Лабораторна робота 3

Визначення питомої поверхні адсорбенту

Мета роботи: визначення питомої поверхні активованого вугілля.

1.Основні теоретичні положення

Тверді адсорбенти - це природні та штучні матеріали з великою зовнішньою або внутрішньою поверхнею, на якій відбувається адсорбція речовин з межуючих з нею газів або розчинів. Непористі адсорбенти (порошкоподібні речовини) мають велику зовнішню поверхню. Для пористих адсорбентів (активоване вугілля, силікагелі, алюмогелі та ін.) характерна внутрішня поверхня. Найбільш важливими характеристиками твердих адсорбентів є величина питомої поверхні S_m (м²/кг) та характер розподілення пор за розмірами.

До сьогодні механізм адсорбції з`ясований не повністю. Однією з причин цього є фізична неоднорідність поверхні твердих адсорбентів, тобто наявність на поверхні ділянок з різною адсорбційною активністю.

Залежно від інтенсивності силового поля та під впливом різних зовнішніх чинників на поверхні адсорбента можуть утворюватися адсорбційні шари товщиною в одну молекулу (мономолекулярна адсорбція) або у декілька молекул (полімолекулярна адсорбція).

Кількість речовини, адсорбованої одиницею маси адсорбента, називають абсолютною адсорбцією (А). У загальному випадку величина А більша за гіббсовський поверхневий надлишок (Г). Однак для ПАР, внаслідок їх великої адсорбційної здатності, можна знехтувати концентрацією в об’ємі порівняно з дуже великою концентрацією в адсорбційному шарі та взяти А»Г. Відомі п`ять типів експериментально отриманих ізотерм адсорбції пари та газів на твердих адсорбентах (рис.9).

А 1 2 3 4 5

Рис. 9. Основні типи ізотерм адсорбції на твердих адсорбентах

Тип 1- ізотерма для мономолекулярної (одношарової) фізичної адсорбції та хемосорбції; тип 2 - S-подібна крива, яка не досягає граничної адсорбції, є характерною для полімолекулярної адсорбції; тип 3 - крива, що монотонно зростає, є типовою для поверхней зі слабкою адсорбційною здатністю і також відповідає полімолекулярній адсорбції; типи 4 і 5 близькі до типів 2 і 3 відповідно, але мають максимум адсорбції, обумовлений капілярною конденсацією.

Досить часто адсорбція із газової фази чи розчинів на твердих адсорбентах має мономолекулярний характер (тип 1) і описується рівнянням Ленгмюра

Г = Г_¥ bс/(1 + bс), (3.1)

де Г_¥ - гранична адсорбція, b - константа рівноваги адсорбції.

Визначивши адсорбцію Г при різних рівноважних концентраціях с, можна розрахувати граничну адсорбцію Г_¥ та питому поверхню адсорбента S_m..

Розвиток теорії адсорбції має на меті дати уніфіковане рівняння А = f(р) або A=f(с), яке б охоплювало всі відомі типи ізотерм та надавало можливості розглядати їх як окремі випадки адсорбції. На жаль, такої єдиної теорії поки що немає.