Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Адсорбция компонентов бинарных растворов неэлектролитов на активных углях

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Известно, что поиск высокоселективных адсорбционных систем, обеспечивающих эффективность соответствующих адсорбционных процессов на основе экспериментальных исследований, весьма трудоемок. Поэтому представляется актуальным создание экспериментальной базы данных об адсорбции смесей веществ и разработка на их основе методов априорного расчета равновесных характеристик адсорбции для большого числа… Читать ещё >

Адсорбция компонентов бинарных растворов неэлектролитов на активных углях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • деГйб ~ изменение свободной энергии Гиббса, кДж/г

ДФ — изменение химического потенциала сорбента, кДж/г. свободная энергия смешения объемного и адсорбционного раствора соответственно, кДж/моль. коэффициенты активности 1-го компонента объ-// г емного и адсорбционного раствора соответст

В6ННО" мольная доля 1-го компонента объемного и адсорбционного раствора соответственно. 1ЦМ } - коэффициент подобия характеристических кривых 1-го и стандартного веществ. 9 — степень заполнения объема микропор. а ~ емкость монослоя, ммоль/г.

ОС — коэффициент разделения. энергии парных взаимодействий компонентов бинарных растворов. ~ энергии взаимодействий компонентов раствора с адсорбентом.

Yi.fi

X- X-

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Возрастающие требования к качеству продуктов, борьба с загрязнением окружающей среды требуют разработки эффективных и экономичных методов очистки, разделения и анализа сложных смесей органических веществ. Одна из ведущих ролей в решении этих задач отводится сорбционным методам.

Известно, что поиск высокоселективных адсорбционных систем, обеспечивающих эффективность соответствующих адсорбционных процессов на основе экспериментальных исследований, весьма трудоемок. Поэтому представляется актуальным создание экспериментальной базы данных об адсорбции смесей веществ и разработка на их основе методов априорного расчета равновесных характеристик адсорбции для большого числа систем на основе минимального экспериментального материала.

Проблема предвычисления адсорбционного равновесия в настоящее время развивается в двух направлениях. Первое основывается на сочетании строгой феноменологической теории термодинамики адсорбции с некоторыми эмпирическими закономерностями или нетермодинамическими допущениями, вытекающими из простейших приближенных моделей сорбционной системы. Термодинамические подходы дают хорошие результаты при изучении адсорбции на микропористых сорбентах.

В последние годы это направление успешно сочетается с использованием различных молекулярных моделей адсорбционных систем. При этом значительные успехи были достигнуты на основе достаточно простой модели Оно-Кондо [1], разработанной для молекул одинаковых размеров. Настоящая работа посвящена дальнейшему развитию такого подхода применительно к адсорбции растворов на микропористых активных углях.

Данная работа проводилась по плану научно — исследовательских работ СГТУ по теме 09 В. 10: «Разработка теоретических основ адсорбции растворов из многокомпонентных объемных фаз» в соответствии с координационным планом Научного Совета РАН по адсорбции и хроматографии — шифр 2.15.1.

Целью данной работы явилось экспериментальное и теоретическое исследование адсорбции бинарных растворов неэлектролитов на активных углях (на микропористых сорбентах), априорный расчет адсорбционных равновесий в бинарных системах на основе метода характеристический кривых, проверка возможности применения простых решеточных моделей для количественного описания и предрас-чета адсорбционных равновесий в системах с различным соотношением размеров молекул и энергий взаимодействия адсорбатадсорбат и адсорбатадсорбент, выбор моделей адсорбционных растворов и их термодинамический анализ.

В связи с этим задачшш исследования явились:

• получение новых данных по адсорбции бинарных растворов неэлектролитов и изучение взаимного влияния природы адсорбированных молекул на изменение основных термодинамических функций адсорбционных растворов;

• расчет коэффициентов активности объемных и адсорбционных растворов и выяснение возможности их описания с помощью уравнения Вильсона;

• уточнение и использование метода характеристических кривых как метода априорных расчетов адсорбционных равновесий;

• проверка возможности применения простой решеточной модели Оно — Кондо — Арановича для количественного описания изотерм избыточной адсорбции компонентов раствора на активном угле.

Научная новизна и практическое значение. Впервые получены и переданы для включения в банк данных по адсорбции данные по адсорбции 15 бинарных растворов неэлектролитов на активном угле СКТ при 293К. Проведен полный термодинамический анализ этих систем.

Показано влияние природы адсорбируемых молекул и растворителя на величины избыточной адсорбции. Установлены общие закономерности изменения термодинамических функций от состава раствора.

Впервые показано, что зависимости коэффициентов активности компонентов адсорбционных растворов от состава могут быть описаны уравнениями, аналогичными уравнениям Вильсона для объемных растворов.

На примере полученных экспериментально и литературных данных подтверждена возможность априорных расчётов адсорбционных равновесий для большого числа систем по ограниченному набору базовых данных. Проведено уточнение метода характеристических кривых применительно к системам с резкой избирательностью компонентов в области их малых концентраций. На основе метода характеристических кривых по данным об адсорбции растворов проведены расчеты коэффициентов разделения в зависимости от состава, суммарной величины адсорбции компонентов.

Впервые уравнение простой решеточной модели ОноКондо использовано для количественного описания изотерм избыточной адсорбции растворов на микропористых адсорбентах. Показано, что на основе этой системы уравнений возможно количественное описание изотерм избыточной адсорбции разных типов (положительных, отрицательных, знакопеременных). Отмечено, что энергетические параметры уравнения имеют физически достоверные значения, а емкость монослоя отличается от ее реальных значений, по — видимому, за счет того, что модель не учитывает различий в размерах молекул адсорбатов.

Полученные экспериментальные данные и возможность расчетов на их основе в рамках метода характеристических кривых адсорбционных равновесий в большом числе бинарных и многокомпонентных смесей могут быть использованы для оптимизации процессов адсорбционного разделения смесей веществ и защиты окружающей среды.

На защиту выносятся:

• Новые экспериментальные данные по адсорбции растворов неэлектролитов на активном угле СКТ — б и СКТ -2Б.

Расчеты изменения термодинамических функций изученных адсорбционных систем в зависимости от состава равновесных фаз.

Расчеты коэффициентов активности компонентов адсорбционных растворов и их описание с помощью уравнений типа уравнения Вильсона. 8.

•Уточнение метода априорных расчетов адсорбционных равновесий в бинарных системах на основе собственных и литературных данных.

•Описание изотерм избыточной адсорбции компонентов бинарных растворов неэлектролитов на активном угле на основе модели Оно — Кондо — Арановича.

Выводы.

1.Исследована адсорбция углеводородов нормального и изо — строения, органических спиртов, четыреххлори-стого углерода, бензола и этилацетата из бинарных растворов на АУ при 293К. Экспериментальные данные направлены в лабораторию растворов МГУ для включения их в банк данных по адсорбции. На основе избыточных величин адсорбции Гиббса рассчитаны изменения основных термодинамических функций адсорбционных систем:

АО — свободной энергии Гиббса и ДФ ~ химического потенциала сорбента. Показано, что их основные изменения происходят в области малых концентраций. Установлено влияние природы адсорбируемых молекул на величины избыточной адсорбции.

2.Проведен термодинамический анализ полученных результатов в рамках метода полного содержания. Рассчитаны величины полного содержания, состав, коэффициенты активности, избыточные свободные энергии смешения компонентов сорбционного раствора и показано, что во всей области изменения концентраций объемные растворы проявляют положительные, а сорбционные — отрицательные отклонения от идеальности.

3.Впервые показано, что концентрационная зависимость коэффициентов активности компонентов адсорбционных растворов может быть описана уравнениями, аналогичными уравнениям Вильсона для объемных растворов. Установлено, что параметры уравнения Вильсона для объемных и адсорбционных растворов различаются.

4. На основе анализа экспериментальных и литературных данных подтверждена возможность априорных расчетов.

97 адсорбционных равновесий для большого числа бинарных систем по ограниченной экспериментальной информации. Проведено уточнение метода характеристических кривых применительно к системам с резкой избирательностью компонентов в области их малых концентраций.

5.На основе метода характеристических кривых осуществлен расчет коэффициентов разделения бинарных систем в зависимости от состава и суммарной величины адсорбции компонентов. Показано, что для систем, содержащих неполярные компоненты (например, изооктан — СС14), разделение лучше осуществлять в паровой фазе. А для систем, содержащих хотя бы один полярный компонент (этилацетат — декан), разделение лучше проводить в жидкой фазе.

6.Впервые показано, что система уравнений, полученных на основе модели Оно — Кондо — Арановича, количественно описывает все экспериментально наблюдаемые типы изотерм избыточной адсорбции на микропористых сорбентах с физически достоверными значениями энергетических параметров.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.В., Якубов Т. С. Адсорбция как Гиббсов избыток и как полное содержание//Изв. АН СССР. сер. хим. -1985. -Pl. -С.12−17.
  2. Дж.В. Термодинамические работы. М. Л., -1950. -С.288−421.
  3. Ewerett D. H. Adsorption at the solid/Liquid Interface: Non-aqueous Systems// Colloid Science. -1973. -- vol.1. P.49−102.
  4. C.E., Ewerett D. H. // Ibid. 1975. Vol.1. -P. 52.
  5. Discussion // Disc. Faraday Soc. -1975. -№ 59. -P.1.
  6. О.Г. Адсорбция индивидуальных паров и растворов неэлектролитов. Дис.. докт. хим. наук: М., ИФХ АН СССР. -1975. -366с.
  7. А. А. Теоретические основы физической адсорбции . М.: МГУ. -1983. -258с.
  8. Избыточные и полные величины адсорбции флюидов из многокомпонентных растворов/Толмачев A.M., Рахлевская М. Н., Рябухова Т.О.//Журн. физич. химии. -1994. -Т.681 ¦> С* «190 192 в
  9. Е. A., Adam N. К. The Thermodynamic of Adsorption at the Surface of solution.- Proc. Roy Soc. -1933. -Ser. A. v. A. 139. -№ 837. -p.218−236.
  10. О. Г. Современное состояние теории адсорбции растворов//Исследование адсорбционных процессов и адсорбентов. -Ташкент: ФАН. -1979. -С.49−57.
  11. А. А. Сравнение двух термодинамических подходов к описанию адсорбции на твердых поверхностях. -Ж. физ. Химии. -1989. -т. 63. -Ms 9. -С. 2433−2441.
  12. А. М. Феноменологическая термодинамика сорбции//Успехи химии. -1981. -Т.50. -№ 5. -С.769−791.
  13. А. А., Селиверстова И. И., Серпинский В. В. Определение параметров микропористой структуры твердых адсорбентов. Сообщение I. Метод определения удельного объема целиком микропористых адсорбентов// Изв. АН СССР. Сер. хим. -1986. -№ 2. -С.280−284.
  14. Адсорбция жидкости на микропористом адсорбенте вдоль линии равновесия жидкость пар/Селиверстова И. И Фомкин A.A., Серпинский В. В., Дубинин М.М./Сообщение I. Углеводороды — цеолит — NaX// Изв. АН СССР. Сер. хим. -1983. -№ 3. -С.493−495.
  15. Hansen R. D., Hansen R. S. Adsorption of Both Components from Binary Solution on Porous Adsorbent. J. Colloid. Sei. -1954. -v.9. -№ 1. -P.1−6.
  16. Исследование адсорбции органических паров/Дубинин М.М., Заверина Е. Д., Радушкевич Л. В. //Ж. физ. химии. -1947. -Т.21. -№ 11. -С.1351−1365.
  17. М. М. Микропористость и адсорбционные свойства углеродных адсорбентов//Изв. АН СССР. Сер. хим. -1983. -С.487−493.
  18. М.М. Современное состояние вопроса об удельной поверхности адсорбентов//Изв. АН СССР. Сер. хим. -1983. -№ 4. -С.738−750.
  19. С.А., Ларионов О. Г. Термодинамическое обоснование моделей адсорбционных растворов на азросиле и силикагелях в методе полного содержания//Ж. физ. химии. -1988. -Т. 62. -№ 2. -С.416−420.
  20. А. М. Термодинамика сорбции. Химические потенциалы компонентов сорбционного раствора и некоторые особенности сорбционной фазы ограниченной емко-сти//Ж. физ. химии. -1978. -Т.52. -№ 3. -С.1050−1052.
  21. А. М. Априорные расчеты равновесных характеристик адсорбции многокомпонентных смесей флюидов на микропористых адсорбентах//Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия, -1994. -т. 35. -№ 2. -с.115.
  22. А. М. Термодинамика сорбции I. Общие условия равновесия в системе адсорбат (смесь адсорбатов) сорбент.//Ж. физ. химии. -1973. -Т.47. -№ 10. -С. 2629−2633.
  23. Толмачев А, М. Термодинамика сорбции. Некоторые частные формы общих уравнений изотерм адсорбции в сте-хиометрической теории сорбции//Ж. физ. химии. -1973. -№ 6. -С.1301−1302.
  24. Т., Ozava S., Yamazaki Т., е. a. Langmuir, -1988. -v.4. -р.392.
  25. Richter Е., Schutz W. Chem.- Ing.- Techn. -1982. -v.63. -p.52.
  26. В. В., Лопаткин А. А. Одномерная решеточная модель адсорбции из бинарного раствора// Ж. физ. химии. -1993. -Т.67. ~№ 7. -С.1557−1560.
  27. Wakasugi Y., Ozava S., Ogino Y. J. Coll. and Interface Sei. -1981. -v.79. -p.399.
  28. В. В., Лопаткин А. А. Избыточная адсорбция для полубесконечной одномерной решеточной модели с взаимодействием адсорбат адсорбат// Ж. физ. химии. -1990. -Т. 64. -№ 9. -С.2564.
  29. J. Е. Chem. -1968. -V.21. -P.821−851.
  30. A. M., Трубников И. Б. Термодинамика сорбции. IV. Расчет термодинамической константы равновесия сорбции и коэффициента активности компонентов сорбционной фазы//Ж. физ. химии. -1978. -Т. 52. -№ 3. С.746−748.
  31. Стехиометрическая теория адсорбции индивидуальных веществ/Толмачев A.M., Кузнецова Т. А., Трубников И. Б. //Ж. физ. химии. -1982. -Т. 56. -№ 8. С.2022−2026.
  32. Априорный расчет изотерм адсорбции компонентов бинарных смесей флюидов на микропористых адсорбентах/Толмачев A.M., Крюченкова H.Г., Цурикова С.А.//Ж. физ. химии. -1994. -т.68. -№ 1. -с.96−104.
  33. A.M. Применение метода характеристических кривых и простых молекулярных моделей для расчетов адсорбционных равновесий// с. 14−22
  34. Polanyi М. Vtrch. Deut. Physik. Jes., -1914, -v. 16, p. 1012- 1916, v. 18, p. 55- Z. Electrochem., -1920, -v. 26, p.370.
  35. Dubinin M. M. Physical adsorption of cf 3. sos and vapors in micropores//Progress in Surface and Membrane Sei., -1975, -v.9, -p.1−70.
  36. Априорный расчет адсорбции компонентов бинарных смесей флюидов на микропористых адсорбентах/Толмачев A.M., Крюченкова Н. Г., Рябухова Т. О. //Ж. физ. химии, -1994. -т. 68. -№ 2, -с.276.
  37. А. М. Langmuir, -1991. -v. 7. -p.1400.
  38. Исследование адсорбции ксенона на цеолите NaX в широком интервале давлений и температур/Фомкин A.A., Серпинский В. В., Беринг Б.П.//Изв. АН СССР. Сер. хим., -1975. -№ 6. -с.1244−1248.
  39. А. А., Серпинский В. В. Адсорбция газов, паров и жидкостей в цеолитах при высоких давлениях// Изв. АН СССР. Сер. хим., -1990. -№ 3. -с.507−511.
  40. А. А. Физическая адсорбция газов, паров и жидкостей при высоких давлениях// Дисс.. докт. физ.- мат. наук, М., ИФХ РАН. -1993.
  41. М.Е., Толмачев A.M. Подобие характеристических кривых адсорбции индивидуальных адсорбтивов на цеолитах и расчет коэффициентов подобия//Ж. физ. химии, -1987. -т. 60. -№ 1. -с.175.
  42. Minka С., Myers A. L. Adsorption from Ternary Liquid Mixtures on Solids/AIChE J., -1973 -v.19. -p.453.
  43. Sircar S., Myers A.L. Statistical Thermodynamics of Adsorption from Liquid Mixtures on Solids/J. Phys. Chem. -1970. -V.74. -№ 14. -p.2828−2834.
  44. D. H. // Trans. Faradey. Soc. -1964. -№ 501 502. -P.1803−1813.
  45. А. С., Marayan K. S. Adsorption from Solution by Graphite Surface//Chemistry and Physics of Carbon. N. Y. -1966. -P.197−224.
  46. Г. JI. Модель ные расчеты полимолекулярной адсорбции индивидуальных паров и растворов неэлектролитов// Дисс.. докт. хим. наук. М., -1991. -209с.
  47. Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии. М.:Высш. шк. -1982. -445с.
  48. Г. Л. Адсорбция из растворов в лондоновском приближении взаимодействия адсорбат адсорбент//Ж. Физ. химии. -1987. -Т. 61. -№ 2. -С.447−452.
  49. Количественное описание адсорбции растворов неэлектролитов на макропористых адсорбентах/Толмачев A.M., Еремина Е. М., Трубников О. И., Окишева H.A.// Ж. физ. химии. -1997. -Т.71. -№ 4. -С.682−684.
  50. Г. Л. Аналитическое решение континуального варианта уравнения адсорбционного равновесия// Журн. физич. химии. -1994. -Т. 68. -W-2. -С. 305−308.
  51. A.M., Трубников О. И. Описание адсорбции паров на микропористых адсорбентах на основе молекулярной модели Оно-Кондо//Журн. физич. химии. -1998.1. Т.72 -№ 7. -С.1278−1281.
  52. А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир, 1976. — С.442−444.
  53. Справочник химика. М. JI.: Химия, Ленингр. отд., 1964. -т.2. -1168с.
  54. А. В., Шикалова И. В. Адсорбция жирных спиртов и фенолов из водных растворов на сажах//Ж. физ. Химии. -1956. -т.30. вып. I. -с.94−108.
  55. Адсорбция паров неэлектролитов на активном уг-ле/Рябухова Т.О., Окишева H.A., Рахлевская М. Н., Арзамасцева A.B.- Сарат. гос. техн. ун-т. Технолог, инт Энгельс, 1997. -6С: 4 илл. — Библиогр: 3 назв. -Рус. — Деп. в ВИНИТИ 11.02.97, № 421-В97.
  56. Адсорбция растворов неэлектролитов на активных уг-лях/Рябухова Т.О., Окишева H.A., Рахлевская М. Н., Арзамасцева A.B. Депонированная рукопись в ВИНИТИ 11.02.97. Р421-В97
  57. Адсорбция растворов неэлектролитов активными угля-ми/Рябухова Т.О., Окишева H.A., Рахлевская H.H., Арзамасцева A.B. //Теоретические основы сорбционных процессов: Материалы III Национального симпозиума. -М.: 1997. -С.33.
  58. Адсорбция спиртов и этилацетата из углеводородов на активном угле/ Т. О. Рябухова, A.B. Арзамасцева, H.A. Окишева, С.Н. Коновалова//Актуальные проблемы адсорбционных процессов: Материалы IV Всероссийского симпозиума. -М.: 1998. -С.54.
  59. Адсорбция из растворов на активных углях/ Т. О. Рябухова, А. Б. Арзамасцева, H.A. Окишева //Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах: Материалы V Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых. -М.: 1999. -С.6.
  60. Адсорбция спиртов из бинарных растворов на активных углях/ Т. О. Рябухова, A.B. Арзамасцева, H.A. Окишева, С.Н. Коновалова//ЖФХ. -2000. -т.74, № 2.- С.345−347.
  61. О. Г. Некоторые особенности поведения адсорбционных растворов в микропористых адсорбентах . //Адсорбция в микропорах: Тр. V Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции. -М.: Наука, -1983. -С.70−74.
  62. В.В., Якубов Т. С. Адсорбция как Гиббсов избыток и как полное содержание/Изв. АН СССР. Сер. Хим. -1985. -№ 1. -с.12−17.
  63. A.B., Шикалова И. В. Адсорбция жирных спиртов и фенолов из водных растворов на сажах//Ж. физ. Химии. -1956. -т.30, вып. 1. -с.94−108.
  64. В.П., Морачевский А. Г., Панов М. Ю. Тепловые свойства растворов неэлектролитов. Справочник. Л.: Химия, 1981, 264 С.
  65. Т.О. Адсорбция кислородсодержащих органических соединений из трехкомпонентный растворов микропористыми сорбентами: Дис.. канд. хим. наук. Саратов: СПИ, -1990.-150с.
  66. H.A. Модельные расчеты адсорбционных равновесий бинарных растворов неэлектролитов на макропористых адсорбентах: Дис.. канд. хим. наук,. Саратов: СГТУ, -1996.-183 с.
  67. Т. Прикладная химическая термодинамика. Модели и расчеты. М.:Мир, 1988. -с.148−217.
  68. H.A. Молекулярные теории растворов. Л.: Химия, -1987. -336с.
  69. Исследование адсорбции раствора бензол этанол на активном угле/Ларионов О.Г., Попов Е. А., Чмутов К. В. // -1974. -т.58. -№ 9. -С.1267−1268.
  70. Определение изотерм адсорбции органических растворителей на графитированной саже методом жидкостной колоночной хроматографии/Зверев С.И., Ларионов О. Г., Чмутов К. В. //Ж. физич. химии. -1974. -т.58. -№ 9. -С. 1269−1270.
  71. Исследование адсорбции раствора четыреххлористый углерод изооктан на активном угле/Ларионов О.Г., Попов Е. А., Чмутов К.В.//ЖФХ. -1974. -т.58. -№ 7. -С. 1839−1841.
  72. Исследование адсорбции раствора бензол четыреххлористый углерод на активном угле/Ларионов О.Г., Попов
  73. Е.А., Чмутов К.В.//ЖФХ. -1974. -т.58. -№ 7. -С.1839−1843.
  74. Исследование адсорбции раствора бензол изооктан на активном угле/Ларионов О.Г., Попов Е. А., Чмутов К.В.//ЖФХ. -1974. -т.58. -№ 7. -С.1843−1845.
  75. A.M. Априорные расчеты равновесных характеристик адсорбции многокомпонентных смесей флюидов на микропористых сорбентах/Вестник Моск. ун-та., сер. 2., Химия., -1994. -т.35 -№ 2. -С.115−134.
  76. A.M., Трубников Ю. И. О возможности расчета равновесных характеристик адсорбции бинарных смесей веществ на микропористых сорбентах//Доклады АН СССР. -1982. -№ 264. -С.116.
  77. Г. Г. Расчет равновесных характеристик адсорбции бинарных смесей веществ на микропористых адсорбентах: Дисс.. канд. Хим. наук. -М., МГУ, 1988. -194 с.
  78. Dubinin М.М. Physical adsorption of Gases and Vapors in micropores.- Progress in Surface and Membrane Sei., 1075, V.9, P. 1−70.
  79. Рид P., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.
  80. Н.Г. Расчет равновесных характеристик адсорбции бинарных и многокомпонентных смесей флюидов на микропористых сорбентах: Дис.. канд. хим. наук. Москва: МГУ, -1993.-181 с.
  81. А. М., Трубников И. Б. Термодинамика сорбции. Адсорбция бинарных смесей из паровой и жидкой фаз на микропористых адсорбентах//Ж. физ. химии. 1978. -№ 4. -С.1059−1062.
  82. Описание равновесной адсорбции растворов неэлектролитов с помощью уравнения молекулярной модели/ H.A. Окишева, Т. О. Рябухова, A.B. Арзамасцева//Актуальные проблемы адсорбционных процессов: Материалы IV Всероссийского симпозиума. -М.: 1998. -С.24.
  83. Расчет изотерм адсорбции на цеолите СаХ на основе решеточной модели/ Т. О. Рябухова, H.A. Окишева, А. Б. Арзамасцева, С.Н. Коновалова//ЖФХ. -1998. -т.72, № 12.- С.2266−2267.
Заполнить форму текущей работой