chemfiz.24, Studia, Politechnika


RAFAŁ AUKSEL

ANNA RAKIEL

Inżynieria chemiczna rok II .

ĆWICZENIE 24 : WYZNACZANIE POWIERZCHNI WŁAŚCIWEJ WĘGLA AKTYWNEGO

WSTĘP.

Zjawisko występujące na granicy dwóch faz , polegające na powstawaniu różnic pomiędzy przeciętnym składem wnętrza faz , a składem warstw przylegających do powierzchni rozdziału , nazywamy adsorpcją. Zachodzi ono prawie zawsze w przypadku zetknięcia się gazów lub cieczy (adsorbat) z fazą stałą. W wyniku procesu adsorpcji cząsteczki adsorbentu na powierzchni ciała stałego zwanego adsorbentem tracą swobodę ruchu.

W zależności od sił działających na cząsteczki fazy ciekłej lub gazowej w warstwie przylegającej do adsorbentu , adsorpcja może mieć charakter fizyczny lub chemiczny.

Adsorpcja fizyczna jest wynikiem oddziaływań międzycząsteczkowych typu van der Waalsa między cząsteczkami adsorbatu i powierzchniowymi cząsteczkami adsorbentu. Jest ona procesem odwracalnym i cechuje ją niewielki efekt cieplny (kilkadziesiąt kJ/mol). Cząsteczki substancji zaadsorbowanej mogą tworzyć w tym przypadku warstwę o grubości odpowiadającej kilku średnicom cząsteczek adsorbatu.

Adsorpcja chemiczna jest wynikiem tworzenia się wiązań chemicznych między cząsteczkami adsorbatu i cząsteczkami powierzchniowymi adsorbentu. Wymaga ono energii aktywacji i charakteryzuje ją z reguły jednocząsteczkowe pokrycie powierzchni adsorbenta energia towarzysząca chemisorpcji jest porównywalna z energią reakcji chemicznych i wynosi ok. 102 kJ/mol. W zależności od rodzaju adsorbatu wiązania chemisorpcyjne mogą być jonowe lub koordynacyjne.

Według modelu adsorpcji Langmuira szybkość procesu adsorpcji można wyrazić następująco

0x01 graphic
0x01 graphic
(1)

a szybkość desorpcji

0x01 graphic
(2)

Z równania (1) wynika , że szybkość adsorpcji zależy od niepokrytej (wolnej) powierzchni (1-Θ) i od ciśnienia gazu p (lub stężenia). W stanie równowagi następuje zrównanie się szybkości va = vd , czyli że

0x01 graphic
(3)

a stąd po przekształceniu

0x01 graphic
(4)

gdzie K = ka/kd jest określany jako współczynnik adsorpcji.

Wyrażenie (4) jest równaniem izotermy adsorpcji Langmuira. W przypadku adsorpcji z roztworu równanie izotermy Langmuira przyjmuje postać:

0x01 graphic
(5)

Równanie izotermy adsorpcji Langmuira można sprowadzić do postaci liniowej

0x01 graphic
(6)

Jeżeli stopień pokrycia wyrazimy ilością moli adsorbatu odniesioną do 1 g adsorbentu

0x01 graphic
(7)

to równanie izotermy adsorpcji przyjmie postać

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
(8)

lub po przekształceniu

0x01 graphic
(9)

Zależność (9) jest równaniem prostej o parametrach 1/nw,maks i 1/(nw,maksK). Za pomocą tego równania można wyznaczyć stałe K i nw,maks ze współczynnika kierunkowego prostej 1/nw,maks i z rzędnej 1/(nw,maksK). Znając wartość nw,maks możemy wyliczyć powierzchnię właściwą przypadającą na określoną ilość adsorbenta A , jeżeli znana jest powierzchnia S zajmowana przez cząsteczką w monowarstwie

0x01 graphic
(10)

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Zestawienie danych doświadczalnych :

L.P.

Stężenie 50 cm3 kw. octowego przed adsorpcją [mol/dm3]

Objętość 0,1 molowego NaOH zużytego do miareczkowania [cm3]

1.

0,15

33,5

2.

0,12

27,2

3.

0,09

15,9

4.

0,06

10,1

5.

0,03

4,9

6.

0,015

2,5

Do obliczenia liczby moli kw. octowego zawartych w 50 cm3 roztworu przed adsorpcją korzysta się z zależności :

n1 = ckw. octowego Vkw. octowego

Do obliczenia liczby moli kw. octowego zawartych w 50 cm3 roztworu po adsorpcji korzysta się z zależności :

n2 = cNaOH VNaOH

zestawienie wyników obliczeń w tabeli :

Ilość moli kw. octowego w 50 cm3 r-ru przed adsorpcją n1[mol]

Ilość gramów użytego węgla aktywnego m[g]

Ilość moli kw. octowego w 50 cm3 r-ru po adsorpcji n2[mol]

Stężenie równowagowe kw. octowego

c[mol/dm3]

Całkowita ilość moli kw. octowego która uległa zaadsorbowaniu n=n1-n2[mol]

Ilość moli kw. octowego która została zaadsorbowana na 1g węgla aktywnego nw=n/m[mol/g]

0,0075

1,0002

0,006675

0,1335

0,000825

0,000825

0,006

1,0003

0,005225

0,1045

0,000775

0,000775

0,0045

0,9838

0,00382

0,0764

0,00068

0,000691

0,003

1,0117

0,0025

0,05

0,0005

0,000494

0,0015

0,9886

0,0012

0,024

0,0003

0,000303

0,00075

1,0003

0,00058

0,0116

0,00017

0,00017

2. Wykreślenie krzywej izotermy adsorpcji :

0x01 graphic

3. Na podstawie równania (9) wykreślono zależność c/nw = f(c)

0x01 graphic

i obliczono liczbę moli kw. octowego potrzebną do pokrycia powierzchni 1 g węgla aktywnego monomolekularną warstewką ( nw,maks). Wyznaczenie tej wartości sprowadza się do wyznaczenia współczynnika kierunkowego wykreślonej uprzednio prostej b = 1 / nw,maks

a) metoda graficzna

korzystamy z wyznaczonego już na wykresie współczynnika kierunkowego b = 735.08

nw,maks = 1 / 735.08 = 0,00136 [mol/g]

b) metoda najmniejszych kwadratów

0x01 graphic

c/nw

c·(c/nw)

c

c2

161,8505

21,60705

0,1335

0,017822

134,8792

14,09487

0,1045

0,01092

110,5328

8,444708

0,0764

0,005837

101,17

5,0585

0,052

0,0025

79,088

1,898112

0,024

0,000576

68,25576

0,791767

0,0116

0,000135

655,7763

51,89501

0,4

0,03779

suma
(∑ci)2 = 0,16

liczba pomiarów m = 6

0x01 graphic

0x01 graphic
[mol/g]

4. Zakładając , że S = 21·10-20 obliczamy za pomocą równania (10) powierzchnię właściwą węgla aktywnego A :

A = nw,maksNAS = 0,00136·6,025·1023·21·10-20 = 172,074 [m2/g]



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
CH.F.L.24, Studia, Politechnika
Chemai Fiz. nr 24, Studia, Politechnika
Sprawozdanie nr 24, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, sprawozdania fiza
Metrologia 24 protokół, Politechnika Lubelska, Studia, semestr 5, Sem V, Nowy folder
24 - Przyrządy, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, FIZA
Prawo inżynierskie i ochrona własności intelektualnych. Wykład 3, Studia, Politechnika Łódzka - Pend
Testy biodegradacji, Studia, Politechnika
Chf9, Studia, Politechnika
Wyznaczanie stałej reakcji szybkości zmydlania estru, Studia, Politechnika
CH.F.L9, Studia, Politechnika
ZAKAAD CHEMI FIZYCZNEJ, Studia, Politechnika
C15, Studia, Politechnika
podstawowe informacje o ochronie prawnej wzorów przemysłowych, Studia - Politechnika Śląska, Zarządz
Sprawko spawalnictwo 1, studia, studia Politechnika Poznańska - BMiZ - Mechatronika, 2 semestr, obro
dziadek25, Studia, Politechnika
4 2 vademecum echosondy (w tym przykładzie wodnej), studia, studia Politechnika Poznańska - BMiZ - M
LABORKA7, Studia, Politechnika

więcej podobnych podstron