Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Вариант 2. Определение удельной поверхности адсорбентов методом тепловой десорбции азота
Для проведения работы необходимы: Хроматографическая установка. Секундомер. Адсорбент. Азот, гелий.
4 Зак. 673
49
Рис. 13. Блок-схема хроматографической установки для определения удельной поверхности методом тепловой десорбции:
1,2— баллоны с газами; 3— смеситель; 4 —пенный расходомер; 5 — потенциометр; 6,7 — камеры детек-I тора; * — колонка.
Блок-схема хроматографической установки, используемой для определения удельной поверхности адсорбентов методом тепловой десорбции, представлена на рис. 13. Потоки гелия и азота из баллонов / и 2 подаются в определенном соотношении в смеситель <?, из которого газовая смесь поступает в сравнительную камеру детектора 6 и далее в колонку 8 с исследуемым адсорбентом, в которой при охлаждении происходит адсорбция азота. Из колонки газовая смесь поступает в измерительную камеру детектора 7. Детектор фиксирует изменение состава газовой смесн в результате адсорбции. Сигнал детектора поступает на самопишущий потенциометр 5.
Объемная скорость газовой смеси должна быть постоянной при всех значениях объемной доли азота в смеси. Скорость подачи смеси контролируют на выходе из детектора пенным расходомером 4.
Условия хроматографирования: длина колонки — 0,1 м; диаметр колонки— 3 мм; скорость газового потока через колонку — 30 мл/мин; начальное содержание азота в газовой смеси составляет 5% (об.).
Включают хроматограф и с помощью редукторов на баллонах / и 2 устанавливают необходимую скорость, подачи газовой смеси. При отсутствии охлаждения хроматографической колонки через сравнительную и измерительную камеры детектора проходит газовая смесь одинакового состава, поэтому вначале перо самопишущего потенциометра записывает «нулевую» линию (рис. 14).
Хроматографическую колонку с исследуемым адсорбентом помещают в сосуд Дьюара с жидким азотом, продолжая пропускать через нее газовую смесь. При охлаждении' колонки в результате адсорбции азота и изменения состава газовой смеси перо потенциометра начинает отклоняться от «нулевой» линии. Смещение пера потенциометра .происходит до тех пор, пока сорбент полностью не будет насыщен азотом при данной концентрации азота в газовой смеси. Равновесие считается установленным, когда перо самописца снова отмечает «нулевую» линию. Затем сосуд с жидким азотом удаляют, и происходит полная десорбция азота с поверхности адсорбента при комнатной температуре. При этом самописец вычерчивает кривую десорбции (см. рис. 14). Операции адсорбции и десорбции при данном составе газовой смеси повторяют несколько раз (для оценки воспроизводимости результатов).
Подобные операции проводят, меняя концентрацию азота в газовой
Рис. 14. Хроматограмма адсорбции и десорбции азота.
Десорбция
Г'
Начало охлаждения I \ адсорбента I \
* _У V
Начат разогревания адсорбента Адсорбция
50
Таблица II. 4. Экспериментальные и расчетные данные по определению удельной поверхности адсорбента методом тепловой десорбции
X, % (об.) р, Па РІр3 А А(1-р/р5) А со
смеси (через 5%)" в интервале 5—25% (об.). Количество азота, адсорбированное при каждой исходной концентрации азота в газовой смеси, определяют по площади пика на кривой десорбции, используя калибровочный график.
Для получения калибровочного графика «объем азота (мл) — площадь пика» проводят хроматографический анализ модельных азотге-лиевых смесей. Рассчитывают величину адсорбции А как отношение сорбированного азота к массе сорбента в колонке.
Парциальное давление азота р, при котором проводилась адсорбция, находят по формуле
где х — содержание азота в газовой смеси, % (об.); р0 — барометрическое давление.
Далее рассчитывают относительное давление азота р/рв (где р3 — давление насыщенного пара азота). Строят изотерму адсорбции А—• — р/ри. Представляют изотерму в координатах линейной формы уравнения БЭТ:
Отрезок, отсекаемый на оси ординат, соответствует величине 1/АооС, а тангенс угла наклона этой прямой равен (С— \)/А<х>С. Из этих данных рассчитывают значение Аоо. Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. 11.4).
Найдя значение Лоо, по уравнению (II. 4) вычисляют удельную поверхность исследуемого адсорбента, приняв для азота 5о —0,162 нм2.
Работа 9. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСИ ИОНОВ С ПОМОЩЬЮ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ
Цель работы: определение полной обменной емкости катионита и константы ионного обмена; разделение смеси катионов на ионообменной хроматографической колонке.
Ионный обмен представляет собой обратимое стехиометрическое замещение подвижного иона, связанного с ионогенной группой ионита, на другой одноименно заряженный ион, находящийся в растворе. Количественной характеристикой ионита является полная обменная емкость ПОЕ. Определение ПОЕ можно осуществить статическим или динамическим методом, основанном обычно на реакциях, протекающих
4'
51
в водных растворах:
ИЗО^ГН4" + МаОН —> К803~Ма+ + Н20
имн+он" + нс1 —> иш+ст~ + н2о
При статическом методе смолу, например катионит в Н+-форм( титруют раствором щелочи.
