KIiChŚ PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH Ćwiczenie nr ADSORPCJA Cel ćwiczenia Cele ćwiczenia jest wyznaczenie izoter adsorpcji kwasu octowego na węglu aktywny. Wprowadzenie Adsorpcja jest procese dyfuzyjny, w który ożna wyróżnić kilka etapów: transport sorbowanych cząstek w pobliże powierzchni czynnej adsorbentu (przenoszenie asy odbywa się w wyniku dyfuzji i konwekcji), dyfuzja w warstwie granicznej, dyfuzja w kapilarach ziaren sorbentu. Substancja adsorbująca nazywa się adsorbente, substancja adsorbowana znajdująca się w roztworze oczyszczany adsorptywe, a substancja po przejściu w stan zaadsorbowany adsorbate. Do sorpcji zanieczyszczeń z wód najczęściej stosuje się węgle aktywne w postaci ziarnistej lub granulowanej oraz pylistej. Pyliste węgle aktywne są stosowane w układzie porcjowy, pozostałe zaś w warunkach przepływowych, tj. stanowią jedną z warstw złóż filtracyjnych lub saodzielne złoża sorpcyjne w wydzielonych kolunach sorpcyjnych. O skuteczności i przydatności węgli aktywnych w oczyszczaniu wody decydują ich następujące cechy: pojeność adsorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej, wielkość porów i ich rozkład, cheiczna natura powierzchni i uziarnienie, a w przypadku węgli granulowanych dodatkowo ich
wytrzyałość na ścieranie i kruszenie. Cechy węgli aktywnych zależą od rodzaju surowca, z którego są wytwarzane, oraz warunków aktywacji. Surowcai ogą być: węgiel drzewny, antracyt, węgle brunatne oraz kaienne, trociny, łupiny orzechów, pestki, kości. Proces adsorpcji przebiega tak długo, aż wytworzy się równowaga adsorbent-roztwór. Stężenie w stanie równowagi z adsorbente nazywa się stężenie równowagowy C. Ilość zaadsorbowanej substancji przez jednostkę asy lub objętości adsorbenta w stanie równowagi zależy od stężenia adsorptywu, teperatury oraz wzajenego powinowactwa adsorbent-adsorbat. Powszechnie stosowaną forą opisu adsorpcji jest przedstawienie zależności ilości substancji zaadsorbowanej przez jednostkę asy lub objętości adsorbenta w funkcji stężenia równowagowego w stałej teperaturze, są to izotery adsorpcji. Najbardziej popularne izotery to izotery Freundlicha i Languire a. Równanie Freundlicha wyraża się wzore: / n KC gdzie: ilość substancji zaadsorbowanej, g (C 0 C), -asa adsorbenta [g], C 0 stężenie początkowe [g/d 3 ], C stężenie równowagowe [g/d 3 ], K, n stałe izotery. Rys.. Izotera Freundlicha w forie wykładniczej
Rys.2. Izotera Freundlicha w forie liniowej Równanie Freundlicha po zlogarytowaniu przyjuje postać: lg log K Równanie Languire a wyraża się wzore: bc bc log C n gdzie: ilość substancji zaadsorbowanej, g (C 0 C), -asa adsorbenta [g], C 0 stężenie początkowe [g/d 3 ], C stężenie równowagowe [g/d 3 ],, b stałe izotery. Równanie po przekształceniu przyjuje postać liniową: b C
Rys. 3. Izotera Languire a Wykonanie ćwiczenia. Do 6 butelek o pojeności 500 c 3 wlać po 200 c 3 roztworu adsorptywu. 2. W roztworze wyjściowy należy oznaczyć stężenie początkowe kwasu octowego C 0 (wg punktu 6). 3. Przygotować 6 naważek węgla aktywnego w ilościach 0,2; 0,4; 0,8;,2,,6 i 2,0 g i dodać je do butelek z adsorbate. 4. Butelki zakorkować, uieścić w wytrząsarce i wytrząsać próby przez 30 inut (dbać o to, aby czas wytrząsania każdej butelki był taki sa), a następnie pozostawić również na 30 inut w celu ustalenia się stanu równowagi adsorpcyjnej. 5. Po ustaleniu się stanu równowagi próby przesączyć i w poszczególnych przesączach oznaczyć stężenie równowagowe C k kwasu octowego (wg punktu 6). 6. W celu wyznaczenia stężenia kwasu octowego należy odierzyć 5 c 3 badanej próbki do kolbki Erlenajera, dodać: 45 c 3 wody destylowanej i 3 krople fenoloftaleiny, iareczkować 0, M NaOH do ziany barwy na różową. Stężenie kwasu obliczyć ze wzoru:
C CH3COOH = [(C NaOH V NaOH )/V CH3COOH ] 60 000 [g/d 3 ] Opracowanie wyników. Wyniki iareczkowania Tab.. Nr próbki V NaOH [c 3 ] C CH3COOH [g/d 3 ] 0 2 3 4 5 6 Wyniki obliczeń zestawić w tabeli 2. Tab.2. dawka węgla [g/d 3 ] 2 4 6 8 0 C 0 stężenie początk. CH 3 COOH [g/d 3 ] C stężenie X = X/ lg /X lg równowag. /C C 0 -C [g/g] (X/) [g/g] C CH 3 COOH [g/d 3 ] 2. Sporządzić izotery Freundlicha oraz Languire a (analogicznie ja na rysunku 2 i 3). 3. Wyliczyć stałe izoter K, n w przypadku izotery Freundlicha i B, w przypadku izotery Languire a oraz napisać odpowiednie równania. 4. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzić, która izotera dokładniej opisuje adsorpcję kwasu octowego na węglu aktywny.