Адсорбция на границе раздела "твердое тело-газ"

Зависимость Хпр от Р/Рs  и Хобр от Р/Рs 

 

А – метанол; В – активированный уголь; Т = 293 К; VM = 40,43·10–6 м3/моль; σ = 22,61·10–3 Дж/м2 

Р/Рs	0	0,3	0,55	0,7	0,725	0,75	0,775	0,8	0,825	0,85	0,875	0,9
Хпр , моль/кг	0	7,50	17,5	27,0	29,37	31,82	34,47	37,0	39,65	42,95	46,0	47,0
Хобр , моль/кг	0	7,50	17,5	27,0	30,04	34,0	38,0	40,7	42,5	44,1	46,0	47,0

 

В соответствии с условием задачи строим изотерму капиллярной конденсации.

Для построения интегральной кривой распределения пор по радиусам воспользуемся следующими физическими параметрами для бензола при Т = 293 К: σ = 28,88·10–3 Дж/м2 ; ρ = 0,879·103 кг/м3 .

Адсорбционный потенциал определим по формуле (18)

.

; ;

;

;

;

;

;

;

;

Рисунок 6. Зависимость Хпр от Р/Рs (1) и Хобр от Р/Рs (2)

 

;

;

;

;

;

.

Объём пор рассчитываем по формуле (17), а их радиус по формуле (9):

.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

 

Данные, необходимые для построения интегральной кривой распределения пор по радиусам.

Зависимость объёма пор от радиуса пор

r, нм	V·10–6 , м3/кг	r, нм	V·10–6 , м3/кг	r, нм	V·10–6 , м3/кг
1,05	86,94	4,23	341,64	5,4	786,21
1,51	124,23	4,63	474,73	5,64	820,84
2,17	150,82	4,71	545,73	7,85	908,69
2,85	190,77	4,75	604,31	12,50	927,33
3,62	248,45	4,84	646,02	28,97	931,77

 

 

Для построения дифференциальной кривой распределения пор по радиусам используем точки, находящиеся между началом (точка А, рис. 11) и концом (точка В, рис. 11) петли гистерезиса (табл. 8).

 

Рисунок 7. Интегральная кривая распределения пор по радиусам

 

Функция распределения пор по радиусам

r, нм	V·10–6 , м3/кг	Δr, нм	ΔV·10–6 , м3/кг		rср, нм
1,51	124,23	-	-	-	-
2,17	150,81	0,66	26,60	40,31	1,84
2,84	190,74	0,69	39,93	57,87	2,52
3,61	248,43	0,76	57,67	75,88	3,24
4,25	341,61	0,63	93,17	147,90	3,94
4,67	474,72	0,38	133,10	350,28	4,43
4,69	545,74	0,08	70,98	887,37	4,62
4,61	604,30	0,07	58,56	836,70	4,75
4,88	646,00	0,10	41,70	417,11	4,81
5,43	786,21	0,57	140,20	245,97	5,16
5,65	820,84	0,21	34,60	164,80	5,55
7,84	908,61	2,19	87,81	40,10	6,75
12,50	927,32	4,66	18,62	4,03	10,17
28,96	931,75	16,46	4,48	0,22	20,73

 

 

Используя данные, строим дифференциальную кривую распределения пор по радиусам.

 

Рисунок 8. Зависимость производной от rср (среднего радиуса фракции)

Из рисунке 8 следует, что поры данного силикагеля в основном имеют размер порядка 5 нм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Уравнение Ленгмюра можно использовать только при адсорбции в мономолекулярном слое. Это условие выполняется при хемосорбции, физической адсорбции газов при меньшем давлении и температуре выше критической.

Однако в большинстве случаев мономолекулярный адсорбционный слой не компенсирует полностью избыточную поверхностную энергию и поэтому остается возможность влияния поверхностных сил на второй и т.д. адсорбционные слои. Это реализуется в том случае, когда газы и пары адсорбируются при температуре ниже критической, т.е. образуются полимолекулярные слои на поверхности адсорбента, что можно представить как вынужденную конденсацию.

В результате этих представлений была выведена следующая формула:

- уравнение полимолекулярной  адсорбции БЭТ,

где ;

KL = aж/ап – константа конденсации пара;

аж - активность вещества в жидкости;

ап - активность вещества в состоянии насыщенного пара;

ап = Рs.

Физический смысл С: характеризует разность энергии Гиббса в процессах чистой адсорбции и конденсации. Это уравнение получило название БЭТ (Бранауэр-Эммет- Теллер).

При р/рs<<1, уравнение БЭТ превращается в уравнение Легмюра, которое при дальнейшем уменьшении давления (Р 0) переходит в закон Генри:

При обработке экспериментальных данных уравнение БЭТ используют в линейной форме, таким образом, графически находят обе константы уравнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Коровин, Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебное пособие для вузов / Н.А. Глинка; под. ред. А.И. Ермакова. – М.: Интеграл-Пресс, 2003.

3. Еремин, В.В. Основы физической  химии. Теория и задачи: учебное  пособие для вузов / В.В. Еремин, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. – М.: Экзамен, 2005.

4. Ахметов, Н.С. Общая и  неорганическая химия: учебник для  вузов / Н.С. Ахметов. – М.: Высшая  школа, 1998.

5. Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. – М. : Химия, 2000.

6. Угай, Я.А. Общая и неорганическая химия / Я.А. Угай. – М.: Высшая школа, 2000.