Adsorptiónsroyndir við metylenbláum og virkjaðum kolevni: at gera royndina og tulka talið

Ein starvsstova samanber tvey sløg av virkjaðum kolevni. Annað dátublaðið upplýsir eitt metylenbláttvirði, sum er tríggjar ferðir so høgt sum hitt. Starvsstovan keypir kolevnið við hægra talinum og ásetur mongdina eftir tí, men litevnið sleppur ígjøgnum fyrr enn væntað. Einki varð falsað. Tey bæði tølini stavaðu frá ymiskum royndum, og keyparin tulkaði tey sum somu stødd.

Henda greinin rættar tann tulkingarfeilin. Hon greiðir frá, hvat royndin mátar, vísir útrokningina tvær ferðir við veruligum tølum og nevnir allar broytiligar støddir, sum ávirka úrslitið. Spurningurin um at raðfesta ymisk adsorptiónsevni í mun til hvørt annað verður viðgjørdur fyri seg; her er evnið ein tilfarsflokkur og ein háttur.

Hví hetta litevnið verður brúkt sum kanningarevni

Metylenblátt er eitt katióniskt, flatt, aromatiskt litevni. Í vatni er tað til sum ein positivt lødd ión, og mýlið hevur umleið støddina 1.43 við 0.61 við 0.40 nm. Júst støddin er avgerandi. Jod, hitt klassiska kanningarevnið, er nógv minni og sleppur inn í smalar mikroporur, so jodtalið endurspeglar menningina av mikroporum. Metylenblátt krevur breiðari inngongdir: tað sleppur inn í porur størri enn umleið 0.75 nm, og porur á umleið 1.4 til 3 nm geva eitt týðandi íkast. Hesar støddir fevna um størri mikroporur og smáar mesoporur, so tað er ov einfalt at kalla royndina eina reina mesoporukanning. Tey bæði kanningarevnini stuðla hvør øðrum. Jod kannar, hvussu nógv fínt porurúm er til. Metylenblátt kannar, hvussu nógv porurúm rúmar einum stórum lívrunnum mýli, og tað er tann spurningurin, sum hevur týdning fyri at beina litevni burtur. Einki av tølunum kann einsamalt siga frammanundan, hvussu onnur mýl verða tikin upp.

Løðing hevur eins stóran týdning og stødd. Av tí at litevnið er katióniskt, verður tað drigið at negativt løddum yvirflatum og stoytt frá positivt løddum yvirflatum. Tí er pH ein avgerandi broytilig stødd heldur enn ein smálutur, sum royndirnar niðanfyri vísa.

Hvussu royndin í lokaðari blanding verður gjørd

Vanliga starvsstovuroyndin er at lata eina lokaða blanding koma í javnvág. Fyrireika kolevnið, sálda tað til ein ásettan bitastøddarflokk og viga eina kenda massamongd m. Set eitt kent rúmmál V av litevnisloysn við byrjanarkonsentratiónini C0 til. Halt pH og hitastig støðug, rør í eitt staðfest tíðarskeið og skil síðan kolevnið frá við filtrering ella sentrifugering. Áset konsentratiónina Ce, sum er eftir, við UV-Vis-absorbansi, vanliga nær 660 til 665 nm og ofta við 664 nm, við samanbering við eina kalibreringsrøð, sum er gjørd á sama tóli. Ein útgivin mannagongd brúkti 0.050 g av kolevni saman við 50 mL av loysn við konsentratiónum frá 10 til 1000 mg/L, 24 tímar við 25 C og avlesing við 660 nm. Eingin einstøk mannagongd er alment galdandi, so eitt virði, sum verður upplýst uttan kolevnismongd, konsentratiónsøki, tíð, hitastig, pH og bylgjulongd, er ikki eitt úrslit. Tað er eitt leyst páhald.

Sjálv mongdarásetingin krevur somu nágreiniligheit sum litevnismáting grundað á absorbans: kalibrera á tínum egna tóli, staðfest toppin í staðin fyri at ganga út frá 664 nm og tynn konsentreraðar yvirloysnir, so tær aftur koma inn í linjera økið.

Útrokningin við tølum

Upptøkuførleikin verður roknaður við massajavnvág. Litevnið, sum vantar í loysnini, situr á kolevninum:

qe = (C0 minus Ce) times V divided by m

har qe er upptøkan í javnvág í mg/g, C0 og Ce eru byrjanar- og javnvágskonsentratiónir í mg/L, V er rúmmálið í litrum, og m er kolevnismassin í grammum.

Fyrsta mátingarpunktið. Byrja við C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Eftir at javnvág er komin, vísir tólið Ce = 35 mg/L. Tá er qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Burturbeiningarprosentið er (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 prosent.

Annað mátingarpunktið, sama kolevnismongd og rúmmál, størri litevnisálag. Byrja við C0 = 200 mg/L og máta Ce = 90 mg/L. Tá er qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, meðan burturbeiningin er (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 prosent.

Hesi bæði pørini, (Ce = 35, qe = 325) og (Ce = 90, qe = 550), eru tvey punkt á einari isotermu. Legg til merkis, at støddirnar broytast í hvør sína ætt: upptøkuførleikin øktist úr 325 í 550 mg/g, meðan burturbeiningin minkaði úr 65 í 55 prosent. Upptøkuførleiki og burturbeiningarprosent broytast í hvør sína ætt, tá ið konsentratiónin økist. Tann, sum raðfestir kolevnissløg eftir burturbeiningarprosenti mátað við ymiskum kolevnismongdum ella konsentratiónum, raðfestir royndina heldur enn tilfarið.

Tær broytiligu støddirnar, sum tú mást stýra

Hvørt atriði niðanfyri broytir talið. Halt hvørja stødd fasta ella skráset hana.

Kolevnismongd. Meira kolevni merkir fleiri bindistað, so burturbeiningarprosentið økist, meðan upptøkan fyri hvørt gramm vanliga minkar, tí at bundna litevnið verður býtt á størri massa. Upplýs kolevnismongdina í g/L saman við teimum V og m, sum hon er roknað út frá.

Byrjanarkonsentratión. Hægri C0 gevur størri drívmegi, so qe økist, meðan burturbeiningarprosentið minkar, eftir hondini sum bindistøðini verða mettað. Isotermur, sum eru tillagaðar mátingum frá 5 til 50 mg/L og frá 100 til 400 mg/L, lýsa ymisk øki á kurvuni. Samanber bert upptøkuførleikar úr tillagingum fyri øki, sum skarast.

pH. Fyri hetta katióniska litevnið økist upptøkan vanliga við pH, serliga oman fyri nulløðingarpunktið hjá kolevninum, har samlaða løðingin á yvirflatuni verður negativ. Lágt pH protonerar bindistøð á yvirflatuni og letur vetnisiónir kappast um tey. Hvussu stór ávirkanin er, veldst um kolevnið: í einari kanning av virkjaðum kolevni øktist upptøkan úr umleið 51 mg/g við pH 2 í umleið 92 mg/g við pH 8. Skráset pH bæði við byrjan og í javnvág umframt onnur sølt í loysnini, tí at iónstyrkin skermar somu kreftir, sum pH broytir.

Snertitíð. Upptøkan økist fyrst skjótt og flatar síðan út. Bert virðið á tí flata partinum er qe; øll virði áðrenn tað eru qt. Útgivnar javnvágstíðir fyri ymisk kolevnissløg spenna frá minuttum til nógvar tímar, og summar vanligar mannagongdir brúka 24 tíma snertitíð. Áset við mátingum av upptøku yvir tíð, nær títt kolevni nær flata partinum, í staðin fyri at ganga út frá, at tveir tímar eru nóg mikið.

Hitastig. Eingin ávirkanarætt er alment galdandi. Upptøkan økist við hitastiginum í endotermum skipanum og minkar í eksotermum skipanum, so máta hana í staðin fyri at gera eina fortreyt um hana.

Bitastødd og røring. Smærri bitar stytta diffusjónsleiðirnar og gera vanliga upptøkuna skjótari; sterkari røring ger stillu vætuhinnuna kring bitarnar tynri og hevur somu ávirkan. Bæði broyta ferðina, men ikki sjálva javnvágina. Ein upptøkuførleiki, sum broytist við røriferðini, er eitt tekin um, at javnvág ongantíð varð nádd.

Samleikin hjá reagensinum skal eisini skrásetast, og tí hoyra eftirlit við reinleika og vørulýsing hjá litevninum saman við kolevnismassanum: metylenblátt kann verða selt sum vatnfrítt salt við molmassa nær 319.9 g/mol ella sum trihydrat við 373.90 g/mol, og innihaldsprosentið í handilsvørum er ofta undir 100 prosent. Nominelt C0, sum er roknað við skeivari formilmassu, ger øll qe-virði skipað skeiv.

Hvat tillagaðu kurvurnar siga og ikki siga

Ein Langmuir-tillaging lýsir qe sum qmax faldað við KL faldað við Ce býtt við (1 pluss KL faldað við Ce). Hon gevur ein tillagaðan mettunarupptøkuførleika qmax í mg/g og ein affinitetskonstant KL í L/mg. Ein góð tillaging merkir, at júst henda mettunar-kurvan lýsir tað mátaða konsentratiónsøkið væl. Hon prógvar ikki, at kolevnið hevur ein einsháttaðan bólk av bindistøðum, at dekningurin er strangliga avmarkaður til eitt mýlalag, ella at ein ávísur mýlavirknaðarháttur er galdandi. Óeinsháttað porut kolevni gevur ofta kurvur við Langmuir-skapi innan avmarkað øki.

Ein Freundlich-tillaging lýsir qe sum KF faldað við Ce í veldinum 1/n. KF ásetur tann empiriska upptøkuførleikamátistokkin, og 1/n ásetur krummingina. Av tí at hetta formið ikki hevur nakað endaligt flatt øki, má tað ongantíð verða ekstrapolerað fyri at finna upp á eitt qmax. Ein betri Freundlich-tillaging merkir bert, at vaksandi skap hennara samsvarar betur við tað mátaða økið. Sama hvør líkning verður brúkt, eigur ólinjer regressión á upprunaliga forminum at verða vald, tí at linjeriseringar avskepla villurnar, og leivdirnar eiga at verða kannaðar í staðin fyri at líta á R í øðrum potens einsamalt.

Hvat 914 royndir læra okkum

Ein maskinlæringsgreining av 914 royndum úr 75 greinum gjørdi eitt modell av metylenbláttupptøku hjá leirum, øsku og alkalivirktum tilfari við regressiónstrøum styrktum við gradient boosting. Høvuðsúrslitið var, at byrjanarkonsentratiónin hjá litevninum var tann týðandi forsagnarstøddin fyri upplýstu upptøkuna. pH, samleikin hjá rávøruni og slagið av broyting høvdu eisini týdning, og samspælið var sterkt millum konsentratiónina og næstan allar aðrar broytiligar støddir, eisini kolevnismongd, yvirflatuvídd, snertitíð og røring.

Tvey fyrivarni tryggja, at niðurstøðan verður brúkt rætt. Fyri tað fyrsta fevndi kanningin ikki um virkjað kolevni, so hon kann ikki raðfesta broytiligar støddir fyri kolevni. Fyri tað annað snýr lærdómurin seg um kanningarháttin og kann beinleiðis flytast til aðrar royndir: byrjanarkonsentratiónin er ongantíð ein óviðkomandi broytilig stødd, og royndarumstøður hava so sterkt samspæl við eginleikar hjá tilfari, at eingin einfald raðfesting eftir mg/g heldur, um umstøðurnar ikki fylgja við. Tað er sama niðurstøða, sum útrokningardømið kemur til út frá grundleggjandi meginreglum.

Tveir feilir, sum tú skalt halda uppat við at gera

Fyri tað fyrsta skalt tú halda uppat við at upplýsa burturbeiningarprosent sum upptøkuførleika. Ein stór kolevnismongd kann taka 99 prosent av litinum úr einari veikari loysn og samstundis bert halda fá milligramm fyri hvørt gramm. Ein lítil kolevnismongd í einari sterkari loysn kann halda fleiri hundrað milligramm fyri hvørt gramm og samstundis lata sjónligan lit vera eftir. Upplýs altíð C0, Ce, V, m, kolevnismongd í g/L, burturbeiningarprosent og qe saman, annars kann talið ikki endurnýtast.

Fyri tað annað skalt tú halda uppat við at kalla eitt virði eftir eina ásetta tíð qe uttan at vísa flata partin á upptøkukurvuni yvir tíð, og halda uppat við at áseta litevniskonsentratiónina út frá uppgivnari vekt á etikettini. Staðfest javnvág við einari tíðarrøð, staðfest konsentratiónina spektrofotometriskt í staðin fyri at líta á innvigaðu mongdina grundaða á etikettina við atliti at trupulleikunum við hydrati og innihaldsprosenti, og stýr pH, hitastigi, bitastødd og røring. Ein metylenbláttupptøkuførleiki, sum hevur hesar upplýsingar knýttar at sær, er ein máting, sum kann nýtast í øðrum høpi. Uttan tær er hann ein stakfrásøgn.