds in 0,03 seconde voor 99,9 pct vastgelegd door gasmaskerkool. Wel duurt het bereiken van de uiteindelijke werkelijke evenwichtstoestand vaak lang ten gevolge van secundaire diffusie-processen.
Niet steeds is de adsorptie een eenvoudig proces, vaak treden daarbij ook chemische reacties, dissociaties e.d. op. Deze chemisorptie is gekenmerkt door een sterke temperatuurafhankelijkheid en een vaak geringere snelheid. Terwijl zuurstof bij lage temperatuur aan kool geadsorbeerd door afpompen weer kan worden verwijderd, blijkt bij hogere temperatuur in toenemende mate CO en CO2 vrij te komen, zodat onder deze omstandigheden er van chemisorptie sprake is.
In oplossingen van meerdere stoffen of in gasmengsels zal de ene stof zeer veel meer geadsorbeerd worden dan de andere, resp. wanneer de ene stof reeds geadsorbeerd was, zal verdringing kunnen optreden. Hierop berust de werking van kool (norit) bij talloze vergiftigingen, daar de vergiften als verbindingen met hoge moleculairgewichten meestal bijzonder sterk geadsorbeerd worden. Ook de gasmaskers berusten op dit principe. Immers niet de lucht, maar wel het strijdgas wordt vastgehouden (z Meekaarde).
De werking van talrijke katalysatoren, vooral bij gasreacties, berust mede op adsorptie, doordat aldus aan het oppervlak van de katalysator een veel hogere concentratie van de reagerende stoffen wordt bereikt dan in de gasphase.
De adsorptie is van fundamenteel belang in de colloïd-chemie, daar bij de geringe grootte der colloïdale deeltjes het oppervlak zeer groot is. De stabiliteit van de colloïdale oplossing hangt dan ook af van de adsorptie van ionen uit de oplossing aan het oppervlak van de deeltjes, waardoor deze een lading verkrijgen (z colloïdchemie, hydrophoob). Daarnaast kan ook adsorptie van het oplosmiddel een rol spelen colloïdchemie, hydrophiel en hydraatmantel). Het uitvlokken van een colloïd bij toevoeging van electrolyt wordt evenals de andere eigenschappen der colloïden op grond van de overwegingen van Freundlich, Kruyt en Verwey verklaard, uitgaande van de adsorptieverschijnselen.
PROF. DR J. A. A. KETELAAR
Lit.: The adsorption of gases by solids, Faraday Soc. (London 1932); J. K. Roberts, Some problems of adsorption (Cambridge I94°), S. J. Gregg, The adsorption of gases by solids (London); C. L. Mantell, Adsorption (New York 1945); H. W. Weiser Colloid Chemistry (New York).
(2 techniek) speelt in de techniek een belangrijke rol door de mogelijkheid met adsorptieprocessen uiterst geringe hoeveelheden verontreinigingen of bijmengsels te verwijderen, zonder dat het hoofdproduct veranderingen ondergaat. Bovendien is de uitvoering meestal eenvoudig en de grondstoffen weinig kostbaar. Meestal betreft het de verwijdering van opgeloste stoffen uit een vloeistof of van gassen of dampen uit de gasphase. Ook de verwijdering van uiterst fijn verdeelde vaste verontreinigingen uit vloeistoffen, die door de gebruikelijke filters niet worden tegengehouden, gelukt vaak door toevoeging van een adsorbens als filtreerhulpstof. Het breken van emulsies, in het bijzonder wanneer de disperse phase slechts in een geringe hoeveelheid aanwezig is, kan evenzo vaak door adsorptie tot stand worden gebracht. Beide gevallen betreffen het zgn. klaren van vloeistoffen en oplossingen. Voorts speelt adsorptie een rol bij de sterilisatie door filtratie, bij ionenuitwisselaars en bij de chromatografie .
Het adsorberen geschiedt in de techniek op twee wijzen:
1. percoleren (doorzijgen), waarbij men de vloeistof (of het gas) door een laag van het adsorbens laat stromen. Het adsorbens wordt liefst in de vorm van korrels en stukken gebruikt. Een poedervormig adsorbens in dikkere lagen biedt grote stromingsweerstand en daardoor wordt de passagesnelheid dan te gering. Uiteraard wordt het adsorbens uitgespreid op zeefplaten of filters, zodat het niet door de vloeistof wordt meegesleurd.
2. Contactfiltratie, waarbij het adsorbens in fijn verdeelde vorm gemengd wordt met de te behandelen vloeistof. Na afloop van de adsorptie wordt dan het adsorbens afgefiltreerd.
Voorbeelden van beide methoden vindt men in de suikerraffinaderij en in de petroleumindustrie.
Gewoonlijk streeft men in de techniek niet naar evenwichten. Men voegt het adsorbens in overmaat toe, zodat zich geen evenwicht kan vormen. De drager van een gasmasker is niet geïnteresseerd bij de evenwichtstoestand, waarbij een giftig gas door het masker heen gaat. Hem interesseert vooral de reservecapaciteit der adsorptie, die hem beschermen moet. Hetzelfde geldt voor de meeste technische processen.
De theorie van de adsorptie is nog weinig ver ontwikkeld. Niet alleen zijn zuiver technische factoren van zeer groot belang zoals: de korrelgrootte, hardheid en drukvastheid van het geagglomereerde adsorbens en de goede verdeling daarvan in de percolator, de keuze van agglomeraat of poedervorm in verband met de te gebruiken methode enz., maar ook de kennis omtrent de adsorptie zelve berust voor een groot deel op ervaring. Omtrent de specificiteit en de activiteit van een absorbens en de invloed daarop van verschillende bewerkingen (de zgn. activatie) zegt de theorie slechts weinig.
Lit.: G. L. Mantell, Adsorption (New York and London 1945); Thermisch-Mechanische Materialtrennung. Der Chemie-Ingenieur, Bd 1, TI 3 (Leipzig 1933); W. H. Walker, W. K. Lewis and W. H. McAdams, 3de druk, Principles of Chemical Engineering (New York 1937); J- H. Perry, Chemical Engineers Handbook, blz. 1269 (New York 1941).
