Адсорбция на границе раздела "твердое тело - газ"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Адсорбция на границе раздела "твердое тело - газ"

2.Классификация пористых тел по Дубинину

3.Капиллярная конденсация

4.Расчет основных параметров совместного действия молекулярных сил и сил гравитации

5. Пористые адсорбенты. Капиллярная конденсация

Заключение

Список используемой литературы



Введение

адсорбция газ капиллярный гравитация

Адсорбция - процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемом фазы.

Адсорбция может наблюдаться в многокомпонентных системах и при перераспределении в поверхностный слой уходит тот компонент, который сильнее понижает поверхностное натяжение. В однокомпонентной системе при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры - уплотнение, которое называется автоадсорбцией.

В общем случае адсорбция может происходить не только благодаря стремлению поверхностной энергии к уменьшению, но и за счет химической реакции компонентов с поверхностью вещества. В этом случае поверхностная энергия может даже увеличиваться на фоне снижения энергии всей системы.

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое перераспределяется - адсорбатом.

Обратный процесс перехода вещества с поверхности в объем фазы - десорбция.



1. Адсорбция на границе раздела "твердое тело - газ"

В зависимости от агрегатного состояния фаз различают адсорбцию газа на твердых адсорбентах, твердое тело - жидкость, жидкость - жидкость, жидкость - газ. Для количественного описания адсорбции применяют две величины: первая измеряется числом молей или граммами, приходящимися на единицу поверхности или массы адсорбента:

А = m1/m2 - абсолютная адсорбция, А = ni/S.

Величина, определяемая избытком вещества в поверхностном слое, также отнесенным к единице площади поверхности или массы адсорбента, называется Гиббсовской или относительной адсорбцией (Г)[1].

Адсорбция зависит от концентрации компонентов и температуры.

А = f(c,T)- жидкость;

А = f(P,T)- газ

Поскольку в качестве твердых адсорбентов используют пористые тела, рассмотрим некоторые методы получения твердых тел. Основных методов два.

1. Первый метод заключается в синтезе гидрозоля, который затем подвергают коагуляции до получения геля. Гель высушивают, частицы в результате этих операций срастаются с образованием твердого каркаса. Так как частицы золя высокодисперсны, то пористый материал получается с большой удельной поверхностью. Для удобства использования комки дробят, таблетируют, гранулируют. Обычно размер зерен адсорбента имеет предел от 0.1 до 7 микрон. Таким образом получают силикагель и другие адсорбенты.

2. Второй метод заключается в обработке крупнопористых материалов агрессивными газами или жидкостями. При такой обработке образуется губчатая структура. Этим методом получают активированный уголь из природных материалов, из которых сначала удаляют летучие вещества при нагревании без доступа воздуха. В результате образуется крупнопористая структура. Затем активируют уголь путем окисления газом кислорода или СО2, или водяным паром. Таким же образом получают никель Рэнея, т.е. берут сплав никеля и алюминия и его высушивают[2].

2. По классификации М.М. Дубинина за основу принят размер пор и механизм протекающих на них процессов

1. Макропористые тела. Радиус пор от 100 - 200 нм, Sуд = 0.5 - 2 м2/г - Для этих же адсорбентов пригодна теория адсорбции Ленгмюра. В адсорбентах и катализаторах макропоры выступают в качестве транспортных каналов и адсорбцией в них можно пренебречь.

2. Переходно-пористые тела. Радиус пор более 2 - 100 нм, Sуд = 100 - 500 м2/г. Для них характерна полимолекулярная адсорбция, которая с увеличением давления заканчивается капиллярной конденсацией.

3. Микропористые тела. Радиус пор 0.5 - 2 нм, Sуд = 500 - 1000 м2/г. Отличительной особенностью этих тел является чрезвычайно близкое расположение противоположных стенок в порах. При этом их поля поверхностных сил перекрываются и они действуют во всем объеме микропор. К ним применима теория объемного заполнения микропор[3].

3. Капилярная конденсация

Реальные и промышленные адсорбенты имеют набор всех пор, но соотношение пор с разными радиусами различно. Каких пор больше, к такому классу их и относят.

Как уже отмечалось, влияние структуры пористого тела на адсорбцию заметно проявляется уже на переходно-пористых телах. Это обусловлено проявлением капиллярных сил. Появление этого связано со сродством адсорбата к адсорбенту. Основываясь на закономерностях капиллярных явлений, можно утверждать, что сродство должно быть достаточно для смачивания поверхности твердого тела жидкостью, появляющейся в результате конденсации в порах. Только в случае смачивания адсорбент будет втягивать в поры адсорбат, увеличивая тем самым адсорбцию. Чем меньше размер пор, тем сильнее капиллярное удерживание адсорбата. Если поверхность не смачивается, то наблюдается явление капиллярного выталкивания, адсорбция в этом случае минимальна и возможна только в крупных порах. Адсорбция в переходно-пористых телах происходит по механизму капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация начинает проявляться при определенной степени заполнения адсорбента или при определенном давлении пара, характерном для данной системы. К этому моменту поверхностная энергия адсорбции практически полностью скомпенсирована в результате полимолекулярной адсорбции, а макропоры заполнены адсорбатом. В результате повышения давления пара заполняются конденсатом все крупные поры.

4. «Расчет основных параметров совместного действия молекулярных сил и сил гравитации: капиллярные явления на пористых адсорбентах»

Решение проблем пожаровзрывобезопасности состоит в познании сложных физико-химических процессов и законов, обуславливающих поведение материалов, конструкций и систем в целом при пожаре, а также в разработке таких испытаний, которые дают информацию, позволяющую прогнозировать поведение материала при возникновении, развитии и тушении пожара.

В настоящее время пористые материалы широко применяются в народном хозяйстве. Области их применения постоянно расширяются благодаря разработке методов получения пористых материалов с принципиально новыми свойствами: углеродных композиционных материалов, молекулярных сит, волокон, фуллеренов, нанотрубок и др.

Для того чтобы правильно применять материалы, необходимо знать их свойства, которые в свою очередь зависят от химического состава, строения, микро- и макроструктуры. К таким показателям относятся: удельная поверхность дисперсных и пористых материалов, глубина проникновения вещества в объём изделия, средний радиус пор.

Подавляющее большинство используемых в строительстве материалов являются либо потенциальным источником возникновения пожара, либо не имеют достаточной устойчивости, попадая в его очаг. К первым относятся почти все отделочные материалы, утеплители, деревянные и полимерные изделия, ко вторым - металлоконструкции.

Установлено, что при оценке пожарной опасности некоторых видов строительных материалов ранее не уделялось должного внимания возникновению и развитию в них процесса тления. Процесс тления очень часто определяет начальную стадию развития пожара в городских квартирах, он характерен для пожаров с участием различных теплоизоляционных материалов (высокопористые неплавящиеся горючие материалы, в порах которых имеется некоторое количество кислорода, достаточное для окисления некоторой части газообразных продуктов пиролиза, склонны к тлению).

Прочность строительных пористых материалов, к которым, в частности, относятся лёгкие бетоны, в большой степени зависит от их пористости. С одной стороны поры с размерами порядка нескольких микрон и более крупные, снижают механические показатели строительных материалов, с другой - на них происходит обрыв роста макротрещин, что способствует повышению долговечности изделий и улучшает отношение прочности при сжатии к прочности при растяжении материалов. Особенно большое значение это имеет для конструкционных материалов или для материалов, подвергающихся временным нагрузкам, так как их преждевременная деструкция может привести к потере несущей способности конструкции и аварийной ситуации.

Капиллярные явления связаны с искривлением поверхности раздела фаз.

Так, на жидких поверхностях поверхностное натяжение у вызывает возникновение добавочного капиллярного давления ДР, связанного с радиусом кривизны r соотношением

(I)

в случае сферической поверхности раздела фаз;

и соотношением

(II)

в случае цилиндрической поверхности раздела фаз.

Вблизи твёрдой поверхности поверхность жидкости искривляется вследствие смачивания (вогнутый мениск) или несмачивания (выпуклый мениск) (рис.5). Как показано на рис. 5, капиллярное давление направлено в сторону центра кривизны. Ему противодействует гидростатическое давление, которое пропорционально высоте поднятия жидкости в капилляре h.

При равновесии оба давления равны друг другу, т.е.

ДР = с·g·h (1)

или

(2)

Обычно радиус кривизны r заменяют известной величиной - радиусом капилляра r_o, используя соотношение

r_o = r·cos и (3)

Совместное решение уравнений (2) и (3) приводит к следующему равенству:

(4)

Рисунок 1. Капиллярные явления:

а - жидкость смачивает стенки капилляра (отрицательная кривизна);

б - жидкость не смачивает стенки капилляра (положительная кривизна);

в - схематичное изображение мениска: r_o - радиус капилляра; и - угол смачивания

Если принять, что поверхность раздела фаз имеет форму полусферы, то формула (4) упрощается:

(5)

Пористыми называют те твёрдые тела, внутри которых имеются поры, обусловливающие наличие внутренней межфазной поверхности. Поры могут быть заполнены газом или жидкостью.

Для характеристики адсорбента используется понятие «пористость» П:

(6)

По размеру пор и механизмам протекающих в них процессов пористые тела подразделяют на микропористые, мезопористые и макропористые.

Микропористые тела обладают порами, соизмеримыми с теми молекулами, адсорбция которых изучается. Радиусы таких пор лежат в пределах от 05, нм до 1,5-2 нм. К микропористым телам относятся цеолиты, активные угли и некоторые ксерогели.

Мезопористые тела характеризуются радиусами пор в пределах от 2 до 100-200 нм. К ним относятся активированные угли, силикагели, алюмогели и другие адсорбенты.

Макропористые тела имеют поры радиусом больше 100-200 нм. Такие поры по сравнению с адсорбированными молекулами - выглядят как ровные поверхности, поэтому к ним применимы теории адсорбции на гладкой поверхности.

Теория Поляни называется потенциальной теорией объёмного заполнения микропор. В основе этой теории лежит представление о силовом (потенциальном) поле адсорбента, распространяющемся на значительное расстояние от поверхности.

Размеры микропор таковы, что в них происходит перекрытие полей поверхностных сил противоположных стенок пор. В это поле, напоминающее атмосферу, «попадают молекулы» газа, в порах происходит уплотнение молекул. В теории Поляни сделано допущение о том, что практически все вещества в порах находятся в жидком состоянии.

В качестве меры интенсивности взаимодействия между микропористым телом и газом принят адсорбционный потенциал е, который численно равен работе переноса 1 моль вещества с поверхностного слоя с давлением насыщенного пара Р_о в равновесную газовую фазу с давлением Р:

(7)

При заполнении пор жидким адсорбатом граница между жидкостью и газовой фазой искривляется - возникает капиллярное давление.

При равновесии работа гравитационных сил уравновешивается работой капиллярных сил А_к в расчёте на 1 моль жидкости:

, (8)

где r - радиус кривизны, который в данном случае из-за малого размера пор совпадает с их радиусом; у - поверхностное натяжение жидкости; V_M (м³/моль, см³/моль) - молярный объём жидкого адсорбата, равный отношению молярной массы к плотности этого адсорбата.

Приравнивая соотношение е и А_к , получаем

. (9)

Используя уравнение (9), можно рассчитать радиус пор.

Задача теории - перейти от обычных координат изотермы к зависимости адсорбционного потенциала от расстояния от поверхности. Однако последнее для пористого адсорбента определить не представляется возможным, поэтому на практике расстояние от поверхности заменяется объёмом жидкого адсорбата ц, приходящегося на единицу массы адсорбента. Этот объём можно определить на основании экспериментальных данных, если известна величина удельной адсорбции Х (моль/г или моль/кг), по формуле

ц = Х·V_М . (10)

Кривая зависимости е от ц называется характеристической кривой.

Обнаружено, что характеристические кривые, построенные по экспериментальным данным изотерм, инвариантны по отношению к температуре: всё семейство изотерм ложится на одну кривую е - ц.

Второе важное свойство характеристических кривых таково: для одного и того же адсорбента и разных адсорбатов при всех значениях объёмов адсорбата в поверхностном слое все кривые находятся в постоянном отношении в:

, (11)

где е_о - адсорбционный потенциал для адсорбата, выбранного в качестве стандартного.

Коэффициент в был назван коэффициентом аффинности (сродства).

5. Пористые адсорбенты. Капиллярная конденсация

В случае мезопористых адсорбентов процесс взаимодействия адсорбентов с газом осложняется процессом капиллярной конденсации.

Капиллярная конденсация - это конденсация парообразного вещества на пористых твердых телах с размером пор от 2 до 200 нм при давлениях, меньших давления насыщенного пара этого вещества над плоской поверхностью (P_s).

Возможность капиллярной конденсации следует из уравнения Кельвина (Томсона) для отрицательной кривизны. Капиллярные явления, уравнение (9)):

. (12)

в случае сферической поверхности раздела фаз (уравнение (I)) или из уравнения

. (13)

в случае цилиндрической поверхности раздела фаз (уравнение (II)).

Исходя из соотношений (12) и (13), выразим величины давлений над искривлённой поверхностью:

(14)

Соответственно для цилиндрической поверхности раздела фаз имеем:

(15)

Из соотношений (12) - (15) следует, что над вогнутыми менисками пар становится насыщенным при Р < P_s , т.е. в капиллярах конденсация пара будет происходить при меньших давлениях пара, чем над жидкостью с плоской поверхностью.



Рисунок 2. Изотермы капиллярной конденсации в порах различной формы:

Х - количество моль поглощённого вещества в расчёте на единицу массы;

а) конусообразная форма пор;

б) цилиндрическая форма пор с закрытым концом с одной стороны;

в) цилиндрическая форма пор с открытыми концами

Вид изотерм капиллярной конденсации зависит от формы пор. Несмотря на то, что в реальных телах имеются поры различной формы и различных размеров, процесс капиллярной конденсации можно охарактеризовать, используя три основные модели:

1) идеальное пористое тело с одинаковыми порами конусообразной формы;

2) идеальное пористое тело с одинаковыми порами цилиндрической формы с закрытым концом;

3) идеальное пористое тело с одинаковыми порами цилиндрической формы с открытыми концами.

Конденсация в конусообразных порах начинается со дна пор, где кривизна наибольшая. Участки гладкой поверхности и поверхность пор покрываются тонким слоем молекул исследуемого вещества при совместном действии сил поверхностного натяжения и смачивания (участок АО).

Затем, как только на дне поры образуется зародыш конденсации, пар начинает конденсироваться, когда давление пара над этой поверхностью достигнет значения P_r согласно (14).

Сконденсировавшаяся жидкость продвигается в более широкую часть поры. Это приводит к увеличению радиуса кривизны r и увеличению давления P_r . Следовательно, для того, чтобы пар продолжал конденсироваться, нужно увеличивать внешнее давление (отрезок АВ на рис.6, а). После окончания процесса конденсации количество поглощённого вещества немного увеличивается вплоть до достижения значения P = P_s  (участок ВС). Обратный процесс - деконденсация - описывается той же кривой.

В цилиндрических порах с одним открытым концом конденсация начинается также со дна пор, где кривизна сферическая и поэтому наибольшая. Участки гладкой поверхности и поверхность пор покрываются тонким слоем молекул исследуемого вещества при совместном действии сил поверхностного натяжения и смачивания (участок ОА).

Затем, как только на дне поры образуется зародыш конденсации, пар начинает конденсироваться, когда давление пара над этой поверхностью достигнет значения P_r согласно (15). Конденсация на стенках цилиндрической поры уменьшает диаметр поры, что приводит к ее мгновенному заполнению при давлении, отвечающем началу конденсации. Так как в процессе капиллярной конденсации радиус мениска не меняется, цилиндрическая пора, закрытая с одного конца, заполняется при постоянном значении давления (участок АВ). После окончания процесса конденсации количество поглощённого вещества немного увеличивается вплоть до достижения значения P = P_s (участок ВС). Процесс конденсации описывается той же кривой.

В цилиндрической поре, открытой с обоих концов, шаровидный мениск в процессе конденсации не образуется. Здесь также вначале участки гладкой поверхности и поверхность пор покрываются тонким слоем молекул исследуемого вещества при совместном действии сил поверхностного натяжения и смачивания (участок ОА).

Затем конденсация начинается на внутренних стенках пор и продолжается до тех пор, пока уменьшающийся радиус цилиндра не достигнет критического значения, при котором капилляр почти мгновенно заполняется жидкостью (отрезок АВ).

После заполнения капилляра на его концах образуются шаровидные мениски, соответствующие P = P_ц . После окончания процесса конденсации количество поглощённого вещества немного увеличивается вплоть до достижения значения P = P_s (участок ВС ).

При деконденсации вначале испаряется небольшое количество жидкости с гладкой поверхности, затем в устья капилляра вдавливаются шаровидные мениски растущей кривизны, и вся жидкость, которая была сконденсирована в капилляре, испаряется. Таким образом, опорожнение капилляра происходит при меньшем давлении, чем его заполнение, деконденсационная кривая постепенно опускается до точки А.

В результате кривая конденсации не совпадает с кривой деконденсации - появляется петля капиллярно - конденсационного гистерезиса.

На практике изотермы капиллярной конденсации отражают наличие пор различной формы, поэтому вид изотермы зависит от природы исследуемого образца (чаще всего на кривых капиллярной конденсации наблюдается петля гистерезиса). Конденсационную ветвь изотермы капиллярной конденсации (прямой процесс) используют для расчёта пористости адсорбента и нахождения распределения пор по радиусам.

Пористость - объём пор единицы массы адсорбента без учёта слоя поглощённого вещества до точки А - рассчитывают по формуле

, (16)

где Х - удельная величина, равная количеству моль поглощённого вещества на 1 г или 1 кг твёрдого тела; V_M - молярный объём сконденсировавшегося пара (м³/моль).

Для твёрдых тел, размер пор в которых колеблется в пределах от 2 до 200 нм, предлагается следующее уравнение, связывающее пористость с величиной е, которая называется адсорбционным потенциалом:

, (17)

где V_o - предельный объём пор; k` - эмпирическая константа

Адсорбционный потенциал определяется по формуле

. (18)

Очевидно, что зная е и объём поглощённого вещества, можно определить предельный объём пор V_o , если построить график зависимости ln V от е (уравнение (17)); отрезок, отсекаемый данной прямой на оси ординат, равен ln V_o).

Определив V_o , далее строят интегральную кривую распределения пор по радиусам в координатах V_пор = f(r) по кривой деконденсации.

Эффективный радиус мениска в порах находят по уравнению Томсона (12), так как процесс деконденсации осуществляется для сферичсекой поверхности раздела фаз.

Интегральная кривая распределения пор по радиусам позволяет определить объём пор определённого размера.

С помощью графического дифференцирования строят дифференциальную кривую распределения пор по радиусам в координатах ДV_пор / Дr - r_ср . По дифференциальной кривой легко определить относительную долю пор любых размеров в данном пористом теле (то есть объем конкретной фракции пор). Например, площадь заштрихованного участка определяет объем пор, размеры которых лежат в пределах от r₁ до r₂. Чем резче выражен максимум и уже дифференциальная кривая, тем меньше различаются поры по размерам. Кроме того, по дифференциальной кривой можно определить, к какому типу относится данное пористое тело.

Рисунок 3. Интегральная (а) и дифференциальная кривые распределения пор по радиусам

1. Используя данные таблиц для каждого из вариантов, постройте на одном графике три изотермы адсорбции SO₂ на силикагеле; проследите зависимость адсорбции от температуры.

2. Рассчитайте е и ц и составьте таблицу рассчитанных значений этих величин (учтите, что объём поглощённого SO₂ приведён к нормальным условиям, с(SO₂(ж)) = 1,4619 г/см³).

Для определения е используйте значения давлений Р_о при различных температурах для исследованного адсорбата.

t = 30 ^оС

Р, мм рт. ст.	0	102	148	196	248
	0	38,0	45,2	51,2	56,9



t = 40 ^оС

Р, мм рт. ст.	0	132	180	234	288
	0	36,8	42,4	47,7	52,6

t = 57 ^оС

Р, мм рт. ст.	0	235	350	475	605
	0	34,9	43,6	51,3	58,55

1. Строим изотерму адсорбции.

2. Для построения характеристической кривой предварительно рассчитаем адсорбционный потенциал е и величину ц.

Для определения е нужно знать давление Р_о при различных температурах, для исследованного адсорбата.

Зависимость Р_о для SO₂ от температуры

t ,oC	0	30	40	57	80
Р, мм рт. ст.	116,2	349,6	471,2	780,0	1368,0

Рисунок 4. Изотерма адсорбции

Для расчёта е берём R = 8,314 ; Т = 273 К.

Для Р = 17,6 мм рт. ст. имеем:

.

Для Р = 20 мм рт. ст. имеем:

.

Для Р = 31 мм рт. ст. имеем:

.

Для Р = 47 мм рт. ст. имеем:

.

Для Р = 60 мм рт. ст. имеем:

.

Для Р = 67 мм рт. ст. имеем:

.

Для расчёта ц объём газа в см³ переводим в моль (т.к. в данном случае объёмы пересчитаны на нормальные условия, для нахождения числа моль следует величину объёма V разделить на 22,4 л = 22,4·10³ см³).

Для V = 28,20 см³ имеем:

.

Для V = 30,7 см³ имеем:

.

Для V = 38,4 см³ имеем:

.

Для V = 46,05 см³ имеем:

.

Для V = 51,2 см³ имеем:

.

Для V = 53,2 см³ имеем:

.

Затем, для найденных значений n, используя (10) получим:

;

;

; ;

,

где 64 г/моль - молярная масса SO₂; 1,4619 г/см³ - плотность жидкого SO₂.

Полученные расчётные данные представлены в табл. 4.

Зависимость е от ц для адсорбции SO₂ на силикагеле при 0 ^оС

е , Дж/моль	4283,9	3993,8	2999,0	2054,5	1500,2	1249,8
ц, мм3/г	55,1	59,9	75	90	100,1	103,9

Используя данные построим характеристическую кривую.

В данном случае получилась прямолинейная зависимость, так как интервал давлений мал.

3. Определим минимальный и максимальный радиус пор. С этой целью воспользуемся формулой

, (9,а)

полученной из формулы (9).

Очевидно, что для получения радиусов капилляров нужно знать поверхностное напряжение жидкого SO₂. В табл. 5 представлена зависимость у от температуры.

Функция у - t для жидкого сернистого ангидрида

t ,oC	0	30	40	80	100
у·10-3 Дж/м2	28,5	22,75	21,00	13,10	9,25



Используя данные табл. 4, табл. 5 и значение

получаем:

Рисунок 5. Характеристическая кривая для адсорбции SO₂ на силикагеле при 0 ^оС

,

.

Используя экспериментальные данные по конденсации и деконденсации паров бензола на силикагеле при Т = 293 К, постройте изотерму капиллярной конденсации, т.е. покажите зависимость величины Х прямого (Х_пр) и величины Х обратного (Х_обр) процессов от Р/Р_s . Покажите наличие гистерезиса. Используя ветвь деконденсации, постройте интегральную и дифференциальную кривые распределения пор по радиусам.

Зависимость Х_пр от Р/Р_s  и Х_обр от Р/Р_s

А - метанол; В - активированный уголь; Т = 293 К; V_M = 40,43·10-⁶ м³/моль; у = 22,61·10-³ Дж/м²

Р/Рs	0	0,3	0,55	0,7	0,725	0,75	0,775	0,8	0,825	0,85	0,875	0,9
Хпр , моль/кг	0	7,50	17,5	27,0	29,37	31,82	34,47	37,0	39,65	42,95	46,0	47,0
Хобр , моль/кг	0	7,50	17,5	27,0	30,04	34,0	38,0	40,7	42,5	44,1	46,0	47,0

В соответствии с условием задачи строим изотерму капиллярной конденсации. Для построения интегральной кривой распределения пор по радиусам воспользуемся следующими физическими параметрами для бензола при Т = 293 К: у = 28,88·10-³ Дж/м² ; с = 0,879·10³ кг/м³ .

Адсорбционный потенциал определим по формуле (18)

.

;

;

;

;

;

;

;

;

;



Рисунок 6. Зависимость Х_пр от Р/Р_s (1) и Х_обр от Р/Р_s (2)

;

;

;

;

;

.

Объём пор рассчитываем по формуле (17), а их радиус по формуле (9):

.

;

;

;



;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Данные, необходимые для построения интегральной кривой распределения пор по радиусам.

Зависимость объёма пор от радиуса пор

r, нм	V·10-6 , м3/кг	r, нм	V·10-6 , м3/кг	r, нм	V·10-6 , м3/кг
1,05	86,94	4,23	341,64	5,4	786,21
1,51	124,23	4,63	474,73	5,64	820,84
2,17	150,82	4,71	545,73	7,85	908,69
2,85	190,77	4,75	604,31	12,50	927,33
3,62	248,45	4,84	646,02	28,97	931,77

Для построения дифференциальной кривой распределения пор по радиусам используем точки, находящиеся между началом (точка А, рис. 11) и концом (точка В, рис. 11) петли гистерезиса (табл. 8).

Рисунок 7. Интегральная кривая распределения пор по радиусам

Функция распределения пор по радиусам

r, нм	V·10-6 , м3/кг	Дr, нм	ДV·10-6 , м3/кг		rср, нм
1,51	124,23	-	-	-	-
2,17	150,81	0,66	26,60	40,31	1,84
2,84	190,74	0,69	39,93	57,87	2,52
3,61	248,43	0,76	57,67	75,88	3,24
4,25	341,61	0,63	93,17	147,90	3,94
4,67	474,72	0,38	133,10	350,28	4,43
4,69	545,74	0,08	70,98	887,37	4,62
4,61	604,30	0,07	58,56	836,70	4,75
4,88	646,00	0,10	41,70	417,11	4,81
5,43	786,21	0,57	140,20	245,97	5,16
5,65	820,84	0,21	34,60	164,80	5,55
7,84	908,61	2,19	87,81	40,10	6,75
12,50	927,32	4,66	18,62	4,03	10,17
28,96	931,75	16,46	4,48	0,22	20,73

Используя данные, строим дифференциальную кривую распределения пор по радиусам.



Рисунок 8. Зависимость производной от r_ср (среднего радиуса фракции)

Из рисунке 8 следует, что поры данного силикагеля в основном имеют размер порядка 5 нм.



Заключение

Уравнение Ленгмюра можно использовать только при адсорбции в мономолекулярном слое. Это условие выполняется при хемосорбции, физической адсорбции газов при меньшем давлении и температуре выше критической.

Однако в большинстве случаев мономолекулярный адсорбционный слой не компенсирует полностью избыточную поверхностную энергию и поэтому остается возможность влияния поверхностных сил на второй и т.д. адсорбционные слои. Это реализуется в том случае, когда газы и пары адсорбируются при температуре ниже критической, т.е. образуются полимолекулярные слои на поверхности адсорбента, что можно представить как вынужденную конденсацию.

При обработке экспериментальных данных уравнение БЭТ используют в линейной форме, таким образом, графически находят обе константы уравнения.



Список используемой литературы

1. Коровин, Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. - М.: Высшая школа, 2002.

2. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебное пособие для вузов / Н.А. Глинка; под. ред. А.И. Ермакова. - М.: Интеграл-Пресс, 2003.

3. Еремин, В.В. Основы физической химии. Теория и задачи: учебное пособие для вузов / В.В. Еремин, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. - М.: Экзамен, 2005.

4. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов / Н.С. Ахметов. - М.: Высшая школа, 1998.

5. Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. - М. : Химия, 2000.

6. Угай, Я.А. Общая и неорганическая химия / Я.А. Угай. - М.: Высшая школа, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...