книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности

УДК 541.183

Р.Ш.Варталетян, А.М.Волощук, М.М.Дубинин, Н.С.Поляков, В.В.Сврпинский

ИЗОТЕРМЫ АДСОРБЦИИ ПАРОВ ВОДЫ НА АКТИВНЫХ УГЛЯХ

ВОБЛАСТИ МАЛЫХ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ

Всоответствии с наиболее распространенной в литерату­ ре точкой зрения,адсорбция воды на углеродных адсорбентах

происходит нначала на первичных адсорбционных центрах / I - 4 /. Молекулы воды,адсорбированные на этих центрах,стано­ вятся,в свою очередь,вторичными адсорбционными центрами, удерживающими другие молекулы воды за счет водородных свя­ зей /1 - 6 /. Вероятность адсорбции,таким образом,возрастает с повышением равновесного давления адсорбтива,так как уве­ личивается число вторичных адсорбционных центров. Этим объясняется "лавинообразный" характер адсорбции паров во-

= 0,3 * 0,5 /1 - 9 /. Такие изотермы удовлетворительно описы­ ваются уравнениями,получившими название ДС- I / I / и ДС-2

характеризующий свойства адсорбента,может быть определен при обработке экспериментальных изотерм адсорбции /1 ,4 ,7 /. При этом предполагается,что вторичные адсорбционные цент-

ры знергетичеоки неотличимы от первичных, и адсорбция на центрах обоих видов равновероятна.

Однако,изучение адсорбции паров воды на активном угле

0,025 изотерма имеет явно выраженный выпуклый участок. От­ сюда следует качественный вывод о том,что первичные ад­ сорбционные центры (или часть из них) по своим свойствам, заметно отличаются от вторичных,и в области малых относи­ тельных давлений адсорбция происходит преимущественно на первичных адсорбционных центрах. В этом случае начальный участок изотерм адсорбции ларов воды на активных углях можно описать уравнением Ленгмюра.

Детальное изучение начальных участков изотерм ад сорб -. ции паров воды на различных активных углях позволит полу­ чить более полную информацию о числе и природе первичных адсорбционных центров.

Целью данной работы является изучение адсорбции паров воды на активных углях с различными микропористыми струк­ турами в начальной области изотермы и определение числа первичных адсорбционных центров в этих углях по уравнению Ленгмюра.

Экспериментальная часть

Изотерму адсорбции водяного пара определяли в адсорбци­ онной установке с коромысловыми кварцевыми микровесами, описанной в / 10/ и дополнительно снабженной мембранным ем­ костным манометром для измерения малых давлений адсорбтива. Абсолютная чувствительность манометра с цифровым измерите­

качка при 303 К связана с условиями динамических опытов, проводимых с окисленным углем APT-I в работе / 1 0 / . Все ос­ тальные опыты проводили при температуре 293 К на предвари­ тельно откачанных при 693 К и давлении Ю- ^ Па до постоян-

152

ходного и окисленного - практически совпадают.

На рис.1 представлены начальные участки изотерм ад­ сорбции водяного пара на исходном и окисленном углях APT-I. Кривая 2 подучена из динамических /1 0 / и стати­ ческих опытов. Как видно из рис. 2 «изотермы,полученные разными методами,совпадают во всем изученном диапазоне

153

Р и с.I. Начальные участки изотерм адсорбции водяного пара на исходном ( I) и окисленном (2)

активных углях APT-I, полученные из равновес­ ных (треугольники и квадраты) и динамических (кружки) опытов. Темные треугольники - данные работы /1 0 /.

Рис,2 . Начальные участки изотерм адсорбции паров воды на активных углях с различными микропористыми структурами: I - АУ-1;

2 - АУ-2; 3 - АУ-3; 4 - АУ-4.

154

лей АУ- I и АУ-4 с близкими параметрами микропористых структур.

Представляло интерес изучить начальные участки изотерм адсорбции паров воды на активных углях,подвергнутых тер­ мической обработке. В качестве образца был взят уголь АУ-4. Исходный уголь АУ-4 подвергался нагреву в течение 2 часов в атмосфере аргона при температурах 1000,1200, 1500 и 2000°С. Термообработка проводилась Д.В*Федосеевым, любезно предоставившим образцы в наше распорякение.

Рис. 5. Изотермы адсорбции водяного пара на активных углях АУ-4,подвергнутых термо­

Изотермы адсорбции водяного пара на этих углях пред­ ставлены на рис.З. Как видно из рисунка, и в этом случае изотермы имеют выпуклый участок,а величины адсорбции уменьшаются с ростом температуры термической обработки угля.

Поскольку в начальной области заполнений адсорбция мо­ лекул воды происходит^ основном, на первичных адсорбцион­ ных центрах,которые мы предполагаем энергетически равно­ ценными, для описания изотерм адсорбции в области малых

155

относительных давлений ш применили уравнение Ленгмюра. В табл,г приведены параметры уравнения Ленгмюра для ис­ следованных активных углей: (ммоль/г) - количество первичных адсорбционных центров й $4/(П а"*) - адсорбци­ онный коэффициенту также верхняя граница применимости уравнения Ленгмюра,за которой отклонение расчетной кри­ вой от экспериментальных точек превышает ошибку опыта. Как показано в табл.2,количество первичных адсорбцион­ ных центров изменяется в широких пределах для изученных активных углей,резко возрастает при окислинии и убывает при термической обработке активного угля. При этом об­ ласть применимости уравнения Ленгмюра расширяется.

ВЫВОДЫ

1. В работе показано,что изотермы адсорбции водяного пара на активных углях с различной микропористой струк­ турой имеют выпуклый участок в начальной области Р /Р в ~ я?0,05.

2. Оценено количество первичных адсорбционных центров, отмечено их увеличение при окислении и уменьшение при термической обработке активных углей.

Л И Т Е Р А Т У Р А

5. Авгуль Н.Ы.,Джигит О.М.,Киселев А.В. - Докл.АН

СССР,1952,т . 8 6 ,с . 95.

6. Беринг Б.П ., Серпинский В.В. - Изв.АН СССР,ОХН,

1959,с.И 86 .

7 .. Андреева Г .А .,Поляков Н .С.,Дубинин М.М.,Никола­ ев К.М. - Изв.АН СССР, Сер.хим.,1981.

157

УДК 541.183

Ю.М.Плохов, А.Г.Рыбников, Т.Г.Плаченов, Г.А.Мусакин

ДИНАМИКА, АДСОРБЦИИ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ПАРОВ ВОДЫ СЛОЕМ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

Сорбция паров органических веществ слоем угля является одним из распространенных методов очистки влажного возду­ ха помещений и вентиляционных выбросов,поэтому исследова­ ние совместной сорбции ларов воды и примесей представляет несомненный практический интерес.Как показывает опыт,влия­ ние паров воды на адсорбцию можно практически не учитывать лишь при высоких концентрациях хорошосорбируемых при обыч­

При малых концентрациях органических паров в потоке воздуха (несколько мг/л и особенно при сотых и тысячных долях м г/л ,т .е . при концентрациях,близких к их ПДК) и от­ носительной влажности воздуха более 5($,когда степень за­ полнения объёма адсорбционного пространства угля водой приближается к единице,влияние паров воды на сорбцию микропримесей органических веществ оказывается решающим /1 - 3 ,5 /. Это,прежде все^о,относится к плохоеорбируемым

при нормальных условиях и при малых концентрациях вещест­ вам (метанолу,этанолу,ацетону,хлористому метилену,хладо­ нам,даже бензолу и д р .). В литературе /3 -5 / авторы в ос-, новном уделяют внимание связи структуры углеродных адсор-

159

бантов со степенью их гидрофобности,связывая это понятие с видом изотерм адсорбции паров воды,при этом явно не­ достаточно рассматривается динамика совместной сорбции паров воды и микропримесей слоем угля*

Целью настоящей работы является выявление особенностей

тического моделирования процессов совместной сорбции ми­ кропримесей паров органических веществ и макропримесей паров воды слоем угля, сорбируемых по различным механиз­ мам в настоящее время представляют интерес эксперимен­ тальные исследования для получения полуэмпирических зави­ симостей,отвечающих физически оправданной и надежной мо­ дели динамики адсорбции.

Проведенные исследования были ограничены короткими слоями углей с размерами зерен от 0,5 до 1 ,0 мм* Выход­ ные кривые определены на динамической установке,снабжен­ ной пламенно-ионизационным детектором / 6 ,7 / . Кинетические кривые адсорбции паров воды определены в параллельных t опытах путем периодического взвешивания слоя угля.В табл.1 в качестве примера приведены динамические характеристики адсорбции хлористого метилена углем СКТ-2 при двух раз­ личных по порядку концентрациях и при различном содержа­ нии паров воды в потоке воздуха.В .табл. 1черезУобозначены средние скорости продвижения концентрационных фронтов

степень использования адсорбционной емкости слоя длиной 1,5 см при работе слоя до проскока 0,01 С0. Эксперименты проведены при удельной скорости воздушного потока V , рав­ ной 0,5 д/мин.см2.

Из табл.1 видно,что средние скорости продвижения кон­ центрационных фронтов возрастают с ростом относительной влажности воздуха.

I6Q