Молекулярна адсорбція з розчинів

Лекція № 7

Адсорбція розчиненої в рідині речовини на твердому сорбенті

1. Молекулярна адсорбція з розчинів

2. Іонна адсорбція з розчинів

3. Іонообмінна адсорбція

Явище адсорбції з рідких розчинів на твердих сорбентах різноманітні й класифікуються в залежності від природи адсобата: молекулярна та іонна адсорбція.

Молекулярна адсорбція з розчинів

Молекулярна адсорбція відбувається з розчинів неелектролітів або слабких електролітів. Особливість процесу полягає в тому, що разом з молекулами розчине-ної речовини абсорбуються й молекули розчинника.

Експериментально адсорбцію визначають вимірюючи концентрації розчиненої речовини до і після процесу адсорбції:

a = моль/г,

де a – кількість адсорбованої речовини, яка приходиться на1 г сорбента, m – маса адсорбента, V – об’єм розчина, з якого відбувається адсорбція.

На молекулярну адсорбцію впливають природа сорбента та сорбата, концентрація сорбата, природа розчинника, температура та час адсорбції.

Залежність адсорбції від концентрації сорбата можна описувати рівняннями Гіббса, Ленгмюра, Фрейндліха та БЕТ.

Наприклад, рівняння Фрейндліха у вигляді Г = bС^1/n використовується для розрахунків молекулярної адсорбції рідин на твердих сорбентах.

Приклад 6.Ацетатну кислоту адсорбували з водного розчину 1 кг вугілля при 298 К. Після досягнення рівноваги були отримані дані:

С₀(СН₃СООН), моль/л 0,485; 0,655; 0,863; 1,236; 2,511; 3,362;

[СН₃СООН], моль/л 0,018; 0,031; 0,062; 0,126; 0,471; 0,882.

Визначити константи b і 1/п в рівнянні Фрейндліхаграфічним методом.

Розв’язання:

Рівняння Фрейндліха: Г = bС^1/n (3), де b і п − сталі величини, характерні для процесу адсорбції; С − концентрація розчину, моль/л. В логаріфмічній формі lgГ = lgb+ 1/п lgC,графік є прямою.

Адсорбцію кислоти визначаємо як різницею між початковою і рівноважною концентраціями: Г = С₀ − С _рівн (моль/кг).

Знаходимо логарифми рівноважних концентрацій і відповідних величин адсорбції і будуємо графік ізотерми адсорбції.

С₀ 0,485; 0,655; 0,863; 1,236; 2,511; 3,362;

С_рівн 0,018; 0,031; 0,062; 0,126; 0,471; 0,882;

Г 0,467; 0,624; 0,801; 1,11; 2,04; 2,48;

lgC_рівн−1,75; −1,51; −1,21; −0,90; −0,33; −0,055;

lgГ −0,33; −0,21; −0,10; −0,04; 0,31; 0,39.

За рисунком знаходимо lgb= 0,445, b = 2,786;

1/п = tgj = ВС/AC = 0,62:1,4 = 0,44.

Відповідь: b = 2,786; 1/п = 0,44.

Молекули розчиненої речовини та розчинника являються конкуруючими при адсорбції. Чим краще адсорбується розчинник, тим гірше адсорбується розчинена речовина.

З властивостей адсорбента на адсорбцію найбільше впливають його полярність та пористість. Існує емпирічне правило: неполярні тверді тіла краще сорбують неполярні адсорбати та навпаки. Вплив пористості залежіть від співвідношення пор сорбента і молекул розчиненої речовини: якщо молекули малі, вони легко дифундують у пори та адсорбуються, великі молекули не можуть досягнути вузьких пір, тому адсорбція зменшується.

Визначити вплив природи сорбата на молекулярну адсорбцію можна, виходячи з правила вирівнювання полярностей Ребіндера: переважно адсорбується той компо­нент розчину, полярність якого проміжна між полярностями адсорбента і другого компонента розчину.

Полярність характеризується величиною діелектричної проникності e. Виходячи з правила Ребіндера, розчинена речовина буде сорбуватися якщо виконуються умови:

e_р-ка < e_{роз.реч} < e_адс. Наприклад, полярний адсорбент (силікагель) до­бре адсорбує менш полярні речовини (наприклад, дифільні низькомолеку­лярні жирні кислоти) з неполярного розчинника (толуол, гептан), а непо­лярний адсорбент (вугілля) добре адсорбує більш полярні в порівнянні з ним речовини (ті ж дифільні компоненти) з полярного розчинника (вода).

Чим більша різниця полярностей адсорбента і розчинника, тим менша роль розчинника в конкуренції за адсорбційні місця.

Поиск по сайту: