химический каталог




Активные угли и их промышленное применение

Автор X.Кинле, Э.Бадер

ps/p) (3.2)

Если допустить, что адсорбция представляет собой переход газа в жидкое состояние, плотность адсорбированных паров можно выразить через плотность вещества в жидком состоянии при соответствующей температуре. Соответственно заполненный объем пор W можно вычислить из следующей зависимости:

0,1 0,2 0,3 аУм,сму/г

W = G/pj, = аМ1$7 = aV:

(3.3)

где G — масса адсорбированного пара; рг — плотность соответствующей жидкости при температуре Т; а — адсорбированное количество вещества, моль; М — молекулярная масса; VM — мольный объем жидкости при температуре Т.

Решающий толчок развитию потенциальной теории дали работы Дубинина и Радушкевича; определяя значения адсорбционного потенциала отдельных веществ в зависимости от степени заполнения адсорбционного пространства [уравнение (3.3)], они получили гауссовское распределение так называемых характеристических кривых (рис. 3.3) и вывели уравнение, описывающее эти кривые:

\V = W0e'kB' (3.4)

где k — константа.

Авторы рассматривали эти характеристические кривые как статистические кривые, которые описывают объем W как часть объема адсорбционного пространства W0, заполняющуюся ад-сорбтом при потенциале Е.

Подставив уравнения (3.2) и (3.3) в выражение (3.4) и решая его для а, получаем:

¦ = (VJ^|m"M! (3.5) Постоянную величину kR2 можно заменить:

kR2 = s/p2

где В— новая константа; Р — так называемый коэффициент аффин

После преобразования

а = (Го/%)е-^^>['"^/Р)]2

получаем обычное уравнение Дубинина — Радушкевича в логарифмической форме:

lg а - lg {Wo/VM) - 0,4345 <Р^2) I'S (Ps/P)Y (3-8)

(3.6)

(3.7)

33

где а — количество адсорбта, ммоль; Wo — предельный объем адсорбционного пространства (рассчитывается из характеристической кривой); Vm— объем 1 ммоль вещества, в адсорбированном состоянии, см3; В — константа, которая рассчитывается подстановкой в уравнение (3.8) известных величин изотермы; ps— давление насыщенных паров адсорбта при Т\ р— парциальное давление адсорбтива в газовой фазе при Т.

Уравнение (3.8) содержит два члена, из которых lg(W0/VM) выражает состояние максимальной адсорбции, а вычитаемый член включает параметры, обусловливающие снижение адсорбции. С помощью уравнения Дубинина по изотерме, измеренной для определенной системы адсорбент — адсорбтив, можно рассчитать ход кривых для всех других температур. Кроме того, зная мольный объем давление паров и коэффициенты аффинности других паров, можно рассчитать изотермы адсорбции этих паров на данном угле. Значение безразмерного коэффициента аффинности |3 в первом приближении не зависит от температуры. Его можно взять для многих паров из литературных источников [5, 6], причем в качестве стандартного адсорбтива обычно выбирают бензол:

Р Р

Бензол 1,00 Бутан 0,90

Метанол 0,40 Циклогексан 1,04

Этанол 0,61 Пентан 1,12

Дихлорметан 0,66 Толуол 1,25

Хлорэтан 0,76 Хлорпикрин 1,28

Пропан 0,78 Гексан 1,35

Хлороформ 0,86 Гептан 1,59

Ацетон 0,88

Следует отметить, что уравнение (3.8) в приведенной форме можно применять только для адсорбентов / структурного типа (см. раздел 3.5.1), к которому, однако, относится большинство газоадсорбционных углей. Для адсорбентов // структурного типа, а также при температурах выше критической необходимы поправки или соответствующие модификации уравнения, усложняющие его применение. Следует также заметить, что уравнение Дубинина — Радушкевича справедливо только для парциальных давлений ниже давлений капиллярной конденсации (см. раздел 3.4).

Несмотря на весьма привлекательные возможности уравнение (3.8) до сих пор не получило широкого распространения, поскольку на практике приходится иметь дело почти исключительно с адсорбцией смесей.

3.4. КАПИЛЛЯРНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ

Если проследить за увеличением сорбционной емкости активного угля по отношению к пару с ростом парциального давления пара до насыщения, то в области относительного насыщения выше 30 % можно наблюдать сильное увеличение поглощения паров. Напротив, при постепенной десорбции с пони-

24

Рг'Р/Ро рг-р/Ро Ряс. 3.4. Петля гистерезиса:

—---десорбция; - адсорбция.

жением парциального давления получаем десорбционную ветвь, которая в определенной области характеризуется более высоким поглощением, чем адсорбционная ветвь. Такое явление называется гистерезисом (рис. 3.4).

Явление гистерезиса можно объяснить, с одной стороны, пористой структурой активных углей, а с другой — поведением конденсированного пара. При низких парциальных давлениях поверхность угля покрывается адсорбированным слоем прежде всего в местах с наиболее высокой плотностью энергии и с повышением парциального давления образуется мономолекулярное покрытие (в статическом смысле). Фактически еще до завершения полного покрытия на поверхности угля происходит локализованная полимолекулярная адсорбция — появляются плоские «лужицы». В узких порах с диаметром порядка четырех диаметров молекулы пара с увеличением толщины слоя адсорбта образуется жидкий мениск. Поскольку все органические жидкости смачивают активный уголь, образуется вогнутый жидкий мениск. Действующие на поверхности этого мениска силы стягивания приводят к снижению давления паров по сравнению с плоской поверхностью. Поэтому капиллярная конденсация происходит в порах еще до того, как будет достигнуто давление насыщения вне пористой системы. По тем же причинам во второй части описанного выше эксперимента снижение давления паров сопровождается замедленной десорбцией и появлением вышеупомянутого гистерезиса. Для описания гистерезиса наряду с другими моделями часто используется так называемая теория бутылкообразных пор [7]. Согласно этой теории сорбенты, характеризующиеся гистерезисными петлями, содержат поры с узкими входами. Конденсация при адсорбции происходит в порах с наибольшим диаметром — в полости «бутылок». Десорбция лимитируется диаметром узких горл бутылок; таким образом процесс десорбции, соответствующий адсорбции, возможен только при более низком парциальном давлении. По виду и ширине петли гистерезиса можно сделать заключение о форме пор [8, 9].

Количественная зависимость между снижением давления в сорбирующих порах и их диаметром впервые сформулирована Кельвином [10]:

RT In (plps) = 2а cos WM/r (3.9)

25

0,4 0,6 Pr-P/Po

Рие. 3.5. Зависимость изотермы адсорбции паров воды от угля смачивания (гидрофобности) угля:

/ — окисленный уголь; 2 — необработанный уголь; 3 — прокаленный уголь.

где р — давление пара в капилляре; ps — давление насыщенного пара при температуре опыта; а — поверхностное натяжение чистой жидкости; Vm — мольный объем жидкости; О — угол смачивания поверхности угля исследуемой жидкостью.

Решая это уравнение для г, можно рассчитать распределение пор по размерам, используя изотерму адсорбции или десорбции любого пара, например азота, воды или бензола при температуре, близкой к точке кипения [11]:

20 cos WJRT in (р/р,)

(ЗЛО)

Во многих случаях возникают трудности при определении угла смачивания т>, который для различных паров зависит от вида и количества кислородных соединений на поверхности угля. Влияние угла ¦& на изотерму адсорбции паров воды показано на рис. 3.5, при этом изотерма измерялась на свежепро-каленном, необработанном и покрытом поверхностными оксидами активном угле.

3.5. ИЗОТЕРМЫ АДСОРБЦИИ 3.5.1. Общие сведения

Для практического применения адсорбционного процесса способность адсорбента поглощать определенный адсорбтив, так называемая адсорбционная способность, имеет решающее значение. Поэтому экспериментально определяется равновесная адсорбционная емкость при постоянной температуре как функция равновесной концентрации и соответственно парциального давления. Графическое изображение этой зависимости называется изотермой адсорбции. Для отдельных случаев представляет интерес также изобара адсорбции, т. е. температурная зависимость адсорбции при постоянном парциальном давлении (концентрации).

Рг = Р/Ро ¦ Рг-Р/Ро , Рг = Р/Ро Рг"Р/Ро Рг = Р/Ро Рг=Р/Ро

Рис. 3.6. Классификация изотерм адсо

страница 6
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

Скачать книгу "Активные угли и их промышленное применение" (2.76Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
рекламные световые короба на такси екатеринбург
обучение xl программе курсы
дизайнерская урна для мусора
Vaillant atmoCRAFT vk int 1454/9

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)