Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Как можно заметить, характеристики изотерм для первой и второй серии экспериментов практически совпадают, что свидетельствует о сходстве адсорбентов и адсорбатов. Это даёт нам право объединить
данные двух экспериментов для более полного описания граничных процессов в дальнейшем.
АОВ, мг/м2 0
РОВ, мг/м2
Рис. 3.6. Изотерма адсорбции (модельные среды, 2-я серия)
В 3-й серии экспериментов использовался другой вид адсорбента — монтмориллонит. Изотерма адсорбции гуминовых кислот на монтмориллоните показана на рис. 3.7.
Максимально возможная концентрация адсорбированного органического вещества (С™ах) для 3-й серии модельных экспериментов составила приблизительно 54.6 ± 4.8 мг/м2, константа адсорбционного взаимодействия (к) составила 0.005 м2/мг (г = 0.85; п = 13).
При сравнении изотерм видно, что константа адсорбционного взаимодействия для монтмориллонита выше, чем у каолинита. Это, в первую очередь, свидетельствует о более сильном взаимодействии гуминовых кислот с монтмориллонитом, чем с каолинитом. С другой стороны, если обратить внимание на максимальную концентрацию адсорбированного вещества, то можно увидеть, что в первых двух экспериментах С?1ах почти в пять раз выше, чем в последнем. Как упоминалось выше, монтмориллонит — адсорбент, имеющий поры, наличие которых на поверхности адсорбента должно теоретически увеличивать С™ах. Однако, как показали эксперименты, этого не происходит. Скорее всего, это связано с тем, что размеры пор меньше размера молекулы органического вещества. Возможно и количество адсорбционных центров у монтмориллонита меньше, чем у каолинита.
С другой стороны, если сравнить степени заполнения поверхности для двух разных адсорбентов, то они практически совпадают. Это
АОВ, мг/м2 0
РОВ, мг/м2
Рис. 3.7. Изотерма адсорбции (площадь поверхности частиц измерялась по спектру мутности) (модельные среды, 3-я серия)
может свидетельствовать о равновесии адсорбционного процесса в системах.
При изучении адсорбции гуминовой кислоты в качестве переменной величины использовалось полное количество органического вещества в растворе, приходящееся на единицу площади поверхности адсорбента. Необходимость такого подхода объясняется тем, что, исходя из полученных данных, изотерма гуминовой кислоты не зависит от изменения концентрации органического вещества в растворе. Аналогичное поведение изотермы характерно для адсорбции полимеров из водных растворов. И объясняется это тем, что полимер распределяется между поверхностью с данной площадью и раствором данного объёма таким образом, что на поверхности находится фактически только высокомолекулярная фракция [108]. Потому и выражается количество ОВ на поверхности взвеси и в растворе в одних единицах — мг/м2.
Площадь поверхности частиц в эксперименте рассчитывалась двумя различными методами (по спектру мутности и по интегральной индикатрисе рассеяния). На рис.3.8 приведена изотерма адсорбции гуминовых кислот на монтмориллоните, при этом площадь поверхности частиц измерялась при помощи интегральной индикатрисы рассеяния.
Из численных расчётов получено, что максимально возможная концентрация адсорбированного органического вещества (С™ах) для
3-й серии экспериментов, где площадь поверхности рассчитывалась по интегральной индикатрисе рассеяния, составила приблизительно 66.3 ±3.1 мг/м2, константа адсорбционного взаимодействия (к) составила 0.0045 м2/мг (г = 0.98; п = 14).
Таким образом, основные константы адсорбции практически совпадают с теми, что были получены методом спектра мутности. Из-за более чёткого определения площади поверхности частиц коэффициент корреляции значительно возрастает.
АОВ, мг/м2
0
h 0.8
50-
¦
-0.6
-0.4
"0.2
0
о
о
100
200
300
400
500
РОВ, мг/м2
Рис. 3.8. Изотерма адсорбции (площадь поверхности частиц измерялась при помощи индикатрисы рассеяния) (модельные среды, 3-я серия)
В ходе эксперимента при сравнении размеров чистой глины и глины с гуминовой кислотой отмечено, что интегральная индикатриса рассеяния улавливает изменение размера частицы в процессе адсорбции. При расчёте по спектру мутности такого изменения не было зарегистрировано, хотя размеры чистой глины совпадали с измерениями по интегральной индикатрисе. Это произошло вследствие того, что при расчётах размеров частиц со слоем адсорбированного ОВ в методе спектра мутности строго задаётся показатель преломления чистой глины (га = 1.15), но слой адсорбированного ОВ с относительным показателем преломления более 1.02-1.05 должен изменить общий показатель преломления частицы, представляющей органо-минеральный детрит. Поэтому, исходя из равенства размеров частиц чистой взвеси, измеренной разными способами, можно предположительно оценить, как изменяется показатель преломления в процессе адсорбции органического вещества. Как показали расчёты, показатель преломления уменьшается от 1.15 до 1.12-1.13 в зависимости от количества органического вещества на частице, хотя достоверной корреляционной связи изменения показателя преломления от поверхностной концентрации органического вещества не было получено.
