Изследователска работа на Тюлегенов Anuarbek.doc - Изследователска работа „Как „работи“ активният въглен?“ Направление: познание за света. Изследователска работа по темата "Изследване на свойствата на адсорбционния капацитет на активен въглен"

Оказва се, че при много от нас тялото е хронично отровено и се нуждае от генерално почистване отвътре. Както при острите отравяния, добри и бързи резултати могат да се постигнат с адсорбенти. Как действат тези вещества в тялото? За представянето на процеса на адсорбция ще помогне откъс от книгата на Олег Олгин „Опити без експлозии“.

Веднага щом поставите мастилено петно върху хартия или, много по-лошо, върху дрехи, веднага се запознавате с това явление. Когато повърхността на едно вещество (хартия, плат и т.н.) абсорбира частици от друго вещество (мастило и т.н.), това е адсорбция.

Много добър адсорбент са въглищата. И не каменни, а дървесни, и не просто дървесни, а активни (активирани). Такива въглища се продават в аптеките, обикновено под формата на таблетки. Ще започнем експерименти за адсорбция с него.

Решението ще светне пред очите ви. Променете разтвора с друг, но също оцветен - нека бъде разреден гваш или акварел. Ефектът ще е същият. И ако просто вземете парчета въглен, те ще абсорбират багрилото много по-слабо.

В това няма нищо странно: активният въглен се различава от обикновения въглен по това, че има много по-голяма повърхност. Неговите частици са буквално проникнати от пори (за това въглищата се обработват по специален начин и от тях се отстраняват примесите). И тъй като адсорбцията е абсорбция от повърхността, ясно е, че колкото по-голяма е повърхността, толкова по-добра е абсорбцията.

Адсорбентите са в състояние да абсорбират вещества не само от разтвори. Вземете половинлитров стъклен буркан и капнете една капка одеколон или друго миризливо вещество на дъното. Хванете буркана с длани и го задръжте така половин минута, за да загрее малко миризливата течност - тогава тя ще се изпари по-бързо и ще мирише по-силно.

Сега сложете малко активен въглен в бутилката, затворете я плътно с капак и оставете за няколко минути. Махнете капака и отново насочете въздуха към вас с махване на дланта. Миризмата изчезна. Той беше погълнат от адсорбента или по-точно молекулите на летливото вещество, което поставихте в буркана, бяха погълнати.

Не е необходимо да се взема активен въглен за тези експерименти. Има много други вещества, които могат да служат като адсорбенти: туф, суха смляна глина, креда, попивателна хартия. С една дума, разнообразие от вещества, но винаги с развита повърхност. Включително и някои хранителни продукти – сигурно знаете колко лесно хлябът поема миризми. Не е за нищо, че пшеничният хляб не се препоръчва да се съхранява в една опаковка с ръжен хляб - миризмите им се смесват и всеки губи своя специален, уникален аромат.

Много добър адсорбент са пуканките или царевичните пръчици, толкова обичани от много от нас. Повторете предишния експеримент с миризливи вещества в присъствието на царевични пръчици - и миризмата напълно ще изчезне. Разбира се, след преживяното вече не е възможно да се ядат пръчици.

Сега в кухните над газовите печки се поставят устройства за почистване на въздуха от изпарения и дим. В такива устройства има патрон с някакъв вид адсорбент, през който се задвижва замърсен въздух. Какво се случва, сега знаете.

Надписът на опаковката: „Вашият въглен не е активиран. За активиране изпратете SMS на номер 111” (Виц)

Вероятно е трудно да срещнете човек, който да не е чувал за активен въглен. Всички знаят лечебните му свойства, използва се във филтърни елементи, дамите се опитват да отслабнат с него, а някои господа го използват в производството на... ъъъ... да кажем домашен алкохол. Но не всеки знае какво е и защо се нарича активиран. Малък експеримент, който е много лесен за изпълнение у дома, ще ни помогне да разберем проблема.

За опит се нуждаем от:

Всъщност таблетки активен въглен, които можете лесно да намерите във всяка аптека;
Йод, който е на рафта на аптеката някъде близо до активен въглен;
Два прозрачни контейнера - чаши, колби, буркани - това, което имате под ръка;
Малко вода.

За начало натрошете около десет таблетки активен въглен. По-лесно ще ги смачкате, ако добавите няколко капки вода.

След това добавете около една чаена лъжичка йод.

И след това няколко супени лъжици вода.

Нека смесим всичко това.

Нишестето се добавя към таблетките с въглен, така че нашата суспензия, заедно с черното, придобива син оттенък - това е характерна реакция на йода към наличието на нишесте.

Сега оставяме нашето решение за известно време. За да, както се казва, усетите разликата, във втората чаша също ще налеем йод и малко вода, но няма да добавяме активен въглен.

След няколко часа виждаме, че контролното стъкло все още съдържа кафяв йоден разтвор. И водата в чаша с активен въглен се избистри и стана прозрачна. Е, или почти прозрачен - все още не съм утаил всички въглища на дъното, така че водата изглежда малко мъглива. Но е въпрос на време - ако бях изчакал повече, водата щеше да стане напълно бистра.

Така че активният въглен любезно ни показа своята адсорбция, т.е. абсорбиращи свойства. По абсолютно същия начин активният въглен действа при отравяне или във филтърни елементи.

Защо това малко черно хапче е в състояние да абсорбира различни вещества толкова ефективно? И защо сърцевината на обикновен молив или, да речем, дори на диамант няма подобни свойства - в крайна сметка всички те са направени от въглерод.

Целият фокус е в специалното производство на активен въглен. Производството на активен въглен се състои от два етапа. Първият етап е производството на дървени въглища. Образува се при нагряване на дървесина без кислород. Така полученият въглен обаче не е в състояние да изпълнява функцията на адсорбент - в него има пори и микротубули, но те са доста и са затворени. След това въгленът се подлага на активиране - това е вторият етап, по време на който въгленът или се нагрява, предварително се импрегнира със специални химични съединения, или се обработва с прегрята водна пара. И в двата случая процесът протича без достъп на кислород, така че въглищата да не се запалят.

В резултат на тези операции се получава специална въглеродна структура, която представлява слой от въглеродни атоми, разположени произволно един спрямо друг, поради което се образува пространство между слоевете - пори. Именно тези пори придават свойствата на активния въглен – порите са способни да абсорбират и задържат други вещества. И тъй като тези невероятен брой. Така че площта на порите само на 1 грам активен въглен може да достигне до 2000 m 2!

Успех с експериментите!

Белоусов К.С.
Минкова А.А.
Генералова К.Н.
Олонцев В.Ф.

Ключови думи

АКТИВЕН ВЪГЛЕН/ АКТИВЕН ВЪГЛЕН / МЕЛАСА / МЕЛАСА / ОСВЕТЯВАЩА СИЛА/ АДСОРБЦИЯ / ПОРОЗНОСТ / СПОСОБНОСТ ЗА ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ

анотация научна статия по икономика и икономически науки, автор на научна работа - Белоусов К.С., Минкова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.

Едно от забележителните постижения на науката през 13 век е откритието на руския академик Т.Е. Ловиц за явлението адсорбция от активен въглен. Практическото приложение на този вид адсорбент дава ценни резултати, необходими за по-нататъшното развитие на индустрията. В момента няма нито една индустрия, където активният въглен да не намери приложение. Тяхната уникалност се основава на порестата структура, която пряко влияе върху адсорбционните характеристики и съответно качеството на активния въглен. Използването на активен въглен дава възможност за създаване на принципно нови, екологични технологични процеси и различни продукти на сорбционната технология. Активността на въглищата може да се определи чрез тестване на тяхната адсорбционна способност по отношение на различни разтвори, органични багрила. Активността е едновременно свойство на повърхността и свойство на пространствената структура на въглерода. Адсорбционната активност на въглеродните сорбенти, в случая въглища, може да се определи от органични течности със специални маркери. Два метода за определяне изсветляваща силаактивен въглен за меласа: френски (SECA) и руски. Представен е пълен алгоритъм на експеримента, включващ основните формули, изчисляване на експерименталните тегла и основните изисквания към меласата за двата метода. Въз основа на литературни данни е извършен сравнителен анализ на меласата, установено е тяхното сходство. Извършени са изследвания за еталонните въглища на Русия и Франция: OU-A, SR, CXV. Въз основа на експерименталните данни и съдържанието на методите се извършва техният сравнителен анализ, в резултат на което се прави извод за по-точно приложение на френския метод.

Свързани теми научни трудове по икономика и икономически науки, авторът на научната работа - Белоусов К.С., Минкова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.,

Ефект на натриевия хлорид върху ензимната активност на дрождите debaryomyces hansenii H4651
2017 / Яковлева A.K., Канарская Z.A., Канарски A.V.
Изследване на процеса на адсорбционно последващо третиране на биологично пречистени отпадъчни води на химическо предприятие
2009 / Ушаков Генадий Викторович, Журавльов Владимир Александрович, Ушаков Андрей Генадиевич
Метод за оценка на качеството на въглеродни адсорбенти
2009 / Мокрова Наталия Владиславовна
Оценка на адсорбцията на витамини и микроелементи от клетъчната стена на дрождите Saccharomyces cerevisiae
2007 / Ахмадишин Р. А., Канарски А. В., Канарская З. А.
Адсорбция на пиридин и фенол от органо-минерална смес от киселинно модифицирани активирани въглени
2011 г. / Беляева Оксана Владимировна, Голубева Надежда Сергеевна, Краснова Тамара Андреевна

Едно от най-забележителните постижения на науката през XIII век е откритието на адсорбцията на въглерод от руския академик Т. Ловиц. Практическото приложение на този вид адсорбент дава ценни резултати, необходими за по-нататъшното развитие на индустрията. В момента няма промишленост, където да не се използва активен въглен. Неговата уникалност се основава на структурата на порите, която зависи от адсорбционните характеристики и съответно качеството на активния въглен. Използването на активен въглен дава възможност за създаване на принципно нови, екологични процеси и продукти от различни сорбционни техники. Активният въглен може да се определи чрез тестване на адсорбционната му способност по отношение на различни разтвори, органични багрила. Активността е свойство на повърхността и свойство на пространствената структура на въглерода. Адсорбционната активност на въглеродните сорбенти, в този случай на въглищата, може да се определи чрез специални маркери за органични течности. Тази статия описва два метода за обезцветяване на способността за меласен индекс на активен въглен от французите (фирма "CECA") и се разглежда руската процедура. Дадена е пълната схема на експеримента; той се състои от основни аналитични изрази, изчисляване на експериментални тегла на активен въглен и основни претенции за меласа за двете процедури. На базата на литературни данни е направен сравнителен тест за меласа, открита е аналогията. Проведени са експерименти за еталонни въглероди от Русия и Франция: OU-A, CP, CXV. Въз основа на експериментални данни и съдържание на двете процедури е направен техният сравнителен анализ; в следствие на това се прави изводът за точността на френската процедура.

Текстът на научната работа на тема "Методи за изпитване на избистрящата способност на активен въглен за меласа"

_ВЕСТНИК ПНРПУ_

2014 Химични технологии и биотехнологии №4

UDC 661.183.2

К.С. Белоусов, А.А.Минкова, К.Н. Генералова, В.Ф. Олонцев

Пермски национален изследователски политехнически университет, Перм, Русия

МЕТОДИ ЗА ИЗПИТВАНЕ НА ИЗБИСТВАЩАТА СПОСОБНОСТ НА АКТИВЕН ВЪГЛЕН ЗА МЕЛАСА

Активността на въглищата може да се определи чрез тестване на тяхната адсорбционна способност по отношение на различни разтвори, органични багрила. Активността е едновременно свойство на повърхността и свойство на пространствената структура на въглерода. Адсорбционната активност на въглеродните сорбенти, в този случай въглища, може да се определи от органични течности - специални маркери.

Разглеждат се два метода за определяне на избистрящата способност на активния въглен за меласа: френски (CECA) и руски. Представен е пълен алгоритъм на експеримента, включващ основните формули, изчисляване на експерименталните тегла и основните изисквания към меласата за двата метода. Въз основа на литературни данни е извършен сравнителен анализ на меласата и е установено тяхното сходство. Извършени са изследвания за еталонните въглища на Русия и Франция: OU-A, SR, SHU. Въз основа на експерименталните данни и съдържанието на методите те са

сравнителен анализ, в резултат на който се прави извод за по-точно прилагане на френската методика.

Ключови думи: активен въглен, меласа, бистряща способност, адсорбция, порьозност.

К.С. Белоусов, А.А. Минкова, К.Н. Генералова, В.Ф. Олонцев

Пермски национален изследователски политехнически университет, Перм, Руска федерация

МЕТОДИ ЗА ИЗПИТВАНЕ НА СПОСОБНОСТТА ЗА ОБЕЗЦВЕТЯВАНЕ НА АКТИВНИ ВЪГЛЕНИ

Активният въглен може да се определи чрез тестване на адсорбционната му способност по отношение на различни разтвори, органични багрила. Активността е свойство на повърхността и свойство на пространствената структура на въглерода. Адсорбционната активност на въглеродните сорбенти, в случая въглищата, може да се определи от органични течности - специални маркери.

Тази статия описва два метода за обезцветяване на способността за меласен индекс на активен въглен от французите (фирма "CECA") и се разглежда руската процедура. Дадена е пълната схема на експеримента; той се състои от основни аналитични изрази, изчисляване на експериментални тегла на активен въглен и основни претенции за меласа за двете процедури. На базата на литературни данни е направен сравнителен тест за меласа, открита е аналогията. Проведени са експерименти за еталонни въглероди от Русия и Франция: OU-A, CP, CXV. Въз основа на експериментални данни и съдържание на двете процедури е направен техният сравнителен анализ; в следствие на това се прави изводът за точността на френската процедура.

Ключови думи: активен въглен, меласа, деполяризираща способност, адсорбция, порьозност.

Въглищата принадлежат към групата на индустриалните адсорбенти. Като суровини за производството на активен въглен се използват въглеродсъдържащи материали от различно естество: изкопаеми торф и въглища, полимери и смоли, растителни суровини (дърво, кора, черупки и др.). Индустриалните адсорбенти имат силно развита повърхност. Активният въглен като индустриален адсорбент има редица характеристики, определени от естеството на повърхността и порестата им структура. Тези характеристики включват адсорбционни свойства. Адсорбцията е абсорбцията на газове, пари или течности на границата между вещество и адсорбент.

Физическата адсорбция на органични вещества от водни разтвори е най-изразена, когато въглеродните материали се използват като адсорбенти, тъй като енергията на ван дер Ваалсовото взаимодействие на водните молекули с въглеродните атоми, които образуват повърхността на въглеродните тела, е много по-малка от енергията на дисперсията взаимодействието на тези атоми с атомите на въглеродния скелет на органичните молекули. В момента нараства търсенето на въглеродни сорбенти за пречистване на питейни, битови и отпадъчни води, промишлени емисии.

В аналитичната химия методите за научно изследване на въглищата се използват за изследване на състава, структурата и свойствата на въглищата. В историята е известно, че някои от тези методи са се превърнали в стандарти за тестване с течение на времето.

Един от добре познатите и надеждни методи за определяне на адсорбционната активност е използването на разтвор на меласа. Меласата е тъмнокафява органична течност. Неговото избистряне е важен аналитичен метод при въгледобива. Принадлежи към органичните течности, чийто молекулен размер е около 3 nm (фиг. 1). Някои видове активни въглища, които имат развита система от макро- (повече от 50 nm) и мезопори (от 2 до 50 nm), имат способността да адсорбират големи молекули, подобно на молекулите на меласата. Броят на меласата или ефективността е мярка за съдържанието на мезопори в активния въглен (по-голямо от 20 A или по-голямо от 2 nm). Високият му брой показва висока адсорбция на големи молекули. Ефективността на меласата се показва както от процента, така и от броя на меласата. Има различни методи за използването му като адсорбент, но всички те са по същество еднакви. Общите характеристики на тези методи са следните:

Броят на меласата на активен въглен (EURO) съгласно европейския метод се определя като количеството активен въглен в милиграми, което има същия обезцветяващ ефект като 350 mg (сухо тегло) стандартен прахообразен въглен A8100 при обезцветяване на стандартен разтвор на меласа по стандартния метод. Колкото по-ниско е числото на меласата (ЕВРО), толкова по-добре въглищата премахват високомолекулните органични вещества от меласата;

Меласовото число на активния въглен съгласно американския метод изразява обезцветяващата способност на въглищата в относителни единици спрямо стандартен въглен B-45. На тази основа, колкото по-високо е числото на меласата (US), толкова по-добре въглищата премахват органичните вещества от меласата;

Ефективността на обезцветяване на меласата се изразява в проценти и показва способността на въглерода да премахне 90% от цвета на стандартен разтвор на меласа. В същото време способността на стандартните прахообразни въглища V-45 (в грамове на единица цвят) беше приета за 100%.

Минимален диаметър на порите 3 nm (30 A) 1,5 nm (15 A) 0,5 nm (5 A)

Ориз. 1. Сравнение на размерите на порите на молекулите за меласа, метилен

синьо и йод

Броят на меласата и ефективността на адсорбция на меласа са най-ефективните стандартни методи за показване на способността на въглищата да отстраняват замърсители от амини и други разтвори. Меласата съдържа вещества, които са подобни по размер на примесите, които причиняват разпенване на абсорбционните разтвори. Меласата е отпадъчен продукт от производството на захар, тъмнокафява сиропообразна течност със специфична миризма. Съдържа 20-25% вода, 50-60% глюкоза, фруктоза, захароза, около 10% разтворени високомолекулни естествени багрила, азо-

чисти съединения (главно амиди), свободни и свързани киселини, около 8% пепел.

Представени са два метода за разглеждане: френският, разработен от CECA, и руският стандарт GOST4453-74.

Номер на Mellas (CESA)

Главна част

Масата m на активния въглен се измерва в суспензия от разтвор на меласа. Като се има предвид появилото се обезцветяване на разтвора, се разкрива способността за обезцветяване.

Маса P е масата на стандартните въглища, чието определяне се извършва при същите технически условия за получаване на същото обезцветяване.

IMS е константа, характеризираща способността за обезцветяване на горните въглища. Тогава броят на меласата на активния въглен се определя като

Числената стойност на IMS обикновено се задава и предоставя в съответствие със стойността на меласата на използвания по-горе сух активен въглен.

Обща схема на метода

Построяване на изотерма на обезцветяване

Обезцветяването D на разтвор на меласа може да се определи съгласно уравнението

D =ÇD)Mûf.1()o, (1)

където (D0f и (D0)b са оптичната плътност на разтвора на меласата след обезцветяване и съответно „празен опит“ („празен опит“ е разтвор, получен без активен въглен).

Връзката между масата m на използвания активен въглен и полученото обезцветяване D може да бъде записана в съответствие с сорбционната изотерма на Фройндлих:

K (100 - D)a, m

в който K и a могат да бъдат определени като константи за конкретни въглища, специфична меласа, специфична спецификация и т.н., в съответствие с факта, че интервалът на обезцветяване е от 60 до 90%.

Въпросното количество активен въглен, наречено стандарт или стандарт, необходимо за дадено обезцветяване

Масата P на еталон, показваща същото обезцветяване като тестовата проба, се записва и определя по уравнение (1). Показателят a е въображаем и се съдържа във всяка експериментална серия за определяне на стандарта; всяка серия съдържа сдвоени величини (p0, D0), които правят възможно елиминирането на константата K. Уравнението е написано, както следва:

Експонентна стойност а

Стойността на a се определя чрез линейна регресия, като се започне от уравнение (1), записано в логаритмична форма, като се използват най-малко 10 стойности (ri D), разпределени по предписания начин върху цялата стойност на интервала на обезцветяване - от 60 до 90 %.

Подобен анализ трябва да се прави всеки път, когато стандартът или меласата се променят. Това е разумно и желателно, но на практика е необходимо да се повтаря подобен анализ на всеки три месеца, за да се установи евентуална промяна в химичния състав на меласата.

Стойността на a винаги се закръгля до втория знак след десетичната запетая. Ако промяната между новата a стойност и предишната използвана стойност е по-голяма или равна на ±0,02, трябва да се направи повторно потвърждение, преди да се приеме новата a стойност. Стойността на a, съответстваща на текущите условия:

мокър стандарт

За да използвате постоянен материал, еталонът трябва винаги да е в рамките на едни и същи условия на влажност. За практически цели се разглежда и взема предвид 0% влага.

Следователно се изисква следното:

Винаги изсушавайте използвания въглен преди употреба;

Или го използвайте в състоянието, в което е, но веднага след употребата му определете съдържанието на влага във въглищата и включете този дефект в общия брой.

Като правило, ако I е съдържанието на влага в стандарта, изразено като процент, тогава формула (2) приема следната форма:

Проби с активен въглен

Тъй като е необходимо да се поддържа стойността на обезцветяването в необходимия диапазон от 60-90%, е необходимо различните качества на въглищата да се разделят на 4 групи. Всяка група се характеризира с масата m¿, получена чрез поредица от измервания. Групите френски въглища, използвани за избистряне, са както следва:

Група 1: включва типове CFS, SR; t1 = 125 mg;

Група 2: включва въглища 4B, 3B, 2B и техните еквиваленти, еднакво окислени или обработени с киселина: +СХА, СХ, 3 BB 2, СИ, BA 1703; m2 = 250 mg;

Група 3: включва типове BM, B и съответните им окислени или третирани с киселина типове +20 и B45; m3 = 500 mg;

Група 4: O, TK, 25 v; m4 = 1.000 mg (за този тип обаче е много важно цифрата m = 1.500 mg да може да се използва вместо предложената стойност на масата).

В случай, че две големи разлики в активността на изследваните въглища не позволяват B да бъде в границите от 60 до 90%, е необходимо да се проведе експеримент с нова проба и да се избере по-подходяща стойност на tg-.

Като общо правило, за да се определи масата m-, която ще се използва в съответствие с активността на избрания активен въглен, чиято група е известна, трябва да се проведе предварителен експеримент, като се използва масата m2. Така получената стойност на обезцветяване B определя активната група и следователно по-подходящата стойност на r-, която ще доведе до стойност на обезцветяване между 60 и 90%.

Обезцветяване, % Група

90 > 0 > 60 II

60 > 0 > 35 III

Метод на контрол

Оборудване:

Пипета 100 ml с една маркировка или автоматична;

Стъклена колба за 1 л;

Нагънат филтър (филтърна хартия), тип 4B;

Филтри N 111 - с диаметър на синия слой 150 mm;

Лабораторни съдове;

Горелка или печка;

Термостатна вана;

спектрофотометър;

фунии;

Аналитични везни.

Реактиви:

разтвор на меласа;

Ортофосфорна киселина (H3PO4) - разтвор, 52 или 60 по скала

Формалдехид (формалдехид) 30%.

Приготвяне на разтвор на меласа

Разтвор на меласа с обем n0 от захарна тръстика се претегля и се поставя в 1-литрова кръгла колба.

Добавят се 500 ml дестилирана вода, последвано от x ml чист разтвор на H3PO4 (аналитична чистота); експериментално избрани, за да се елиминират грешки с рН 2,6 в крайния разтвор на меласа. По принцип 2 до 3 ml са достатъчни за 60 Boma киселини:

x(H3PO4) = " = 1,71.

3 144,3 - 60 84,3

За да се осигури подходящ (правилен) разтвор на меласа, разтворът се нагрява и се поддържа в продължение на 5 минути при кипене. Охладете бързо с течаща вода до стайна температура. Добавете дестилирана вода до 1 литър на 5 g разтвор. Филтърен материал Clarcel DIC и доп

Новият филтърен слой е сгънат върху филтъра Durier 4B, разтворът преминава през целия комплект два пъти.

За да се увеличи срокът на годност на разтвора на меласата, който трябва да се съхранява в хладилник, обикновено се добавя 1 ml 30% разтвор на мравчен алдехид. Така разтворът може да се съхранява максимум 2 или 3 дни.

Абсорбцията на така приготвения разтвор на меласа се измерва със спектрофотометър при дължина на вълната 450 nm, за да се получи обезцветяване с еталонна маса, равна на P0 = m2:

= (B0)b0 - (B0)/0 = 68 ± 20%. 0 (ZD

Разтворът на меласата е готов за употреба.

Оперативна процедура

Обезцветяване на меласа с активен въглен

В бехерова чаша с обем 150 ml се въвежда t mg въглища на прах, след като въглищата са претеглени с точност до +0,1 mg, тяхното съдържание на влага<10 %.

Масата на пробата m се определя с нивото на активност на изпитвания въглен в съответствие с параграф "Проби от активен въглен".

100 ml разтвор на меласа, приготвен по начина, описан в параграф "Приготвяне на разтвор на меласа", се измерва (събира) с пипета, добавя се към активен въглен, като се разбърква със стъклена бъркалка. Бехеровата чаша се поставя в термостатна баня при 92±2°C. Необходимо е да се достигне температура от 70 °C, като се разбърква разтворът от време на време. След това чашата се изважда от банята и разтворът се филтрува през 150 mm филтър Durier със синя лента. Първите няколко милилитра от разтвора трябва да се префилтрират (1-2 пъти), за да се получи напълно бистър филтрат.

Обезцветяване в случай на стандарт и "празен опит"

Всяка серия от експерименти включва следните два теста:

Две измервания със стандарт, извършени при същите условия, същите като за изпитваните въглища, като се започне с маса P = 250 mg сух стандарт (или с известно ниво на влага I);

Един „празен опит“; с други думи, разтвор на меласа, който не съдържа активен въглен, разглеждан при същите условия като другите разтвори, за които крайното ниво на цвят ще се използва като основа за изчисления за обезцветяване.

Измерване на оптична плътност

Оптична плътност (D0)b „празен опит“ и (D0)/въглерод обезцветен разтвор на меласа и подобен експеримент със стандарт, измерен на спектрофотометър при дължина на вълната 450 nm.

Брой меласа

1. Изчислението се основава на измерването на оптичните плътности. Обезцветяването се определя с помощта на уравнение (1).

С други думи D(%) - за изпитвания активен въглен (маса m) и D0(%) - за стандарта (маса P0 = m2). D0 е средната стойност на две стойности, съответстващи на два експеримента със стандарт.

2. Уравнение (2) определя масата P на еталонното вещество, необходимо за получаване на обезцветяване D, съдържанието на влага k на еталонния материал е известно. При настоящите условия стойността на показателя a = 0,26.

3. Броят на меласата на тествания активен въглен /M се получава от съотношението, в което 1M3 е индексът на меласата за сух стандарт.

В момента се използват стандартните стойности /M^: M = 168.

Определяне на адсорбционната активност за меласа (ГОСТ 4453-76)1

обща част

Разтворът на меласата се приготвя по следния начин: около 50 g меласа се разреждат с 800 cm3 дестилирана вода и след това оптичната плътност на разтвора се довежда до 0,6-0,7 опт с вода или меласа. единици при измерване в кювета с разстояние между работните повърхности 5 мм и до 1.21.4 опт. единици при измерване в кювета с разстояние между работните повърхности 10 mm, след това добавете 1 g кизелгур или силикагел, смлян на прах с частици с размер не по-голям от 1 mm, и разклатете. Разтворът се филтрува през надиплена филтърна хартия.

1 ГОСТ 4453-76. Въглен активен изсветляващ дървесен прах.

С изменения и допълнения. Спецификации. Въведение 01.01.93 г. Москва: Издателство

Дартов, 1993. 23 с.

Оптичната плътност на получения разтвор на меласа се измерва на фотоелектричен колориметър с филтър за синя светлина с дължина на вълната 40 nm. Като контролен разтвор се използва дестилирана вода.

Оборудване:

Фотоелектрически колориметър тип ФЕК-М;

Мерителна колба съгласно GOST 1770-74 с вместимост 250 cm3;

Вода за баня;

Кизелгур или силикагел клас KSK съгласно GOST 3956-76;

Въглища за осветяване - проба;

Дестилирана вода;

Филтърна хартия.

Провеждане на анализ

0,5 g анализирани и образцови въглища се претеглят с грешка не повече от 0,01 g, поставят се в плоскодънни колби и се добавят 100 cm3 разтвор на меласа. Съдържанието на колбите се нагрява в баня до 80 °C при непрекъснато разклащане и се поддържа при тази температура в продължение на 5 min без спиране на разклащането. След разклащане разтворите веднага се филтрират през хартиен филтър, като първите части от филтрата се изхвърлят. Разтворите след филтриране трябва да бъдат напълно прозрачни.

Разтворът се охлажда до стайна температура и се определя тяхната оптична плътност по отношение на дестилирана вода при условия, съответстващи на определянето на оптичната плътност на изходния разтвор на меласа.

Обработка на резултатите

Адсорбционната активност на анализираните въглища за меласа (Х1) в проценти се изчислява по формулата

където d е оптичната плътност на изходния разтвор на меласа; d1 е оптичната плътност на разтвора, обработен с еталонен въглерод; d2 е оптичната плътност на разтвора, третиран с анализирания въглерод.

Резултатът се приема като средноаритметично от две паралелни определяния, допустимото несъответствие между които не трябва да надвишава 5 абс. %2.

2 ГОСТ 4453-76. Въглен активен изсветляващ дървесен прах.

С изменения и допълнения. Спецификации. Въведение 01.01.93 г. М.: Издателство за стандарти, 1993. 23 с.

Меласата е универсално моделно вещество за оценка на качеството на активни избистрящи прахообразни въглища, които се използват съответно в онези отрасли, където се извършва пречистване (или избистряне) на високомолекулни технологични продукти и междинни продукти. Има 4 вида меласа: рафинирана, тръстикова, сурова и от цвекло. Меласата на фирма "CESA" е тръстикова. Меласата, която се използва при анализа на руската AC съгласно GOST 4453-74, е захарно цвекло.

Естествено, различният произход на меласата обективно обуславя някои непринципиални разлики, които се откриват при спектроскопски изследвания в инфрачервената област. Като цяло, IR спектрите на двете меласи са идентични (фиг. 2), с изключение на нискочестотната област (1300-650 cm-1), известна като област "пръстов отпечатък", където всяко съединение в този интервал има своя собствена специфична спектрална крива. По-долу (Таблица 1) са дадени данни за двете меласи при характерни честоти.

маса 1

Характеристики на меласата

No Френска меласа, см 1 Фабрична меласа, см 1

1 1000 1000 (рамо)

2930 (вътрешен стр.) 930 (рамо)

3 850-870 (W) 910 (W)

4 835 870 (н.)

5 780 (рамо) 780

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 cm"1

Ориз. 2. ИЧ спектри на две меласи: - меласа от домашно цвекло; - френска тръстикова меласа

Спектрите на две меласи, взети в UV и видимата област (фиг. 3), показват, че техните криви на поглъщане са подобни една на друга. В ултравиолетовото (<320 нм) красящие вещества меласс (по литературным данным) обладают селективным поглощением, различаясь лишь конфигурацией кривых. Это позволило применить спектроабсорбци-онный метод для количественного определения отдельных групп красящих веществ в мелассах и установить, что основная окраска их и, соответственно, состав обусловлены наличием следующих (табл. 2) групп красящих веществ в процентном отношении (приближенная оценка).

таблица 2

Оцветители Френска меласа Фабрична меласа

Продукти от алкално разлагане на инвертни захари, % 70-75 70

Меланоидини, % 20-25 25-30

Карамел, % 5 0-5

200 210 220 230 240 250 260 200 280 290 300 350 400 nm

Ориз. 3. Спектри на две меласи в UV и видимата област: - меласа от домашно цвекло; - френска тръстикова меласа

Получените резултати са в добро съответствие с експерименталните данни, получени от екипа на MTIPP, който изследва всички видове меласа по метода на гел филтрационното разделяне.

В приложно отношение визуалното сравнение на две меласи направи възможно да се забележи следното:

Известно забавяне на скоростта на разтваряне на френската меласа във вода;

Изходната (сиропоподобна) меласа на компанията CESA е няколко пъти по-концентрирана от руската.

Използването на меласа като адсорбент е класически, добре познат метод, но обективната оценка на всички познати ни методи, използващи естествена меласа, неизбежно води до идентифицирането на един основен недостатък, присъщ на всяка меласа. Това е, че те са в голяма степен подложени на промени в качествения и количествен характер, което от своя страна се определя от различни природни и климатични условия на произхода на основната суровина. С други думи, нестабилността на състава на адсорбента-багрило (меласа) е еднакво отрицателен момент както за руската методика съгласно GOST 4453-74, така и за методиката на компанията CECA. Що се отнася до първия метод, изводът се потвърждава от дългогодишния опит на руските лаборатории, а вторият - от литературните данни за подобни изследвания.

Трябва да отбележим и още един, по наше мнение, отрицателен момент в методологията по ГОСТ 4453-74 и в методиката на компанията "SECA". Това е необходимостта от използване на еталонни въглища. В допълнение към трудностите при избора на еталонни въглища със строго определени характеристики, ние считаме, че е фундаментално погрешно да ги използваме като единен стандарт за сравнение за контрол на качеството на промишлени активни избистрящи въглища, чийто характер не е същият (алкален, киселинен) .

Практически овладяването на метода за определяне на меласовото число, използван от компанията CECA, позволи да се установи следното: френският метод е на качествено по-високо ниво от руския, въпреки че същността на методите и основният курс на операциите са същите. Нивото на френската методология се определя от специалната детайлност на разработката, задълбочен многоетапен подготвителен период преди директен анализ, наситеност с лабораторно оборудване и инструменти. Алгоритъмът за извършване на изчисления въз основа на измервания включва няколко стъпки, което естествено ги усложнява. Индексът на избистрящата способност, за разлика от стандартния руски метод, е безразмерна стойност (номер на меласа), която включва редица относителни стойности и константи.

Като цяло прилагането на техниката изисква висококвалифициран лаборант.

Пълното възпроизвеждане на методологията на CECA при нашите условия не беше възможно, тъй като не успяхме да изпълним всички условия. Например:

Реагентът Clarcel DIC, по предполагаемата аналогия, беше заменен с познатия ни кизелгур;

От лабораторното оборудване на CECA нямаме нагънати филтри Durier (те бяха заменени с нагънати хартиени филтри) и не използвахме вакуумни колби с тигели за филтриране.

Като се вземат предвид редица приближения и допускания, резултатите от пробите, анализирани в процеса на усвояване на методологията на CECA, изглеждат по следния начин (Таблица 3).

Таблица 3

Тестване с активен въглен

Брой на меласата на пробата (CESA) Адсорбционна активност, % (GOST 4453-74)

SR (Франция) 363 174

ŒV (Франция) 335,169

OU-A (RF) 150 109

Еталон (RF) 136 100

Въз основа на представената таблица резултатите могат да се интерпретират по следния начин: поради специалната конструкция на алгоритъма за измерване и изчисление във френския метод, той се оказва по-мобилен, по-чувствителен при оценката на качеството на въглищата. Разликата в активността между пробите от въглища, например SR и CXV, е почти елиминирана по руски метод, докато анализът по метода CECA фиксира тяхното различно качество. Постигането на такава яснота в изобразяването на качеството на въглищата е резултат от задълбочено научно изследване на анализа с включване на необходимото лабораторно оборудване.

И така, проведените изследвания показват, че методът CECA е по-чувствителен от домашния и ви позволява по-фино да разграничите активния въглен по тяхното качество. Тези характеристики на френската методология трябва да се вземат предвид при подобряването на местната стандартна методология.

Библиография

1. Бакланова O.N. Микропорести въглеродни сорбенти на базата на растителни суровини / Руски химически журнал. - 2004. - № 3. - С. 89-94.

2. Kingle H., Bader E. Активни въглища и тяхното индустриално приложение. - Л.: Химия, 1984. - 216 с.

3. Когановски А. М., Левченко Т. М., Кириченко В. А. Адсорбция на разтворени вещества. - Л.: Наукова Думка, 1977. - 223 с.

4. Рощина Т. М. Адсорбционни явления и повърхност / Соросовски образователен вестник. - 1998. - № 2. - С. 89-94.

5. Шумятски Ю.И. Адсорбционни процеси: учебник. надбавка. -М., 2005. - 164 с.

6. Келцев Н.В. Основи на адсорбционната технология. - М.: Химия, 1984. - 592 с.

7. Авгушевич И.В., Броновец Т.М. Стандартни методи за изпитване на въглища. Класификация на въглищата. - М.: НТК "Трек", 2008. - 368 с.

8. Активен въглен Petrodarco - ефективен активен въглен за отстраняване на макромолекулни съединения и частици от минерално масло от абсорбционни разтвори [Електронен ресурс] // Norit Digital Library. - 2011. - URL: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/ 2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (дата на достъп: 5.10.2014 г.).

9. Силин М.П. захарна технология. - М.: Книга при поискване, 1967. - 625 с.

1. Бакланова O.N. Микропористые углеродные адсорбенти на основа растительного сыря. Российский химический журнал, 2004, бр. 3, стр. 89-94.

2. Kingle Kh., Bader E. Aktivnye ugli i ih promyshlennoe prime-nenie. Москва: Химия, 1984. 216 с.

3. Когановский А.М., Левченко Т.М., Кириченко Т.А. Adsorbtsiya rastvorennykh veschestv. Ленинград: Наукова думка, 1977. 223 с.

4. Рощина Т.М. Adsorbtsionnye yavleniya i poverkhnost. Соросовский образовательный журнал, 1998, бр. 2, стр. 89-94.

5. Шумятски Ю.И. Адсорбционни процеси. Москва, 2005. 164 с.

6. Келцев Н.В. Основи на адсорбционната техника. Москва: Химия, 1984. 592 с.

7. Авгушевич И.В., Броновец Т.М. Стандартният метод е pyrtaniya ugley. Класификация грозна. Москва: НТК "Трек", 2008. 368 с.

8. Aktivirovannye ugli Petrodarco - effektivnye activirovannye ugli dlya udaleniya vysokomolekulyarnykh soedineniy i chastits mineralnykh masel iz adsorbtsionnykh rastvorov. Norit Digital Library, 2011, достъпно на: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (достъп на 5 октомври 2014 г.).

9. Силин М.П. Технология сахара. Москва: Книга по требованию, 1967. 625 с.

Белоусов Константин Сергеевич (Перм, Русия) - аспирант от катедрата по наука за прахови материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (614990, Перм, Комсомолски пр., 29, e-mail: [имейл защитен]).

Минкова Анфиса Андреевна (Перм, Русия) - магистър в катедрата по прахови материали на Пермския национален изследователски политехнически университет (614990, Перм, Комсомолски пр., 29; e-mail: [имейл защитен]).

Генералова Ксения Николаевна (Перм, Русия) - магистър от катедрата по прахови материали на Пермския национален изследователски политехнически университет (614990, Перм, Комсомолски пр., 29; e-mail: [имейл защитен]).

Олонцев Валентин Федорович (Перм, Русия) - доктор на техническите науки, професор, катедра по прахови материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (614990, Перм, Комсомолски пр., 29; e-mail: [имейл защитен]).

За авторите

Константин С. Белоусов (Перм, Руска федерация) - аспирант, катедра прахообразни материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (Комсомолски пр., 29, Перм, 614990, Руска федерация, имейл: [имейл защитен]).

Анфиса А. Минкова (Перм, Руска федерация) - магистър, катедра прахообразни материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (Комсомолски пр., 29, Перм, 614990, Руска федерация; e-mail: [имейл защитен]).

Ксения Н. Генералова (Перм, Руска федерация) - магистър, катедра прахообразни материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (Комсомолски пр., 29, Перм, 614990, Руска федерация, e-mail: [имейл защитен]).

Валентин Ф. Олонцев (Перм, Руска федерация) - доктор на техническите науки, професор, катедра по прахообразни материали, Пермски национален изследователски политехнически университет (Комсомолски пр., 29, Перм, 614990, Руска федерация; e-mail: [имейл защитен]).

Тема: Изследване на адсорбционната способност на активен въглен

Изследователска работа

Завършено:

Ермакова Ксения, Романчук Леонид, ученици от 8А клас

Ръководител: Рибакова Елена Николаевна,

учител по химия.

Цел: Запознайте се с адсорбционния капацитет на активния въглен

Задачи :

1. Проучете литературата по този въпрос.
2. Направете експеримент с активен въглен и направете съответните заключения.
3. Да се проучи историята на създаването на първата противогаз.

Обект на изследване:адсорбция на веществото.

Предмет на изследване:адсорбция на активен въглен.

Изследователски методи:теоретични, емпирични, експериментални

Хипотеза:

Искаме да се уверим на практика, че активният въглен наистина има необичайни и интересни свойства и е в състояние да абсорбира както газообразни вещества, така и вещества от разтвори.

АКТИВИРАН

Активен въглен

ВЪГЛИЩА

АКТИВИРАН

ВЪГЛИЩАТА Е:

ПОРОЗНО ВЕЩЕСТВО, КОЕТО СЕ ПРОИЗВЕДЕ ОТ РАЗЛИЧНИ СЪДЪРЖАЩИ ВЪГЛЕРОД МАТЕРИАЛИ ОТ ОРГАНИЧЕН ПРОИЗХОД: ВЪГЛЕНИ, ВЪГЛЕЧЕН КОКС И ПЕТРОЛЕН КОКС.

СЪДЪРЖА ОГРОМЕН БРОЙ ПОРИ И СЛЕДОВАТЕЛНО ИМА МНОГО ГОЛЯМА СПЕЦИФИЧНА ПОВЪРХНОСТ НА ЕДИНИЦА МАСА, В РЕЗУЛТАТ НА КОЕТО ИМА ВИСОКА СОРБЦИОННА СПОСОБНОСТ. ПРИЛАГА СЕ В МЕДИЦИНАТА И ПРОМИШЛЕНОСТТА ЗА РАЗДЕЛЯНЕ НА РАЗЛИЧНИ ВЕЩЕСТВА.

Адсорбция – абсорбция на газове, пари или течности от повърхностния слой на твърдо вещество (адсорбент) или течност

Нашите изследвания

Феноменът на адсорбцията

ще демонстрираме на

следните експерименти.

Опит #1

Имаме нужда от:

2 колби с плоско дъно.
спиртна лампа
Съвпадения
2 лъжици за изгаряне на веществото.
Цветя
Сяра
Активен въглен

Във всяка колба с плоско дъно поставяме цвете. В колба № 3 поставяме натрошен активен въглен. Във всяка горяща лъжица поставяме малко количество сяра. Внасяме лъжици в пламъка на спиртна лампа. Продължете да нагрявате, докато сярата започне да гори. Сега поставяме всяка лъжица в колба № 2 и № 3, плътно затваряме капака. След известно време в колба № 2 виждаме, че цветето се е обезцветило, а в колба № 3 цветето остава със същия цвят.

Извод от опит No1

В експеримент № 1 активният въглен абсорбира серен оксид и цветът на цветето в колба № 3 остава непроменен. В колба № 2 образуваният серен оксид (IV) променя цвета на цветето. Това означава, че активният въглен е добър газов адсорбент. .

Опит #2

Имаме нужда от:

хартиен филтър
Измервателен цилиндър
2 чаши
Активен въглен
Вещество лакмус (разтвор)

Налейте лакмус в чаша №1 и №2. Добавете натрошен активен въглен към чаша № 2 и разбъркайте. След това този разтвор се прекарва през хартиен филтър. След филтриране на разтвора го сравняваме с разтвора в чаша №1. И виждаме, че филтрираният разтвор е обезцветен.

Изводи по опит No2 и No3

В експеримент № 2 разтворът става безцветен в резултат на адсорбция активен въгленразтворено оцветено вещество.
Активен въглен селективно абсорбира вещества от разтвори, което е свързано с размера на молекулите на разтворените вещества .

Заключение

Видяхме на практика, че активният въглен наистина има необичайни адсорбиращи свойства. А именно, въз основа на знанията за активния въглен, Н. Д. Зелински изобретил противогаз. Гордеем се, че нашият сънародник пръв изобрети противогаз, с което спаси много човешки животи.
Човечеството, което непрекъснато се усъвършенства в различни области, има много малък шанс да намери по-силен абсорбатор от активния въглен. По този начин, изучавайки химия, се надяваме да продължим да разширяваме познанията си и да научим повече за свойствата на съставните обекти на околния свят.

ИСТОРИЯ НА ПРОТИВОГАЗА

ПРЕЗ 1915 Г. ПРОФЕСОР НИКОЛАЙ ДМИТРИЕВИЧ ЗЕЛЕНСКИ СЧИТА ВЪГЛЕНА ЗА НАЙ-ЕФЕКТИВНИЯ АБСОРБЕНТ НА ОТРОВНИ ВЕЩЕСТВА. ТОЙ НАМЕРИ НАЧИНИ ДА ГО АКТИВИРА, Т.Е. ЗНАЧИТЕЛНО УВЕЛИЧАВАНЕ НА ПОРИОЗНОСТТА. ЕДИН ГРАМ АКТИВЕН ВЪГЛЕН С ИЗКЛЮЧИТЕЛНО РАЗВИТА КАПИЛЯРНОСТ ИМА АБСОРБИРАЩА ПОВЪРХНОСТ ОТ 15 КВАДРАТНИ МЕТРА.

Преглед на материала

Въведение

Адсорбционните явления са изключително широко разпространени в живата и неживата природа. Скалите и почвите са огромни колони с адсорбенти, през които се движат вода и газови разтвори. Белодробната тъкан на бозайниците е подобна на адсорбент - носител, върху който се задържа кръвен хемоглобин, който осигурява преноса на кислород към тялото. Много функции на живите клетки са свързани със способността на тяхната повърхност да абсорбира хранителни вещества, идващи отвън. Дори нашите сетива, като обоняние и вкус, зависят от адсорбцията на молекулите на съответните вещества в носната кухина и на езика.

Явлението адсорбция е известно от много дълго време. Естествени материали като пясък и пръст са били използвани за пречистване на вода от зората на човешкото общество. В края на 18 век К. Шееле и в същото време Ф. Фонтана откриват способността на прясно калцинирания въглен да абсорбира различни газове в обеми, няколко пъти по-големи от собствения му обем. Скоро стана ясно, че количеството на абсорбирания обем зависи от вида на въглищата и естеството на газа.

ТЕЗИ. Ловиц през 1785 г. открива явлението адсорбция на въглерод в течна среда, изучава го подробно и предлага използването на въглища за пречистване на фармацевтични продукти, алкохол, вино и органични съединения. Ловиц показа, че въгленът може бързо да пречисти развалената вода и да я направи годна за пиене. И сега основният принцип на работа на водните филтри са въглеродните материали, разбира се, по-модерни от естествените въглища.

Адсорбцията на токсични вещества от въздуха е използвана от Н.Д. Зелински при създаването на противогаз по време на Първата световна война.

Днес адсорбцията формира основата на много промишлени операции и научни изследвания. Адсорбцията се използва за пречистване на газове от примеси и вредни вещества, за извличане на ценни продукти от разтвори, като съединения на редки метали, и за отделяне на различни химикали.

Изследванията на адсорбцията, като процес, протичащ на повърхността на веществото, са тясно свързани с развитието на полупроводниковите технологии, медицината, строителството и военните дела. Процесите на адсорбция играят ключова роля при избора на стратегия за опазване на околната среда.

Цел на изследването:търсене и изучаване на информация за адсорбцията, настройка и описание на експерименти, демонстриращи явлението адсорбция.

За постигане на целта бяха поставени следните задачи:

1. Търсене и обобщаване на информация за явлението адсорбция.

2. Разглеждане на различни видове адсорбенти.

3. Постановка и описание на експерименти, демонстриращи явлението адсорбция.

4. Анализ на резултатите, получени при експериментите по адсорбция.

5. Писане на заключения и заключения относно процеса на изучаване на явлението адсорбция.

6. Прототипиране на устройства, модели.

7. Изучаване на всички възможности на такъв процес като адсорбция.

При написването на работата са използвани следните методи на изследване:исторически метод, метод за анализ на литературата по адсорбция и нейното приложение, експериментален метод.

Глава 1

Адсорбция. Главна информация

Адсорбция- абсорбция на газообразни или разтворени вещества от повърхността на твърдо тяло.

Обратният процес - освобождаването на тези абсорбирани вещества - десорбция.

Адсорбцията е универсално и повсеместно явление, което се случва винаги и навсякъде, където има интерфейс между веществата. Най-голямо практическо значение има адсорбцията на ПАВ и адсорбцията на примеси от газ или течност чрез специални високоефективни адсорбенти. Различни материали с висок специфична повърхност(повърхностна площ на 1 g адсорбент): порест въглен (най-често срещаната форма е активен въглен), силикагел, зеолити и някои други групи естествени минерали и синтетични вещества.

Веществото, върху чиято повърхност се извършва адсорбция, се нарича адсорбенти веществото, абсорбирано от газ или течност - адсорбат. В зависимост от естеството на взаимодействието между молекулата на адсорбата и адсорбента, адсорбцията обикновено се разделя на физическа адсорбцияи хемосорбция. По-малко силната физическа адсорбция не е придружена от значителни промени в молекулите на адсорбата. Дължи се на междумолекулни сили, които свързват молекулите в течности и някои кристали и се проявяват в поведението на силно компресирани газове. По време на хемосорбцията молекулите на адсорбата и адсорбента образуват химични съединения. Адсорбцията често се задвижва от физически и химични сили, така че няма ясна граница между физическа адсорбция и хемосорбция.

Количеството адсорбция, тоест количеството адсорбиран газ (или пара), се изразява в различни единици, но най-често в молове адсорбирано вещество на 1 g адсорбент. Ясно е, че адсорбционната стойност на дадено вещество е толкова по-висока, колкото по-достъпна е повърхността на адсорбента за това вещество. Следователно специфичната повърхност S е дадена като характеристика на твърдите тела.

Отделни видове адсорбция ( хемосорбция, физическа адсорбция, активирана адсорбция) на практика често се случват едновременно. Така че много често физическата и активната адсорбция се комбинират, като при ниски температури протича предимно - първото, при високите температури - второто. Въпреки особеностите на разглежданите явления, няма специални сили, които да причиняват адсорбция. Тук действат само обичайните сили на взаимно привличане между атомите и молекулите, в резултат на което възникват връзки между абсорбираното вещество и абсорбера.

Този процес също е много ефективен за подобряване на околната среда. Всеки ден в атмосферата се отделя голямо количество въглероден диоксид, което причинява парниковия ефект и изменението на климата. Въглеродният диоксид причинява голяма вреда на човешкото здраве. Повишената концентрация на въглероден диоксид засяга човешкото здраве, тъй като под негово влияние рН на кръвта намалява, което води до ацидоза, минималният ефект от последствието от ацидозата е състояние на свръхвъзбуда и умерена хипертония. С увеличаване на степента на ацидоза се появяват сънливост и състояние на тревожност. Една от последиците от тези промени е намаляването на желанието за упражнения и физическа активност. Учените са открили, че въглеродният диоксид, дори в ниски концентрации, влияе отрицателно на човешката клетъчна мембрана и може да доведе до такива биохимични промени в тялото като повишаване на CO 2, повишаване на концентрацията на бикарбонатни йони, ацидоза и др. като азотен диоксид (NO 2)

Глава 2

КРИСТАЛНА ПОВЪРХНОСТ

По време на Първата световна война Германия е първата от силите, които използват химически бойни отровни вещества. Когато стана известно за това престъпление, великият учен Николай Дмитриевич Зелински изобретил специално устройство, което предпазва хората от военни химикали. Това устройство се нарича въглеродна газова маска, която спаси живота на десетки хиляди невинни хора. Разработената от Зелински маска е прототипът на съвременния противогаз. Кутията, пълна с въглищен прах, е основната част на противогаза. След това ще се опитаме да разберем на какво се основава действието на такъв прах и как той може да предпази от действието на отровни газове.

Малък, но далечен

Да приемем, че в кутията на противогаза има парче въглища със същата маса вместо въглищен прах. Чудя се какво ще се случи, ако влезете в зоната на газовата атака с такава противогаз? Може ли да предпази от отровни газове? Оказва се, че не. Целият проблем е в пудрата от кутията. Е, тогава какво отличава праха от обикновено парче въглища?В противогаза се използва специално приготвен въглен, който се нарича активиран. Такива въглища имат много по-голяма повърхност на единица маса, като по този начин се различават от обикновените въглища. Наподобява проядено от червеи дърво, тъй като частиците му са надупчени с пори. Площта на активния въглен на единица маса, наречена специфична повърхност, се оказва милиони пъти по-голяма от специфичната повърхност на твърдо парче. Един грам активен въглен има повърхност над 1000 m 2 . Помислете само: малко парче, специално приготвено и смляно на прах, придобива огромна повърхност. В такъв прах не малка част от молекулите и атомите излизат на повърхността. И именно този факт обяснява защитния ефект на газовата маска: тъй като повърхностните атоми на въглищата „задържат“ атомите на отровните газове, които преминават в дихателната маска. Тогава защо повърхностните атоми могат да абсорбират отровен газ, но не и в насипно състояние? Ще разберем.

Защо един атом е неудобен на повърхността?

Добре знаем, че кристалът има подредена и симетрична решетка, в която всеки атом заема строго определено място. Атомите на кристала от своя страна взаимодействат помежду си и в резултат на това всеки атом образува стабилни "връзки" със своите съседи. Броят на най-близките съседи на атома в дадена кристална решетка се нарича координационно число и е характеристика на кристала. Навсякъде вътре в кристала атомът винаги ще има брой съседи, равен на координационното число. Ами ако атомът е на повърхността?

Представете си кристал, който е във вакуум. Атомите, разположени на повърхността, нямат съседи от всички страни, а от една страна изобщо няма атоми (фиг. 1). По този начин можем да заключим, че атомът на повърхността има различно координационно число от атома вътре в кристала.

Например, атом вътре в кристал с кубична решетка (както на фиг. 1) има шест съседа, докато атом на повърхността има само пет. Следователно част от възможните връзки на повърхностния атом остават неизползвани и енергията на такъв атом е по-голяма от тази на атома, живеещ вътре в кристала. Наличието на повърхност е енергийно неизгодно, тъй като увеличава енергията на кристала като цяло. Повърхностните атоми са склонни да навлязат в кристала, да се заобиколят с техните естествени атоми, да използват всички възможни връзки и по този начин да намалят енергията си. Всеки истински кристал обаче заема ограничена площ от пространството, повърхността съществува и някой трябва да бъде върху нея. Освен това атомите са на повърхността не поради някакви "грешки", а случайно. Както в известната песен: "Нека някой има късмет, но някой не."

Така виждаме, че образуването на повърхност е свързано с определени енергийни разходи, а основната характеристика на повърхността е повърхностната енергия - енергията, необходима за създаване на повърхност с единица площ.

Досега говорихме за кристал във вакуум. Въпреки това, обикновено веществата са в реална среда и взаимодействието с околната среда започва именно от повърхността.

Глава 3

Видове адсорбенти

Адсорбентите се делят на непорестии пореста. Специфична повърхност непорестиадсорбенти варира от стотни до стотни m 2 /g. Може да се оцени как се увеличава повърхността на куб от твърдо тяло с ръб 1 cm в резултат на раздробяване на кубчета със същия размер с ръб 500 nm (1 nm=1×10 -9 m). Оказва се, че повърхността на малките кубчета се увеличава 20 000 пъти.

порестаАдсорбентите се отличават с наличието на система от пори (канали), които представляват кухини в твърдо тяло, обикновено свързани помежду си и имащи различни форми и размери. В повечето порьозни тела вътрешната повърхност на порите е десетки, стотици и дори хиляди пъти по-голяма от външната. Интересно е, че 1 cm 3 конвенционален порест силициев диоксид има повърхност от около 90 m 2.

Твърди вещества или течности, които имат голяма специфична повърхност и се използват за абсорбиране на газове, пари или разтворени вещества. Активността на адсорбентите се характеризира с количеството вещество, погълнато от единица маса или обем. Максималната активност, постигната до момента на равновесие при дадена температура и концентрация на абсорбираното вещество в газовата фаза, е равновесната статична активност.

Разнообразие от материали с висока специфична повърхност могат да действат като твърди абсорбери на газ и пари: порест въглен (най-често срещаната форма е активен въглен) и минерални адсорбенти: силикагел, алумосиликагел, различни йонообменни смоли, зеолити, като както и някои други групи естествени материали и синтетични вещества.

3.1 Естествени адсорбенти

Естествените адсорбенти, получени от растителни или минерални суровини, също имат развита пореста структура.

Естествените адсорбенти включват някои видове глини, триполи, колби, диатомити, боксити, серпентин, асканглина, кримски кил, натролит, каолин.

Добри естествени адсорбенти са дънни седименти, особено калните. Те са способни да акумулират повишени концентрации на замърсители спрямо съдържанието им във водата на същия водоем.

активни въглища- адсорбенти от органичен произход (от въглища, торф, дървесни материали, отпадъци от производството на хартия, животински кости, черупки от ядки, плодови семки и др.) Активните въглени са въглища, специално обработени, за да освободят порите си от смолисти вещества и да увеличат адсорбиращата повърхност. Много често вещества от растителен произход служат като въглеродсъдържащ материал за производството на активен въглен. Следователно името на активния въглен често се свързва с името на изходния материал: въглен, захар, кръв, кост.

Имат отлични адсорбиращи свойства, поради порестата си структура абсорбират широк спектър от вредни вещества - отрови, токсини, тежки метали, газове.

Активен алуминий

естествени зеолити(молекулярни сита) са кристали, които се характеризират с пори със строго определени размери, следователно само онези молекули, чийто диаметър е по-малък или равен на размера на порите на използвания адсорбент, могат да адсорбират тези кристали.Тяхната употреба е много широка: от използване като катализатори за много нефтохимични и нефтопреработващи процеси до котешка тоалетна и фуражни добавки за животни и птици, които запълват нуждата от минерали и подобряват метаболизма благодарение на своите адсорбционни качества.

От естествените зеолити, включително форми с високо съдържание на силициев диоксид, устойчиви на киселина, са известни клиноптилолит, морденит и ерионит. Съдържанието на собствените зеолити в някои находища достига 80-90%, а в някои случаи дори надвишава тези стойности. От разработените находища природните зеолити идват под формата на зърна с неправилна форма с определени размери, получени чрез раздробяване и последващо класифициране на съответните зеолитосъдържащи скали. Въпреки това, наличието на различни примеси и свързаните с тях скали в природните зеолити, както и трудността на обогатяването, възпрепятстват значителното им използване за решаване на проблемите с почистването на отработените газове в промишлени условия.

силициев геле изсушен гел от силициева киселина. Силикагелите обикновено се получават чрез въздействие върху водно стъкло със солна или сярна киселина. Произведените силикагелове се отличават с размера на порите и частиците. Силикагелите се използват главно за изсушаване на въздух, въглероден диоксид, водород, кислород, азот, хлор и други промишлени газове.

3.2 Изкуствени адсорбенти

Алумогели

Активен алуминийполучен от търговски алуминиев хидроксид чрез третиране със сода каустик и утаяване с азотна киселина. Използва се като сушилня в различни процеси на химическата, нефтохимическата промишленост, по-специално при изсушаване на природен газ и други въглеводородни газове в течно и газообразно състояние.

Основните марки активен алуминиев оксид, произвеждан от местната промишленост, са цилиндрични гранули с диаметър 2,5-5,0 mm и дължина 3-7 mm, както и топкови гранули със среден диаметър 3-4 mm. Специфичната повърхност на алуминиевите гелове е 170-220 m2/g, общият обем на порите е в диапазона 0,6-1,0 cm3/g, средният радиус на порите и гравиметричната плътност на цилиндричните и сферичните гранули са (6-10) * 10 -9, съответно и (3-4)*10-9 m и 500-700 и 600-900 kg/m3. За разлика от силикагелите, алумогелите са устойчиви на влага. Те се използват за улавяне на полярни органични съединения и сухи газове.

Зеолити

Те са алумосиликати, съдържащи оксиди на алкални и алкалоземни метали и се характеризират с правилна структура на порите, чиито размери са съизмерими с размерите на молекулите, което определя и другото им наименование - "молекулярни сита". Общата химична формула на зеолитите е Me2 / nO * Al2O3 * xSiO2 * yH2O, (където Me е катионът на алкалния метал, n е неговата валентност). Кристалната структура (алумосиликатен скелет) на зеолитите се формира от SiO4 и A1O4 тетраедри, излишният им отрицателен заряд се компенсира от положителния заряд на съответните метални катиони. Зеолитните катиони при определени условия на тяхната обработка могат да бъдат заменени със съответните катиони на разтвори в контакт с тях, което позволява да се разглеждат зеолитите като катионни обменници. Абсорбцията на веществото се извършва главно в адсорбционните кухини на зеолитите, които са свързани помежду си чрез входни прозорци със строго определени размери. През прозорците могат да проникнат само молекули, чийто критичен диаметър (диаметърът по най-малката ос на молекулата) е по-малък от диаметъра на входния прозорец.

Зеолитите се получават синтетично и се добиват по време на разработването на естествени находища. Сред много десетки различни синтетични зеолити, за решаване на проблеми с почистването на газове, се използват главно произведените в търговската мрежа зеолити с общо предназначение от марките NaA, CaA, CaX и Max, които се характеризират с диаметъра на входния прозорец. Синтетичните зеолити се произвеждат в търговската мрежа под формата на цилиндрични и сферични гранули, чийто диаметър обикновено е 2-5 mm, произведени със или без свързващо вещество (10-20% глина) (в последния случай механичната якост на гранулите е по-висока).

Зеолитите имат най-висок адсорбционен капацитет за двойки полярни съединения и вещества с множество връзки в молекулите.

NaA зеолитът може да адсорбира повечето компоненти на индустриални газове, чийто критичен диаметър на молекулите не надвишава 4*10-9m.

Тези вещества включват H2S, CS2, CO2, NH3, нисши диенови и ацетиленови въглеводороди, етан, етилен, пропилен, органични съединения, съдържащи една метилова група в молекулата, а при ниски температури на сорбция също CH4, Ne, Ar, Kr, Xe, O2 , N2, CO. Пропанът и органичните съединения с повече от три въглеродни атома на молекула не се адсорбират от този зеолит.

CaA зеолитът се характеризира с повишена стабилност в слабо кисела среда, което предопределя възможността за използването му в процесите на декарбонизация и десулфуризация на газове. Този зеолит е в състояние да адсорбира въглеводороди и нормални алкохоли.

Зеолитите тип X адсорбират всички видове въглеводороди, органична сяра, азотни и кислородни съединения, халогенирани въглеводороди, пента- и декаборан. С пълното заместване на натриевия катион с калциев катион, CaX зеолитът, за разлика от NaX зеолита, не адсорбира ароматни въглеводороди и техните производни с разклонени радикали.

Зеолитите, както и силикагелите и активният двуалуминиев оксид се характеризират със значителна сорбционна способност за водни пари. Заедно с това зеолитите се отличават със запазване на достатъчно висока активност за съответните целеви компоненти при относително високи (до 150–250 ° C) температури. Въпреки това, в сравнение с други видове индустриални адсорбенти, те имат относително малък обем на адсорбционните кухини, в резултат на което се характеризират с относително малки гранични стойности на адсорбция. Гравиметричната плътност на синтетичните зеолити е 600-900 kg/m3.

йонообменници

Йонитите - високомолекулни съединения - все още не са намерили широко приложение за пречистване на промишлени отработени газове. Въпреки това се правят изследвания на; извличане на киселинни компоненти (серни и азотни оксиди, халогени и др.) от газове на анионобменници и алкални компоненти на катионобменници.

Глава 4

Собствени изследвания на адсорбционните свойства на различни адсорбенти

ОПИСАНИЕ НА ОПИТ №1 (използване на активен въглен)

Много добър адсорбент - въглища. И не каменни, а дървесни, и не просто дървесни, а активни (активирани). Такива въглища се продават в аптеките, обикновено под формата на таблетки. Ще започнем експерименти за адсорбция с него.

Пригответе бледо мастило с произволен цвят и го изсипете в епруветка, но не до върха. Поставете таблетка активен въглен, за предпочитане натрошена, в епруветка, затворете с пръст и разклатете добре. Решението ще светне пред очите ви. Те смениха разтвора с друг, също оцветен - разреден гваш. Ефектът ще е същият. И ако просто вземете парчета въглен, те ще абсорбират багрилото много по-слабо.

В това няма нищо странно: активният въглен се различава от обикновения въглен по това, че има много по-голяма повърхност. Неговите частици са буквално проникнати от пори (за това въглищата се обработват по специален начин и се отстраняват от примесите им). И тъй като адсорбцията е абсорбция от повърхността, ясно е: колкото по-голяма е повърхността, толкова по-добра е абсорбцията.

Резултатите от експеримента са представени в (Приложение 2)

ОПИСАНИЕ НА ОПИТ № 2 (използване на активен въглен, царевични пръчици)

1. Адсорбентите са в състояние да абсорбират вещества не само от разтвори. Вземете стъклена колба, капнете една капка одеколон или друго миризливо вещество на дъното. Поставете колбата върху спиртна лампа, за да загреете леко миризливата течност - тогава тя ще се изпари по-бързо и ще мирише по-силно. С леки вълни на ръката насочете въздуха към носа заедно с изпаренията на веществото.

Миризмата се усеща ясно. Сега поставете малко активен въглен в бутилката, затворете я плътно с капак и оставете за няколко минути. Отстранете капака и отново насочете въздуха към вас с махване на дланта. Миризмата изчезна. Той се абсорбира от адсорбента или по-точно се абсорбират молекулите на летливото вещество, които се поставят в буркан.

2. Много добър адсорбент е надутата царевица или царевичните пръчици, толкова обичани от много от нас. Разбира се, няма смисъл да харчите пакет или дори една четвърт от пакета за експеримент, но няколко парчета ... Повторете предишния експеримент с миризливи вещества в присъствието на царевични пръчици - и миризмата напълно ще изчезне. Разбира се, след преживяното вече не е възможно да се ядат пръчици.

Резултатите от експеримента са представени в (Приложение 1)

Глава 5

АДСОРБЦИОННИ МЕТОДИ ЗА ПРЕЧИСТВАНЕ НА ОТРАБОТЕНИ ГАЗОВЕ

Адсорбцията от течности се използва в промишлеността за извличане на серен диоксид, сероводород и други серни съединения, азотни оксиди, киселинни пари (НCI, HF, H2SO4), въглероден диоксид и монооксид, различни органични съединения (фенол, формалдехид, летливи разтворители) от газове .

Методът на адсорбция осъществява процесите, протичащи между молекулите на газове и течности. Ако няма взаимодействие между течността за пръскане и напоявания газ, тогава ефективността на абсорбцията на компонентите от сместа пара-въздух се определя само от равновесието пара-течност.

Скоростта на абсорбция на газ от течност зависи от:

а) дифузия на абсорбирани вещества от газовия поток към повърхността на контакт с абсорбиращата течност;

б) преминаване на газова частица към повърхността на течността;

в) дифузия на абсорбираните вещества в промивната течност, където се установява равновесие;

г) химическа реакция (ако има такава).

Абсорбционното почистване се използва както за извличане на ценни компоненти от газовия поток и връщането им обратно в технологичния процес за повторна употреба, така и за абсорбиране на вредни вещества от отработените газове с цел санитарно очистване на газовете. Обикновено е рационално да се използва абсорбционна обработка, когато концентрацията на примеси в газовия поток надвишава 1% (об.). В този случай съществува определено равновесно налягане на абсорбирания компонент над разтвора и абсорбцията се извършва само докато парциалното му налягане в газовата фаза е по-високо от равновесното му налягане над разтвора. В този случай пълнотата на извличане на компонента от газа се постига само с противоток и подаване към абсорбера на чист абсорбер, който не съдържа веществото за извличане.

5.1 Прилагане на адсорбционна обработка

Адсорбционното почистване е непрекъснат и като правило цикличен процес, тъй като абсорбцията на примеси обикновено е придружена от регенериране на абсорбционния разтвор и връщането му в началото на цикъла на почистване. Използването на метода за абсорбционно почистване се дължи на високата интензивност на абсорбционните процеси, което прави възможно създаването на високоефективни инсталации за пречистване на газ, възможността за използване на метода за почистване на газове, съдържащи както вредни газове, така и прах, и накрая, богатият опит в експлоатацията на абсорбционни съоръжения в различни технологични процеси и предимно в химическата технология.

5.2 Недостатъци и предимства на адсорбционния метод за пречистване на газа

Адсорбционният метод за пречистване на газа не е свободен от определени недостатъци, свързани предимно с обемността на оборудването. ТоваМетодът е доста капризен в експлоатация и е свързан с високи разходи. Недостатъците на метода на абсорбция включват образуването на твърди отлагания, което усложнява работата на оборудването и корозивността на много течни среди. Но въпреки тези недостатъци, методът на абсорбция все още се използва широко в практиката на пречистване на газове, тъй като позволява улавяне на твърди частици заедно с газове, е прост в оборудването и отваря възможности за използване на уловени примеси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В хода на научната работа беше проучен голям брой литературни материали за адсорбцията на пари от порести въглеродни материали, получени от различни въглеродсъдържащи суровини. Направих и прототипи на устройства и модели, които ясно показват ефективността на адсорбцията.

Сегашното световно производство на порести въглеродни материали се доближава до един милион тона годишно. В момента обещаващо направление е производството на сорбенти от различни дървообработващи отпадъци и недървесни растителни суровини. Такова използване на отпадъци от различни индустрии ни позволява едновременно да решим екологичния проблем с тяхното обезвреждане и да разширим списъка на сорбентите, подходящи за използване в различни области. В момента около 36% от въглеродните сорбенти се произвеждат от дървесина, 28% от въглища, 14% от кафяви въглища, 10% от торф и около 10% от кокосови черупки.

Мащабът на използване на сорбенти за решаване на екологични проблеми е ограничен от тяхната цена. Привличането на евтини суровини и разработването на ефективни технологични решения за тяхната обработка може значително да намали цената на търговски продукт.

Най-важната суровина за производството на активни въглища е дървесина (под формата на дървени стърготини), дървени въглища, торф, торфен кокс, някои твърди и кафяви въглища, както и полукокс от кафяви въглища.

Приложения

Презентация

Приложения:

Изтегляне на материал