Библиографическое описание:

Богданова Д. А., Нургалиев Т. Р., Родькин Н. Г., Нуштаева А. В. Сравнительный анализ адсорбционных свойств различных адсорбентов // Молодой ученый. — 2016. — №13. — С. 97-100.



На примере адсорбции изоамилового спирта из раствора исследована адсорбционная способность гранулированного силикагеля, гранулированного активного угля и порошка-наполнителя фильтра «Аквафор». Экспериментально полученные изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции показали, что более высокой адсорбционной способностью обладает порошок «Аквафор». Величина адсорбции на данном порошке была в несколько раз выше, чем на угле и силикагеле.

Ключевые слова: поверхностное натяжение, адсорбент, адсорбция, поверхностно-активное вещество (ПАВ)

Адсорбция из раствора на твердых адсорбентах имеет большое практическое значение и широко применяется для очистки воды и воздуха, в различных процессах для разделения газовых и жидких смесей, в медицинской практике для очистки организма от токсичных веществ, в гетерогенном катализе и т. д.

Адсорбция из растворов, по сравнению с газовой адсорбцией, — значительно более сложное явление. Во-первых, скорость и величина адсорбции зависят от природы и концентрации растворенного вещества (адсорбтива) и природы растворителя. Растворенное вещество может адсорбироваться на поверхности от адсорбента, только вытесняя молекулы растворителя. Во-вторых, адсорбция зависит от химического состава и удельной поверхности самого адсорбента. В качестве адсорбентов используются активированные угли, силикагели, цеолиты др.

Для характеристики адсорбента используют изотерму адсорбции — зависимость адсорбции (Г, моль/см2) от концентрации растворенного вещества (С, моль/л). В случае твердых адсорбентов, если не известна точная площадь поверхности, адсорбцию рассчитывают как отношение количества адсорбированного вещества (x) к массе адсорбента (m): Г=x/m (моль/г) [1]. Экспериментально величину адсорбции Г=x/m находят по разности между начальной концентрацией раствора (С0) и концентрацией, установившейся при достижении адсорбционного равновесия (Сравн) [1].

Целью данной работы было исследовать и сравнить адсорбционную способность некоторых твердых адсорбентов различной природы на примере адсорбции ПАВ (поверхностно-активного вещества) из раствора.

Материалы иметоды

В качестве твердых адсорбентов применялись: 1) гранулированный силикагель; 2) гранулированный активный уголь; 3) порошок-наполнитель бытового очистителя для воды марки «Аквафор».

Для оценки адсорбционной способности в качестве адсорбтива применяли изоамиловый спирт (3-метил-бутанол-1) — (CH3)2CHCH2CH2OH — неионогенное ПАВ с плотностью 0,81 г/см3. Изоамиловый спирт ядовит, является основным компонентом сивушного масла. Готовили растворы (с использованием дистиллированной воды) концентрацией от 0,004 до 0,2 моль/л.

Поверхностное натяжение раствора измеряли методом максимального давления в пузырьке воздуха с помощью прибора Ребиндера [2]. Величину адсорбции на поверхности жидкость/твердый адсорбент — Г=x/m (моль/г) — рассчитывали по уравнению:

Лабиринт

где С0 и Сравн — начальная и равновесная концентрация спирта в растворе, соответственно; V — объем раствора (25 мл); m — масса твердого адсорбента (1 г).

Размер частиц адсорбентов определяли методом оптической микроскопии с применением видеокамеры Levenhuk C510.

Результаты

На примере адсорбции ПАВ (изоамилового спирта) из раствора исследована адсорбционная способность гранулированного силикагеля, гранулированного активного угля и порошка «Аквафор». На рис. 1 показаны микрофотографии гранул этих адсорбентов. Размер и форма гранул: 1) силикагель — сферические гранулы диаметром 3–6 мм; 2) уголь — гранулы длиной 1–2 мм и толщиной около 1 мм; 3) порошок «Аквафор» — сферические ионообменные гранулы диаметром 160–330 мкм и угольные частицы размером 300–600 мкм.

(а) (б)

(в)

Рис. 1. Оптические микрофотографии частиц адсорбентов: а) силикагель (поверхность гранулы); б) уголь; в) порошок «Аквафор». Шкала — 500 мкм.

Силикагель — представляет собой пористые гидрофильные гранулы высушенного геля поликремниевых кислот . Активный уголь — пористый углерод, гидрофобный органический адсорбент, получаемый из древесного или каменного угля. Порошок «Аквафор» содержит ионообменное волокно «Аквален» и активированный кокосовый уголь [3]. Поскольку все адсорбенты пористые, то размер гранул не должен заметно влиять на их адсорбционные свойства.

На рис. 2 и 3 представлены экспериментально полученные изотермы поверхностного натяжения σ(С0) и изотермы адсорбции Г(Сравн), наглядно характеризующие адсорбционную способность исследованных адсорбентов. Чем больше поверхностное натяжение раствора после контакта с адсорбентом (рис. 2), и чем больше величина адсорбции при данной концентрации (рис. 3), тем выше адсорбционная способность вещества и, следовательно, тем эффективнее очистка воды с помощью данного адсорбента.

Лабиринт Рис. 2. Изотермы поверхностного натяжения σ(С0) раствора изоамилового спирта до адсорбции (сплошная линия) и после адсорбции на твердых адсорбентах

Рис. 3. Изотермы адсорбции Г(Сравн) изоамилового спирта на твердых адсорбентах: 1 — силикагель; 2 — уголь; 3 — порошок «Аквафор»

Как видно из кривых σ(С0) и Г(Сравн), более высокой адсорбционной способностью обладает порошок «Аквафор». Так, например, при равновесной концентрации изоамилового спирта 0,1 моль/л адсорбция на наполнителе «Аквафор», содержащем в основной массе угольные частицы (см. рис. 1), была примерно в 2,5 раза больше, чем на угле с гранулами миллиметрового размера, и примерно в 8 раз больше, чем адсорбция на силикагеле. Как уже было отмечено, все адсорбенты имели пористую структуру, поэтому большая эффективность «Аквафора» объясняется не размером гранул, а, возможно, более высокой удельной поверхностью и дегазацией поверхности.

Сравнительно меньшая адсорбционная активность силикагеля связана с гидрофильностью его поверхности в отличие от гидрофобных углей. Известно, что, чем лучше смачивание адсорбента растворителем, тем хуже адсорбция растворенного вещества на его поверхности [1].

Интересно, что в серии наших экспериментов по адсорбции красящего вещества чернил [4] лучшую адсорбционную активность проявил диатомит, не смотря на его гидрофильные свойства (состоит из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния). В этой же серии экспериментов адсорбция чернил на активированном угле мало отличалась от адсорбции на силикагеле и цеолите [4]. Адсорбирующимся веществом в этом случае был краситель, в состав которого входит метиловый фиолетовый, имеющий более разветвленную молекулярную структуру (три бензольных кольца) в отличие от изоамилового спирта. Вероятно, лучшая адсорбция красящего вещества чернил объясняется его более развитым углеводородным скелетом.

Заключение

Адсорбция на порошке «Аквафор» была в несколько раз выше, чем на активированном угле и силикагеле.

Литература:

  1. Кругляков П. М., Хаскова Т. Н. Физическая и коллоидная химия: учеб. пособие. М.: Высшая школа, 2010.
  2. Кругляков П. М., Нуштаева А. В., Вилкова Н. Г., Кошева Н. В. Физическая и коллоидная химия. Практикум: учеб. пособие. С.-Пб.: Лань, 2013.
  3. Аквален // Аквафор / [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.aquaphor.ru/aqualen (дата обращения 24.06.2016 г).
  4. Жанабергенова Д. Р., Мещанинова Ю. О. Определение поглотительной способности наиболее известных адсорбентов / Молодой учёный, 2015, № 11 (91), с. 492–497.
Основные термины (генерируются автоматически): изоамилового спирта, примере адсорбции, примере адсорбции ПАВ, изотермы адсорбции, твердых адсорбентов, величина адсорбции, адсорбционная способность гранулированного, адсорбции изоамилового спирта, изотермы поверхностного натяжения, способность гранулированного силикагеля, частиц адсорбентов, гранулированного активного угля, Величина адсорбции, адсорбции красящего вещества, натяжение раствора, изотерму адсорбции, зависимость адсорбции, красящего вещества чернил, величину адсорбции, твердых адсорбентах.

Ключевые слова

поверхностное натяжение, адсорбция, адсорбент, поверхностно-активное вещество (ПАВ)

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос