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國立高雄應用科技大學
化學工程與材料工程系
物理化學實驗第二組預報
-溶液中的吸附
班級:四化材三甲
學號:1100101124
姓名:林政宏
指導老師:吳瑞泰、何宗漢 老師
目錄.
一、實驗目的
了解吸附的定義,吸附有關理論及測定法
測定在乙酸水溶液中,活性碳對乙酸的吸附量
熟悉吸附等溫線的繪製
測定Freundlich吸附等溫線中的常數
二、實驗原理
活性碳是將一些含有碳元素之物質,經過碳化及活化等處理而得到之多孔性,且具有廣大面積之優良吸附劑,依照活性碳外型可分為(1)粉末活性碳(2)粒狀活性碳(3)纖維狀活性碳(4)表面塗佈之基材活性碳等四大類。本實驗用活性碳吸附醋酸溶液中的醋酸物質,運用Freundlich等溫吸附方程式,其中k與n是常數,其大小視溫度、吸附劑與受吸物質而定。實驗在數種濃度的醋酸水溶液中加入相同量活性碳,在恆溫及相同時間內進行吸附,將數據代入公式,以求得n與k值。
三、相關知識
Freundlich方程式
Freundlich於公元1907年依等溫吸附實驗結果所提出的恆溫吸附經驗式,其形式如下: q=KCn? 其中q=平衡狀態下單位質量吸附劑的吸附容量 C=平衡濃度 K,n=實驗常數。 此式為最早提出的恆溫吸附模式,隨後有Langmuir於公元1918年提出單分子層吸附理論;Brunauer、Emmett、Teller 於公元1939年提出多分子層吸附論理。Freundlich程式已廣泛地應用在工業及廢水廢氣處理的程序上;在上式中,若n>1,為有利於吸附;n<1為不利於吸附。此式提供了選擇吸附劑的簡單原則。
吸附
吸附也屬於一種 \o 傳質 傳質過程,物質內部的分子和周圍分子有互相吸引的引力,但物質表面的分子,其中相對物質外部的作用力沒有充分發揮,所以液體或固體物質的表面可以吸附其他的液體或氣體,尤其是表面面積很大的情況下,這種吸附力能產生很大的作用,所以工業上經常利用大面積的物質進行吸附,如活性炭、水膜等。吸附過程有兩種情況:
物理吸附,在吸附過程中物質不改變原來的性質,因此吸附能小,被吸附的物質很容易再脫離,如用活性炭吸附氣體,只要升高溫度,就可以使被吸附的氣體逐出活性炭表面。
化學吸附,在吸附過程中不僅有引力,還運用化學鍵的力,因此吸附能較大,要逐出被吸附的物質需要較高的溫度,而且被吸附的物質即使被逐出,也已經產生了化學變化,不再是原來的物質了,一般催化劑都是以這種吸附方式起作用。
還有一種可以進行連續操作的分子篩,物料連續進入填充床,分子篩可以只吸附固定體積的分子,再釋放,而將體積過大的分子攔住,石油氣和天然氣的分離經常採用這種方式。
吸附作用是催化、脫色、脫臭、防毒等工業應用中必不可少的單元操作。
活性碳
活性碳是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳。活性炭主成分除了碳以外還有氧、氫等元素。活性炭在結構上由於微晶碳是不規則排列,在交叉連接之間有細孔,在活化時會產生碳組織缺陷,因此它是一種多孔碳,堆積密度低,比表面積大。
活性炭的孔隙半徑大小可分為:
大孔:半徑 20 000nm
過渡孔:半徑150 ~20 000nm
微孔:半徑 150nm
活性炭的成品有粉末炭、造粒炭與破碎炭。
種類
由於原料來源、製造方法、外觀形狀和應用場合不同,活性炭的種類很多,到目前為止尚無精確的統計材料,大約有上千個品種。
按原料來源分
木質活性炭
獸骨、血炭
礦物質原料活性炭
其它原料的活性炭
再生活性炭
按製造方法分
化學法活性炭(化學炭)
物理法活性炭
化學--物理法或物理--化學法活性炭
按外觀形狀分
粉狀活性炭
顆粒活性炭
不定型顆料活性炭
圓柱形活性炭
球形活性炭
活性炭纖維
蜂窩活性炭
其它形狀的活性炭
活化方法
主要活化方法:
木炭、果殼炭、煤等原料經造粒後,在1000℃下用水蒸氣、二氧化碳、進行活化的氣體活化法。
乾燥後的原料用氯化鋅溶液浸漬,混合,在500~700℃下加熱,進行碳化或活化,稱為藥劑活化法。
活性炭是疏水性的吸附劑,具有對非極性物質有選擇性吸附的特性,還具有由碳表面的官能團產生的催化作用和碳本身作為反應物質的性質。關於它的反應機理現在還有許多不清楚的地方。
活性炭的吸附性減弱後,可以再生。把活性炭置於容器里,通入一定壓強的水蒸氣,然後在一定量氧氣存在下,加熱到400 ℃,以除掉表面上的吸附物質。
用途
活性炭的用途很多。廣泛應用於幾乎所有的國民經濟部門和人們的日常生活。粉末炭可用於液相脫色,脫臭精製,上下水淨化。粒狀炭應用於氣相吸附,溶劑回收,空氣淨化,香煙濾嘴,此外還可用於氯乙烯、醋酸乙烯合成催化劑,貴金屬催化劑的載體。
空氣淨化
口罩
污水處理場排氣吸附
飲料水處理
電廠水預處理
廢水回收前處理
生物法污水處理
有毒廢水處理
石化無鹼脫硫醇
溶劑回收
化工催化劑
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