Sorbenty - właściwości, działanie i zastosowanie sorbentów

Sorbenty, jak sama nazwa wskazuje, to substancje służące do absorbowania. Istnieje bardzo wiele sytuacji, w których wilgoć różnego typu jest wysoce niepożądana, a jej ewentualnemu pojawieniu się należy aktywnie zapobiegać. W szerokiej skali sorbenty nie tylko chronią jakość naszych życiowych przestrzeni, dóbr i urządzeń, ale także aktywnie pomagają chronić środowisko naturalne.



Żel krzemionkowy, czyli jeden z najpopularniejszych sorbentów.  Źródło: shutterstockŻel krzemionkowy, czyli jeden z najpopularniejszych sorbentów. Źródło: shutterstock
  1. Jak działają sorbenty?
  2. Rodzaje sorbentów
  3. Naturalne sorbenty
  4. Mineralne sorbenty
  5. Syntetyczne sorbenty
  6. Wykorzystanie sorbentów
  7. Sorbenty a ekologia
Oficjalna definicja mówi, że sorbentami nazywamy ciała stałe zdolne do wchłaniania cieczy oraz gazów. Mowa przy tym nie tylko o wodzie i roztworach wodnych, ale także różnego rodzaju olejach. Najogólniej rzecz ujmując, sorbenty pozwalają kontrolować niepożądane wycieki i ulatnianie się, występujące zarówno w procesach przemysłowych, jak i codziennym życiu.

Jak działają sorbenty?

Aby w pełni zrozumieć istotę działania sorbentów, należy uświadomić sobie różnicę między dwoma zjawiskami fizycznymi: absorpcją i adsorpcją. Oba należą do tzw. procesów sorpcji, ale mają nieco inny mechanizm. Otóż absorbowanie faktycznie polega na wchłanianiu cząsteczek substancji ciekłej lub gazowej do ciała stałego. Adsorpcja natomiast odnosi się wiązania określonych cząsteczek na powierzchni substancji stałej. Kolokwialnie rzecz ujmując, w pierwszym przypadku mamy do czynienia z wsiąkaniem substancji do wewnątrz, w drugim zaś utrzymywaniu jej na zewnątrz sorbentu. W praktyce określone sorbenty mają bardzo różne możliwości wiązania w sobie cieczy i gazów, zarówno w kontekście ilościowym, jakościowym, jak i łatwości samego zastosowania. Absorbenty działają na przykład powolniej w przypadku olejów, podczas gdy adsorbenty stwarzają ryzyko w przypadku lotnych cieczy, ułatwiając emisję szkodliwych gazów. Różne sytuacje mogą więc wymagać zastosowania odmiennych typów „gąbek”. Właściwości danego sorbentu zależą przede wszystkim od jego struktury wewnętrznej, jak również wielkości oraz rodzaju powierzchni – poziom porowatości jest tutaj bardzo istotnym czynnikiem.

Rodzaje sorbentów

Podstawowe rozgraniczenie sorbentów związane jest z ich pochodzeniem. Po pierwsze, rozróżniamy więc sorbenty naturalne czyli substancje organiczne, złożone z atomów węgla i pochodzące z roślin lub zwierząt. Po drugie, mamy sorbenty mineralne będące substancjami naturalnymi, ale o charakterze nieożywionym. Trzecią kategorię stanowią natomiast sorbenty syntetyczne powstałe na bazie związków stworzonych przez człowieka.

Poza tym istnieją różne typy konstrukcji sorbentów – tutaj wyróżnia się przede wszystkim:

  • maty stosowane w przypadku wycieków o dużej powierzchni;
  • poduszki wykorzystywane na płaskich powierzchniach;
  • rękawy zakładane na przeciekające rury czy maszyny;
  • luźne drobinki np. w przypadku cieczy gromadzącej się w szczelinach;
  • granulki, zwykle stosowane w mniejszych ilościach, bardzo często spotykane w bieżącym handlu detalicznym.


Wreszcie, pod względem zastosowania klasyfikujemy sorbenty jako uniwersalne, olejowe, chemiczne oraz hydrofobowe, przy czym każda z tych kategorii ma jeszcze dalsze specjalizacje.

Naturalne sorbenty

Do naturalnych sorbentów zaliczamy przede wszystkim słomę, siano, rozdrobnione kolby kukurydzy, torf, wióry drewniane, ale także pierze. Mają one zdolność do pochłaniania nawet 3-15 krotność swojej masy oleju, a ponadto dobrze absorbują wodę, zaś po nasiąknięciu toną. Ich ogromną zaletą jest oczywiście samo pochodzenie - zwykle stanowią odpad z przetwórstwa roślin i zwierząt, więc w idealny sposób wypełniają misję racjonalnego gospodarowania zasobami. Z drugiej strony, ponieważ posiadają postać drobinek są trudniejsze w wykorzystaniu, gdy zbieranie nasączonych wiórów nie jest zwykle łatwe. Stąd często stosuje się je w dryfujących siatkowych opakowaniach, które zapobiegają tonięciu i dają się wygodnie usunąć. W wielu przypadkach pochłonięty olej można z naturalnych sorbentów wyżąć, a sam sorbent jest wówczas biodegradowalny.

Sorbenty bywają wykorzystywane w medycynie do wiązania spożytych substancji toksycznych. Źródło: shutterstock

Mineralne sorbenty

Drugą kategorią sorbentów pochodzących z natury, ale nieożywionej, są sorbenty mineralne. Mowa przede wszystkim o glinie, perlicie, wermikulicie, piasku, szklanej wełnie czy popiele wulkanicznym. Niedrogie i łatwe do pozyskania w ogromnych ilościach bez obciążania środowiska naturalnego, potrafią pochłonąć nawet 4-20 razy więcej oleju niż ważą. W nagłych przypadkach bywają też z reguły szybciej dostępne niż specjalistyczne sorbenty syntetyczne. Niestety, nie da się ich stosować na powierzchni wody, bywają trudne do rozprowadzania np. w czasie wietrznej pogody, a ponadto przy przypadkowej inhalacji stwarzają realne zagrożenie dla zdrowia.

Syntetyczne sorbenty

Wreszcie, trzecią kategorią są sorbenty syntetyczne, czyli stworzone na drodze przemysłowych procesów chemicznych. Mówiąc prostym językiem chodzi o materiały krewne plastikowi, takie jak polipropylen, poliuretan czy polietylen. W przeciwieństwie do sorbentów naturalnych, które działają na zasadzie absorpcji, te wspomniane powyżej wykorzystują mechanizm adsorpcji, czyli wiązania płynów na swojej powierzchni. Inne syntetyczne sorbenty jednak, jakie jak polimery czy różne rodzaje gumy, mają możliwość nasiąkania ciekłymi odpadami, zwiększając znacząco swoją objętość. Kolosalną zaletą w tym przypadku jest wydajność – sztuczne sorbenty pochłaniają nawet 70-krotność swojej masy w oleju. Minusem jest natomiast sam proces ich produkcji, który nie jest ani tani, ani obojętny dla środowiska.

Jednym z najsłynniejszych sorbentów syntetycznych jest również żel krzemionkowy, zwany również silikażelem, który powstaje co prawda z tlenku krzemu, ale w sposób przemysłowy. Ma zazwyczaj postać porowatych granulek zdolnych do pochłaniania pary wodnej, par olejów oraz różnych gazów i klasycznej wilgotności.

Tabela przedstawiająca sposoby wykorzystania sorbentów; opracowanie własne

Wykorzystanie sorbentów

Dla przeciętnego zjadacza chleba najczęściej widzianym sorbentem w codziennym życiu są wspomniane wyżej paczuszki żelu krzemionkowego obecne powszechnie w kupowanym obuwiu, torbach i innych produktach osobistych. Pełnią one funkcję przede wszystkim prewencyjną, zapobiegając gromadzeniu się wilgoci, która z kolei mogłaby ułatwić rozwój pleśni. Rodzice małych dzieci znają również sorbenty stosowane w pieluszkach jednorazowych, których głównym zadaniem jest utrzymywanie moczu z dala od delikatnej skóry dziecka – w większości przypadków pochłaniają one również zapachy. Bardzo podobnym zastosowaniem są także specjalne „piaski” do kuwet dla kotów stworzone np. z glinki bentonitowej.

Sorbenty przede wszystkim wykorzystywane są jednak w procesach przemysłowych, gdzie często dochodzi do groźnych wycieków, zarówno tych toksycznych, jak i zagrażających samej maszynerii czy jakości produktów czy usług. Na szczególną uwagę zasługują tutaj rozlane oleje, które stwarzają niebezpieczeństwo np. na drogach, lotniskach, w maszynowniach, ale także w zbiornikach wodnych. Klasycznym przykładem są także katastrofy związane z wyciekiem ropy naftowej do morza, jak również wypadkami cystern czy awariami w fabrykach.

Ciekawym, choć niszowym zastosowaniem sorbentów jest również medycyna. W przypadkach takich jak niewydolność nerek i wątroby oraz infekcje krwi (np. posocznica) określone substancje mogą pozwalać wychwytywać toksyny z organizmu, zmniejszając zagrożenie dla zdrowia.

Czyszczenie wycieków ropy naftowej do morza. Źródło: shutterstock

Sorbenty a ekologia

Przy współczesnej skali przemysłu bez absorbentów mielibyśmy już obecnie znacznie szersze problemy ekologiczne niż mamy. Rok po roku zdarzają się bowiem wypadki, w których do środowiska naturalnego przedostają się niebezpieczne substancje. Sorbenty pozwalają w miarę szybki sposób powstrzymać rozprzestrzenianie się toksyn i oczyszczają aktywnie biotop.

Nie zapominajmy jednak, że z wykorzystanymi sorbentami trzeba coś zrobić. W zależności od związków, które pochłonęły mogą być one kompostowane (tylko naturalne sorbenty nie zawierające toksycznych substancji), spalane lub składowane w miejscach przeznaczonych dla niebezpiecznych odpadów. Istnieją oczywiście ścisłe normy środowiskowe określające zasady postępowanie w poszczególnych przypadkach, ale warto zdać sobie sprawę, że samo użycie sorbentu do kontroli wycieku nie rozwiązuje jeszcze problemu do końca! W wielu krajach na przykład zabronione jest już stosowanie substancji, które toną i mogą osadzać się na dnie zbiorników wodnych. Z drugiej strony, najefektywniejsze syntetyczne sorbenty wykorzystywane do eliminacji oleju z wody często pozostają w małych ilościach w zbiornikach tworząc mikroplastik zagrażający morzom i oceanom na całym świecie.
Stąd na przykład przy zanieczyszczeniu plaż ropą naftową preferuje się fizyczne jej usuwanie z wykorzystaniem sorbentów jedynie w ograniczonym zakresie. Naturalnie, przesłanką decyzyjną powinna być zawsze reguła mniejszego zła ekologicznego. Podkreślmy, że sorbenty w przemyśle powinny być mimo wszystko traktowane jako ostateczność w stanie nagłego zagrożenia. Odpowiedzialni przedsiębiorcy powinni bowiem przede wszystkim zapobiegać niebezpiecznym wyciekom!

Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

  1. EPA; “Sorbents”; data dostępu: 2021-08-11
  2. Grainger; “What Is a Sorbent & How Do Sorbents Work”; data dostępu: 2021-08-11
  3. Doug Lara; “Everything You Need to Know About Sorbents”; data dostępu: 2021-08-11
  4. “Use of sorbent materials in oil spills response”; data dostępu: 2021-08-11
  5. Pesticides Environmental Stewardship; “Sorbents”; data dostępu: 2021-08-11
  6. Stephen R Ash; “Sorbents in treatment of uremia: a short history and a great future”; data dostępu: 2021-08-11
  7. Oil Spill Science and Technology, Merv Fingas ; “Physical Spill Countermeasures”; Elsevier 2011;
Ocena (2.4) Oceń: