Номер части:
Журнал

ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:


DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Анотация:
Ключевые слова:                     
Данные для цитирования: . ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ // Евразийский Союз Ученых. Химические науки. ; ():-.





Активные угли (АУ) широко используются для очистки природных и сточных вод от органических загрязнителей. При этом предполагают, что адсорбция органических компонентов протекает за счет дисперсионного взаимодействия. Однако наличие в структуре молекулы полярных функциональных групп может привести к образованию водородных или донорно-акцепторных связей с поверхностными соединениями кислорода, образованными в процессе получения активных углей.

Целью работы было исследование адсорбции анилина дроблеными активными углями, отличающимися сырьем и способом получения.

Объектами исследования выбраны активные угли марок АБГ и Пуролат-Стандарт, полученные карбонизацией и активацией в окислительной атмосфере в одну стадию, и КАД-йодный, произведенный по традиционной двустадийной технологии.

Удельная поверхность (SБЭТ), объём микро- (Vмикро) и мезопор (Vмезо) образцов АУ определялись по низкотемпературной адсорбции азота, суммарный объём пор – пикнометрическим методом по воде [2, 244], объём макропор (Vмакро) рассчитывался по разнице между суммарным объёмом пор и суммой объёмов микро- и мезопор. Общее количество титруемых кислотных и основных групп на поверхности адсорбентов оценивалось по реакции обмена с растворами NaOH (СОЕ OH˗) и HCl (СОЕ H+) соответственно. Характеристики активных углей приведены в таблице 1.

Исследование пористой структуры и состояния поверхности адсорбентов показало значительные различия изученных характеристик. Установлено, что АБГ — мезопористый сорбент с преобладающими на поверхности основными группами; у Пуролат-Стандарта отсутствуют микро- и мезопоры, а поверхностные группы преимущественно кислотного типа; КАД-йодный — микропористый уголь с приблизительно равным количеством кислотных и основных групп.

Адсорбция анилина изучалась в статических условиях в интервале концентраций 0.05 – 1.0 г/дм3, при соотношении навески адсорбента к объёму анализируемого раствора, равном 1:100. Равновесная концентрация анилина определялась по собственному поглощению растворов при 230 нм. Полученные изотермы адсорбции представлены на рисунке.

Таблица 1.

Характеристика углеродных сорбентов

Марка АУ

АБГ

Пуролат-стандарт КАД-йодный
сырьё бурый уголь антрацит каменный уголь
карбонизация и активация одностадийная одностадийная двустадийная
SБЭТ, м2 412 311 657
Vмакро, см3 0.73 0.43 1.06
Vмезо, см3 0.24 0.09
Vмикро, см3 0.02 0.07 0.29
СОЕ, ммоль/г OH˗ 0.15 0.25 0.40
H+ 0.92 0.12 0.56

Изотермы адсорбции анилина на исследованных активных углях можно отнести к H-3 типу по классификации Гильса [3, 22], что предполагает сильное специфическое взаимодействие сорбент – сорбат и начало полислойного закрепления анилина на поверхности активных углей.

Для количественного описания изотерм адсорбции в интервале области концентраций, отвечающих образованию монослоя анилина, была использована модель Ленгмюра, которая предполагает наличие определенного числа активных центров с одним и тем же сорбционным потенциалом [1, 75; 4, 575]:

,      (1)

где Г – адсорбционная емкость заполненного монослоя, моль/г, Сp – равновесная концентрация, моль/дм3; KL – константа сорбционного равновесия для монослоя, дм3/моль.

Энергия Гиббса адсорбции рассчитывалась по формуле (2) [, 85]:

,     (2)

где ΔG – энергия адсорбции, Дж/моль; Т – температура, К; K – константа, полученная из уравнения Ленгмюра.

ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ

Рисунок. Изотермы адсорбции анилина из водных растворов дроблеными активными углями

Количественное описание полимолекулярной сорбции использовали модель БЭТ [4, 575]:

,     (3)

где KS – константа сорбционного равновесия для полимолекулярной адсорбции, дм3/моль.

Величину теплоты полимолекулярной адсорбции рассчитывали по формуле [1, 82]:

.     (4)

где K – константа, полученная из уравнения БЭТ, дм3/моль.

Для определения значений констант, входящих в уравнения изотерм Ленгмюра и БЭТ, и связанных с ними термодинамических характеристик использовали линеаризованные уравнения данных моделей. Полученные значения параметров адсорбции, а также коэффициенты корреляции представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Параметры адсорбции анилина из водных растворов АУ

параметр АБГ Пуролат-Стандарт КАД-йодный

Модель Ленгмюра

Г, ммоль/г 0.73 0.30 1.02
— ΔG, кДж/моль 25.55 21.17 21.89
R2 0.99 0.99 0.98

Модель БЭТ

Г, ммоль/г 0.53 0.31 0.77
QL, кДж/моль 27.28 20.64 23.00
QS, кДж/моль 9.26 7.37 10.32
R2 1.00 0.99 1.00

Значения коэффициентов корреляции (R2) при линеаризации изотерм показывают, что адсорбция анилина с максимальной вероятностью описывается уравнением БЭТ.

Величины предельной емкости монослоя (Г), рассчитанные с использованием моделей Ленгмюра и БЭТ, сопоставимы только для АУ марки Пуролат-Стандарт, что предполагает преимущественно мономолекулярную адсорбцию анилина на этом адсорбенте. Большое различие между рассчитанными по уравнениям Ленгмюра и БЭТ значениями Г (~ 35%) для АУ марок АБГ и КАД-йодный, связано, вероятно, с наличием микро- и мезопор в структуре данных адсорбентов.

Значения термодинамических характеристик взаимодействия сорбент – сорбат при образовании монослоя (ΔG и QL) подтверждают предположение о сильной специфической адсорбции анилина, которая может быть реализована за счет сильной водородной связи аминогруппы или донорно-акцепторного взаимодействия π- электронной системы молекулы анилина с поверхностными соединениями кислорода кислотного и основного типа соответственно. Наибольшее значение этих параметров характерно для АУ с наивысшим суммарным количеством кислотных и основных поверхностных групп (АБГ). Образование второго слоя при полимолекулярной адсорбции (согласно значению QS) может происходить за счет диполь — дипольного взаимодействия (например, слабой водородной связи).

Проведенные исследования показали, что в исследованной области концентраций наблюдается полимолекулярная адсорбция анилина, реализуемая за счет специфического взаимодействия сорбент – сорбат. Адсорбция анилина из разбавленных растворов наилучшим образом описывается моделью БЭТ.

Список литературы:

  1. Kipling J.J. Adsorption from solution of non-electrolytes. London: Academic Press, 1965. — 159 p.
  2. Когановский А.М., Клименко Н.А. и др. Адсорбция органических веществ из воды. Л.: Химия, 1990. — 256с.
  3. Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов на поверхностях твёрдых тел: пер. с англ. М.: Мир, 1986. – 488с.
  4. Котова Д.Л., Фам Тхи Гам и др. Описание изотермы сорбции гидрохлорида пиридоксина на клиноптилолитовом туфе. / Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. Вып. 4. С. 572 – 577.[schema type=»book» name=»ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ» description=»Исследована адсорбция анилина из водных растворов активными углями, отличающимися сырьем, способом получения, характеристиками пористой структуры и химическим состоянием поверхности. Показано, что в исследованной области концентраций наблюдается полимолекулярная адсорбция анилина, реализуемая за счет специфического взаимодействия сорбент – сорбат. Изотермы адсорбции описаны с применением теорий Ленгмюра и БЭТ. Установлено, что сорбция анилина из разбавленных растворов наилучшим образом описывается моделью БЭТ.» author=»Беляева Оксана Владимировна, Черентаева Мария Андреевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-04″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 6776

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх