Типы изотерм адсорбции

Изотерма адсорбции является источником информации о структуре адсорбента, тепловом эффекте адсорбции и других характеристиках процесса.

Рис.8-1.Типы изотерм адсорбции (I-V):

а – величина адсорбции (количество поглощённого вещества) кг/м³; р – парциальное давление пара адсорбата; р_s – парциальное давление насыщенного пара адсорбата

Выделяют пять основных типов изотерм адсорбции (рис. 8-1). Тип 𝐼 характерен для микропористых сорбентов. Начальные выпуклые участки изотерм типов 𝐼𝐼 и 𝐼𝑉 указывают на присутствие вместе с макропорами некоторого объёма микропор. Начальные вогнутые участки изотерм типов 𝐼𝐼𝐼 и 𝑉 указывают, что взаимодействие молекул адсорбата с адсорбентом значительно меньше межмолекулярного взаимодействия для молекул адсорбата. Отличие 𝐼𝐼 от 𝐼𝑉 и 𝐼𝐼𝐼 от 𝑉 в том, что объём переходных пор (𝐼𝑉 и 𝑉 типы)заполняются адсорбатом раньше, чем относительное давление приблизится к 𝐼 (в результате капиллярной конденсации). При этом на изотермах появляется верхний участок, близкий к горизонтальному. 𝐼𝐼𝐼 и 𝑉 встречаются редко.

Если представить типичную изотерму адсорбции в виде кривой в координатах (рис. 8-2), то на ней в начале наблюдается почти прямая пропорциональность между 𝑝 и (для малых давлений), а в конце кривая стремится к асимптоте, соответствующей предельному содержанию адсорбтива в твёрдой фазе (состояние насыщения). В средней части кривую можно описать эмпирическим уравнением Фрейндлиха:

или , (8-4) где и П – константы определяемые экспериментально.

Уравнение Фрейндлиха хотя и применимо для практических расчётов в широком диапазоне давлений, однако имеет большую погрешность при малых значениях и при , близких к насыщению.

Процесс физической адсорбции лучше описывается уравнением Ленгмюра:

, (8-5)

Уравнение Ленгмюра удовлетворительно описывает экспериментальные данные только для изотерм типа 𝐼, однако его часто используют для расчётов кинетики адсорбции.

Располагая изотермой адсорбции пара стандартного вещества для температуры , можно определить изотерму адсорбции другого пара при температуре . Для определения величин адсорбции используют формулу:

, (8-6) где - ордината изотермы адсорбции стандартного вещества (обычно бензола), или ; - ордината определяемой изотермы, или ; и - мольные объёмы стандартного и исследуемого вещества (в жидком состоянии), .

; (8-7) здесь и - парциальные давления стандартного и исследуемого вещества, мм. рт. ст.; и - давление насыщенного пара стандартного и исследуемого вещества при температурах и , мм. рт. ст.; - коэффициент аффиности (сродства), равный отношению мольных объёмов:

, (8-8)

При расчёте точек изотермы исследуемого пара координаты берут по кривой стандартного вещества; значения и - из таблиц давления насыщенного пара; - вычисляют по (8-7).

Дата добавления: 2015-03-29