IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Адсорбция на границе твёрдое тело – раствор представляет собой изменение концентрации растворённого вещества (количества вещества в единице объёма) в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объёме жидкой фазы.

Этот вид адсорбции является самым сложным, так как с одной стороны необходимо учитывать взаимодействие между молекулами растворителя и растворённого вещества, а с другой стороны – сложное строение поверхности твёрдого адсорбента.

К числу наиболее распространённых пористых адсорбентов относят активированные угли, получаемые из каменного угля, дерева, животных костей, ореховых косточек и др. Адсорбирующее действие активированного угля обусловлено его большой удельной поверхностью, что позволяет использовать этот адсорбент для различных целей: извлечение из растворов посторонних веществ, поглощение газов, обесцвечивание жидкостей и т.д.

Цель работы заключалась в количественном изучении адсорбции уксусной кислоты на активированном угле.

Изучение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле основано на определении концентрации раствора до контакта с адсорбентом и после наступления адсорбционного равновесия . Количество адсорбированной кислоты рассчитывается по формуле:

,

где V – объём раствора, из которого идёт адсорбция, .

Тогда удельная адсорбция:

где a – количество вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента; m – масса адсорбента, г.

В области средних концентраций растворённого вещества его адсорбция хорошо описывается уравнением Фрейндлиха:

где β и – постоянные величины, значения которых находят из экспериментальных данных.

Чтобы определить постоянные величины уравнения Фрейндлиха, его приводят к линейному виду логарифмированием:

Определив адсорбцию из серии растворов различной концентрации, можно построить график изотермы адсорбции в координатах «a-c». Изотерма адсорбции в виде прямой, построенная в координатах «lga‑lgc», позволяет определить постоянные уравнения Фрейндлиха. Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен угловому коэффициенту линейной функции, в нашем случае . Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, есть свободный член линейной функции и равен lgβ.

Порядок выполнения работы. Навеску около 6 г активированного угля измельчают в фарфоровой ступке так, чтобы не было зерен крупнее 1 мм, и не образовывалась излишне тонкая пыль. На технических весах берут 5 навесок угля массой 1 г каждая. Каждую навеску всыпают в отдельную коническую колбу на 100

В 5 мерных колб на 50 вливают указанные в таблице 1 количества уксусной кислоты , доводят объём колб до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Каждый из приготовленных растворов переносят в одну из конических колб с навеской угля и оставляют на 40 мин, взбалтывая содержимое колб через каждые 5 мин.

Пока идёт процесс адсорбции, уточняют концентрацию исходного раствора уксусной кислоты(. Для этого в колбу для титрования отбирают аликвотную часть исходного раствора уксусной кислоты(2 , приливают 10 – 20 дистиллированной воды и титруют раствором KOH в присутствии фенолфталеина.

По истечении 40 мин адсорбции растворы уксусной кислоты фильтруют. Определяют концентрацию уксусной кислоты в растворах после адсорбции титрованием щёлочью известной концентрации с использованием индикатора – фенолфталеина. На титрование берут объёмы титра, указанные в таблице 1.

Таблица 1 ‑ Исходные данные и результаты эксперимента

Номер колбы	1	2	3	4	5
Навеска угля, г	1	1	1	1	1
Объём исходного раствора	2	5	10	25	50
Концентрация приготовленных растворов до адсорбции ,	0,0214	0,0535	0,107	0,2675	0,535
Объём пробы раствора на титрование после адсорбции	10	10	5	5	2
Расход раствора щёлочи на титрование после адсорбции	0,5	3,1	3,7	10,9	4,4
Концентрация после адсорбции	0,005	0,031	0,074	0,218	0,535
lgc	-2,30103	-1,50864	-1,13077	-0,66154	-0,27165
Адсорбция a,	0,00082	0,001125	0,00165	0,0024475	0,01575
lga	-3,08619	-2,94885	-2,78252	-2,60642	-1,80272

Рисунок 1 – Изотерма адсорбции уксусной кислоты на активированном угле

Рисунок 2 – Изотерма адсорбции уксусной кислоты на активированном угле (линейный вид)

Обработка экспериментальных данных.

1. Рассчитывали концентрацию исходного раствора кислоты:

1. Рассчитывали концентрацию приготовленных растворов кислоты:

1. Рассчитывали концентрацию растворов кислоты после адсорбции:

1. Рассчитывали величину адсорбции:

1. Строили изотерму адсорбции в координатах «a-c» и в координатах «lga‑lgc».

2. Постоянные уравнения Фрейндлиха находили из уравнения линии тренда.

y=0,2925х – 2,4464

y=a*x-b

lgβ=b

Уравнение Фрейндлиха:

Результаты исследований. Количественно изучили процесс адсорбции уксусной кислоты на активированном угле. Определили постоянные уравнения Фрейндлиха.

Код для цитирования: Скопировать