ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Коллоидты химия» «5В072100» – Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары


СОӨЖ №7 Адсорбциялық тепе – теңдіктер



жүктеу/скачать 4,56 Mb.
бет18/21
Дата25.01.2017
өлшемі4,56 Mb.
#7840
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21

СОӨЖ №7

Адсорбциялық тепе – теңдіктер.
Адсорбция шамасы адсорбент бетінің табиғатына, адсорбат табиғатына және концентрациясына (қысымына) температураға жыне т.б. байланысты. Берілген температурадағы адсорбцияның адсорцияланатын заттың көлемдік фазадағы концентрациясына тәуелділігі адсорбция изотермасы деп аталады.

Шексіз сұйытылған ерітінділердің немесе газдар қоспасынан адсорбция Генри заңына бағынады:


немесе
мұндағы: және – Генри тұрақтылары; С – көлемдік фазадағы адсорбат концентрациясы; р – адсорбаттың буының қысымы.

Жоғарылау концентрациядардағы және тегіс беттегі дарамолекулалық адсорбция изотермасының аналитикалық өрнегі Ленгмюр изотермасының теңдеуі болып табылады:


немесе
мұндағы: – шектік дарамолекулалық адсорбция – дара қабат сыйымдылығы; К және – адсорбциялық тепе – теңдік константалары, адсорбция энергиясын сипаттайды.

Будың жоғары қысымдарында адсорбция изотермасы Ленгмюрдің біріктірілген теориясының жалпы теңдеуімен – БЭТ (Брунауэр, Эммет, Теллер) көпмолекулалық адсорбция теңдеуімен өрнектеледі:



мұндағы: С – конденсирленген адсорбаттың адсорбент бетімен әрекеттесу энергиясын сипаттайтын тұрақты; – адсорбаттың қаныққан буынынң қысымы.

Ленгмюр және БЭТ теңдеулері адсорбент, катализатордың және т.б. дисперстік жүйелердің меншіктік бетін анықтауда кең қолданылады.

Меншікті беттің дарақабат сыйымдылығымен байланысты:

мұндағы: – Авогадро саны; – қаныққан адсорбциялық қабатта адсорбаттың бір молекуласы алатын ауданы.

Өтпелі кеуектері бар қатты денелердегі (мезокеуекті адсорбенттер) адсорбцияны сипеттау үшін Кельвиннің капиллярлық конденсация теңдеуін қолданады. Оның көмегімен кеуектердің өлшемін анықтауға болады. Егер денеде негізінен микрокеуектер болса, онда микрокеуектердің көлемдік толтырылу теориясының теңдеуі қолданылады:



мұндағы: V – берілген қысымда толтырылған кеуектер көлемі; – адсорбенттегі кеуектердің жалпы көлемі;  – адсорбат табиғатын сипаттайтын аффин коэффициенті; Е – адсорбцияның сипаттамалық энергиясы; п – 1 – ден 6 – ға дейінгі бүтін сандар болатын дәреже көрсеткіші.

Адсорбцияның энергетикалық параметрлерін әдетте адсорбцияның температуралық тәуелділіктерінен есептейді. Мысалы, Клайперон – Клаузиус немесе Вент – Гофф теңдеулерінен келесі изотераны алуға болады:




мұндағы: – адсорбция кезінде энтальпия өзгерісі.

Осы теңдеудің координаталарында тұрғызылған тәжірибелік тәуелділік бойынша (қисаю бұрышының тангенсі бойынша) (берілген А – да) берілген толтырылу дәріжесіндегі адсорбция энтальпиясының дифференциалдық мольдік шамаларын анықтауға болады.

Адсорбцияның стандарттық Гиббс энергиясы адсорбцтя тепе – теңдік константасымен К келесі қатынас арқылы байланысады:

Стандарттық энтальпия мен Гиббс энергияларын біле отырып, адсорбция энропиясын оңай есептеуге болады.

БАЗ – дың адсорбциялық қабілеті жоғары болады, олар үшін . Сондықтан БАЗ – ға қатысты Гиббс және Генри теңдеуін шешуге болады. ерітіндіде БАЗ – ң төменгі концентрациядағы  – ң сызықтық изотермасын береді:




мұндағы: – еріткіштің беттік керілуі.

– беттік (екі өлшемді) қысым десек,

мұндағы: – 1 моль БАЗ таралған бет.

Гиббс және Ленгмюр теңдеуін бірге шешу Шишковский теңдеуін береді:



Екі өлшемді газ теңдеуі бұл жағдайда:

Есептерді шығару үлгілері.
Мысал №1. 75К температурада азоттың (рутил) бетіндегі адсорбциясының тәжірибелік нәтижелері төмендегідей:




60,94

116,41

169,84

218,65

272,25

А, моль/кг

0,367

0,417

0,467

0,512

0,567

БЭТ сызықтық теңдеуіне сәйкес сызбанұсқа тұрғызыңыз. және С константаларын табыңыз. Адсорбенттің меншікті бетін есептеңіз. Берілген температурадағы азотттың қаныққан буының қысымы , азоттың бір молекуласының ауданы .


Шығарылуы: БЭТ теңдеуінің сызықтық түрі:

Әуелі және мәндерін есептейміз:


р/рS

0,078

0,149

0,217

0,279

0,348

(р/рS)/[ А(1-р/рS)]

0,219

0,420

0,593

0,756

0,941

Осы нәтижелер бойынша БЭТ теңдеуі координаталарында сызбанұсқа тұрғызады. Одан табамыз:





Бұдан , С=97,7. адсорбенттің меншікті бетін есептейміз:


Мысал №2. 293К – де бензол буларының капиллярлық конденсациялануының тәжірибелік мәліметтерін пайдаланып, капиллярлы конденсация қисығын және актитендірілген көмір үшін кеуектердің интегралдық таралу қисығын тұрғызыңыз.




19,8

29,9

39,8

59,6

79,7

89,4

98,3

А, моль/кг

Адсорбция

4,5

5,4

6,5

10,2

14,4

17,0

20,0

Десорбция

4,5

6,0

9,0

13,9

17,5

19,0

20,0


Осы температурада бензол үшін мольдік көлем , беттік керілу қаныққан бу қысымы .
Шығарылуы: Кеуектердің өлшем бойынша таралуының интегралдық қисығын есептеу үшін десорбция қисығын тұрғызамыз. Кеуектердің өлшемін Кельвин теңдеуі бойынша есептеуміз:

Адсорбаттың берілген тепе – теңдік қысымында толтырылған адсорбент кеуектерінің адсорбенттің масса бірлігіндегі көлемі келесі қатынастан табылады:


Есептеулер нәтижелері:


р/рS

5,01

3,32

2,49

1,67

1,25

1,11

1,01

Ln(р/рS)

1,61

1,20

0,91

0,51

0,22

0,10

0,01

r, нм

1,31

1,76

2,32

4,14

9,59

21,1

211,1

VП·105 м3/кг

4,01

5,34

8,01

12,4

15,6

16,9

17,8

VП /VП, макс, %

22,5

30,0

45,0

69,7

87,6

94,9

100

Интегралдық қисық тұрғызамыз. Коррдинаталары:



Мысал №3. Графиттелген көмір бетінде этанның адсорбциясының (толтырылу дәрежесі ) изотермалық жылуын келесі берілгендер бойынша есептеңіз:





251,2

89,9

33,1

12,6

Т, К

200

182

166

154


Шығарылуы: Адсорбцияның дифференциалдық (изотермалық) жылуын есептеу үшін


теңдеуін пайдаланамыз. Мұндағы: q – адсорбцияның изотерикалық жылуы; – интегралдау тұрақтысы.

және мәндерін есептейміз:




5,52

4,5

3,50

2,53

1/Т

5,00

5,49

6,02

6,49

Сызбанұсқа тұрғызамыз. және түзудің қисаю бұрышының тангенсін анықтаумыз:






Мысал №4: Суда еріген БАЗ – ң сынап – су бетінде адсорбциясы Ленгмюр теңдеуіне бағынады. БАЗ концентрациясы 0,2 моль/л болғанда беттің толтырылу дәрежесі , 298 К – де
Шығарылуы: Шишковский теңдеуі бойынша :

Ленгмюр теңдеуінен: К табамыз.



Есептер.


  1. Азоттың төменгі температуралық адсорбция әдісімен табылған силикогельдің меншікті беті . Силикогельдің тығыздығы . Силикогель бөлшектерінің орташа диаметрін есептеңіз.

  2. Бөлме температурасында макропоралы силикогельдің су буының адсорбциясының мәліметтерітөмендегідей:






3,04

4,68

7,72

11,69

14,03

17,77

А, моль/кг

4,04

6,28

9,22

11,67

13,22

14,89

Ленгмюр теңдеуін пайдаланып, силикогельдің шектік сыйымдылығын анықтаңыз.



  1. Кеуексіз күйенің меншікті беті . 293К – де осы адсорбентте бензолдың адсорбциясы нәтижелері бойынша тығыз дарақабат бензол молекуласының ауданын есептеңіз:






1,03

1,29

1,74

2,50

6,67

А, моль/кг

1,57

1,94

2,55

3,51

7,58

Адсорбция изотермасы Ленгмюр теңдеуімен өрнектеледі.



  1. БЭТ теориясын пайдаланып, бензолдың адсорбция изотермасы бойынша адсорбенттің меншікті бетін есептеңіз:






0,04

0,08

0,16

0,22

0,27

0,36

0,46

А, моль/кг

0,348

0,483

0,624

0,724

0,805

0,928

0,13

Бензолдың молекуласының ауданы .




  1. 293К – де силикогельде метанолдың капиллярлық конденсациясының тәжірибелік нәтижелері берілген:





16

32

64

79

96

110

128

А, моль/кг

Адсорбция

2,5

3,5

4,8

6,3

13,0

19,0

22,5

Десорбция

2,5

3,5

4,8

6,5

17,5

21,2

22,5

Гистерезис тұзағын және өлшем бойынша кеуектер көлемінің таралуының интегралдық қисығын тұрғызыңыз.


жүктеу/скачать 4,56 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21



©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет