КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Експериментальна частинаВисновки Результати Таблиця 7.1 – Результати дослідів
8 Лабораторна робота: Мета роботи: вивчити методи експериментального визначення поруватості каталізатора. 8.1 Короткі теоретичні відомості Поруватість, частка об'єму пор у загальному об'ємі тіла. В широкому розумінні поняття поруватості включає в себе дані про морфологію пористого тіла. Часто структурні характеристики (розмір пор, розподіл за розмірами, об'єм пор, питома поверхня) поєднують терміном "текстура пористого тіла". Пористі тіла широко поширені в природі (мінерали, рослинні організми) і техніці (адсорбенти, каталізатори, пінопласти, будівельні матеріали, фільтри, наповнювачі, пігменти і т.п.). Відповідно до рекомендацій ІЮПАК, пористі тіла класифікують за розмірами пор, що переважають на мікропористі (пори до 2 нм), мезопористі (від 2 до 50 нм) і макропористі (більше за 50 нм); за однорідністю цих розмірів – однорідно- і різноріднопористі тіла; за твердістю структури-на тверді й що набухають. Морфологія пористих тіл. Розрізняють корпускулярні структури, що утворюються шляхом зрощування окремих часток (зерен) різної форми й розміру, і губчаті структури, утворені не зернами, а суцільною сіткою твердої фази, в якій пори являють собою систему порожнеч і каналів. Типовий представник корпускулярної структури-силікагель, губчатої структури - пористе скло. Існують змішані структури: або частки мають губчату будову, або в порожнинах губчатих тіл є скупчення дрібних часток. Для більшості пористих тіл характерна корпускулярна структура. В аморфних ксерогелях (наприклад, силікагелі) частки мають кулеподібну форму. У кристалічних пористих тілах частки можуть бути у формі голок (γ-Аl2О3, α-Fe2O3), пластинок (MgO, CuO), волокон (хризотил-азбест), коротких трубок (галуазит),поліедрів (напилені плівки, порошки). Пори, утворені між шарами, мають форму пласких щілин (α-Аl2О3, монтморилоніт). Приклади губчатих тіл - пористі стекла, метали, полімери. Властивості поруватих тіл – підвищена питома поверхня, знижені (у порівнянні із суцільними тілами) густина, міцність і теплопровідність, тощо - в корпускулярних структурах залежать від розмірів часток, кількості та якості контактів між ними, а в губчатих структурах - від співвідношення об'ємів пор та суцільного матеріалу. Для теоретичного опису геометричних і фізико-хімічних властивостей реальних поруватих тіл, а також, процесів, що відбуваються в них, складну структуру представляють у вигляді простих моделей. Найчастіше застосовують модель ефективних циліндричних пор, не пов'язану з морфологією, в сучасних моделях розглядають також пори між глобулами, циліндричними стрижнями, круглими дисками, поліедрами, шарами. Для губчатих структур застосовують моделі цилиндричних і багатогорлих пляшкоподібних пор. Зв'язок пор між собою описується решітковими моделями. Визначення поруватості об'єм пор V визначається двома методами: 1) за граничною адсорбцією кількості речовини, що повністю заповнює всі пори, у припущенні, що щільність речовини в порах дорівнює щільності нормальної рідини; 2) за уявною (ρуявн) та істинною (ρіст) густиною пористого тіла (V= 1/ρуявн - 1/ρіст). Для визначення ρуявн пікнометр зі зразком заповнюють незмочувальною рідиною, для визначення ρіст - змочувальною рідиною. Поруватість E = (ρіст-ρуявн)/ ρіст. Середній розмір пор dср (нм) визначають зі співвідношення об'єму пор V (см3/г) і площі їх поверхні А (м2/г) на основі прийнятої моделі пор. Для циліндричних капілярів dcp = 4·103 V/A; для щілиноподібних пор dcp = 2·103 V/A, для пор між глобулами, що мають форму горла, dcp =2,8·103V/A. Розподіл мезопор за розмірами визначається методом капілярної конденсації, мезо- і макропор - методом ртутної порометрії; розподіл мікропор визначають за ізотермами сорбції в області об'ємного заповнення мікропор, до початку капілярної конденсації в мезопорах. В методі ртутної порометрії ртуть вдавлюють у пористе тіло. Оскільки ртуть не змочує тіла, зі збільшенням тиску заповнюються дрібніші пори. Окрім ртуті можна використовувати рідини, що змочують пористі тіла. Такі рідини заповнюють пори самовільно, і при визначенні розмірів пор рідина з них видавлюється. Тиск зростає по мірі витиснення рідини з пор; зазвичай рідину видавлюють з пор за допомогою газу. В мезопорах відбувається конденсація пари на ввігнутій поверхні адсорбційної плівки: чим менше радіус кривизни цієї плівки, тим менший тиск р,. Згідно з рівнянням Кельвіна , де p 0-тиск насиченої пари над пласкою поверхнею, r1 і r2-головні радіуси кривизни меніска конденсату, σ - поверхневий натяг рідкого сорбата, Vm- його молярний об'єм, R - газова постійна, T - абсолютна температура, К - подвоєна кривизна поверхні. Радіус кривизни меніска пов'язаний з розміром пор співвідношенням, що залежить від форми пор у прийнятій моделі й від товщини адсорбційної плівки. Для розрахунків розподілу пор за розмірами використовується переважно десорбційна область капілярно-конденсаційного гістерезису й модель циліндричних пор, для яких К = 2/r. Ізотерма сорбції дозволяє обчислити радіус пор r і сумарний об'єм пор з радіусом > r. У результаті одержують інтегральну криву, графічне диференціювання якої дає дані про інтервал розмірів пор у зразку і їх переважних розмірів.
Рисунок 8.1 - Інтегральна (а) і диференціальна (б) криві залежності об'єму пор V від їхнього радіуса r для силікагелю, отримані за капілярною конденсацією бензолу. В реальних пористих тілах випаровування конденсату із внутрішніх частин гранули залежить від заповнювання тих пор, які розташовані ближче до її периферії. Тому деякі пори виявляються блокованими і їхнє звільнення від конденсату фактично визначається не їхніми розмірами, а розмірами пор, що блокують. Більш точна оцінка пористої структури можлива на основі решіткових моделей, що враховують взаємозв'язок пор, і на основі теорії перколяції й фрактальної геометрії в додаток до опису капілярної конденсації у системах з великим числом випадково зв'язаних елементів. Повне вивчення всіх пор можливо лише комплексним застосуванням декількох незалежних методів. Аналіз проводимо для десяти гранул (таблеток, частинок) каталізатора. Визначення уявної густини: За допомогою лінійки вимірюються габаритні розміри однієї таблетки, обчислюється її об’єм і множиться на 10. Зважуються 10 таблеток на аналітичних вагах. Уявна густина визначається за формулою: (8.1) де G10 табл. – маса 10 таблеток, г; V 10 табл. – об’єм 10 таблеток, см3. Визначення істинної густини: Визначається маса пустого пікнометра (на 5 мл) – G1. У пікнометр засипаються 10 таблеток каталізатору (у разі необхідності слабко подрібнені), зважується пікнометр із зразком – G2. Пікнометр із зразком переносять у пристрій, схема якого зображена на рисунку 8.2. Посудина (поз. 7), у якій знаходиться пікнометр зі зразком, закривається кришкою (поз. 5), при цьому капіляр (поз. 4) бюретки (поз. 1) входить в пікнометр. Виконується відкачування повітря протягом 4 хв при відкритому крані (поз. 8) та перекритих кранах (поз. 2) і (поз. 3). За 1 хв до закінчення вакуумування кран (поз. 3) відкривається. Після закінчення вакуумування кран (поз. 8) перекривається. У бюретку (поз. 1) заливається приблизно 20 см3 бензолу. Відкривається кран (поз. 2), щоб запустити порцію бензолу (приблизно 5 см3) у частину бюретки між кранами (поз. 2) і (поз. 3). Перекривається кран (поз. 2), відкривається кран (поз. 3), відбувається запуск бензолу у пікнометр зі зразком. Таким чином, регулюючи положення кранів (поз. 2) і (поз. 3), виконується заповнення пікнометра зі зразком до мітки (на декілька мм вище мітки, враховуючи занурений у пікнометр капіляр). Після доведення бензолу до мітки, пікнометр зважується – G3. Вивантажується зразок із бензолом, пікнометр піддається обробці дистильованою водою та етиловим спиртом і ставиться на 20 хв до сушильної шафи. Висушений пікнометр заповнюється бензолом до мітки і зважується на аналітичних вагах – G4. Істинна густина визначається за формулою: (8.2) де ρбенз - густина бензолу, яка при 293 К дорівнює 0,879 г/см3.
Визначення загальної поруватості: (8.3) де ρуяв – уявна густина, г/см3; ρ іст - істинна густина, г/см3. 1 – бюретка; 2,3,8 - кран; 4 – капіляр; 5 – кришка; 6 – пікнометр; 7 – посудина.
Рисунок 8.2 – Схема лабораторної установки 8.3 Методика розрахунків Приклад розрахунку загальної поруватості для мідькобальтхромового каталізатора 1. Визначення уявної густини Радіус сферичної частинки r = 2,5 мм = 0,25 см Об’єм 10 частинок: cм3 Маса 10 частинок G = 0,9206 г Уявна густина каталізатору за формулою (8.1): г/см3 2. Визначення істинної густини G1 = 4,9385 г; G2 =5,9910 г; G3 = 9,5147; G4 = 8,8050 г. Істинна густина визначається за формулою (8.2): г/см3 3. Загальна поруватість визначається за формулою (8.3):
Дата добавления: 2014-12-25; Просмотров: 807; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |