В предлагаемом читателям учебном пособии излагаются основные закономерности адсорбционных явлений, протекающих на границе раздела газ (пар) – твердое тело, и некоторые вопросы адсорбционного взаимодействия на границе раздела твердое тело – раствор; дана классификация явлений сорбции и адсорбции по различным признакам, описана термодинамика этих явлений и методы расчета термодинамических параметров процесса сорбции (теплоты, энтропии адсорбции), рассмотрены теории, описывающие монослойную и полислойную адсорбции; изобары и изотермы сорбции; приведены методы исследования кинетики адсорбции и десорбции; изложены закономерности протекания адсорбционных процессов на пористых сорбентах и при участии нанодисперсных систем. <...> Во второй главе приведены данные по изотермам мономолекулярной сорбции: Ленгмюра, Генри, Фрейндлиха, Темкина, Киселева, Темкина и другие, описывающие мономолекулярную адсорбцию на однородных и неоднородных поверхностях. <...> В третьей главе приведены теории полимолекулярной сорбции. <...> Рассмотрена теория Поляни, теория БЭТ, уравнение Арановича, изотермы полимолекулярной адсорбции на неоднородных поверхностях. <...> В четвертой главе приведена характеристика пористых сорбентов, дана классификация пор и закономерности капиллярной конденсации в мезопорах. <...> За период с 1919 по 1922 гг. опубликован ряд работ американского ученого Лэнгмюра по поведению и свойствам мономолекулярных пленок на жидкостях и по адсорбции твердыми поверхностями. <...> Сорбционное концентрирование используется для избирательного извлечения микрокомпонентов, а также очистки растворов от микропримесей в технологии и анализе. <...> 5 1.1 Терминология процессов сорбции: адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация Слово адсорбция образовано из латинского слова sorbco – поглощение (точнее – концентрирование) каких-либо компонентов из объема гомогенных сопредельных фаз на поверхности раздела этих фаз [3]. <...> Адсорбированные <...>
Термодинамика_и_кинетика_сорбционного_концентрирования.pdf
УДК 541.183.5(076.5)
ББК Г583.2я73
К32
Колпакова Н.А.
К32
Термодинамика и кинетика сорбционного концентрирования.
Часть I: учебное пособие / Н.А. Колпакова, Т.С. Минакова;
Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2011. – 201 с.
Пособие содержит теоретические и практические материалы учебного
курса «Термодинамика и кинетика сорбционного концентрирования» с теорией,
примерами решения задач, заданиями для самостоятельного решения, часть
из которых составлена на основании экспериментальных результатов НИР и
НИРС, выполненных на кафедрах физической и коллоидной химии ТГУ и ТПУ.
Предназначено для студентов, специализирующихся в области адсорбции,
катализа, электрохимии, аналитической химии, а также для магистрантов,
аспирантов, научных сотрудников и преподавателей, интересующихся
данным направлением науки.
УДК 541.183.5(076.5)
ББК Г583.2я73
Рецензенты
Доктор химических наук, профессор кафедры технологии редких,
рассеянных и радиоактивных элементов ТПУ
И.И. Жерин
Доктор химических наук, профессор
заведующий кафедрой органической химии ТГПУ
О.Х. Полещук
© ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2011
© Колпакова Н.А., Минакова Т.С., 2011
© Обложка. Издательство Томского
политехнического университета, 2011
Стр.2
Содержание
Предисловие
Глава 1. Основные понятия термодинамики и кинетики
сорбционного концентрирования
конденсация
1.1. Терминология процессов сорбции: адсорбция, абсорбция, капиллярная
1.2. Физическая и химическая адсорбция
1.3. Изобара адсорбции
1.4. Методы оценки количества адсорбированного вещества
1.5. Экспериментальные методы изучения адсорбции
на границе раздела газ - твердое тело
1.6. Теплоты адсорбции
3
5
6
9
13
15
16
19
1.7. Примеры решения задач на тему «Основные понятия термодинамики и кинетики
сорбционного концентрирования»
1.8. Задачи для самостоятельного решения
1.9. Вопросы для самоконтроля
Глава 2. Изотермы сорбции
2.1. Классификация изотерм
2.2. Уравнения изотерм мономолекулярной сорбции на
однородной поверхности
2.2.1. Изотерма Генри
2.2.2. Изотерма Лэнгмюра
2.2.3. Кинетический вывод изотермы Лэнгмюра
2.2.4. Статистико-термодинамический вывод
изотермы Лэнгмюра
2.2.5. Соответствие экспериментальных данных уравнению
Лэнгмюра
2.3. Изотерма мономолекулярной локализованной адсорбции
Фаулера – Гугенгейма
2.4. Изотерма Киселева
2.5. Изотермы Фольмера, Амага, Гельфанда-Фриша-Лебовица
2.6. Изотерма Фрумкина, Хила – де Бура и Парсонса
2.7. Изотерма с вириальными коэффициентами
2.8. Изотерма Лоренца
2.9. Изотерма Бломгрена-Бокриса
2.10. Изотермы многоцентровой хемосорбции на не однородных
поверхностях
2.11. Изотерма Фрейндлиха
2.12. Изотерма Темкина-Фрумкина-Шлыгина(логарифмическая)
2.13. Изотермы многоцентровой хемосорбции на однородных
Поверхностях (диссоциативная или конкурентная адсорбция)
2.15. Примеры решения задач на тему «Изотермы сорбции»
2.16. Задачи для самостоятельного решения
2.17. Вопросы для самоконтроля
Глава 3. Изотермы полимолекулярной сорбции
3.1. Полимолекулярная теория Поляни
3.2. Теория полимолекулярной адсорбции. Изотерма БЭТ
3.3. Уравнение изотермы полимолекулярной сорбции Арановича
199
23
24
31
32
32
34
34
36
36
38
40
42
43
43
44
45
45
46
46
47
51
55
2.14. Применение уравнения Лэнгмюра для описания кинетики гетерогенных каталитических
реакций
61
64
72
78
79
79
82
92
Стр.199
3.4. Теория полимолекулярной адсорбции
на неоднородных поверхностях
3.5. Примеры решения задач на тему
«Изотермы полимолекулярной сорбции»
3.6. Задачи для самостоятельного решения
3.7. Вопросы для самоконтроля
Глава 4. Адсорбция на пористых сорбентах
4.1. Характеристика пористых сорбентов
4.2. Классификация пор и пористых тел по различным признакам
4.3. Модельные виды пор и закономерности капиллярной
конденсации на пористых сорбентах
4.4. Теория объемного заполнения микропор (ТОЗМ)
4.5. Определение размеров пор
4.6. Примеры решения задач на тему «Сорбция на пористых
сорбентах»
4.7. Задачи для самостоятельного решения
4.8. Вопросы для самоконтроля
Глава 5. Кинетика сорбции
5.1 Скорость адсорбции и десорбции вмодели Лэнгмюра
5.2 Скорость многоцентровой адсорбции
5. 3 Уравнение Рогинского-Зельдовича
5.5 Уравнения для скорости адсорбции и десорбции
Бэнхема–Барта, Квана
5.6. Методы расчета энергии активации адсорбции и десорбции
5.7 Примеры решения задач на тему «Кинетика сорбции»
5.8. Задачи для самостоятельного решения
5.9. Вопросы для самоконтроля
Глава 6. Методы определения поверхности твердых тел
6.1 Методы определения величины удельной активной и внешней
поверхности твердых тел
6.1.1 Неадсорбционные методы определения удельной
поверхности
6.1.2 Определение удельной поверхности на основании
адсорбционных данных
6.2 Примеры решения задач на тему «Методы определения
величины поверхности твердых тел»
6.3 Задачи для самостоятельного решения
6.4. Вопросы для самоконтроля
Глава 7. Сорбция на активированных углях
7.1 Общая характеристика углеродных сорбентов
7.2 Механизм сорбции ионов электролитов
7.3 Сорбция органических веществ на АУ
7.4. Примеры решения задач на тему « Сорбция на
активированных углях»
7.5 Задачи для самостоятельного решения
7.6. Вопросы для самоконтроля
Литература
Содержание
200
94
98
103
108
108
108
110
112
118
124
124
129
138
138
140
141
143
5.4 Сравнение уравнений Рогинского-Зельдовича с уравнениями хемосорбции
на однородной поверхности многоатомных молекул
145
146
147
149
155
160
160
160
161
163
172
174
177
177
177
180
185
187
193
194
196
199
Стр.200