Способ определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема

Способ определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННОЯ ЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА, включающий перемешивание материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагревании и последующую, количественную регистрацию остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растворе, о тличающийся тем, что, с целью поньш1ения точности определения сорбци.онной емкости, в качестве адсорбирующегося вещества используют дигалоидзамещенные фенолы, а в качестве растворителя - нормальные па-рафины , содержащие 6-8 атомов углерода , или циклогексан. С (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 N 31/06; С 01 В 3 3/12 ""* м в !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3471947/23-26 (22) 16.07.82 (46) 15.11.83. Бюл. 9 42 (72) A.Â. Мамченко, И.N. Самодумова и Т.И. Якимова .(71) Институт коллоидной химии и химии воды им. A.B. Думанского (53) 546.28 (088.8) (56) 1. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии, Под ред. А.В. Киселева и

В.П. Древинга. M., изд-во МГУ, 1973, с. 447.

2. Когановский А.М., Левченко T.Ì., Кириченко В.А. Адсорбция растворенных веществ. Киев, "Наукова думка", 1977, с. 223.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 894560, кл. G 01 N 31/06, 1981.

„,БО„„А (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННОЙ ЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ

КРЕМНЕЗЕМА, включающнй перемешивание материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагревании и последующую количественную регистрацию остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растворе, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьпаения точности определения сорбционной емкости, в качестве адсорбирующегося вещества используют дигалоидзамещенные фенолы, а в качестве растворителя — нормальные па-. рафины, содержащие 6-8 атомов углерода, или циклогексан.

1054774

Изобретение относится к области физической химии, а именно к методам исследования сорбционных свойств материалов, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также при научных исследованиях для определения качества пористых и непористых материалов на основе кремнезема, в частности силикагелей, азросилов, широко используемых для 10 очистки жидкостей и газов, а также н качестве наполнителей.

Известен способ определения сорб-. ционной емкости пористых и непористых материалов по адсорбции паров, 15 заключающийся в помещении образца в замкнутый сосуд, накуумиронании сосуда и материала до 0,1 мм,рт.ст., нагревании материала при вакуумировании до 100-400 С (в некоторых случаях с весьма малой скоростью 2-4оC и час ) и остаточного давления не превышающего 1 10 мм. рт,ст., охлаждении образца до температуры измерения, откачке адсорбируемого вещества от растворенных в нем газов, напуске газообразного адсорбата в замкнутый сосуд, замере адсорбированного количества сорбата на образце и соответствующего этому количеству давления газа в замкнутом сосуде, определении на основе таких данных зависимости количества поглощаемого образцом сорбата от давления сорбата в замкнутом сосуде и вычислении иэ полученных данных сорбционной емкости материала. Общее время onpe-! деления 20-72 ч. Способ универсален (1) .

Недостатком способа является необходимость использования сложной ва-40 куумно-адсорбционной аппаратуры.

Известен .простой по аппаратурному оформлению способ определения сорбционной емкости углеродных материалов по адсорбции из растворОв, 45 который включает перемешивание.в замкнутом сосуде навески материала с заданным количеством растворенного адсорбирующегося вещества, заранее растворенного в растворителе, Затем . 50 регистрируют концентрацию раствора после завершения процесса адсорбции и определяют из полученных данных сорбционную емкость материала путем экстраполяции зависимости объема

55 адсорбированного вещества от равновесной концентрации к условию равенства равновесной концентрации растворимости адсорбирующегося вещества.

В качестве адсорбирующегося вещества используют пара-хлоранилин, а в качестве растворителя воду f2) .

Недостатком способа является ненысокая точность определения сорбционной емкости углеродных материалов, не превышающая 15-20%, и неноз-., 65 можность его использования для определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ определения сорбционной емкости углеродных материалов по адсорбции из растворов, заключающийся н совмещении процессов растворения и адсорбции поглощаемого вещества при нагревании. Согласно способу смесь растворителя (вода), поглощающего материала (углеродный адсорбент) и адсорбирующегося вещества (парахлоранилин) нагревают при перемешинании до температуры, не превышающей температуру кипения растворителя (40-70"С ), выдерживают смесь при этой температуре до полного растворения адсорбирующегося вешества в течении 30-200 мин, понижают температуру системы до температуры измерения сорбционной емкости (25 С ) н течение 30-б0 мин, термостатируют систему при температуре измерения в течение 120-360 мин и регистрируют остаточную концентрацию адсорбирующегося вещества (пара-хлоранилин) в растноре. Из полученных данных рассчитывают сорбционную емкость углеродного материала, при этом погрешность определения сорбционной емкости 0,8-1,3Ъ.

Способ прост по аппаратурному оформлению и по точности определения сорбционной емкости углеродных материалон не уступает способу, основанному на адсорбции газов и паров (3) .

Недостатком способа является его непригодность для определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема. Необходимым требованием корректного использования способа является полное заполнение сорбционного пространства материала адсорбатом при концентрации последнего равной его растворимости.Это требование выполняется для углеродных материалов (например саж, активных углей), но не выполняется .для материалов на основе кремнезема {например силикагелей, аэросилов.), что приводит к неверным {заниженным) значениям характеристик сорбционной емкости. При этом погрешность измерения 90-95%.

Цель изобретения — повышение точности определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема по адсорбции иэ растворов.

Поставленная цель достигается способом определения сорбционной емкости материалов на осйове кремнезема, включающим перемешивайие материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагревании и пос1054774

Погрешность определения величины 5 относительно известного способа, %

Удельная поверхность

5 м 2/г

Растворитель

Адсорбирующееся вещество

Материал на основе кремнезема

5 0

188 н-Гептан

2„5-Дихлорфенол

2,4-Дихлорфенол

2,4-Дибромфенол

2,5-Дихлорфенол

Аэросил

1,0

200

2,5

203

4,3

200

Силикагель

1,9

205 н-Гексан н-Октан

2,9

203

6,7

195

Циклогексан

20,1

167 н-Пентан н-Декан

18,7

170 ледующую количественную регистрацию остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растноре,в качест- . ве адсорбирующегося вещества используют дигалоидзамещеиные фенолы, а в качестве растворителя нормальные парафины, содержащие 6-8 атомов углерода, или циклогексан.

Л р и м е р. В колбу с притертой пробкой. помещают 4 г аэросила, 2,35 r 2,5-дихлорфенола, 13,7 г н-гептана (навески взвешинают с точностью до 0,0005 г), перемешивают полученную смесь при 40 С до полного растворения 2,5-дихлорфенола (в течение 20 мин), понижают температуру системы аэросил — раствор 2,5-дихлорфенола в н-гептане до температуры измерения (25 С ), термостатируют систему при 25oC в течение 180 мин и регистрируют остаточную концентрацию 2,5-дихлорфенола в растворе.3арегистрированная концентрация

720 ммоль/кг (растворимость 2,5-диI хлорфенола в н-гептане при 25 С

750 ммоль/кг ), т.е. равновесная концентрация адсорбирующегося вещества в растворе 96% от его растворимости.

Величину удельной поверхности аэросила,S (м /г ), характеризующую его адсорбционную емкость, рассчитывают по формуле ! э= „„-С 40 где m - навеска 2,5-.дихлорфенола, г

N — молекулярный вес 2,5-дихлорфенола, г/моль, g - навеска растворителя,кг, равновесная остаточная концентрация адсорбирующегося вещества,ммоль/кг, молекулярная посадочная площадка равная для. 2 5-дихлорфенола 2,76 10 1. /мо. а лекулу, число Авогадро, навеска материала, r.

Величина удельной поверхности азросила, вычисленная по формуле, равна 188 10 м /г, хорошо согласует- ся со значением, определенным по унинерсальному способу — по адсорб35 ции паров бензола (198+ 10 м /г).

Ошибка определения сорбционной емкости аэросила 5%.

Растнорители и адсорбирующиеся вещества выбирают из условий,обеспечивающих точность определения сорбционной емкости, так как для ее корректного определения необходимо полное заполнение поверхности (адсорбционного пространства) материала адсорбатом при концентрации последнего н растворе по крайней мере не . большей 90-99% от его растворимости.

В прртивном случае величины сорбционной емкости оказываются эаниженHblMH, Для обоснования выбора растворителей и адсорбирующихся веществ проведены определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема-аэросила и силикагеля с использованием ряда соединений идентично йримеру. Результаты представлены в таблице.

1054774 родолжение таблицы з ) 42,5

120 н-Гептан

13,9

180 и-Гептан

83,5

1-Гептан

15

92,5

Вода

Вода

Аэросил

Силикагель

90,6

198

Аэросил

Силикагель

209

Составитель В. Назаров

Техред H.Ãàéäó Корректор И. Эрдейи

Редактор О. Колесникова

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ, 9096/51

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 пара-Клоранилин

Фенол

2,5-Дихлорфенол

Способ — прототип пара-Хлоранилин пара-Хлоранилин

Способ — аналог

Вен зол (пар ) Как видно из приведенных данных, использование в качестве адсорбирующихся веществ 2,4-дихлорфенола, 2,5-дихлорфенола, 2,4-дибромфенола, а в качестве растворителей н-гексана, н-гептана, н-октана и циклогексана позволяет с высокой точностью определять сорбционную емкость материалов на основе кремнезема (аэросилы, силикагели). При этом погрешность определения составляет 1-7Ъ относительно способа-аналога. Применение для этой цели других адсорбирующихся веществ (пара-хлоранилин, фенол) или растворителей (н-пентан, н-декан, 1-гептанол, вода) приводит к увеличению погрев. ности определения сорбционной емкости в 2-18 раз.

Таким образом, данный способ поэ. воляет с высокой точностью определять сорбционную емкость материалов на основе кремнезема. Кроме того,он проще по сравнению со способом-аналогом,