Ισόθερμη προσρόφησης

Οι ισόθερμες προσρόφησης αξιοποιούνται για έρευνα που σχετίζεται με τεχνικές προσρόφησης και προστασία του περιβάλλοντος. Συνήθως μελετάται χρησιμοποιώντας ένα γράφημα που ονομάζεται ισόθερμος προσρόφησης. Αντανακλά την ποσότητα του προσροφητικού που υπάρχει στο προσροφητικό υπό μορφή συνάρτησης με συγκέντρωση ή πίεση σε σταθερή θερμοκρασία. Η προσροφημένη ποσότητα κανονικοποιείται με βάση τη μάζα προσροφητικού για να συγκριθούν διαφορετικά υλικά.

Προσρόφηση Ισόθερμων

Μια επισκόπηση των ισόθερμων προσρόφησης:

• Χρησιμοποιείται για τη σύνδεση δεδομένων ισορροπίας προσρόφησης για τον χαρακτηρισμό των ροφητικών υλικών.
• Χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη τεχνικών βιομηχανικής προσρόφησης αερίου.
• Υπάρχουν ισόθερμες προσρόφησης αέριας φάσης.

Προμηθεύεται για το σχεδιασμό βιομηχανικών διεργασιών προσρόφησης αερίου. Η μερική πίεση του προσροφητή (αέριο, ατμός) ή η συγκέντρωση (υγρό) στο ρευστό, καθώς και η φόρτιση διαλυμένης ουσίας του προσροφητή, που ορίζεται ως μάζα, mole ή όγκος προσροφητικού υλικού ανά μονάδα μάζας, mole ή όγκου του προσροφητικού, χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν την ισορροπία.

Σε σύγκριση με τις αναλογίες ατμού-υγρού και υγρού-υγρού, όπου η θεωρία χρησιμοποιείται συνήθως για την εκτίμηση της κατανομής φάσεων, δεν υπάρχει κατάλληλη θεωρία για ισορροπίες προσρόφησης υγρού-στερεού. Επομένως, απαιτούνται πειραματικά δεδομένα ισορροπίας για μια συγκεκριμένη διαλυμένη ουσία ή συνδυασμούς διαλυμένων ουσιών ή διαλύτη και ένα δείγμα του πραγματικού στερεού προσροφητικού υλικού που ενδιαφέρει, όπως εξηγείται στην επισκόπηση των ισοθερμών προσρόφησης.

Εάν τα δεδομένα συλλέγονται σε ένα εύρος συγκεντρώσεων ρευστού σε σταθερή θερμοκρασία, μπορεί να δημιουργηθεί ένα διάγραμμα φόρτωσης διαλυμένης ουσίας στο προσροφητικό έναντι της συγκέντρωσης ή της μερικής πίεσης στο ρευστό. Αυτό είναι ένα παράδειγμα ισόθερμου διαγράμματος προσρόφησης. Επικεντρωθήκαμε στην προσρόφηση στην αέρια φάση. Η προσρόφηση στην υγρή φάση έχει τις ισόθερμες της.

Ισοθερμία της προσρόφησης Freundlich

Το 1909, ένας Γερμανός χημικός ονόματι Freundlich πρότεινε μια εμπειρική σχέση μεταξύ της ποσότητας αερίου που προσροφάται από μια μονάδα μάζας στερεού προσροφητικού και της πίεσης σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Για να το εκφράσουμε, χρησιμοποιούμε την ακόλουθη εξίσωση:

x/m =k.P(n> 1)

όπου το «x» υποδηλώνει τη μάζα του αερίου που προσροφάται στη μάζα «m» του προσροφητικού. Οι μεταβλητές «k» και «n» καθορίζονται από τον τύπο προσρόφησης και το αέριο σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Η μάζα του αερίου που προσροφάται ανά γραμμάριο προσροφητικού απεικονίζεται σε γραφική παράσταση έναντι της πίεσης σε σχήμα καμπύλης για να τονιστεί η σχέση. Η φυσική προσρόφηση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας σε σταθερή πίεση. Σε υψηλή πίεση, οι καμπύλες επιτυγχάνουν κορεσμό. Εάν λάβετε το αρχείο καταγραφής της παραπάνω εξίσωσης, θα λάβετε

log x/m =log k + 1/n log P

Για να ελέγξετε εάν η ισόθερμη Freundlich είναι γνήσια, σχεδιάστε το log x/m στον άξονα y και το log P στον άξονα x. Η ισόθερμη Freundlich είναι θεμιτή εάν η γραφική παράσταση δείχνει μια ευθεία γραμμή. αλλιώς δεν είναι. Η τιμή 1/n δίνεται από την κλίση της ευθείας γραμμής, ενώ η τομή δίνει την τιμή του log k στον άξονα y.

Περιορισμοί της ισόθερμης Freundlich

Η ισόθερμη Freundlich προσεγγίζει μόνο τη συμπεριφορά προσρόφησης. Επιπλέον, επειδή η τιμή του 1/n μπορεί να είναι οπουδήποτε μεταξύ 0 και 1, η εξίσωση ισχύει μόνο για ένα στενό εύρος πιέσεων.

Εάν 1/n =0, το x/m είναι ίσο, η προσρόφηση είναι μεταβλητή πίεσης.

Η προσρόφηση είναι ακριβώς ανάλογη της πίεσης όταν 1/n =1, x/m =k P

Και οι δύο παραπάνω συνθήκες υποστηρίζονται από πειραματικά αποτελέσματα. Οι πειραματικές ισόθερμες φαίνεται να προσεγγίζουν πάντα τον κορεσμό σε υψηλή πίεση. Η ισόθερμη Freundlich αποτυγχάνει να εξηγήσει αυτό το εύρημα σε υψηλή πίεση, καθώς δεν το λαμβάνει υπόψη.

Δύο ακόμη ισόθερμες ακολούθησαν την ισόθερμη Freundlich:η ισόθερμη προσρόφησης Langmuir και η ισόθερμη προσρόφησης BET. Η ισόθερμη Langmuir υπέθετε προσρόφηση μονοστιβάδας στη φύση, ενώ η ισόθερμη BET υπέθετε πολυστρωματική προσρόφηση.

Ισόθερμος Προσρόφησης ΣΤΟΙΧΗΜΑΤΟΣ

Η θεωρία εξηγεί τη διαδικασία προσρόφησης των σωματιδίων αερίου σε μια στερεή επιφάνεια και αποτελεί τη βάση για μια κριτική εξέταση της μέτρησης της ειδικής επιφάνειας του υλικού.

Χαρακτηριστικά

• Μόνο σε καλά καθορισμένες ενεργές πλευρές προσρόφησης πραγματοποιείται προσρόφηση.
• Η προσρόφηση είναι μια πολυεπίπεδη διαδικασία.
• Η προσρόφηση είναι μια φυσική διαδικασία.
• Τα μόρια προσροφητικού υλικού στο ανώτερο στρώμα βρίσκονται σε ισορροπία.

Συμπέρασμα

Μάθαμε για την εισαγωγή των Freundlich και Langmuir στην ισόθερμη προσρόφησης. Επιδράσεις θερμοκρασίας στην προσρόφηση, στην προσρόφηση από υγρά και σε ορισμένες εφαρμογές προσρόφησης. Μερικά παραδείγματα χρήσεων προσρόφησης είναι τα εξής:

• Δηλητηριώδη αέρια προσροφούνται στην επιφάνεια των μασκών αερίων των εργαζομένων στον άνθρακα, εμποδίζοντάς τους να έρθουν σε επαφή μαζί τους.
• Σχηματίζεται ένα κενό με την απορρόφηση υπολειμμάτων αέρα στον άνθρακα και την απομάκρυνσή τους από τις συσκευές που εκκενώνονται.
• Τα σφαιρίδια γέλης πυριτίου απορροφούν την υγρασία και ελέγχουν την υγρασία σε φάρμακα και νέα πλαστικά μπουκάλια.
• Αφαίρεση χρώματος για να ληφθεί ένα διαυγές υγρό διάλυμα, ο χυμός ζαχαροκάλαμου επεξεργάζεται με ζωικό κάρβουνο για να αφαιρεθεί το στοιχείο χρωματισμού.
• Οι καταλύτες είναι άνθρωποι που βοηθούν τα πράγματα να συμβούν. Ως καταλύτες, χρησιμοποιούνται κατάλληλα υλικά για την προσέλκυση αντιδρώντων στις επιφάνειές τους, επιτρέποντας στην αντίδραση να προχωρήσει πιο γρήγορα και με ταχύτερο ρυθμό.