x m a = (1) Wykresem funkcji a = x/m = f(c) jest krzywa przedstawiona na rysunku 2. Rysunek 2. Izoterma adsorpcji Freundlicha. T = const.

Transkrypt

1 ADSORPCJA W UŁADZIE CIAŁO STAŁE CIECZ Adsorpj n grniy fz iło stłe roztwór jest proese brdziej złożony w porównniu z dsorpją gzów. W ty przypdku dsorpji ulegją zrówno ząstezki substnji rozpuszzonej, jk i ząstezki rozpuszzlnik. Skłdniki roztworu przy zinie stężeni wypierją się wzjenie z wrstwy powierzhniowej, o jest ehą njbrdziej hrkterystyzną w proesie dsorpji z roztworów. Wielkość dsorpji wyznzn jest zrówno oddziływnie poiędzy dsorbente kżdy ze skłdników roztworu, jk i wzjeny oddziływnie ząstezek skłdników roztworu. Substnj rozpuszzon ty silniej się dsorbuje, i gorzej rozpuszz się w dny rozpuszzlniku. O ilośi zdsorbownego rozpuszzlnik deyduje również jego zdolność zwilżni dsorbent, np. wod źle zwilż węgiel ktywny i dltego n węglu ktywny z roztworu wodnego dsorbuje się głównie substnj rozpuszzon. Adsorpj słbyh elektrolitów (CH 3 COOH, (COOH) 2 ) przebieg podobnie jk dl nieelektrolitów. W przypdku zś dsorpji onyh elektrolitów dużą rolę odgrywją zjwisk związne z oddziływnie łdunków elektryznyh jonów. N powierzhni ił stłego dsorbują się tylko jony tego sego znku, łdują elektryznie dsorbent, o zkłó zsdę elektroobojętnośi. Ukłd dąży wię do sorzutnego skopensowni tego łdunku. Może to osiągnąć dwo sposobi. Jedną z ożliwośi jest ngrodzenie jonów znku przeiwnego (np. ujenyh) n wrstwie zdsorbownyh jonów (tzn. dodtnih). Ten rodzj dsorpji nzyw się speyfizną. Drugi sposobe jest oddnie przez dsorbent do roztworu równowżnej ilośi innyh jonów tego sego znku. Ten typ dsorpji, zwnej wyienną, zhodzi n powszehnie stosownyh jonith ( ktionith i nionith ) W przypdku dsorpji z roztworów zęsto stosowne jest wyienione wześniej epiryzne równnie izotery dsorpji Freundlih w posti: = x /n k gdzie: x jest lizbą oli substnji zdsorbownej, są dsorbentu w grh lub kilogrh, - dsorpj (lizb oli zdsorbownej substnji n g lub kg dsorbentu), stężenie olowy roztworu w stnie równowgi dsorpyjnej, k i n stłyi, wyznznyi doświdzlnie i hrkterystyznyi dl dnego dsorbentu i dsorbtu. Wykrese funkji = x/ = f() jest krzyw przedstwion n rysunku 2. Rysunek 2. Izoter dsorpji Freundlih. () x/ ol/kg T = onst. Po zlogrytowniu równnie () przybier postć log logk log (2) n C ol/d 3

2 Jeżeli dne doświdzlne spełniją równnie izotery Freundlih, to grfizny obrze zleżnośi log = f(log ) jest lini prost, jk n rysunku 3. Z wykresu tego ożn wyznzyć wrtośi stłyh k i n. Współzynnik kierunkowy prostej równ się /n, punkt przeięi prostej z osią rzędnyh wyznz wrtość log k. Rysunek 3. Grfizne wyznzenie stłyh równni izotery Freundlih. log tg = /n log k. log Izoter Lnguir to podstwow izoter dsorpji wprowdzon w 96 r. przez Irving Lnguir, luret ngrody Nobl w 932r. T teori kinetyzn zkłd, że dsorbt oże tworzyć n powierzhni dsorbentu tzw. onowrstwę ząstezek oddziływjąyh z iejsi dsorpyjnyi. Cząstezki dsorbtu obene w fzie gzowej uderzją w powierzhnię dsorbent - prwdopodobieństwo zdsorbowni rośnie wrz z dostępną wolną powierzhnią. Zdsorbowne ząstezki hrkteryzuje pewne prwdopodobieństwo desorpji (proes przeiwny do dsorpji). Ob prwdopodobieństw zleżą od tepertury i wielkośi energii dsorpji. Wrz z iśnienie rośnie zęstość uderzeń ząstezek w powierzhnię, wrz z ilośią zdsorbownyh ząstezek leje dostępn powierzhni. W złożenih równni jest: brk ożliwośi tworzeni wielowrstwy, stłość energii dsorpji (powierzhni energetyznie jednorodn, zyli hoogenizn), zniedbywlność oddziływń boznyh. Równnie izotery Lnguir: p p gdzie: - dsorpj rzezywist, - wielkość dsorpji odpowidją zpełnieniu onowrstwy, p - iśnienie dsorbtu - stł równowgi dsorpji, którą opisć ożn równnie: E S E o exp exp exp (4) RT R RT gdzie o to tzw. zynnik przedeksponenjlny lbo zynnik entropowy, ΔS - entropi dsorpji, E - energi dsorpji (iepło dsorpji) (3)

3 Po forlnej zinie iśnieni p n stężenie olowe, izoter oże być wykorzystn do opisu dsorpji z rozieńzonego roztworu (np. wodnego roztworu substnji orgniznej): W bdnih nd dsorpją zęsto używ się pojęi względnego pokryi powierzhni oznznego : (5) Jeżeli zny wielkość pojenośi onowrstwy (np. z innyh bdń), ożey używć nstępująą postć izotery Lnguir: lub (6, 6b) Do wyznzni pretrów równni bezpośrednio z dnyh doświdzlnyh stosuje się inne postie izotery: klsyzn postć liniow (/)=f() [X =, Y = /], stosown.in. do wyznzni powierzhni włśiwej dsorbentów: ( ) (7) postć liniow (/) = f(/) [X = /, Y = /] o podobnyh włśiwośih jk poprzedni zleżność: (8) postć liniow = f(/) [X = /, Y = ], pozwlją łtwo dostrze wszelkie odhyleni systetyzne od odelu teoretyznego (le dość wrżliw n rozrzut eksperyentlny): (9)

4 ADSORPCJA ORANŻU METYLOWEGO NA WĘGLU ATYWNYM Cele ćwizeni jest bdnie i nliz ilośiow proesu dsorpji ornżu etylowego z roztworu wodnego n węglu ktywny. Stężenie brwnik w roztworh oznzne jest z pooą spektroetu He ios. Wykonnie ćwizeni: Odzynniki: wodny roztwór ornżu etylowego o stężeniu 0,%; bufor ftlnowy o ph ok. 5; węgiel ktywny. Nzyni lbortoryjne: 0 kolbek irowyh 00l; 6 kolbek irowyh 50l; 6 kolbek stożkowyh 200l; pipety, 6 lejków. I. Sporządzić 9 roztworów ornżu etylowego o różny stężeniu z wyjśiowego 0,% roztworu w nstępująy sposób: do kolb irowyh 00 l odierzyć kolejno odpowiednią ilość 0,% roztworu ornżu wg tbeli dsorpj n węglu Nr kolbki Objętość (l) 0,% roztworu ornżu krzyw wzorow nstępnie dodć do kżdej z kolbek po l buforu ftlnowego i dopełnić do kreski irowej wodą destylowną, dokłdnie wyieszć. Oblizyć stężeni przygotownyh w ten sposób roztworów [ol/d 3 ] zkłdją równość gęstośi roztworów i wody. W kolejnej kolbe 00l przygotowć rozieńzony roztwór buforu do kolbki wprowdzy l buforu i rozieńzy wodą destylowną do kreski (dokłdnie wyieszć). II. Do kolb stożkowyh 200 l odpipetowć po 50 l roztworów z kolbek od nr do nr 6 i do kżdej z nih dodć po około 0,05 0,06 g węgl ktywnego (odwżyć n wdze nlityznej, dokłdne wrtośi nwżek nleży zpisć). olby wrz z roztwori i węgle ktywny wytrząsć przez ok. 0 in.. III. Roztwory z węgle ktywny przesązyć przez suhe sązki do suhyh kolb. IV. Z pooą spektroetru zierzyć bsorbnję roztworów ornżu etylowego przygotownyh w kolbkh od nr 4 do nr 9. Jko odnośnik zstosowć rozieńzony roztwór buforu. Z uzysknyh dnyh przygotowć krzywą wzorową, zyli zleżność bsorbnji od stężeni ornżu etylowego. Poir przeprowdzić przy długośi fli 56 n. V. W tyh syh wrunkh zierzyć bsorbnję przesązonyh roztworów. W opriu o uzyskne wrtośi i krzywą wzorową określić stężeni równowgowe ornżu etylowego.

5 Oprownie wyników:. Oblizyć wrtość dsorpji [ol/kg] wg wzoru: V( o ) gdzie: - s dsorbentu o, stężeni olowe roztworu ornżu przed i po dsorpji, V objętość roztworu ornżu olowego o stężeniu o zieszn z dsorbente o sie 2. Wykreślić izoterę dsorpji = f ( ) (ptrz rys. 2). 3. Wykorzystć równnie izotery ) Lnguir do opisu dsorbji w bdny ukłdzie sporządzją wykres w ukłdzie / = f(/) b) Freundlih wg wskzówek zwrtyh we wstępie. 4. Wyznz wrtośi stłyh równni Lnguir orz Freundlih uzyskny lizbo przypisć włśiwą jednostkę. 5. Oówić uzyskne wyniki. Metod krzywej wzorowej opier się n prwie Lbert-Beer (dl łyh stężeń substnji nlizownej bsorbnj jest wprost proporjonln do stężeni substnji podstwy teoretyzne przy ćwizeniu Spektrofotoetri w zkresie widzilny i ultrfioleie ). Dl przygotownyh roztworów ornżu etylowego od nr 4 do nr 9 ierzon jest bsorbnj (A) - pierwsze trzy roztwory ją zbyt duże stężenie i nie ogą być wykorzystywne do krzywej wzorowej! Uzyskne wyniki przedstwiy n wykresie A=f() iędzy punkti prowdziy tzw. linię trendu. rzyw wzorow powinn być linią prostą przehodząą przez pozątek ukłdu współrzędnyh. Oznzenie stężeni roztworu ornżu etylowego poleg terz n poirze bsorbnji (A x ) roztworu o nieznny stężeniu i odzytniu z krzywej wzorowej stężeni ( x ) odpowidjąeu wrtośi tej bsorbnji. (UWAGA! Przesązone roztwory uszą być klrowne, nie ogą zwierć njniejszyh ilośi węgl ktywnego) A A x x [ol/d 3 ] Litertur: