- •Измерение изотерм
- •Сорбции паров органических веществ
- •На различных адсорбентах
- •В динамических условиях
- •198013, Ленинград, Московский пр., 26
- •1. Введение
- •. Пористая структура активированных углей
- •.Определение объемов характерных пор активированных углей
- •1.1.2 Определение структурного типа активированных углей
- •1.2. Использование расчетного аппарата теории объемного заполнения микропор для обработки
- •2. Лабораторная работа «измерение изотерм сорбции паров
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Описание прибора
- •2.3. Описание работы
- •2.3.1. Градуировка капилляров гуськового реометра по концентрации паров заданного вещества
- •2.3.2. Определение изотермы сорбции паров заданного вещества
- •2.3.3. Определение равновесной величины сорбции парообразных веществ сорбентом при упругости насыщенного пара (эксикаторным метод)
- •2.4. Оформление результатов опыта
- •2.4.1. Формула для расчета концентрации насыщенных паров
- •2.4.2. Обработка экспериментальной изотермы адсорбции
1.1.2 Определение структурного типа активированных углей
М.М. Дубинин и Л.В. Радушкевич разделили в первом приближении активированные угли на три структурных типа [1] в зависимости от так называемого обгара, который является количественной характеристикой степени активирования угля. Обгар находят из отношения количества сгоревшего угля к исходному и выражают в процентах.
Умеренное активирование при достижении обгаров приблизительно до 50% приводит к получению активных углей 1-го структурного типа. При обгаре, большем 75%,получаются активные угли 2-го структурного типа. Области промежуточных обгаров приблизительно от 50 до 75% отвечают активные угли смешанного типа.
Уравнение изотермы адсорбции для любого пара на активном угле 1-го структурного типа имеет вид
(7)
Где - равновесная величина адсорбции при равновесном относительном давлении P/Ps; W0- предельный объем адсорбционного пространства; v- молярный объем жидкости; B- константа, характеризующая пористую структуру сорбента, которая определяется размером микропор; - коэффициент аффинности; Ps - упругость насыщенного пара при температуре опыта.
Для определения констант W0 и B по экспериментальным точкам применяют уравнение изотермы адсорбции в линейной форме:
(8)
В котором
Где C- отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат; - предельная величина адсорбции;
Представляет собой tg угла наклона прямой к оси абсцисс. Экспериментальные точки, полученные при измерении изотермы адсорбции паров бензола на углях 1-го структурного типа, удовлетворительно ложатся на прямые линии в координатах. Уравнение изотермы адсорбции для углей 1-го структурного типа применимо в широком интервале равновесных относительных давлений от 110-5 до 0,2. Константа B изменяется в пределах от 0,310-6 до 1,210-6, а W0 – от 0.050 до 0.50 см3/г.
Уравнение изотермы адсорбции для любого пара на активном угле 2-го структурного типа
(9)
Где – предельный объем адсорбционного пространства; A - константа, зависящая от энергетической неоднородности собственно поверхности угля.
Остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в уравнении изотермы для углей 1-го структурного типа.
Для нахождения констант и A представляют уравнение изотермы в линейной форме:
(10)
Где и .
По значениям M и N рассчитывают W0’ и A. Если опытные данные удовлетворительно укладываются на прямую в координатах, то уравнение (9) применимо для данного случая. Интервал применимости уравнения (9) – от 1,010-5 до 0,1 P/Ps. Значение коэффициента A колеблется от 1,510-3 до 2.610-3.
1.2. Использование расчетного аппарата теории объемного заполнения микропор для обработки
экспериментальной изотермы стандартного пара-бензола на различных углеродных адсорбентах [5]
Основное уравнение теории имеет вид
(11)
Где – безразмерный параметр функции распределения, выражающий степень заполнения микропор ( - предельная величина адсорбции при P/Ps=1; - равновесная величина адсорбции при данном P/Ps); A – дифференциальная максимальная мольная работа адсорбции, равная со знаком минус изменению свободной энергии Гиббса, кал/моль:
(12)
При R=1.98 кал/мольград формула (12) принимает вид
(13)
E – характеристическая свободная энергия адсорбции, кал/моль; n – параметр функции, выражающийся небольшим целым числом (для однородномикропористых структур с очень мелкими микропорами n=3; для углей с разнородной микропористой структурой с не слишком мелкими микропорами n=2).
Уравнение (11) в общем виде выражает распределение заполнения микропор по дифференциальной мольной работе адсорбции A, причем параметры распределения E и n не зависят от температуры, если соблюдается температурная инвариантность характеристических кривых.
Согласно уравнению (11) выражение для характеристической кривой будет иметь вид
(14)
При условии, если для различных паров функция f и параметр n остаются неизменными, то
(15)
т.е. характеристические кривые в координатах являются аффинными ( - коэффициент аффинности, индексом “0” обозначены величины для стандартного пара).
Принимая температурную инвариантность уравнения (11) и известное в математической статистике распределение Вейбула [6], М.М. Дубинин и В.А. Астахов получили термическое уравнение адсорбции в аналитической форме [7]:
(16)
Откуда
(17)
Из уравнения (17) следует, что при =0,368, где e – основание натуральных логарифмов, E=A0, т.е. характеристическая энергия адсорбции E равна дифференциальной мольной работе адсорбции для данного заполнения =0,368.
При замене получают термическое уравнение адсорбции
(18)
Или в линейной форме.
(19)