Testa Adsorpsiyona Şîniya Metîlenê: Kapasîte li ser Karbona Aktîf

Laboratûwarek du karbonên aktîf berawird dike. Di pelê daneyên yekê de, nirxê şîniya metîlenê sê qatê ya din tê ragihandin. Laboratûwar li gorî nirxê mezintir dikire, li gorî wê mîqdarê karbonê diyar dike û boyax zû ji karbonê derbas dibe. Tu tişt nehatibû sextekirin. Her du nirx ji testên cuda hatibûn, lê kiriyar wan wek heman mîqdar xwendibû.

Ev gotar wê xeletiya xwendinê rast dike. Ew rave dike ku test çi dipîve, hesabê du caran bi hejmarên rastîn pêk tîne û hemû guherbarên ku encamê diguherînin bi nav dike. Pirsgirêka têkildar a rêzkirina adsorbentên cuda li hember hev cuda tê şîrovekirin; li vir mijar yek çîna materyalan û yek rêbaz e.

Çima ev boyax wek sond tê bikaranîn

Şîniya metîlenê boyaxeke katyonî, planî û aromatîk e. Di avê de wek îyoneke bi bara pozîtîf heye û mezinahiya wê ya molekulî bi texmînî 1.43 bi 0.61 bi 0.40 nm e. Xala sereke ev mezinahî ye. Îyot, sonda din a klasîk, pir biçûktir e û dikeve mîkroporên teng; ji ber vê yekê hejmarê îyotê pêşketina mîkroporan nîşan dide. Şîniya metîlenê hewceyê deriyên firehtir e: ew dikare bikeve porên ji bi texmînî 0.75 nm mezintir, û porên li dora 1.4 heta 3 nm beşdariyeke girîng dikin. Ev mezinahî hem mîkroporên mezintir hem jî mezoporên biçûk digirin, ji ber vê yekê binavkirina testê wek sondeke tenê ji bo mezoporan zêde hêsankirin e. Her du sond hev temam dikin. Îyot dipirse ku çiqas porên hûr hene. Şîniya metîlenê dipirse ku çiqas cihê poran rê dide molekuleke organîk a mezin bikeve; ev jî pirsa girîng ji bo rakirina boyaxê ye. Tu yek ji van nirxan bi serê xwe girtina molekulên din pêşbînî nake.

Bar bi qasî mezinahiyê girîng e. Ji ber ku boyax katyonî ye, ew ber bi rûberên bi bara negatîf tê kişandin û ji rûberên bi bara pozîtîf tê dûrxistin. Wek ceribandinên li jêr nîşan didin, ev yek pH dike guherbareke sereke, ne tenê têbîniyeke kêlekê.

Testa komî çawa tê pêkanîn

Forma standard a laboratûwarê gihandina hevsengiyê di komeke girtî de ye. Karbonê amade bikin, wê bi bêjingê bixin fraksiyoneke bi mezinahiya parçeçokan a kontrolkirî û girseke diyarkirî m bipîvin. Qebareyeke diyarkirî V ya çareseriya boyaxê bi konsantrasyona destpêkê C0 lê zêde bikin. pH û germahiyê sabît bigirin, ji bo demeke piştrastkirî tev bidin, paşê karbonê bi parzûnkirinê an santrîfûjkirinê veqetînin. Konsantrasyona mayî Ce bi absorbansa UV-Vis diyar bikin, bi gelemperî li nêzî 660 heta 665 nm û gelek caran li 664 nm, li gorî rêzeke kalîbrasyonê ya li ser heman amûrê hatiye amadekirin. Di pêvajoyeke weşandî de 0.050 g karbon bi 50 mL çareseriyê re li navbera 10 heta 1000 mg/L, ji bo 24 saetan li 25 C hate bikaranîn û xwendin li 660 nm hate kirin. Protokoleke yekane ya gerdûnî tune ye; ji ber vê yekê nirxek ku bê mîqdara karbonê, navbera konsantrasyonê, dem, germahî, pH û dirêjahiya pêlê tê ragihandin ne encamek e. Ew gotegotek e.

Diyarkirina mîqdarê bi xwe jî hewceyê heman disîplîna ku di pîvandina boyaxê ya li ser bingeha absorbansê de tê ravekirin e: li ser amûra xwe kalîbrasyon bikin, lûtkeyê piştrast bikin li şûna ku 664 nm wek rastiyeke amade qebûl bikin, û şileya zêde konsantre ya li ser tûştê rûnîştî sivik bikin da vegere navbera lîneer.

Nimûneya hesabkirinê

Kapasîte ji hevsengiya girseyê tê. Boyaxa ku ji çareseriyê kêm bûye li ser karbonê ye:

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

li vir qe girtina di hevsengiyê de bi mg/g e, C0 û Ce konsantrasyonên destpêkê û hevsengiyê bi mg/L in, V qebare bi lître ye û m girseya karbonê bi gram e.

Xala yekem. Bi C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g dest pê bikin. Piştî gihandina hevsengiyê, amûr Ce = 35 mg/L nîşan dide. Wê demê qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Rêjeya rakirinê (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 percent e.

Xala duyem, heman mîqdara karbonê û qebare, lê barkirineke bilindtir. Bi C0 = 200 mg/L dest pê bikin û Ce = 90 mg/L bipîvin. Wê demê qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, lê rakirin (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 percent e.

Ev her du cot, (Ce = 35, qe = 325) û (Ce = 90, qe = 550), du xalên îzotermekê ne. Bala xwe bidin tevgera berevajî: kapasîte ji 325 ber bi 550 mg/g ve zêde bû, lê rakirin ji 65 ber bi 55 ji sedê ve kêm bû. Gava konsantrasyon zêde dibe, kapasîte û rêjeya rakirinê ber bi aliyên berevajî ve diçin. Her kesê ku karbonan li gorî rêjeya rakirinê ya li mîqdar an konsantrasyonên cuda hatiye pîvandin rêz dike, ceribandinê rêz dike, ne materyalê.

Guherbarên ku divê hûn kontrol bikin

Her hêmanek li jêr nirxê diguherîne. Her yekê sabît bikin an tomar bikin.

Mîqdara karbonê. Karbona zêdetir tê wateya cihên adsorpsiyonê yên zêdetir; ji ber vê yekê rêjeya rakirinê zêde dibe, lê girtina ji bo her gramê bi gelemperî kêm dibe, ji ber ku boyaxa girtî li ser girseyeke mezintir belav dibe. Mîqdarê bi g/L, tevî V û m yên ku bingeha wê ne, ragihînin.

Konsantrasyona destpêkê. C0 ya bilindtir hêzeke ajotinê ya mezintir peyda dike; ji ber vê yekê qe zêde dibe, lê her ku cihên adsorpsiyonê têr dibin, rêjeya rakirinê kêm dibe. Îzotermên ku li navberên 5 heta 50 mg/L û 100 heta 400 mg/L tên guncandin, deverên cuda yên keviyê şîrove dikin. Kapasîteyên guncandî tenê li navberên ku li ser hev dikevin berawird bikin.

pH. Ji bo vê boyaxa katyonî, girtin bi gelemperî bi zêdebûna pH re zêde dibe, bi taybetî li jor xala bara sifir a karbonê, ku li wir bara xalis a rûberê negatîf dibe. pH ya nizm cihên li ser rûberê protonîze dike û dihêle îyonên hîdrojenê ji bo wan pêşbaziyê bikin. Mezinahiya bandorê bi karbona bikaranî ve girêdayî ye: di lêkolîneke karbona aktîf de girtin ji nêzî 51 mg/g li pH 2 ber bi nêzî 92 mg/g li pH 8 ve zêde bû. pH ya destpêkê û ya hevsengiyê tevî xwêyên heyî tomar bikin, ji ber ku hêza îyonî bandora heman hêzên ku pH diguherîne lawaz dike.

Dema têkiliyê. Girtin bi lez zêde dibe, paşê sabît dibe. Tenê nirxê beşa sabît qe ye; her nirxê berî wê qt ye. Demên gihandina hevsengiyê yên weşandî li karbonên cuda ji çend deqîqeyan heta gelek saetan in, û di hin pêvajoyên standard de demên têkiliyê yên 24 saetan hene. Ji bo karbona xwe, bi şopandina kînetîk beşa sabît diyar bikin, li şûna ku texmîn bikin du saet bes in.

Germahî. Arasteyeke gerdûnî tune ye. Di pergalên endotermîk de girtin bi germahiyê re zêde dibe û di yên ekzotermîk de kêm dibe; ji ber vê yekê wê bipîvin, ne ku texmîn bikin.

Mezinahiya parçeçokan û tevdan. Parçeçokên hûrtir rêyên difûzyonê kurt dikin û bi gelemperî girtinê bileztir dikin; tevdaneke bihêztir qata bêtevger a li dora parçeçokan tenik dike û heman bandorê dike. Her du lezê diguherînin, ne hevsengiyê bi xwe. Kapasîteyek ku bi leza tevdanê re diguhere hişyariyek e ku hevsengî qet nehatiye bidestxistin.

Nasnameya reaktîfê jî divê di tomarê de hebe; ji ber vê yekê kontrolên paqijiya boyaxê û taybetmendiyên wê li kêleka girseya karbonê cih digirin: şîniya metîlenê dikare wek xwêya bêav bi girseya molî ya nêzî 319.9 g/mol an wek trîhîdrat bi 373.90 g/mol bê firotin, û nirxê tahlîla paqijiya hilbera bazirganiyê gelek caran ji 100 ji sedê kêmtir e. C0 ya nominal ku bi girseya formulê ya xelet hatiye hesabkirin, hemû qe bi awayekî sîstematîk xelet dike.

Keviyên guncandî çi dibêjin û çi nabêjin

Guncandina Langmuir qe wek qmax car KL car Ce dabeşî (1 zêde KL car Ce) dinivîse. Ew kapasîteyeke têrbûnê ya guncandî qmax bi mg/g û sabîteke meyla girêdanê KL bi L/mg dide. Guncandineke baş tê wê wateyê ku ev keviya taybet a têrbûnê navbera konsantrasyona pîvandî baş şîrove dike. Ew nîşan nade ku karbon xwediyê yek komeke yekreng a cihên adsorpsiyonê ye, ku pêçandin bi teqezî tenê yek qat e, an ku mekanîzmayeke molekulî ya diyarkirî dixebite. Karbonên poroz ên nehomojen bi gelemperî li navberên sînordar keviyên bi şiklê Langmuir çêdikin.

Guncandina Freundlich qe wek KF car Ce bi hêza 1/n dinivîse. KF pîvana kapasîteya empirîk diyar dike û 1/n xwarbûna keviyê diyar dike. Ji ber ku ev form xwediyê beşeke sabît a bi nirxeke sînordar nîne, qet divê ji bo çêkirina qmax ekstrapolasyon lê neyê kirin. Guncandina Freundlich a çêtir tenê tê wê wateyê ku şiklê wê yê zêdebûnê bi navbera pîvandî re çêtir li hev tê. Kîjan hevkêşe bê bikaranîn jî, regresyona nelîneer a li ser forma orîjînal tercîh bikin, ji ber ku veguherînên lîneerkirî xeletiyan berovajî dikin; li şûna ku tenê baweriyê bi R ya çargoşe bikin, bermayiyên guncandinê bikolin.

914 ceribandin çi hîn dikin

Lêkolîneke hînbûna makîneyê li ser 914 ceribandinên ji 75 gotaran girtina şîniya metîlenê li ser gil, xwelî û materyalên bi alkalî aktîfkirî bi darên regresyonê yên bi gradientê bihêzkirî model kir. Encama wê ya sereke: konsantrasyona destpêkê ya boyaxê pêşbînîkera serdest a girtina ragihandî bû; pH, nasnameya materyala xav û cureya guherandinê jî girîng bûn, û di navbera konsantrasyonê û hema hema hemû guherbarên din de, di nav de mîqdara materyalê, qada rûberê, dema têkiliyê û tevdan, têkiliyên hevbandorî yên bihêz hebûn.

Du hişyarî vê encamê bikêr dihêlin. Yekem, wê lêkolînê karbona aktîf venegirtibû; ji ber vê yekê ew nikare guherbarên li ser karbonê rêz bike. Duyem, dersa wê metodolojîk e û bi zelalî dikare bê veguhastin: konsantrasyona destpêkê qet guherbareke bêgirîng nîne, û şertên xebatê bi taybetmendiyên materyalê re ewqas bihêz hevbandor in ku tu rêzkirina sereke ya mg/g bê şertên xwe nikare derbasdar bimîne. Ev heman encam e ku nimûneya hesabkirinê ji prensîbên bingehîn digihêjê.

Du xeletiyên ku divê êdî nekin

Yekem, êdî rêjeya rakirinê wek kapasîte ragihînin. Mîqdareke mezin a karbonê dikare 99 ji sedê ya boyaxa çareseriyeke lawaz rake, di heman demê de tenê çend mîlîgram ji bo her gramê bigire; mîqdareke kêm di çareseriyeke konsantre de jî dikare bi sedan mîlîgram ji bo her gramê bigire, lê rengê xuya bihêle. Her tim C0, Ce, V, m, mîqdara karbonê bi g/L, rêjeya rakirinê û qe bi hev re ragihînin; wekî din nirx nayê ji nû ve bikaranîn.

Duyem, êdî nirxek li demeke diyarkirî bê nîşandana beşa sabît a kînetîk qe bi nav nekin, û êdî boyaxê li gorî giraniya nivîsandî ya etîketê standard nekin. Hevsengiyê bi rêzeke pîvandinên li gorî demê piştrast bikin; ji ber pirsgirêka hîdratê û tahlîla paqijiyê, li şûna bawerkirina giraniya li gorî etîketê hatiye pîvandin, konsantrasyonê bi spektrofotometriyê piştrast bikin; û pH, germahî, mezinahiya parçeçokan û tevdanê kontrol bikin. Kapasîteya şîniya metîlenê ku van agahiyan bi xwe re heye pîvandinêke ye ku dikare li cihên din bê bikaranîn. Bê wan, ew tenê vegotineke takekesî ye.