Номер части:
Журнал

ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
Авторы:
DOI:


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-стандартКАД-йодный
сырьёбурый угольантрациткаменный уголь
карбонизация и активацияодностадийнаяодностадийнаядвустадийная
SБЭТ, м2412311657
Vмакро, см30.730.431.06
Vмезо, см30.240.09
Vмикро, см30.020.070.29
СОЕ, ммоль/гOH˗0.150.250.40
H+0.920.120.56

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.

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

параметрАБГПуролат-СтандартКАД-йодный

Модель Ленгмюра

Г, ммоль/г0.730.301.02
— ΔG, кДж/моль25.5521.1721.89
R20.990.990.98

Модель БЭТ

Г, ммоль/г0.530.310.77
QL, кДж/моль27.2820.6423.00
QS, кДж/моль9.267.3710.32
R21.000.991.00

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.
    ОПИСАНИЕ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ АНИЛИНА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОБЛЕНЫМИ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ
    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.
    Written by: Беляева Оксана Владимировна, Черентаева Мария Андреевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 03/04/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)
    Available in:Ebook
Записи созданы 6766

Похожие записи

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

Вернуться наверх