Wyznaczanie izotermy adsorpcji jodu na węglu aktywnym
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest:

• wyznaczenie izotermy adsorpcji jodu wodnych roztworów jodku potasowego na węglu aktywnym

• obliczenie wspólczynnika równania Langmuira dla tego układu

• oszacowanie powierzchni właściwej adsorbentu.

2. Zasada pomiaru.

Korzystając z wyjściowego roztworu zawierającego ok. 0,04 mol J₂/litr i dokładnie 0,1 mol KJ/litr sporządzić w kolbkach miarowych o poj. 100 ml, przez kolejne rozcieńczeniem roztworem KJ sześć roztworów o stężeniach 0,04; 0,03; 0,02; 0,01; 0,007; 0,005.

W sześciu kolbkach ze szlifem odważyć po ok. 0,1g węgla aktywnego (z dokładnością do 0,0001g) i do każdej z nich odmierzyć odpowiednio po 50 ml przygotowanych roztworów jodu. Mieszać zawartość kolbek na wytrząsarce w ciągu 1 godziny.

Pozostałe roztwory w kolbkach miarowych wykorzystuje się do oznaczenia stężenia początkowego jodu. Z każdej kolbki miarowej pobrać 10 ml roztworu i miareczkować 0,01 M tiosiarczanem sodo-wym wobec skrobi jako wskaźnika.

Po zakończeniu wytrząsania pobrać po 10 ml roztworów i oznaczyć końcowe stężenie jodu przez zmiareczkowanie 0,01 M tiosiarczanem sodowym.

3. Wyniki pomiarów.

Numer próbki	Masa adsorbentu m [g]	Stężenie pocz. c0 [mol/litr]	Stężenie końc. c [mol/litr]	[mol/g]
1	0,1002	0,0177	0,00975	0,003967	2,4577
2	0,1037	0,0133	0,0057	0,003664	1,5555
3	0,10035	0,0089	0,0022	0,003338	0,6590
4	0,09805	0,0044	0,0004	0,002040	0,1961
5	0,1086	0,0030	0,000125	0,001324	0,0944
6	0,11385	0,0022	0,00005	0,000944	0,0529

Wyniki podczas miareczkowania 0,01M Na₂S₂O₃.

Nr próbki	[ml] Na2S2O3 bez adsorbentu	[ml] Na2S2O3 z adsorbentem
1	35,4	19,5
2	26,6	11,4
3	17,8	4,4
4	8,8	0,4
5	6,0	0,25
6	4,4	0,1

4. Przykładow obliczenia.

1. Obliczenie stężeń jodu na początku i na końcu za pomocą miareczkowania tiosiarczanem.

mając stężenie tiosiarczanu 0,01M, oraz znaną objętość przy jakiej redukuje on jony J₃^- na 10 ml roztworu jodu można obliczyć stężenie jodu na początku i na końcu.

Przykładowe obliczenie dla próby 1:

C [Na₂S₂O₃] = 0,01M

V [Na₂S₂O₃] = 35,4 ml

V [KJ₃] = 10 ml

z reakcji wynika, że na 2 mole tiosiarczanu przypada 1 mol KJ₃

czyli na 0,01⋅0,0354 mola tiosiarczanu przypada x moli KJ₃

⇒ x = 0,000177 mola KJ₃

to C = x / 0,01 = 0,0177 [mol/litr].

Analogiczne obliczenia wykonujemy dla ustalenia pozostałych stężeń.

2. Obliczenie adsorpcji pozornej (nadmiarowej) wg zależności:

dla próbki nr 1:

dla próbki nr 6:

5. Obliczenie współczynników równania Langmuira z równania linii prostej.

gdzie c - stężenie równowagowe

a - adsorpcja nadmiarowa

a_m- całkowita powierzchnia pokryta jednocząsteczkową warstwą adsorbatu

Współczynniki i obliczamy metodą najmniejszych kwadratów:

Dane:

x = c	y = c/a
0,00975	2,4577
0,0057	1,5555
0,0022	0,6590
0,0004	0,1961
0,000125	0,0944
0,00005	0,0529

247,657

0,0845

ponieważ:

A = 1/a_m ⇒ a_m = 1/247,657 = 0,004038 [mol/g].

B = 1/a_mb ⇒ b = 1/(0,0845⋅0,004038) = 2930,73

6. Szacowanie powierzchni właściwej węgla aktywnego.

Korzystając ze wzoru:

gdzie:

S - powierzchnia właściwa,

ω₀ - powierzchnia siadania [Α²] (równa 0,3 nm²)

N_A - liczba Avogadro (równa 6,023⋅10²³)

= 729,62

7. Wnioski.

Z równania Langmuira wyznaczyliśmy izotermę adsorpcji jodu. Z przebiegu tej izotermy można wyw-nioskować, że przy wzroście stężenia roztworu jodu rośnie ilość adsorbowanego jodu na adsorbencie jakim jest węgiel aktywny. Jak widać z wykresu, krzywa zbliża się asymptotycznie do pewnej granicy, w której następuje stan nasycenia i zakończenie procesu adsorpcji.

Ten punkt obrazujący stan nasycenia obliczony na podstawie równania linii postej równania Langmuira wynosi 0,004038 [mol/g], czyli jest to maksymalne pokrycie powierzchni adsorbenta jednocząsteczko-wą warstwą adsorbatu.

Węgiel aktywny jest adsorbentem, którego cechą charakterystyczną jest duża porowatość, a co za tym idzie duża powierzchnia właściwa. Powierzchnia węgli aktywnych waha się w granicach 400-900 [m²/g]

Z naszych oszacowań wynika, że powierzchnia właściwa węgla aktywnego (czyli iloczyn liczby cząste-czek, która znajduje się w 1g adsorbentu i powierzchni siadania) wynosi 729,62 [m²/1g węgla], można więc z naszego wyniku potwierdzić fakt, że w rzeczywistości ten adsorbent posiada tak dobrze rozwi-niętą powierzchnię właściwą.

---