अधिशोषण क्या है?

अधिशोषण (Adsorption) गैस, द्रव या घुले हुए ठोस के परमाणुओं, आयनों या अणुओं का किसी सतह से चिपकना है। यह प्रक्रिया अधिशोषक (adsorbent) की सतह पर अधिशोष्य (adsorbate) की एक परत बनाती है। अधिशोषण एक सतही घटना है, जबकि अवशोषण (absorption) एक आयतन घटना है।

अधिशोषण को प्रभावित करने वाले कारक

निम्नलिखित कारक अधिशोषण को प्रभावित करते हैं:

• अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल: अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक अधिशोष्य अधिशोषित किया जा सकता है।
• तापमान: तापमान जितना अधिक होगा, अधिशोषण उतना ही कम होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिशोष्य अणुओं की बढ़ी हुई तापीय ऊर्जा उन्हें अधिशोषक सतह से चिपकने की संभावना कम कर देती है।
• दाब: दाब जितना अधिक होगा, अधिशोषण उतना ही अधिक होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि बढ़ा हुआ दाब अधिशोष्य अणुओं को अधिशोषक सतह के करीब धकेलता है, जिससे उनके चिपकने की संभावना बढ़ जाती है।
• सांद्रता: अधिशोष्य की सांद्रता जितनी अधिक होगी, अधिशोषण उतना ही अधिक होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिशोषक सतह से चिपकने के लिए अधिक अधिशोष्य अणु उपलब्ध होते हैं।

अधिशोषण के अनुप्रयोग

अधिशोषण के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिनमें शामिल हैं:

• गैस पृथक्करण: गैसों को एक-दूसरे से अलग करने के लिए अधिशोषण का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सक्रिय कार्बन का उपयोग वायु से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए किया जाता है।
• जल शुद्धिकरण: जल से अशुद्धियों को हटाने के लिए अधिशोषण का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सक्रिय कार्बन का उपयोग जल से कार्बनिक प्रदूषकों को हटाने के लिए किया जाता है।
• उत्प्रेरण: रासायनिक अभिक्रियाओं की गति बढ़ाने के लिए अधिशोषण का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, कार के उत्प्रेरक कन्वर्टर में प्लैटिनम का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
• क्रोमैटोग्राफी: पदार्थों के मिश्रण को अलग करने के लिए अधिशोषण का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, डाई को अलग करने के लिए पेपर क्रोमैटोग्राफी का उपयोग किया जाता है।

अधिशोषण और अवशोषण में क्या अंतर है

अधिशोषण

• अधिशोषण वह प्रक्रिया है जिसमें किसी पदार्थ (अधिशोष्य) के अणु या परमाणु किसी अन्य पदार्थ (अधिशोषक) की सतह से चिपक जाते हैं।
• अधिशोष्य अधिशोषक की सतह पर एक पतली परत बनाता है।
• यह प्रक्रिया भौतिक बलों जैसे वैन डर वाल्स बल, हाइड्रोजन बंधन और स्थिरवैद्युत बलों द्वारा संचालित होती है।
• अधिशोषण एक सतही घटना है और इसमें अधिशोष्य का अधिशोषक में प्रवेश शामिल नहीं होता है।

अवशोषण

• अवशोषण वह प्रक्रिया है जिसमें किसी पदार्थ (अवशोष्य) के अणु या परमाणु किसी अन्य पदार्थ (अवशोषक) के आयतन में समा जाते हैं और उसमें वितरित हो जाते हैं।
• अवशोष्य अवशोषक में प्रवेश कर जाता है और उसमें समान रूप से वितरित हो जाता है।
• यह प्रक्रिया रासायनिक बलों जैसे सहसंयोजक बंधन, आयनिक बंधन और हाइड्रोजन बंधन द्वारा संचालित होती है।
• अवशोषण एक आयतन घटना है और इसमें अधिशोष्य का अवशोषक में प्रवेश शामिल होता है।

तुलना सारणी

अधिशोषण और अवशोषण दो महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हैं जो विभिन्न प्राकृतिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में होती हैं। दोनों प्रक्रियाओं के बीच मुख्य अंतर अधिशोषक के सापेक्ष अधिशोष्य का स्थान है। अधिशोषण में, अधिशोष्य अधिशोषक की सतह पर एक पतली परत बनाता है, जबकि अवशोषण में, अधिशोष्य अवशोषक में प्रवेश कर जाता है और उसमें समान रूप से वितरित हो जाता है।

विशोषण

विशोषण (Desorption) वह प्रक्रिया है जिसमें कोई पदार्थ किसी सतह से मुक्त होता है। यह अधिशोषण के विपरीत है, जो वह प्रक्रिया है जिसमें कोई पदार्थ किसी सतह की ओर आकर्षित होता है और उस पर रुक जाता है। विशोषण स्वतः हो सकता है या इसे विभिन्न कारकों जैसे ऊष्मा, प्रकाश या रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा प्रेरित किया जा सकता है।

विशोषण के प्रकार

विशोषण के दो मुख्य प्रकार हैं:

• भौतिक विशोषण तब होता है जब भौतिक परिस्थितियों जैसे तापमान या दाब में परिवर्तन के कारण कोई पदार्थ किसी सतह से मुक्त होता है। उदाहरण के लिए, जब किसी सतह से पानी वाष्पित होता है, तो वह भौतिक विशोषण से गुजर रहा होता है।
• रासायनिक विशोषण तब होता है जब रासायनिक अभिक्रिया के कारण कोई पदार्थ किसी सतह से मुक्त होता है। उदाहरण के लिए, जब लोहे पर जंग लगती है, तो आयरन ऑक्साइड रासायनिक अभिक्रिया के माध्यम से लोहे की सतह से मुक्त हो जाता है।

विशोषण को प्रभावित करने वाले कारक

विशोषण की दर कई कारकों से प्रभावित होती है, जिनमें शामिल हैं:

• तापमान: तापमान जितना अधिक होगा, विशोषण की दर उतनी ही तेज होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च तापमान अणुओं की गतिज ऊर्जा को बढ़ाता है, जिससे वे सतह से भागने की अधिक संभावना रखते हैं।
• दाब: दाब जितना अधिक होगा, विशोषण की दर उतनी ही धीमी होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च दाब अणुओं के लिए सतह से भागना अधिक कठिन बना देता है।
• पृष्ठीय क्षेत्रफल: पृष्ठीय क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा, विशोषण की दर उतनी ही तेज होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि बड़े पृष्ठीय क्षेत्रफल से भागने के लिए अधिक अणु उपलब्ध होते हैं।
• रासायनिक संरचना: सतह और विशोषित होने वाले पदार्थ की रासायनिक संरचना भी विशोषण की दर को प्रभावित कर सकती है। उदाहरण के लिए, कुछ पदार्थ कुछ विशेष सतहों की ओर दूसरों की तुलना में अधिक प्रबलता से आकर्षित होते हैं।

विशोषण के अनुप्रयोग

विशोषण के कई अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

• सुखाना: सतहों से पानी हटाकर सामग्री को सुखाने के लिए विशोषण का उपयोग किया जाता है। यह सामग्री को गर्म करके, उसे निर्वात में उजागर करके या शोषक (desiccant) का उपयोग करके किया जा सकता है।
• दुर्गंध हटाना: दुर्गंध पैदा करने वाले अणुओं को हटाकर सतहों से दुर्गंध हटाने के लिए विशोषण का उपयोग किया जाता है। यह सतह को गर्म करके, उसे निर्वात में उजागर करके या दुर्गंधनाशक एजेंट का उपयोग करके किया जा सकता है।
• सफाई: गंदगी और मैल को हटाकर सतहों को साफ करने के लिए विशोषण का उपयोग किया जाता है। यह सतह को गर्म करके, उसे निर्वात में उजागर करके या सफाई एजेंट का उपयोग करके किया जा सकता है।
• पुनर्चक्रण: सतहों से प्रदूषकों को हटाकर सामग्री के पुनर्चक्रण के लिए विशोषण का उपयोग किया जाता है। यह सामग्री को गर्म करके, उसे निर्वात में उजागर करके या रासायनिक एजेंट का उपयोग करके किया जा सकता है।

विशोषण एक मौलिक प्रक्रिया है जो विभिन्न प्राकृतिक और औद्योगिक प्रक्रियाओं में होती है। इन प्रक्रियाओं को नियंत्रित और अनुकूलित करने के लिए विशोषण को प्रभावित करने वाले कारकों को समझना महत्वपूर्ण है।

अधिशोषण का कार्यविधि

अधिशोषण एक सतही घटना है जो तब होती है जब कोई गैस या द्रव विलेय किसी ठोस या द्रव अधिशोषक की सतह पर जमा हो जाता है। अधिशोष्य अणु विभिन्न बलों द्वारा अधिशोषक सतह पर धारित होते हैं, जिनमें शामिल हैं:

• भौतिक अधिशोषण (फिजीसॉर्प्शन): इस प्रकार का अधिशोषण अधिशोष्य अणुओं और अधिशोषक सतह के बीच कमजोर वैन डर वाल्स बलों के कारण होता है। फिजीसॉर्प्शन आमतौर पर एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है, और अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा तापमान बढ़ने के साथ बढ़ती है।
• रासायनिक अधिशोषण (केमिसॉर्प्शन): इस प्रकार का अधिशोषण अधिशोष्य अणुओं और अधिशोषक सतह के बीच मजबूत रासायनिक बंधों के कारण होता है। केमिसॉर्प्शन आमतौर पर एक अप्रतिवर्ती प्रक्रिया है, और अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा तापमान बढ़ने के साथ घटती है।

अधिशोषण को प्रभावित करने वाले कारक

होने वाले अधिशोषण की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:

• अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल: अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल जितना अधिक होगा, उतने ही अधिक अधिशोष्य अणु अधिशोषित किए जा सकते हैं।
• तापमान: अधिशोषण पर तापमान का प्रभाव अधिशोषण के प्रकार पर निर्भर करता है। फिजीसॉर्प्शन तापमान बढ़ने के साथ बढ़ता है, जबकि केमिसॉर्प्शन तापमान बढ़ने के साथ घटता है।
• अधिशोष्य की सांद्रता: अधिशोष्य की सांद्रता जितनी अधिक होगी, उतने ही अधिक अधिशोष्य अणु अधिशोषित होंगे।
• अधिशोष्य का दाब: अधिशोष्य का दाब जितना अधिक होगा, उतने ही अधिक अधिशोष्य अणु अधिशोषित होंगे।

अधिशोषण एक सतही घटना है जिसके अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। अधिशोषण की कार्यविधि को समझकर, हम विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अधिशोषकों को डिजाइन और अनुकूलित कर सकते हैं।

अधिशोषण की सीमा और दर को प्रभावित करने वाले कारक

अधिशोषण एक सतही घटना है जो तब होती है जब किसी गैस या द्रव के अणु या आयन किसी ठोस या द्रव की सतह पर जमा हो जाते हैं। अधिशोषण की सीमा और दर कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:

1. अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल

• अधिशोषक का पृष्ठीय क्षेत्रफल जितना अधिक होगा, उतने ही अधिक अधिशोषण स्थल उपलब्ध होंगे, और अधिशोषण की सीमा उतनी ही अधिक होगी।
• उदाहरण के लिए, सक्रिय कार्बन का पृष्ठीय क्षेत्रफल बहुत अधिक होता है और इसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में अधिशोषक के रूप में आमतौर पर किया जाता है।

2. तापमान

• सामान्य तौर पर, तापमान बढ़ने के साथ अधिशोषण की सीमा घटती है।
• ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च तापमान अधिशोष्य अणुओं की गतिज ऊर्जा को बढ़ाता है, जिससे उनके सतह पर अधिशोषित होने की संभावना कम हो जाती है।

3. अधिशोष्य की सांद्रता

• गैस या द्रव प्रावस्था में अधिशोष्य की सांद्रता जितनी अधिक होगी, अधिशोषण की सीमा उतनी ही अधिक होगी।
• ऐसा इसलिए है क्योंकि सतह पर अधिशोषित होने के लिए अधिक अधिशोष्य अणु उपलब्ध होते हैं।

4. अधिशोषक और अधिशोष्य की प्रकृति

• अधिशोषण की सीमा और दर अधिशोषक और अधिशोष्य की रासायनिक प्रकृति पर भी निर्भर करती है।
• उदाहरण के लिए, ध्रुवीय अधिशोषक ध्रुवीय अधिशोष्यों को अधिशोषित करते हैं, जबकि अध्रुवीय अधिशोषक अध्रुवीय अधिशोष्यों को अधिशोषित करते हैं।

5. विलयन का pH

• द्रव प्रावस्था से अधिशोषण के मामले में, विलयन का pH अधिशोषण की सीमा और दर को प्रभावित कर सकता है।
• उदाहरण के लिए, सक्रिय कार्बन पर धातु आयनों का अधिशोषण विलयन के pH से प्रभावित होता है।

6. अन्य पदार्थों की उपस्थिति

• गैस या द्रव प्रावस्था में अन्य पदार्थों की उपस्थिति अधिशोषण स्थलों के लिए अधिशोष्य से प्रतिस्पर्धा कर सकती है, जिससे अधिशोषण की सीमा कम हो जाती है।
• उदाहरण के लिए, जल में कार्बनिक पदार्थों की उपस्थिति सक्रिय कार्बन पर धातु आयनों के अधिशोषण को कम कर सकती है।

7. द्रव्यमान अंतरण सीमाएँ

• द्रव्यमान अंतरण सीमाएँ भी अधिशोषण की दर को प्रभावित कर सकती हैं।
• यदि गैस या द्रव प्रावस्था से अधिशोषक की सतह तक अधिशोष्य का द्रव्यमान अंतरण धीमा है, तो अधिशोषण की दर सीमित हो जाएगी।

8. अधिशोषक की छिद्र संरचना

• अधिशोषक की छिद्र संरचना भी अधिशोषण की सीमा और दर को प्रभावित कर सकती है।
• उदाहरण के लिए, उच्च सरंध्रता और बड़े छिद्र आकार वाले अधिशोषक अधिक अधिशोष्य अणुओं को समायोजित कर सकते हैं और तेज द्रव्यमान अंतरण की अनुमति दे सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उच्च अधिशोषण दरें होती हैं।

9. सक्रियण ऊर्जा

• अधिशोषण के लिए सक्रियण ऊर्जा अधिशोष्य की मुक्त अवस्था और उसकी अधिशोषित अवस्था के बीच की ऊर्जा अवरोध को दूर करने के लिए आवश्यक ऊर्जा है।
• उच्च सक्रियण ऊर्जा का मतलब है कि अधिशोषण प्रक्रिया धीमी है।

10. अधिशोषक के कणों का आकार

• छोटे कणों का द्रव्यमान प्रति इकाई पृष्ठीय क्षेत्रफल बड़े कणों की तुलना में अधिक होता है।
• इसलिए, छोटे कण आम तौर पर उच्च अधिशोषण क्षमता और तेज अधिशोषण दर प्रदर्शित करते हैं।

इन कारकों को समझकर और नियंत्रित करके, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अधिशोषण प्रक्रिया को अनुकूलित करना संभव है।

फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन के बीच अंतर

परिचय फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन अधिशोषण के दो प्रकार हैं जो तब होते हैं जब कोई गैस या द्रव किसी ठोस सतह के संपर्क में आता है। दोनों प्रक्रियाओं में अधिशोष्य (गैस या द्रव) और अधिशोषक (ठोस सतह) के बीच बंधों का निर्माण शामिल होता है। हालांकि, इन बंधों की प्रकृति फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन में भिन्न होती है।

फिजीसॉर्प्शन फिजीसॉर्प्शन अधिशोष्य और अधिशोषक के बीच एक कमजोर, भौतिक अंतःक्रिया है। यह वैन डर वाल्स बलों के कारण होता है, जो सभी अणुओं के बीच होने वाले कमजोर आकर्षक बल हैं। फिजीसॉर्प्शन एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है, जिसका अर्थ है कि तापमान बढ़ाकर या दाब कम करके अधिशोष्य को आसानी से अधिशोषक से विशोषित किया जा सकता है।

केमिसॉर्प्शन केमिसॉर्प्शन अधिशोष्य और अधिशोषक के बीच एक मजबूत, रासायनिक अंतःक्रिया है। यह अधिशोष्य और अधिशोषक के बीच सहसंयोजक बंधों या आयनिक बंधों के निर्माण के कारण होता है। केमिसॉर्प्शन एक अप्रतिवर्ती प्रक्रिया है, जिसका अर्थ है कि रासायनिक बंधों को तोड़े बिना अधिशोष्य को आसानी से अधिशोषक से विशोषित नहीं किया जा सकता है।

फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन की तुलना

फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन के अनुप्रयोग

फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन दोनों का उपयोग विभिन्न औद्योगिक और पर्यावरणीय अनुप्रयोगों में किया जाता है। कुछ उदाहरणों में शामिल हैं:

• फिजीसॉर्प्शन:
  • जल और वायु से अशुद्धियों को हटाने के लिए सक्रिय कार्बन का उपयोग किया जाता है।
  • गैसों और द्रवों को सुखाने के लिए सिलिका जेल का उपयोग किया जाता है।
  • गैसों और द्रवों को अलग करने के लिए जिओलाइट्स का उपयोग किया जाता है।
• केमिसॉर्प्शन:
  • उत्प्रेरक कन्वर्टर हानिकारक प्रदूषकों को कम हानिकारक पदार्थों में परिवर्तित करने के लिए केमिसॉर्प्शन का उपयोग करते हैं।
  • ईंधन सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बिजली उत्पन्न करने के लिए केमिसॉर्प्शन का उपयोग करते हैं।
  • सेंसर विशिष्ट गैसों या द्रवों की उपस्थिति का पता लगाने के लिए केमिसॉर्प्शन का उपयोग करते हैं।

फिजीसॉर्प्शन और केमिसॉर्प्शन दो महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हैं जो तब होती हैं जब कोई गैस या द्रव किसी ठोस सतह के संपर्क में आता है। इन प्रक्रियाओं की प्रकृति भिन्न है, और उद्योग और पर्यावरण में इनके विभिन्न अनुप्रयोग हैं।

अधिशोषण समतापी

अधिशोषण समतापी (Adsorption Isotherm) अधिशोषक की सतह पर अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा और नियत तापमान पर परिवेशी वातावरण में अधिशोष्य की सांद्रता के बीच संबंध का एक आलेखीय निरूपण है। यह अधिशोषण प्रक्रिया में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करता है और अधिशोष्य और अधिशोषक के बीच अंतःक्रियाओं को समझने में मदद करता है।

अधिशोषण समतापी के प्रकार

विभिन्न प्रकार के अधिशोषण समतापी हैं, जिनमें से प्रत्येक विभिन्न अधिशोषण व्यवहारों का प्रतिनिधित्व करता है। कुछ सबसे सामान्य समतापियों में शामिल हैं:

लैंगम्यूर समतापी: यह समतापी एकपरत अधिशोषण मानता है, जहां सतह पर प्रत्येक अधिशोषण स्थल केवल एक अधिशोष्य अणु को धारण कर सकता है। इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

$$ q = Qm * K * C / (1 + K * C) $$

जहाँ:

• q प्रति इकाई द्रव्यमान अधिशोषक पर अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा (mg/g) है
• Qm अधिकतम अधिशोषण क्षमता (mg/g) है
• K लैंगम्यूर स्थिरांक (L/mg) है
• C विलयन में अधिशोष्य की सांद्रता (mg/L) है

फ्रायन्डलिच समतापी: यह समतापी बहुपरत अधिशोषण मानता है, जहां सतह पर अधिशोष्य अणुओं की कई परतें बन सकती हैं। इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

$$ q = Kf * Cn $$

जहाँ:

• q प्रति इकाई द्रव्यमान अधिशोषक पर अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा (mg/g) है
• Kf फ्रायन्डलिच स्थिरांक (mg/g)(L/mg)^n है
• n फ्रायन्डलिच घातांक है

बीईटी समतापी: यह समतापी अधिशोषित अणुओं के बीच अंतःक्रियाओं के साथ बहुपरत अधिशोषण मानता है। इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

$$ q = Qm * C * K / (C(1 - K) + K * C) $$

जहाँ:

• q प्रति इकाई द्रव्यमान अधिशोषक पर अधिशोषित अधिशोष्य की मात्रा (mg/g) है
• Qm अधिकतम अधिशोषण क्षमता (mg/g