Testijiet tal-adsorbiment tal-blu tal-metilen u l-karbonju attivat: kif isir it-test u kif jinqara l-valur

Laboratorju jqabbel żewġ tipi ta’ karbonju attivat. Skeda teknika waħda tiddikjara valur tal-blu tal-metilen tliet darbiet dak tal-oħra. Il-laboratorju jixtri l-karbonju bil-valur l-ogħla, jiddetermina d-doża skontu, u ż-żebgħa tibda tgħaddi mingħajr ma tinżamm aktar kmieni milli mistenni. Xejn ma ġie ffalsifikat. Iż-żewġ valuri ġew minn testijiet differenti, u x-xerrej interpretahom bħala l-istess kwantità.

Dan l-artiklu jikkoreġi dak l-iżball fl-interpretazzjoni. Jispjega x’ikejjel it-test, jaħdem il-kalkolu darbtejn b’numri reali, u jsemmi kull varjabbli li tinfluwenza r-riżultat. Il-problema relatata ta’ kif jiġu kklassifikati adsorbenti differenti meta mqabbla ma’ xulxin hija ttrattata separatament; hawnhekk is-suġġett huwa klassi waħda ta’ materjal u metodu wieħed.

Għaliex tintuża din iż-żebgħa bħala sonda

Il-blu tal-metilen huwa żebgħa katjonika, planari u aromatika. Fl-ilma jeżisti bħala jone b’ċarġ pożittiv, u d-dimensjonijiet tal-molekula tiegħu huma bejn wieħed u ieħor 1.43 b’0.61 b’0.40 nm. Dan id-daqs huwa r-raġuni għall-għażla tiegħu. Il-jodju, is-sonda klassika l-oħra, huwa ħafna iżgħar u jidħol f’mikropori dojoq, għalhekk in-numru tal-jodju jindika l-iżvilupp tal-mikropori. Il-blu tal-metilen jeħtieġ daħliet usa’: jista’ jidħol f’pori akbar minn madwar 0.75 nm, b’kontribuzzjonijiet importanti minn pori ta’ madwar 1.4 sa 3 nm. Dawn id-dimensjonijiet ikopru mikropori akbar u mesopori żgħar, għalhekk li t-test jissejjaħ sonda esklussivament għall-mesopori jissimplifikah iżżejjed. Iż-żewġ sondi jikkomplementaw lil xulxin. Il-jodju jindika kemm hemm porożità fina. Il-blu tal-metilen jindika kemm hemm spazju fil-pori li jippermetti d-dħul ta’ molekula organika kbira, li hija l-mistoqsija rilevanti għat-tneħħija taż-żebgħa. L-ebda wieħed miż-żewġ valuri ma jbassar waħdu l-adsorbiment ta’ molekuli oħra.

Iċ-ċarġ huwa importanti daqs id-daqs. Billi ż-żebgħa hija katjonika, tiġi attirata lejn uċuħ b’ċarġ negattiv u mwarrba minn dawk b’ċarġ pożittiv. Dan jagħmel il-pH varjabbli ta’ importanza primarja aktar milli nota sekondarja, kif juru l-esperimenti hawn taħt.

Kif isir it-test f’lott

Il-forma standard fil-laboratorju hija l-ilħuq tal-ekwilibriju f’lott. Ikkondizzjona l-karbonju, għaddih minn għarbiel biex tikseb frazzjoni b’daqs ikkontrollat tal-partiċelli, u iżen massa magħrufa m. Żid volum magħruf V ta’ soluzzjoni taż-żebgħa b’konċentrazzjoni inizjali C0. Żomm il-pH u t-temperatura fissi, aġita għal ħin ivverifikat, imbagħad issepara l-karbonju b’filtrazzjoni jew ċentrifugazzjoni. Iddetermina l-konċentrazzjoni li tibqa’ Ce permezz tal-assorbanza UV-Vis, normalment qrib 660 sa 665 nm u spiss f’664 nm, billi tqabbilha ma’ serje ta’ kalibrazzjoni ppreparata fuq l-istess strument. Proċedura ppubblikata waħda użat 0.050 g ta’ karbonju ma’ 50 mL ta’ soluzzjoni fil-medda ta’ 10 sa 1000 mg/L, għal 24 siegħa f’25 C, b’kejl f’660 nm. Ma hemmx protokoll universali wieħed, għalhekk valur irrappurtat mingħajr doża, medda ta’ konċentrazzjoni, ħin, temperatura, pH u tul ta’ mewġa mhuwiex riżultat. Huwa għajdut.

Il-kwantifikazzjoni nnifisha teħtieġ l-istess dixxiplina deskritta għall-kejl taż-żebgħa bbażat fuq l-assorbanza: ikkalibra fuq l-istrument tiegħek, ikkonferma l-quċċata minflok tassumi 664 nm, u ddilwixxi s-supernatanti kkonċentrati biex jerġgħu jaqgħu fil-medda lineari.

Il-kalkolu maħdum

Il-kapaċità tiġi mill-bilanċ tal-massa. Iż-żebgħa li tkun nieqsa mis-soluzzjoni tinsab fuq il-karbonju:

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

fejn qe hija l-kwantità adsorbita fl-ekwilibriju f’mg/g, C0 u Ce huma l-konċentrazzjonijiet inizjali u fl-ekwilibriju f’mg/L, V huwa l-volum f’litri, u m hija l-massa tal-karbonju fi grammi.

L-ewwel punt. Ibda b’C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Wara li jintlaħaq l-ekwilibriju, l-istrument jirrapporta Ce = 35 mg/L. Imbagħad qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Il-perċentwal tat-tneħħija huwa (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 fil-mija.

It-tieni punt, bl-istess doża u volum, iżda b’tagħbija ogħla. Ibda b’C0 = 200 mg/L u kejjel Ce = 90 mg/L. Imbagħad qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, filwaqt li t-tneħħija hija (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 fil-mija.

Dawn iż-żewġ pari, (Ce = 35, qe = 325) u (Ce = 90, qe = 550), huma żewġ punti ta’ isoterma. Innota kif jimxu f’direzzjonijiet opposti: il-kapaċità żdiedet minn 325 għal 550 mg/g filwaqt li t-tneħħija naqset minn 65 għal 55 fil-mija. Il-kapaċità u l-perċentwal tat-tneħħija jimxu f’direzzjonijiet opposti hekk kif tiżdied il-konċentrazzjoni. Min jikklassifika tipi ta’ karbonju skont il-perċentwal tat-tneħħija mkejjel b’dożi jew konċentrazzjonijiet differenti jkun qed jikklassifika l-esperiment, mhux il-materjal.

Il-varjabbli li trid tikkontrolla

Kull fattur hawn taħt ibiddel il-valur. Żomm kull wieħed fiss jew irreġistrah.

Doża. Aktar karbonju jfisser aktar siti, għalhekk il-perċentwal tat-tneħħija jiżdied filwaqt li l-kwantità adsorbita għal kull gramma normalment tonqos, għax iż-żebgħa maqbuda titqassam fuq massa akbar. Irrapporta d-doża f’g/L flimkien mal-V u l-m li fuqhom hija bbażata.

Konċentrazzjoni inizjali. C0 ogħla tipprovdi forza motriċi akbar, għalhekk qe tiżdied filwaqt li l-perċentwal tat-tneħħija jonqos hekk kif is-siti jiġu saturati. Isotermi aġġustati fuq meded ta’ 5 sa 50 mg/L u ta’ 100 sa 400 mg/L jiddeskrivu reġjuni differenti tal-kurva. Qabbel il-kapaċitajiet miksuba mill-aġġustament biss fuq meded li jikkoinċidu.

pH. Għal din iż-żebgħa katjonika, l-adsorbiment normalment jiżdied mal-pH, speċjalment ’il fuq mill-punt ta’ ċarġ żero tal-karbonju, fejn il-wiċċ ikollu ċarġ nett negattiv. pH baxx jipprotona s-siti tal-wiċċ u jippermetti lill-joni tal-idroġenu jikkompetu għalihom. Il-kobor tal-effett jiddependi mit-tip ta’ karbonju: fi studju wieħed fuq il-karbonju attivat, l-adsorbiment żdied minn madwar 51 mg/g f’pH 2 għal madwar 92 mg/g f’pH 8. Irreġistra l-pH inizjali u dak fl-ekwilibriju flimkien mal-melħ preżenti fil-mezz, billi s-saħħa jonika tnaqqas l-effett tal-istess forzi li l-pH jirregola.

Ħin ta’ kuntatt. L-adsorbiment jiżdied malajr, imbagħad jistabbilizza ruħu. Il-valur fil-fażi stabbli biss huwa qe; kull valur qabel dan huwa qt. Il-ħinijiet ippubblikati għall-ilħuq tal-ekwilibriju jvarjaw minn minuti għal ħafna sigħat fost tipi differenti ta’ karbonju, b’kuntatti ta’ 24 siegħa f’xi proċeduri standard. Iddetermina permezz tal-kinetika meta tintlaħaq il-fażi stabbli għall-karbonju tiegħek minflok tassumi li sagħtejn huma biżżejjed.

Temperatura. Ma hemmx direzzjoni universali tal-effett. L-adsorbiment jiżdied mat-temperatura f’sistemi endotermiċi u jonqos f’dawk eżotermiċi, għalhekk kejjel l-effett minflok tassumih.

Daqs tal-partiċelli u aġitazzjoni. Partiċelli iżgħar iqassru l-mogħdijiet tad-diffużjoni u normalment iħaffu l-adsorbiment; aġitazzjoni aktar qawwija traqqaq is-saff staġnat madwar il-partiċelli u tagħmel l-istess. It-tnejn ibiddlu r-rata, mhux l-ekwilibriju nnifsu. Kapaċità li tinbidel mal-veloċità tat-taħwid hija twissija li l-ekwilibriju qatt ma ntlaħaq.

L-identità tar-reaġent għandha tkun fir-rekord ukoll, u għalhekk il-kontrolli tal-purità u tal-ispeċifikazzjoni taż-żebgħa għandhom jidhru ħdejn il-massa tal-karbonju: il-blu tal-metilen jista’ jinbiegħ bħala l-melħ anidru ta’ madwar 319.9 g/mol jew bħala t-triidrat ta’ 373.90 g/mol, u l-kontenut determinat b’analiżi fil-prodott kummerċjali spiss ikun inqas minn 100 fil-mija. C0 nominali kkalkulata mill-massa tal-formula żbaljata tagħmel kull qe sistematikament żbaljata.

X’jgħidu u x’ma jgħidux il-kurvi aġġustati

Aġġustament skont Langmuir jesprimi qe bħala qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce). Jagħti kapaċità ta’ saturazzjoni aġġustata qmax f’mg/g u kostanti tal-affinità KL f’L/mg. Aġġustament tajjeb ifisser li din il-kurva partikolari ta’ saturazzjoni tiddeskrivi sew il-medda ta’ konċentrazzjoni mkejla. Ma jipprovax li l-karbonju għandu popolazzjoni uniformi waħda ta’ siti, li l-kopertura hija strettament saff wieħed, jew li jopera xi mekkaniżmu molekulari speċifiku. Tipi ta’ karbonju poruż eteroġenju regolarment jipproduċu kurvi fl-għamla ta’ Langmuir fuq meded limitati.

Aġġustament skont Freundlich jesprimi qe bħala KF times Ce to the power 1/n. KF jistabbilixxi l-iskala empirika tal-kapaċità u 1/n jistabbilixxi l-kurvatura. Billi din il-forma ma għandhiex fażi stabbli finita, qatt ma għandha tiġi estrapolata biex tiġi vvintata qmax. Aġġustament aħjar skont Freundlich ifisser biss li l-għamla li tibqa’ tielgħa taqbel aħjar mal-intervall imkejjel. Tintuża liema tintuża ekwazzjoni, ippreferi rigressjoni mhux lineari fuq il-forma oriġinali, għax it-trasformazzjonijiet linearizzati jgħawġu l-iżbalji, u eżamina r-residwi minflok tafda biss f’R kwadrat.

X’jgħallmuna 914-il esperiment

Analiżi bit-tagħlim awtomatiku ta’ 914-il esperiment minn 75 artiklu xjentifiku immudellat l-adsorbiment tal-blu tal-metilen fuq tafal, irmied u materjali attivati bl-alkali permezz ta’ siġar ta’ rigressjoni msaħħa bil-gradjent. Ir-riżultat ewlieni tagħha: il-konċentrazzjoni inizjali taż-żebgħa kienet il-predittur dominanti tal-adsorbiment irrappurtat, filwaqt li l-pH, l-identità tal-materja prima u t-tip ta’ modifika kienu importanti wkoll, u kien hemm interazzjonijiet qawwija bejn il-konċentrazzjoni u kważi kull varjabbli oħra, inklużi d-doża, l-erja tal-wiċċ, il-ħin ta’ kuntatt u l-aġitazzjoni.

Żewġ punti ta’ kawtela jżommu din is-sejba utli. L-ewwel, dak l-istudju ma kopriex il-karbonju attivat, għalhekk ma jistax jikklassifika l-varjabbli għall-karbonju. It-tieni, il-lezzjoni tiegħu hija metodoloġika u tapplika direttament: il-konċentrazzjoni inizjali qatt ma hija varjabbli sekondarja li tista’ titwarrab, u l-kundizzjonijiet operattivi jinteraġixxu mal-proprjetajiet tal-materjal b’mod qawwi wisq biex xi klassifikazzjoni bbażata fuq valuri ewlenin f’mg/g tibqa’ valida meta jitħallew barra l-kundizzjonijiet tagħha. Din hija l-istess konklużjoni li l-kalkolu maħdum jilħaq mill-prinċipji fundamentali.

Żewġ żbalji li għandek tieqaf tagħmel

L-ewwel, ieqaf tirrapporta l-perċentwal tat-tneħħija bħala kapaċità. Doża kbira tista’ tneħħi 99 fil-mija tal-kulur minn soluzzjoni dilwita filwaqt li żżomm ftit milligrammi għal kull gramma, u doża żgħira f’soluzzjoni kkonċentrata tista’ żżomm mijiet ta’ milligrammi għal kull gramma filwaqt li tħalli kulur viżibbli. Dejjem irrapporta C0, Ce, V, m, id-doża f’g/L, il-perċentwal tat-tneħħija u qe flimkien, inkella l-valur ma jistax jerġa’ jintuża.

It-tieni, ieqaf issejjaħ valur f’ħin fiss qe mingħajr ma turi l-fażi stabbli kinetika, u ieqaf tistandardizza ż-żebgħa skont il-piż indikat fuq it-tikketta. Ivverifika l-ekwilibriju b’serje ta’ kejl tul iż-żmien, ivverifika l-konċentrazzjoni spettrofotometrikament minflok tafda fil-piż u fl-informazzjoni tat-tikketta minħabba l-problema tal-idrat u tal-kontenut determinat b’analiżi, u kkontrolla l-pH, it-temperatura, id-daqs tal-partiċelli u l-aġitazzjoni. Kapaċità tal-blu tal-metilen akkumpanjata minn dawk id-dettalji hija kejl li jista’ jiġi applikat f’kuntesti oħra. Mingħajrhom hija aneddotu.