Methylenblo-Adsorptiounstest: Kapazitéit vun Aktivkuel

E Laboratoire vergläicht zwou Aktivkuelen. Een Dateblat gëtt e Methylenblo-Wäert un, deen dräimol esou héich ass wéi deen aneren. De Laboratoire keeft d'Kuel mam méi héije Wäert, bestëmmt d'Asazquantitéit op där Basis, an de Faarfstoff brécht fréi duerch. Näischt gouf gefälscht. Déi zwou Zuele koumen aus verschiddenen Tester, an de Keefer huet se als déiselwecht Gréisst interpretéiert.

Dësen Artikel korrigéiert deen Interpretatiounsfeeler. Hien erkläert, wat den Test moosst, féiert d'Berechnung zweemol mat konkrete Wäerter duerch a nennt all Variabel, déi d'Resultat beaflosst. Déi verbonne Fro, wéi ee verschidden Adsorbentë géintiwwerenee klasséiert, gëtt separat behandelt; hei geet et ëm eng Materialklass an eng Method.

Firwat dëse Faarfstoff als Sond déngt

Methylenblo ass e kationeschen, planaren aromatesche Faarfstoff. Am Waasser läit en als positiv geluedenen Ion vir, a seng molekular Dimensioune sinn ongeféier 1.43 op 0.61 op 0.40 nm. Genee déi Gréisst ass entscheedend. Jod, déi aner klassesch Sond, ass vill méi kleng a kënnt a schmuel Mikroporen eran; dofir weist d'Jodzuel, wéi staark d'Mikroporen ausgebilt sinn. Methylenblo brauch méi breet Zougäng: et kënnt a Pore vun iwwer ongeféier 0.75 nm eran, woubäi Pore vun ongeféier 1.4 bis 3 nm wichteg Bäiträg leeschten. Déi Dimensioune decke méi grouss Mikroporen a kleng Mesoporen of; den Test als reng Mesoporesond ze bezeechnen ass also eng ze staark Vereinfachung. Déi zwou Sonde ergänze sech. Jod weist, wéi vill fein Porositéit do ass. Methylenblo weist, wéi vill Poreraum e grousst organescht Moleküll ophuele kann, an dat ass déi entscheedend Fro beim Ewechhuele vu Faarfstoffer. Kee vun deenen zwee Wäerter seet eleng d'Opnam vun anere Moleküllen viraus.

D'Laaschtung ass genee esou wichteg wéi d'Gréisst. Well de Faarfstoff kationesch ass, gëtt en duerch negativ gelueden Uewerflächen ugezunn an duerch positiv geluedener ofgestouss. Domat ass de pH eng zentral Variabel an net nëmmen eng Niewesaach, wéi d'Experimenter hei drënner weisen.

Wéi de Batch-Test ofleeft

Déi üblech Laboratoiresmethod ass e Batch-Versuch bis zum Gläichgewiicht. Konditionéiert d'Kuel, sift se op eng kontrolléiert Partikelfraktioun a weit eng bekannt Mass m of. Gitt e bekannte Volume V vun enger Faarfstoffléisung mat der Ufankskonzentratioun C0 dobäi. Halt de pH an d'Temperatur konstant, mëscht wärend enger iwwerpréifter Dauer an trennt d'Kuel duerno duerch Filtratioun oder Zentrifugatioun of. Bestëmmt déi verbleiwend Konzentratioun Ce iwwer UV-Vis-Absorbanz, meeschtens bei ongeféier 660 bis 665 nm an dacks bei 664 nm, mat enger Kalibratiounsserie, déi um selwechten Instrument gemooss gouf. Eng publizéiert Prozedur huet 0.050 g Kuel mat 50 mL Léisung am Beräich vun 10 bis 1000 mg/L benotzt, mat 24 Stonne Kontakt bei 25 C an enger Miessung bei 660 nm. Et gëtt keen eenzegen universelle Protokoll; e Wäert, dee ouni Asazquantitéit, Konzentratiounsberäich, Zäit, Temperatur, pH a Wellelängt uginn ass, ass also kee Resultat. Et ass e Gerücht.

D'Quantifizéierung selwer erfuerdert déi selwecht Disziplin, déi fir d'Faarfstoffmiessung iwwer Absorbanz beschriwwe gëtt: kalibréiert op Ärem Instrument, bestätegt den Absorptiounsmaximum amplaz einfach 664 nm unzehuelen, a verdënnt staark konzentréiert Iwwerstandsléisungen zeréck an de lineare Beräich.

D'Beispillrechnung

D'Kapazitéit ergëtt sech aus der Massebilanz. De Faarfstoff, deen an der Léisung feelt, sëtzt op der Kuel:

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

Dobäi ass qe d'Opnam am Gläichgewiicht a mg/g, C0 an Ce sinn d'Ufanks- an d'Gläichgewiichtskonzentratiounen a mg/L, V ass de Volume a Liter, a m ass d'Kuelmass a Gramm.

Éischte Punkt. Fänkt mat C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g un. Nom Erreeche vum Gläichgewiicht weist d'Instrument Ce = 35 mg/L un. Dann ass qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. De Prozentsaz vum ewechgehollene Faarfstoff ass (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 Prozent.

Zweete Punkt, déiselwecht Asazquantitéit an dee selwechte Volume, awer eng méi héich Belaaschtung. Fänkt mat C0 = 200 mg/L un a moosst Ce = 90 mg/L. Dann ass qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, wärend den ewechgehollenen Undeel (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 Prozent ass.

Dës zwou Koppelen, (Ce = 35, qe = 325) an (Ce = 90, qe = 550), sinn zwee Punkte vun enger Isotherm. Beuecht déi géigesätzlech Entwécklung: d'Kapazitéit ass vun 325 op 550 mg/g geklommen, wärend den ewechgehollenen Undeel vu 65 op 55 Prozent gefall ass. Kapazitéit an ewechgehollene Prozentsaz entwéckele sech a géigesätzlech Richtungen, wann d'Konzentratioun klëmmt. Wien Kuelen no engem ewechgehollene Prozentsaz klasséiert, dee bei verschiddenen Asazquantitéiten oder Konzentratioune gemooss gouf, klasséiert d'Experiment an net d'Material.

D'Variabelen, déi Dir kontrolléiere musst

All Punkt hei drënner verännert de Wäert. Halt all Variabel konstant oder dokumentéiert se.

Asazquantitéit. Méi Kuel bedeit méi Adsorptiounsplazen; dofir klëmmt den ewechgehollene Prozentsaz, wärend d'Opnam pro Gramm normalerweis fält, well de gebonnene Faarfstoff sech op méi Mass verdeelt. Gitt d'Asazquantitéit a g/L zesumme mat den zougehéierege Wäerter vu V a m un.

Ufankskonzentratioun. Eng méi héich C0 liwwert eng méi grouss dreiwend Kraaft; dofir klëmmt qe, wärend den ewechgehollene Prozentsaz fält, wann d'Adsorptiounsplaze saturéiert ginn. Isothermen, déi iwwer 5 bis 50 mg/L an iwwer 100 bis 400 mg/L ugepasst ginn, beschreiwe verschidde Beräicher vun der Kéier. Vergläicht ugepasste Kapazitéiten nëmmen iwwer Beräicher, déi sech iwwerschneiden.

pH. Bei dësem kationesche Faarfstoff klëmmt d'Opnam dacks mam pH, besonnesch iwwer dem Nulllaaschtungspunkt vun der Kuel, wou d'Uewerfläch eng negativ Nettolaaschtung kritt. Bei engem niddrege pH ginn d'Uewerflächeplaze protonéiert, a Waasserstoffione konkurréiere fir dës Plazen. D'Stäerkt vum Effekt hänkt vun der Kuel of: an enger Etüd iwwer Aktivkuel ass d'Opnam vun ongeféier 51 mg/g bei pH 2 op ongeféier 92 mg/g bei pH 8 geklommen. Dokumentéiert den Ufanks- an de Gläichgewiichts-pH souwéi d'Salzer an der Léisung, well d'Ionenstäerkt déi selwecht Kräfte ofschiermt, déi de pH beaflosst.

Kontaktzäit. D'Opnam klëmmt fir d'éischt staark, da flaacht se of. Nëmmen de Plateau-Wäert ass qe; all fréiere Wäert ass qt. Déi publizéiert Zäite bis zum Gläichgewiicht reeche bei verschiddene Kuele vu Minutte bis zu ville Stonnen, mat Kontaktzäite vu 24 Stonnen an e puer Standardprozeduren. Bestëmmt de Plateau iwwer eng kinetesch Miessrei fir Är Kuel, amplaz unzehuelen, datt zwou Stonnen duergoen.

Temperatur. Et gëtt keng allgemeng gülteg Richtung. D'Opnam klëmmt mat der Temperatur an endotherme Systemer a fält an exotherme Systemer; moosst se also, amplaz se unzehuelen.

Partikelgréisst a Mëschintensitéit. Méi fein Partikele verkierzen d'Diffusiounsweeër a beschleunegen normalerweis d'Opnam; méi staarkt Mëschen mécht déi stagnant Grenzschicht ronderëm d'Partikele méi dënn an huet dee selwechten Effekt. Béides verännert d'Vitess, net d'Gläichgewiicht selwer. Eng Kapazitéit, déi sech mat der Réiergeschwindegkeet verännert, ass e Warnzeechen, datt d'Gläichgewiicht ni erreecht gouf.

D'Identitéit vum Reagens gehéiert och an d'Dokumentatioun. Dofir stinn Kontrolle vun der Faarfstoffrengheet an der Spezifikatioun nieft der Kuelmass: Methylenblo kann als waasserfräit Salz mat ongeféier 319.9 g/mol oder als Trihydrat mat 373.90 g/mol verkaaft ginn, an de Gehalt vu kommerzielle Produite läit dacks ënner 100 Prozent. Eng nominell C0, déi mat der falscher molarer Mass berechent gëtt, mécht all qe systematesch falsch.

Wat déi ugepasste Kéieren aussagen a wat net

Eng Langmuir-Upassung dréckt qe als qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) aus. Si liwwert eng ugepasste Saturatiounskapazitéit qmax a mg/g an eng Affinitéitskonstant KL a L/mg. Eng gutt Upassung bedeit, datt dës bestëmmte Saturatiounskéier de gemoossene Konzentratiounsberäich gutt beschreift. Si beweist net, datt d'Kuel eng eenzeg homogen Populatioun vun Adsorptiounsplazen huet, datt d'Beleeung strikt eng Monoschicht ass oder datt e bestëmmte molekulare Mechanismus wierkt. Heterogen poréis Kuele liwweren dacks Kéiere mat enger Langmuir-Form iwwer limitéiert Beräicher.

Eng Freundlich-Upassung dréckt qe als KF times Ce to the power 1/n aus. KF bestëmmt déi empiresch Kapazitéitsskala, an 1/n bestëmmt d'Krëmmung. Well dës Form kee endleche Plateau huet, däerf se ni extrapoléiert ginn, fir e qmax ze erfannen. Eng besser Freundlich-Upassung bedeit nëmmen, datt hir steigend Form besser mam gemoossenen Intervall iwwereneestëmmt. Egal wéi eng Gläichung benotzt gëtt, gitt der netlinearer Regressioun op der Originalform de Virzuch, well lineariséiert Transformatiounen d'Feeler verzerren, a kontrolléiert d'Residuen, amplaz Iech nëmmen op R am Quadrat ze verloossen.

Wat 914 Experimenter weisen

Eng Analys mat Maschinneléiere vun 914 Experimenter aus 75 Publikatiounen huet d'Methylenblo-Opnam vu Leem, Äschen an alkalesch aktivéierte Materialie mat gradienteverstäerkte Regressiounsbeem modelléiert. Hiert Haaptresultat: d'Ufankskonzentratioun vum Faarfstoff war den dominante Prädiktor vun der uginner Opnam. De pH, d'Identitéit vum Ausgangsmaterial an d'Aart vun der Modifikatioun waren och wichteg, an et goufe staark Interaktiounen tëscht der Konzentratioun a bal all anerer Variabel, dorënner d'Asazquantitéit, d'Uewerfläch, d'Kontaktzäit an d'Mëschintensitéit.

Zwou Aschränkunge musse beuecht ginn, fir dës Erkenntnis sënnvoll ze notzen. Éischtens huet déi Etüd keng Aktivkuel ënnersicht a kann dofir d'Variabele fir Kuel net no hirer Wichtegkeet klasséieren. Zweetens ass hir Léier methodologesch a léisst sech gutt iwwerdroen: d'Ufankskonzentratioun ass ni just eng stéierend Niewevariabel, an d'Betribsbedéngungen interagéieren ze staark mat de Materialeegenschaften, fir datt eng reng mg/g-Ranglëscht ouni déi zougehéiereg Bedéngunge Bestand hätt. Dat ass déiselwecht Conclusioun, déi d'Beispillrechnung aus de grondleeënde Prinzipien zitt.

Zwee Feeler, déi Dir net méi maache sollt

Éischtens: gitt den ewechgehollene Prozentsaz net méi als Kapazitéit un. Eng grouss Asazquantitéit kann 99 Prozent vun enger schwaacher Léisung entfierwen an dobäi nëmme wéineg Milligramm pro Gramm ophuelen. Eng kleng Asazquantitéit an enger staarker Léisung kann dogéint Honnerte vu Milligramm pro Gramm ophuelen an trotzdeem eng siichtbar Faarf hannerloossen. Gitt ëmmer C0, Ce, V, m, d'Asazquantitéit a g/L, den ewechgehollene Prozentsaz an qe zesummen un; soss kann de Wäert net weiderbenotzt ginn.

Zweetens: nennt e Wäert no enger fixer Zäit net méi qe, ouni de kinetesche Plateau ze weisen, a standardiséiert de Faarfstoff net méi op Basis vun der um Etikett uginnener Mass. Iwwerpréift d'Gläichgewiicht mat enger Zäitreih, iwwerpréift d'Konzentratioun spektrophotometresch amplaz Iech trotz der Hydrat- a Gehaltsproblematik op d'Ofweie vun der um Etikett uginnener Mass ze verloossen, a kontrolléiert de pH, d'Temperatur, d'Partikelgréisst an d'Mëschintensitéit. Eng Methylenblo-Kapazitéit mat dësen dokumentéierten Angaben ass eng iwwerdrobar Miessung. Ouni se ass et eng Anekdot.