5102077798

Zastosowanie modelu Wheelera do przewidywania czasu (objętości) przebicia wymaga znajomości przynajmniej dwóch współczynników: W_e i k_v. Współczynnik W_e można określić niezależnie, np. poprzez analizy termograwimetryczne i/lub chromatografię gazową, spektrometrię mas itd. Najczęściej jednak wyznaczany jest on na drodze eksperymentalnej, po wykonaniu serii pomiarów. Współczynnik k_v może być wyznaczony jedynie eksperymentalnie. Co więcej, współczynnik k_v wyznaczany jest z obliczenia współczynnika W_e (z nachylenia prostej) [13]. W związku z tym, błąd wyznaczania W_e przenosi się na błąd wyznaczania k_v. Istotne jest również określenie stosunku Co/Cb na danym poziomie. Wiarygodne wyniki osiągane są wówczas, gdy stosunek ten wynosi 0,1. W pracy [14] można znaleźć wyniki analiz przy stosunku 0,05 i 0,01. Stosując klasyczne modele termodynamiczne i kinetyczne, można określić wielkość W_e i k_v pojedynczych związków adsorbowanych na złożu. Wyznaczenie Vb w funkcji Q pozwala na weryfikację współczynników wyznaczonych empirycznie, m.in. współczynnika k_v w funkcji rozmiaru cząsteczek.

Model Wheelera i zmodyfikowany model Wheelera-Jonasa stosowane są najczęściej do określenia żywotności wkładów w pochłaniaczach powietrza, oczyszczaczach powietrza czy w używanych przez służby ratownicze pochłaniaczach umieszczonych wewnątrz masek gazowych [15 - 17]. W takich aplikacjach stężenia gazów są z reguły większe od 100 ppm (Co > 100 ppm) oraz natężenie przepływu strumienia gazu na poziomie 50 1/min (Q > 50 1/min). Są to zdecydowanie inne warunki, niż te panujące w prekoncentratorach, a w szczególności w mikroukładach zatężania. Średnia masa adsorbentu w takich aplikacjach wynosi ok. 50 g, podczas gdy w mikroprekonentratorze jest ona na poziomie 5 |i.g, czyli blisko 100-tys. razy mniejsza. Podobnie jest z czasami przebicia, które w makro aplikacjach są na poziomie pojedynczych sekund, zaś w mikroprekoncentratorach 100 - 1000 krotnie mniejsze. Istotne jest, aby brać pod uwagę te różnice podczas stosowania modelu.

1.2. Materiały adsorbujące

Zgodnie z ogólną klasyfikacją adsorbenty dzielimy na porowate i nieporowate. Wydajność adsorbentu określana jest jako zdolność adsorpcyjna. Określa ona, jaką masę adsorbatu może zaadsorbować jednostka masy adsorbentu i jest wprost proporcjonalna do powierzchni właściwej adsorbentu. Wielkość ta jest wyznaczana doświadczalnie i zależy od ciśnienia, temperatury, rodzaju badanej substancji, czasu reakcji, etc. Jako adsorbenty stosuje się najczęściej: nieorganiczne tlenki, polimery oraz węgiel aktywny [10].

Adsorbenty nieporowate charakteryzują się powierzchnią właściwą z przedziału od 1 m²/g do 10 m²/g, w związku z czym są znacznie rzadziej stosowane. Adsorbenty porowate mają zdecydowanie większą powierzchnię rozwiniętą, zwykle w zakresie od 800 m²/g do 2000 m/g. Tak wielka powierzchnia wynika z bardzo dużej powierzchni porów znajdujących się wewnątrz ziarna adsorbentu. Kształt i wielkość porów są bardzo zróżnicowane i wynikają z rodzaju stosowanego surowca, sposobu oraz warunków otrzymywania materiałów adsorbujących. Powierzchnia zewnętrzna adsorbentów nieporowatych i porowatych jest bardzo zbliżona [8, 10]. O własnościach adsorpcyjnych adsorbentu decydują przede wszystkim takie cechy jak: rodzaj ciała stałego, skład

10