Wpływ wymrażania próbek węgli aktywnych z wodą na ich strukturę porowatą

Podobne dokumenty
Wzastosowaniach adsorbentów w warunkach dynamicznych parametry

BADANIA FIZYKOCHEMICZNE SFERYCZNYCH MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH PREPAROWANYCH NA BAZIE ŻYWIC JONOWYMIENNYCH

Produkty Chemiczne Część węglowa

Granulowany węgiel aktywny z łupin orzechów kokosowych: BT bitumiczny AT - antracytowy 999-DL06

HETEROGENICZNOŚĆ STRUKTURALNA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE ADSORBENTÓW NATURALNYCH

Adsorpcyjne oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń związkami organicznymi

Zjawiska powierzchniowe

ADSORPCJA BŁĘKITU METYLENOWEGO I JODU NA WYBRANYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

TECHNOLOGIE MAGAZYNOWANIA I OCZYSZCZANIA WODORU DLA ENERGETYKI PRZYSZŁOŚCI

ADSORPCJA PARACETAMOLU NA WĘGLU AKTYWNYM

Granulowany Węgiel Aktywny z łupin orzechów kokosowych BT bitumiczny AT antracytowy

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

Dr hab. Andrzej GIERAK Prof. UJK Kielce, Instytut Chemii Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Problemy Inżynierii Rolniczej Nr 4/2005

Adsorpcja pary wodnej na modyfikowanych węglach aktywnych

Wykład 5. Anna Ptaszek. 9 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 5. Anna Ptaszek 1 / 20

Termodynamika fazy powierzchniowej Zjawisko sorpcji Adsorpcja fizyczna: izoterma Langmuira oraz BET Zjawiska przylegania

DESORPCJA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH Z WĘGLI AKTYWNYCH STOSOWANYCH W SPRZĘCIE OCHRONY DRÓG ODDECHOWYCH

Wykład 5. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemiczne podstawy procesów przemysłu

BADANIA POROWATOŚCI MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH MODYFIKOWANYCH NA DRODZE CHEMICZNEJ

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Politechnika Wrocławska. Procesy Chemiczne. Ćw. W3 Adsorpcja z roztworów na węglu aktywnym. Kinetyka procesu. Opracowane przez: Ewa Lorenc-Grabowska

4. WYZNACZENIE IZOTERMY ADSORPCJI METODĄ ECP

Badania pirolizy odpadów prowadzone w IChPW

Sorpcyjne Systemy Energetyczne

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

Roman Staszewski*, Stanis³aw Nagy*, Tomasz Machowski**, Pawe³ Rotko**

Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych z włókien Kevlar

Autoreferat pracy doktorskiej. Badania porowatości krystalicznych materiałów mikroporowatych z zastosowaniem termodesorpcji węglowodorów

Warszawa, Prof. dr hab. inż. Zygfryd Witkiewicz Instytut Chemii WAT

Symulacja Monte Carlo izotermy adsorpcji w układzie. ciało stałe-gaz

WPŁYW STRUKTURY POROWATEJ NA POJEMNOŚĆ BUTANOWĄ WĘGLI AKTYWNYCH

5. WYZNACZENIE KRZYWEJ VAN DEEMTER a I WSPÓŁCZYNNIKA ROZDZIELENIA DLA KOLUMNY CHROMATOGRAFICZNEJ

Plan zajęć. Sorpcyjne Systemy Energetyczne. Podstawowe definicje. Definicje. Podstawowe definicje. Procesy adsorpcji

Temat: kruszyw Oznaczanie kształtu ziarn. pomocą wskaźnika płaskości Norma: PN-EN 933-3:2012 Badania geometrycznych właściwości

BADANIE PROCESU ADSORPCJI WODY Z POWIETRZA

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH. Ceramika Konstrukcyjna i Techniczna. Kierunek: Ceramika 2015/16. Charakterystyka proszków ceramicznych

Plan zajęć. Sorpcyjne Systemy Energetyczne. Adsorpcyjne systemy chłodnicze. Klasyfikacja. Klasyfikacja adsorpcyjnych systemów chłodniczych

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

WPŁYW CHEMIZMU POWIERZCHNI WĘGLA NA ADSORPCJĘ SO 2

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH ADSORPCJA

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ OKREŚLANIE RODZAJU CENTRÓW AKTYWNYCH POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

TEORIA OBJĘTOŚCIOWEGO ZAPEŁNIANIA MIKROPORÓW - WERYFIKACJA METODAMI SYMULACJI KOMPUTEROWYCH

Politechnika Politechnika Koszalińska

SORPCJA WILGOCI SORPCJA WILGOCI

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

PROCESY ADSORPCYJNE W USUWANIU LOTNYCH ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH Z POWIETRZA

Kryteria oceniania z chemii kl VII

PL B1. Sposób oznaczania stężenia koncentratu syntetycznego w świeżych emulsjach chłodząco-smarujących

WYZNACZANIE ROZMIARÓW

PROJEKT: Innowacyjna usługa zagospodarowania popiołu powstającego w procesie spalenia odpadów komunalnych w celu wdrożenia produkcji wypełniacza

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

DOKUMENTACJA SYSTEMU ZARZĄDZANIA LABORATORIUM. Procedura szacowania niepewności

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Laboratorium Podstaw Biofizyki

POLITECHNIKA GDAŃSKA

SELEKTYWNE USUWANIE HERBICYDÓW Z WODY Z UŻYCIEM MODYFIKOWANEGO POLIDIWINYLOBENZENU

Wpływ dodatku zeolitu na temperaturę zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych

ANALIZA CYKLICZNEGO UKŁADU TSA Z NIERUCHOMYM ZŁOŻEM ADSORBENTU POLIMEROWEGO

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

Technologie oczyszczania gazów

PROPOZYCJA ZASTOSOWANIA WYMIARU PUDEŁKOWEGO DO OCENY ODKSZTAŁCEŃ PRZEBIEGÓW ELEKTROENERGETYCZNYCH

Recenzja. Rozprawy doktorskiej mgr Marzeny Czubaszek pt. Adsorpcja barwinków z roztworów wodnych na nanoporowatych węglach

Wykład 13. Anna Ptaszek. 4 stycznia Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 13.

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH WYMIANA JONOWA

WYKAZ NAJWAŻNIEJSZYCH SYMBOLI

(73) Uprawniony z patentu: (72) (74) Pełnomocnik:

Odchudzamy serię danych, czyli jak wykryć i usunąć wyniki obarczone błędami grubymi

Brenntag Polska Sp. z o.o.

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Procedura szacowania niepewności

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

NAGRZEWANIE ELEKTRODOWE

Węglowodory poziom podstawowy

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Odwracalność przemiany chemicznej

Jan Cebula (Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice) Józef Sołtys (PTH Intermark, Gliwice)

Kinetyka. Kinetyka. Stawia dwa pytania: 1)Jak szybko biegną reakcje? 2) W jaki sposób przebiegają reakcje? energia swobodna, G. postęp reakcji.

OFERTA BADAŃ MATERIAŁOWYCH Instytutu Mechaniki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywnym. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 11/13

Węgiel aktywny - Elbar Katowice - Oddział Carbon. Węgle aktywne ziarniste produkowane są z węgla drzewnego w procesie aktywacji parą wodną.

PN-EN 13163:2004/AC. POPRAWKA do POLSKIEJ NORMY

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. ILOŚCIOWE ZBADANIE SZYBKOŚCI ROZPADU NADTLENKU WODORU.

Ćwiczenie 24 Temat: Układy bramek logicznych pomiar napięcia i prądu. Cel ćwiczenia

Kinetyka. energia swobodna, G. postęp reakcji. stan 1 stan 2. kinetyka

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Technika próżni / Andrzej Hałas. Wrocław, Spis treści. Od autora 9. Wprowadzenie 11. Wykaz ważniejszych oznaczeń 13

OPTYMALIZACJA EFEKTÓW ROZDZIELANIA W KOLUMNACH KAPILARNYCH DOBÓR PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU GAZU

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu:

Materiały polimerowe laboratorium

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 154

Program Wydziałowej Konferencji Sprawozdawczej w dniach lutego 2013r. 11 lutego 2013 r.

KINETYKA UTLENIANIA METALI

Szkła specjalne Przejście szkliste i jego termodynamika Wykład 5. Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Transkrypt:

JADWIGA SKueiszEWSKA-ZiĘBA 3, ROMAN LEBODA 3 *, VU\DIMIR M. Gui\iKO b, DOROTA PALIJCZUK C, STEFAN ZIĘTEK C a Uniwersytet Marii Curie-Sktodowskiej, Lublin; b Instytut Chemii Powierzchni Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Kijów, Ukraina; c Wojskowy Instytut Chemii i Radiometrii, Warszawa Wpływ wymrażania próbek węgli aktywnych z wodą na ich strukturę porowatą The porę structure effects of cryo-freezing in hydrated active carbons Badano wpływ zamrażania, w temperaturze ciekłego azotu, czterech próbek węgli aktywnych (S B T oraz V p w zakresie odpowiednio 877-2164 m 2 /g oraz 0,445-1,044 cm 3 /g), zawierających różne ilości wody, na ich strukturę porowatą. Z danych niskotemperaturowej adsorpcji/desorpcji azotu wyznaczono: powierzchnię właściwą adsorbentów (S BET ), całkowitą sorpcyjną objętość porów (V p ), powierzchnię mezoporów (Ś K ), powierzchnię i objętość mikroporów (S DS, V DS ), średnią wielkość połowy szerokości szczeliny mikroporów (X DS ), wymiar fraktalny (D AJ ) i funkcje rozkładu porów. Stwierdzono, że zamrażanie próbek węgli aktywnych powoduje wzrost od kilku do kilkunastu procent objętości porów i wielkości powierzchni właściwej oraz zmianę innych charakterystyk. Modyfikacja węgla aktywnego w ciekłym azocie znacznie poprawia jego efektywność w procesie dynamicznej adsorpcji par fert-butylobenzenu. (A) Air-borne H 2 O or (B) liq. H 2 O was sorbed on 4 microporous C (S BEr 877, 1351, 1873, and 2164 m 2 /g; porę vol., 0.445, 0.749, 1.037, and 1.044 cm s /g; particle s/ze 0.5-0.71 mm; (A) H 2 O sorbed, 10.25, 6.45, 8.55, and 4%), and the specimens were kept 2 h ał 77.4 K, heated to 20 C, dehydrated, and reheated at 473 K/1 pbar. The S BET and porę vol. rosę by (A) 4.4-7.2 and 5.2-8.4; (B) 6.1-10.5 and 7.1-10.4%, resp. Freezing affected the proportions of micro and meso pores, the C becoming morę heterogeneous. As the micropore share rosę, the C became morę fractal. On the A-modified carbon, tert-bu benzene was adsorbed morę effectively. Adsorbenty węglowe z racji swoich oryginalnych właściwości (szerokie możliwości regulowania struktury porowatej oraz chemicznej natury centrów adsorpcyjnych, duża odporność na działanie temperatury i chemikaliów) są często wykorzystywane w różnorodnych procesach adsorpcyjnych i katalitycznych. Opisano już metody i warunki rozwijania mikroporów oraz regulowania chemii powierzchni w materiałach węglowych 1 ' 21. Klasyczne metody modyfikowania struktury materiałów węglowych, poprzez ich aktywację w obecności lub nieobecności katalizatora są skomplikowane technicznie, wymagają nakładów finansowych, najczęściej wiążą się z problemami ochrony środowiska. Inne metody, opisane w zgłoszeniu patentowym 3 ', dotyczące głównie rozwijania mezoporów, również posiadają oprócz zalet wiele mankamentów. W niniejszej pracy przedstawiono zachowanie się mikroporowatych węgli aktywnych, zawierających różne ilości wody, podczas ich zamrażania w niskich temperaturach. Procedura zamrażania może stanowić prosty sposób modyfikowania (w ograniczonym zakresie) struktury porowatej mikroporowatych węgli aktywnych z pominięciem wszelkich problemów natury technicznej, ekonomicznej i ekologicznej, jakie występują w metodach opisanych w literaturze. Część doświadczalna Materiały Do badań użyto krajowe węgle aktywne, w tym: trzy rodzaje próbek wyprodukowanych przez firmę Maskopol (oznaczane dalej symbolem PSI, PS2 i PSS) na bazie karbonizatów pestek śliwek oraz węgiel aktywny CS2 (z łupin kokosowych) firmy Gryfskand Hajnówka. Używano frakcji ziaren 0,5-0,71 mm. Na wyjściowych węglach aktywnych adsorbowano wilgoć z powietrza uzyskując

próbki oznaczone symbolami PSl-pw, PS2-pw, PS3-pw oraz CS2- pw lub tworzono z nich suspensję wodne (próbki: PSl-cw, PS2- cw, PSS-cw, CS2-cw). W celu ułatwienia cząsteczkom wody penetracji porów, suspensję poddawano krótkotrwałemu działaniu ultradźwięków tak, aby ziarna adsorbentu nie ulegały ewentualnej destrukcji. Następnie wszystkie próbki poddawano zamrażaniu w ciekłym azocie (77,4 K) w ciągu 2 h. Po tym były one ogrzewane do temperatury pokojowej, usuwano z nich wodę, a następnie wygrzewano w próżni (10~ 3 Tr) w temp. 200 C. Testowanie adsorbentów Zawartość zaadsorbowanej wody w próbkach adsorbentów oznaczano grawimetrycznie, przy użyciu wysokoczułego deriwatografu (Derivatograph-C, firmy MOM, Budapeszt). Izotermy adsorpcji-desorpcji azotu wyznaczano za pomocą aparatu Micromeritics ASAP 2405N (USA). Wyjściowy węgiel aktywny PSI oraz zmodyfikowany PSl-pw testowano pod kątem ich zdolności do wychwytywania par tertbutylobenzenu (TBB) z powietrza, jako adsorpcyjnego analogu sarinu 41. Adsorbent PSl-pw otrzymano w ten sposób, że przed wymrażaniem w ciekłym azocie wyjściowy węgiel aktywny PSI nasycano parą wodną utrzymując go w eksykatorze przez 72 h nad lustrem wody. W badaniach adsorpcji par tert-butyłobenzenu wykorzystano aparaturę do testowania warstw węgli aktywnych w warunkach dynamicznych opisaną - łącznie z metodyką pomiaru i obliczeń - w pracach Pietrzykowskiego i współpr. 41 oraz Palijczuk i współpr 5). Obliczenia parametrów strukturalnych Wielkości powierzchni mezoporów obliczano z równania Kiseleva ć) 1 S K = Ada w którym s oznacza napięcie powierzchniowe adsorbatu, a g wielkość adsorpcji w początkowym punkcie pętli histerezy, a s graniczną wartość adsorpcji, zaś A = RT\n - (R stała gazowa, p g ciśnie- P nie pary nasyconej, p - ciśnienie równowagowe w temp. T). Obliczeń wymiaru fraktalnego (D A.) 7) dokonano na podstawie danych adsorpcyjnych, stosując liniowe równanie w postaci 8 ' \n(q)=const+(d AJ -3) Inlnf Pa - } L (p JJ gdzie 0 oznacza adsorpcję względną ala m (a m jest objętością zaadsorbowanego gazu dla pokrycia monowarstwowego, obliczoną z równania BET) przy p/p g < 0,85. Funkcje rozkładu porów f(rj obliczono za pomocą równania globalnej izotermy adsorpcji 9 " 11 ' K ^' ' r rnax -i.. r r w W= J f(r p )dr p + J t(p,r p )f(r p )dr ~ (D (2) (3) gdzie r min i r mat oznaczają odpowiednio minimalną i maksymalną szerokość połówkową porów; w=\ dla szczelinopodobnych porów; r k (p) jest wyznaczane ze zmodyfikowanego równania Kelvina cr cosd zaś t(p,r f ) obliczano za pomocą zmodyfikowanego równania BET: a-z) Poszczególne symbole oznaczają: t m = VJS BFT ; b = exp(aejrt); Ae jest nadmiarowym ciepłem parowania, wynikającym z nakładania się oddziaływań między warstewkami zaadsorbowanymi na przeciwległych ścianach porów, tfarj statystyczną grubość warstwy adsorpcyjnej; V m pojemność monowarstwy (z równania BET); c = c s exp((q a -Q s )/RT) ; c s współczynnik BET dla adsorpcji na płaskiej powierzchni, c =^ (4) '(5) V, Q, ciepło kondensacji, E energię adsorpcji, y stałą; Q s i Q p ciepła adsorpcji odpowiednio na płaskiej powierzchni i w porach; z = plp 0 ; n liczba (niecałkowita) statystycznych monowarstw adsorbatu, której maksymalna wartość dla danego r k jest równa (R p - aj2)/t m ; er średnicę zderzenia równą średniemu rozmiarowi atomu azotu i atomu powierzchniowego. Do obliczeń funkcji rozkładu f(rj wykorzystano dane desorpcyjne, stosując równania (3) (5) oraz procedurę regularyzacyjną 12 ' 13 ', w warunkach nieujemności funkcji rozkładu f(rj ^ O, dla każdego R p ), przy ustalonej wartości parametru regularyzacji a = 0,01. Omówienie wyników Struktura porowata Izotermy adsorpcji wyznaczone na próbkach testowanych węgli aktywnych są typowe dla mikroporowatych węgli aktywnych (rys. 1). Dobrze wykształcone pętle histerezy świadczą o obecności także mezoporów w badanych węglach aktywnych. Jak widać na rys. l izotermy adsorpcji azotu na modyfikowanych węglach aktywnych leżą powyżej odpowiednich izoterm dla próbek wyjściowych. Oznacza to, że wymrażanie próbek testowanych węgli aktywnych zarówno z małą, jak i dużą ilością wody powoduje zauważalne zmiany w ich właściwościach powierzchniowych. Przy czym zmiany te są większe w przypadku wymrażania suspensji wodnych niż próbek zawierających tylko wodę zaadsorbowaną. Z danych zawartych w tabeli l wynika, że do badań wybrano próbki węgli aktywnych, które mają zróżnicowane wielkości powierzchni właściwej (S BET ) oraz całkowitej objętości porów sorpcyjnych względem azotu (V ). Ponadto, z porównania odpowiednich wartości S BFT i S DS wynika, że próbki te różnią się również udziałem mikroporów w całkowitej porowatości. Po niskotemperaturowej modyfikacji wszystkich testowanych węgli aktywnych zawierających wodę, rosną wartości poszczególnych parametrów strukturalnych (tabela 1). I tak, dla próbki PSI w, która Prof. dr hab. Yladimir GUŃKO w roku 1973 ukończył studia na Państwowym Uniwersytecie w Dniepropietrowsku na Ukrainie. Jest profesorem w Instytucie Chemii Powierzchni Narodowej Akademii Nauk Ukrainy w Kijowie. Specjalność - chemia i fizyka teoretyczna, fizykochemia zjawisk powierzchniowych. Mgr Dorota PALIJCZUK w roku 1988 ukończyła Wydziat Chemiczno-Matematyczny (kierunek chemia) Wyższej Szkoty Rolniczo-Pedagogicznej w Siedlcach. Jest asystentem w Wojskowym instytucie Chemii i Radiometrii w Warszawie. Specjalność - ochrona dróg oddechowych.

P/Po Rys. 1. Izotermy adsorpcji/desorpcji azotu na wyjściowych próbkach węgli aktywnych (PS1, PS2, PSS, CS2), oraz po zamrożeniu z zaadsorbowaną wodą (PS1-pw, PS2-pw, PS3-pw, CS2-pw) i suspensji wodnych (PSI-cw, PS2-cw, PSS-cw, CS2-cw) (tabela 1) Fig 1 Nitrogen adsorption-desorption isotherms for the active carbons original (PS1, PS2, PS3, CS2), frozen with water adsorbed (PS1 pw, PS2-pw, PS3 pw, CS2-pw), and frozen as a suspension in water (PS1 ew, PS2-cw, PS3 ew, CS2-cw) (cf Table 1) P/Po Tabela 1. Charakterystyki strukturalne wyjściowych próbek węgli aktywnych (PS1, PS2, PSS, CS2) oraz po zamrożeniu z zaadsorbowaną wodą (PS1 - pw, PS2-pw, PS3-pw, CS2-pw) i suspensji wodnych (PS1-cw, PS2-cw, PS3-cw, CS2-cw) Table 1. Structure data on the active carbons: original (PS1, PS2, PS3, CS2), frozen with water adsorbed (PS1-pw, PS2-pw, PS3-pw, CS2-pw), and frozen as a suspension in water (PS1-cw, PS2-cw, PS3-cw, CS2-cw) Węgiel PSI PSl-pw PSI -ew PS2 PS2- pw PS2- ew PS3 PSS- pw PSS- ew CS2 CS2- pw CS2- ew mtg 877 928 957 1351 1449 1482 1873 1955 2070 2164 2259 2295 SDS. m 2 /g 687 673 671 1026 1031 1026 1038 1048 1129 1264 1191 1279 S K m 2 /g 73 78 84 174 194 193 284 291 304 180 213 191 V f cm/g 0,445 0,471 0,488 0,749 0,812 5 1,037 1,091 1,145 1,044 1,100 1,118 % cm tg 0,427 0,409 0,435 0,589 0,625 0,638 0,910 0,946 1,003 1,111 1,152 1,166 X DS. im 0,52 0,51 0,59 0,64 0,64 0,83 0,80 0,85 S0s,/e, nm 0,095 0,23 0,20 0,24 0,29 0,38 0,37 nuai, N2 2,935 2,935 2,933 2,888 2,884 2,887 2,851 2,851 2,852 2,888 2,881 2,886 Dr inż. Stefan ZIĘTEK w roku 1972 ukończy) Wydział Chemii i Fizyki Technicznej Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Jest adiunktem i kierownikiem zakładu w Wojskowym Instytucie Chemii i Radiometrii w Warszawie. Specjalność adsorpcja, fizykochemia powierzchni. zawierała 10,25% w/w wilgoci, zmiana wielkości powierzchni właściwej AS/S BFJ, w stosunku do próbki wyjściowej PSI, wynosiła ok. 6%. Podobnie zmieniała się całkowita sorpcyjna objętość porów (/1V/V). Znacznie większe zmiany obserwowano po zamrażaniu suspensji wodnych próbki PSI. Zmiany powierzchni właściwej AS/S BFT oraz objętości porów 4V/V? wynosiły tutaj odpowiednio ok. 9 i 9,7%. Z kolei dla węgla aktywnego PS2-pw, zawierającego 6,45% wilgoci, zmiany omawianych charakterystyk wynosiły 4S/S BET = 7,25% oraz ńv/v p = 9,6%. Po niskotem-

1 2 3 D 1,2-1,0-0,8-0.6-0,4-0,2-2 4 0,0 1 2 3 Rys. 2. Rozkłady objętości porów wg ich średniej szerokości szczeliny na próbkach węgli aktywnych: wyjściowych (PS1, PS2, PS3,CS2) oraz po zamrożeniu z zaadsorbowaną wodą (PS1-pw, PS2-pw, PS3-pw, CS2-pw) i suspensji wodnych (PS1-cw, PS2-cw, PS3-cw, CS2-cw) (tabela 1) Fig. 2. Porę size distribution in the active carbons: original (PS1, PS2, PSS, CS2), frozen with water adsorbed (PS1-pw, PS2-pw, PS3-pw, CS2-pw), and frozen as a suspension in water (PS1-cw, PS2-cw, PS3-cw, CS2-cw) (cf. Table 1) peraturowej obróbce suspensji wodnych adsorbentu PS2 nastąpił wzrost powierzchni właściwej oraz objętości porów o odpowiednio 9,7 i 10,1% (próbka PS2-cw). Próbka PS3-pw zawierała 8,55% w/w wilgoci. Po jej wymrożeniu (próbka PS3-pw) powierzchnia właściwa wzrosła o 4,4%, zaś objętość porów o 5,2%. Podobnie jak w poprzednich przypadkach zamrażanie suspensji wodnych tego adsorbentu powodowało większy wzrost tych parametrów. Wynosiły one AS/S BET = 10,5% i AV/V p = 10,4%. Dla próbki CS2, posiadającej największą wielkość powierzchni właściwej S SFT zmiany omawianych parametrów są najmniejsze. Wzrost AS/Ś BFT oraz AVIV p dla próbki CS2-pw (zawierającej 4% w/ w wilgoci) wynosił odpowiednio 4,4 oraz 5,4%; natomiast dla adsorbentu CS2-cw, odpowiednio 6,05 i 7,6%. Obserwowane tutaj mniejsze zmiany w wielkościach S BET i V p w stosunku do poprzednich węgli aktywnych można by tłumaczyć tym, ze adsorbent ten ma bardzo silnie rozwiniętą powierzchnię właściwą, które; nie można w nieskończoność rozwijać 1. Mimo tego na wykresach rozkładu objętości porów (rys. 2D) zarejestrowano wyraźne różnice pomiędzy wyjściową próbką CS2 i modyfikowanymi (CS2- pw, CS2-cw). Wyjściowe węgle aktywne serii PS l-3 otrzymano z tego samego karbonizatu, zmieniając warunki jego aktywacji mieszaniną H 2 O + CO 2. Z porównania przebiegów funkcji rozkładu porów (i(x) = dwcbc) dla tych próbek widać jak w miarę postępu procesu aktywacji rozwijają się mikro- i mezopory (rys. 2A). Adsorbenty PS2 i PS3 były bardziej heterogeniczne pod względem struktury geometrycznej porów niż węgiel aktywny PSI, o czym świadczy występowanie na krzywych f(x) = dv/dx dla tych próbek czterech maksimów (rys. 2B, 2C), które - jak wiadomo 1 ' - można przypisać porom dominującym. Porównując przebiegi wszystkich krzywych na rys. 2 można stwierdzić, że zamrażanie wyjściowych próbek z wodą powodowało pewną restrukturyzację zarówno w układzie mikro- jak i mezoporów. Bardziej jest to widoczne na krzywych t(x)=dv/dx dla próbek o silniej rozwiniętej wielkości powierzchni właściwej (o dużej objętości porów). Z danych zawartych w tabeli l widać, że tej restrukturyzacji towarzyszył we wszystkich przypadkach wzrost średniej szerokości połówkowej porów X DS. Z kolei parametr rkn2 charakteryzuje strukturalną heterogeniczność porów. Z analizy wielkości tych parametrów zestawionych w przedostatniej rubryce tabeli l wynika, że niskotemperaturowa modyfikacja poszczególnych próbek powodowała wzrost wartości tego parametru, co oznacza, że próbki te stawały się bardziej heterogeniczne pod względem struktury geometrycznej porów. Powyższym zmianom towarzyszyła również zmiana fraktalności omawianych próbek. Wartości wymiarów fraktalnych, D (tabela 1) dobrze korelują z udziałem mikro- i mezoporów w badanych próbkach: im większy udział mikroporów (lub mniejszy udział mezoporów), tym większy wymiar fraktalny. Zamrażanie zaadsorbowanej wody w próbkach wyjściowych węgli aktywnych prowadziło do łagodnego zmniejszania wymiaru fraktalnego, z powodu redukcji udziału mikroporów i wzrostu objętości mezoporów (rys. 2, część mikroporów ulegała transformacji do mezoporów).

Tabela 2. Wyniki badań adsorpcji dynamicznej względem par TBB dla warstw wyjściowego węgla aktywnego PS1 oraz modyfikowanego w ciekfym azocie PS1-pw Table 2. Dynamie tert-butyl benzene adsorption data for the original (PS1) and the freeze-modified (liquid nitrogen temp.) (PS1-pw) active carbons Węgiel aktywny PSI PSl-pw tg. 35 41 A w i 50 60 fe* l/s 166 176 Objaśnienia: t B - czas przebicia dla danego c/c o min (c/c^lo^5), P E " - stata kinetyki adsorpcji (ogólny efektywny współczynnik dyfuzji), 1/s A./ ~ dynamiczna pojemność sorpcyjna 1 g węgla aktywnego w momencie osiągnięcia stężenia względnego par TBB za badaną warstwą c/c o = 10~ 5 ; c 0 - stężenie wejściowe, mg/dm 3, c - stężenie adsorbatu za warstwą, mg/dm 3 Wpływ modyfikacji na właściwości adsorpcyjne W tabeli 2 porównano wybrane charakterystyki pracy złoża wyjściowego węgla aktywnego PSI z efektywnością pracy złoża PSlpw w procesie dynamicznej adsorpcji TBB. Dla obu adsorbentów warunki prowadzenia procesu adsorpcji (frakcja ziaren, grubość warstwy, stężenie wejściowe TBB oraz szybkość jego podawania w strumieniu gazu nośnego i temperatura pomiarów) były takie same. Z analizy danych z tabeli 2 wynika, że wszystkie parametry charakteryzujące jakość pracy porównywanych złóż adsorbentów (t B, A wl oraz P E *) są dla modyfikowanego węgla (PSl-pw) większe od odpowiednich parametrów wyjściowego węgla aktywnego (PSI). Oznacza to, że pierwszy z wymienionych adsorbentów bardziej efektywnie adsorbował tert-butylobenzen w warunkach dynamicznych. W opublikowanych pracach 3 ' 14) stwierdzano, że jednym z czynników determinujących dużą efektywność pracy złoża danego węgla aktywnego w warunkach dynamicznych jest odpowiedni stosunek objętości porów transportowych (makropory + mezopory) do objętości porów adsorpcyjnych (mikroporów i mezoporów). Można więc sądzić, że opisany tutaj sposób modyfikacji struktury porowatej adsorbentów węglowych poprawiał stosunek liczby porów transportowych do adsorpcyjnych, co umożliwiało bardziej efektywne wykorzystanie, w warunkach dynamicznych, pojemności adsorpcyjnej otrzymywanych w ten sposób adsorbentów. Z danych zawartych w tabeli l wynika, że po modyfikacji wyjściowych węgli aktywnych, zarówno posiadających zaadsorbowaną wodę, jak i zamrażanych w postaci suspensji zwiększała się wielkość powierzchni mezoporów S r Podsumowanie Prezentowane wyniki są fragmentem szerszych badań, przeprowadzonych z użyciem licznych węgli aktywnych oraz innych adsorbentów 3 '. Stwierdzono w nich, że podobne efekty można uzyskać w temperaturach niższych od temperatury ciekłego azotu, co może mieć różnorakie znaczenie praktyczne. W jednej z prac 151 badano charakterystyki strukturalne porowatych polimerów modyfikowanych w niskiej temperaturze (77,4 K) z dodatkiem wody lub acetonu. Do badań użyto różnorodnych polimerów pęczniejących i niepęczniejących w wodzie i w rozpuszczalnikach organicznych, posiadających wielkości powierzchni właściwej od 93 do 1512 m 2 /g oraz objętości porów w granicach 0,103-1,347 cm 3 /g. Stwierdzono tam, że wielkości objętości porów i specyficznych powierzchni właściwych próbek poddanych zamrażaniu z wodą wzrosły średnio o odpowiednio 16 i 8%, natomiast z acetonem o 19 i 8%. Dla pewnych próbek zmiany te były negatywne, zaś dla niektórych znacząco większe (do 106%). U podstaw opisywanych wyników modyfikacji struktury porowatej węgli aktywnych leżą pewne zjawiska stwierdzone wcześniej 1 * 1. W cytowanej pracy badano warstewki wody i innych adsorbatów na węglach aktywnych, przy użyciu metody 1 H NMR z wymrażaniem fazy ciekłej. Stwierdzono, że woda na powierzchni mikroporowatych węgli aktywnych może występować w postaci lodu oraz w postaci silnie i słabo związane] z powierzchnią. W związku z tym zmiany w przebiegu funkcji rozkładu f(x)=dv/dx na rys. 2 oraz w wartościach D AJ (tabela 1) można przypisywać transformacji pewnej liczbie mikroporów do mezoporów na skutek działania ciśnienia rozklinowującego", wywieranego przez tworzące się cząstki lodu w porach. Otrzymano: 17-12-2002 Pracę wykonano w ramach projektu badawczego nr O TOOC 00823, finansowanego przez Komitet Badań Naukowych. Jeden z autorów (R.L.) dziękuje Fundacji Nauki Polskiej za wsparcie finansowe. LITERATURA 1. H. Jankowska, A. Świątkowski, J. Choma, Węgiel aktywny, WNT, Warszawa 1985. 2. H. Jankowska, A. Świątkowski, L. Starostin, J. Ławrienienko-Omiecynska, Adsorpcja jonów na węglu aktywnym, PWN, Warszawa 1991. 3. R. Leboda, J. Skubiszewska-Zięba, V.M. Guńko, V.V. Turov, D. Palijczuk, S. Ziętek, Zgt. pat. poi. Nr P 354146. 4. M. Pietrzykowski, D. Palijczuk, S. Ziętek, K. Grygoruk, Przem. Chem. 2000, 79,160. 5. D. Palijczuk, R Kowalczyk, M. Pietrzykowski, S. Ziętek, M. Natęcz, R. Szmigielski, R. Leboda, Przem. Chem. 2002, 81, 716. 6. A.V. Kiselev, V.P. Dreving, A.D. Runov, Doki. AŃ USSR 1945, 46, 310. 7. Praca zbiorowa, The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry, (red. D. Avnir), Wiley, Chichester 1989. 8. D. Avnir, M. Jaroniec, Langmuir 1989, 5, 1431. 9. C. Nguyen, D.D. Do, Langmuir 1999, 15, 3608. 10. C. Nguyen, D.D. Do, Langmuir 2000,16, 7218. 11. D.D. Do, C. Nguyen, H.D. Do, Colloids Surf. A 2001,187-188, 51. 12. S.W. Provencher, Comp. Phys. Comm. 1982, 27, 213, 229. 13..M. Guńko, D.D. Do, Colloids Surf. A, 2001,193, 71. 14. D. Palijczuk, V.M. Gun'ko, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zięba, S. Ziętek, J. Coli. Interf. Sci. 2002, 250, 5. 15. V.M. Guńko, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zięba, B. Gawdzik, D. Palijozuk, J. Coli. Interf. Sci. wystane do druku. 16. V.V. Turov, R. Leboda, Chemistry and Physics ofcarbon, (red. L.R. Radovic), Maroel Dekker, Inc., New York, Basel 2001, t. 27, 67-124. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego Zarząd Oddziatu w Gliwicach Sekcja Korozji przy Zarządzie Głównym organizują w Ustroniu-Zawodziu (Hotel Sokół") w dniach 10-12 marca 2004 r. XII Ogólnopolską Szkoleniową Konferencję Naukowo-techniczna PROMOCJE 2004 ANTYKOROZJA SYSTEMY - MATERIAŁY POWŁOKI W programie Szkoleniowej Konferencji znajdą się prezentacje osiągnięć, wymiana doświadczeń, szkolenie, nawiązanie nowych kontaktów producent-wykonawca-użytkownik oraz marketing. Uczestnictwo w Konferencji umożliwi pomoc w rozwiązywaniu własnych problemów, spotkanie fachowców z branży a przede wszystkim nawiązanie profesjonalnych kontaktów. Tematyka Konferencji obejmuje: > stosowane technologie zabezpieczeń, aparatura, urządzenia; ^ metody badawczo-pomiarowe oceny powłok i zabezpieczeń; > materiały, systemy i technologie w świetle wymagań Unii Europejskiej; J* normy i certyfikaty polskie i ich zgodność z zasadami europejskimi; > zabezpieczanie maszyn, urządzeń i środków transportu; ^ problemy w budownictwie; ^ ochrona antykorozyjna przestrzeni trudnodostępnych; > nowoczesne powłoki, materiały i technologie; > problemy odpadów. Termin zgłoszenia uczestnictwa i nadsyłania referatów i komunikatów mija 17 lutego 2004 r. Informacje: Zarząd Oddziału SITPChem, 44-100 Gliwice, skr. poczt. 107a ul. Górnych Watów 25, tel./ ax (0-32) 231-27-27 e-mail: sitpchem.gliwice@wp.pl mgr inż. Grażyna Król, tel. (0-32) 231-27-26; 0605-321-503 mgr inż. Elżbieta Jarguz, tel. 0605-955-417