Uji Adsorpsi Métilén Biru: Kapasitas dina Karbon Aktif

Hiji laboratorium ngabandingkeun dua karbon aktif. Hiji lambaran data nyebutkeun nilai métilén biru tilu kali leuwih gedé tibatan anu séjén. Laboratorium meuli karbon anu angkana leuwih gedé, nangtukeun takaran dumasar kana éta angka, tuluy zat warna nembus leuwih awal. Teu aya data anu dipalsukeun. Dua angka éta asalna tina uji anu béda, tapi ku nu meuli dibaca minangka kuantitas anu sarua.

Artikel ieu ngabenerkeun kasalahan maca éta. Eusina ngajelaskeun naon anu diukur ku uji, ngalakukeun itungan dua kali maké angka nyata, sarta nyebutkeun unggal variabel anu mangaruhan hasil. Masalah patali ngeunaan nyusun réngking sababaraha adsorbén anu béda dibahas misah; di dieu jejerna nyaéta hiji golongan bahan jeung hiji métode.

Naha zat warna ieu dijadikeun panyidik

Métilén biru nyaéta zat warna aromatik planar anu kationik. Dina cai, zat ieu aya salaku ion anu muatanana positif, sarta ukuran molekulna kira-kira 1.43 ku 0.61 ku 0.40 nm. Éta ukuran téh inti alesanana. Iodin, panyidik klasik séjénna, jauh leuwih leutik sarta bisa asup kana mikropori heureut, ku kituna angka iodin ngagambarkeun kamekaran mikropori. Métilén biru merlukeun lawang anu leuwih lega: zat ieu bisa asup kana pori anu ukuranana leuwih ti kira-kira 0.75 nm, kalayan kontribusi penting ti pori anu ukuranana kira-kira 1.4 nepi ka 3 nm. Ukuran éta ngawengku mikropori anu leuwih gedé jeung mesopori leutik, jadi nyebut uji ieu minangka panyidik mesopori murni téh kaleuleuwihi nyederhanakeunana. Dua panyidik éta silih ngalengkepan. Iodin néangan sabaraha loba pori leutik anu aya. Métilén biru néangan sabaraha rohangan pori anu bisa diasupan ku molekul organik gedé, nyaéta patalékan anu penting pikeun ngaleungitkeun zat warna. Taya hiji ogé tina dua angka éta anu bisa ngaramal serapan molekul séjén ku sorangan.

Muatan sarua pentingna jeung ukuran. Ku sabab zat warna ieu kationik, éta katarik ku beungeut anu muatanana négatif sarta ditolak ku beungeut anu muatanana positif. Ieu ngajadikeun pH variabel utama, lain saukur catetan tambahan, sakumaha anu ditingalikeun ku ékspérimén di handap.

Kumaha uji angkatan dilaksanakeun

Wangun baku di laboratorium nyaéta nyieun kasaimbangan dina hiji angkatan. Siapkeun kaayaan karbon, ayak pikeun meunangkeun fraksi partikel anu dikontrol, sarta timbang massa m anu dipikanyaho. Tambahkeun volume V anu dipikanyaho tina larutan zat warna kalayan konsentrasi awal C0. Jaga pH jeung suhu tetep, aduk salila waktu anu geus diverifikasi, tuluy pisahkeun karbon ku filtrasi atawa séntrifugasi. Tangtukeun konsentrasi sésa Ce ku absorbansi UV-Vis, biasana deukeut 660 nepi ka 665 nm sarta mindeng dina 664 nm, dumasar kana runtuyan kalibrasi anu disiapkeun dina alat anu sarua. Hiji prosedur anu diterbitkeun maké 0.050 g karbon jeung 50 mL larutan dina rentang 10 nepi ka 1000 mg/L, salila 24 jam dina 25 C, kalayan pamacaan dina 660 nm. Teu aya hiji protokol anu lumaku sacara universal, jadi nilai anu dilaporkeun tanpa takaran, rentang konsentrasi, waktu, suhu, pH, jeung panjang gelombang téh lain hasil. Éta mah ukur béja anu teu puguh.

Kuantifikasi sorangan merlukeun katelitian anu sarua jeung anu dijelaskeun dina pangukuran zat warna dumasar kana absorbansi: kalibrasi dina alat anjeun, pastikeun puncakna tibatan nganggap éta aya dina 664 nm, sarta éncérkeun supernatan anu pekat sangkan asup deui kana rentang liniér.

Conto itungan

Kapasitas ditangtukeun tina kasaimbangan massa. Zat warna anu leungit tina larutan aya dina karbon:

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

di mana qe nyaéta serapan dina kasaimbangan dina mg/g, C0 jeung Ce nyaéta konsentrasi awal jeung konsentrasi dina kasaimbangan dina mg/L, V nyaéta volume dina liter, sarta m nyaéta massa karbon dina gram.

Titik kahiji. Mimitian ku C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Sanggeus ngahontal kasaimbangan, alat ngalaporkeun Ce = 35 mg/L. Ku kituna qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Perséntase panyabutan nyaéta (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 percent.

Titik kadua, kalayan takaran jeung volume anu sarua, tapi beban zat warna leuwih luhur. Mimitian ku C0 = 200 mg/L sarta ukur Ce = 90 mg/L. Ku kituna qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, sedengkeun panyabutanna nyaéta (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 percent.

Dua pasangan ieu, (Ce = 35, qe = 325) jeung (Ce = 90, qe = 550), nyaéta dua titik dina hiji isotérm. Perhatikeun parobahan anu sabalikna: kapasitas naék tina 325 jadi 550 mg/g, sedengkeun panyabutan turun tina 65 jadi 55 percent. Kapasitas jeung perséntase panyabutan robah dina arah anu sabalikna nalika konsentrasi naék. Saha waé anu nyusun réngking karbon dumasar kana perséntase panyabutan anu diukur dina takaran atawa konsentrasi anu béda téh keur nyusun réngking ékspérimén, lain bahanna.

Variabel anu kudu dikontrol

Unggal unsur di handap mangaruhan angkana. Tetepkeun masing-masing atawa catet.

Takaran. Leuwih loba karbon hartina leuwih loba situs adsorpsi, jadi perséntase panyabutan naék sedengkeun serapan per gram biasana turun, sabab zat warna anu katangkep sumebar dina massa anu leuwih loba. Laporkeun takaran dina g/L babarengan jeung V sarta m anu jadi dasarna.

Konsentrasi awal. C0 anu leuwih luhur nyadiakeun gaya panggerak anu leuwih gedé, jadi qe naék sedengkeun perséntase panyabutan turun nalika situs adsorpsi jadi jenuh. Isotérm anu dicocogkeun dina rentang 5 nepi ka 50 mg/L jeung dina rentang 100 nepi ka 400 mg/L ngajelaskeun bagian kurva anu béda. Bandingkeun kapasitas hasil panyocokan ngan dina rentang anu tumpang tindih.

pH. Pikeun zat warna kationik ieu, serapan umumna naék babarengan jeung pH, utamana saluhureun titik muatan nol karbon, nalika muatan bersih beungeut jadi négatif. pH anu handap ngaprotonasi situs dina beungeut sarta ngamungkinkeun ion hidrogén bersaing pikeun ngeusianana. Gedéna pangaruh gumantung kana karbonna: dina hiji panalungtikan karbon aktif, serapan naék tina kira-kira 51 mg/g dina pH 2 jadi kira-kira 92 mg/g dina pH 8. Catet pH awal jeung pH dina kasaimbangan, kitu ogé uyah anu aya dina médium, sabab kakuatan ionik ngalemahkeun gaya anu sarua jeung anu diatur ku pH.

Waktu kontak. Serapan naék gancang, tuluy mimiti ngadatar. Ngan nilai dina bagian datar anu mangrupa qe; nilai saméméhna nyaéta qt. Waktu pikeun ngahontal kasaimbangan anu diterbitkeun béda-béda ti sababaraha menit nepi ka mangjam-jam pikeun karbon anu béda, kalayan kontak 24 jam dina sababaraha prosedur baku. Tangtukeun bagian datar sacara kinétik pikeun karbon anjeun, lain nganggap dua jam geus cukup.

Suhu. Teu aya arah parobahan anu universal. Serapan naék nalika suhu naék dina sistem éndotérmik sarta turun dina sistem éksotérmik, jadi ukur tibatan nganggap-nganggap.

Ukuran partikel jeung pangadukan. Partikel anu leuwih leutik nyinggetkeun jalur difusi sarta biasana ngagancangkeun serapan; pangadukan anu leuwih kuat ngipiskeun lapisan cairan anu ngeuyeumbeu di sabudeureun partikel sarta ngahasilkeun pangaruh anu sarua. Duanana ngarobah laju, lain kasaimbanganana sorangan. Kapasitas anu robah nuturkeun laju pangadukan mangrupa tanda peringatan yén kasaimbangan can kungsi kahontal.

Idéntitas réagén ogé kudu diasupkeun kana catetan, ku sabab éta pamariksaan kamurnian jeung spésifikasi zat warna kudu dicatet babarengan jeung massa karbon: métilén biru bisa dijual minangka uyah anhidrat anu massa molarna deukeut 319.9 g/mol atawa trihidrat dina 373.90 g/mol, sarta kadar hasil uji produk komérsial mindeng di handap 100 percent. C0 nominal anu diitung tina massa formula anu salah ngajadikeun unggal qe salah sacara sistematis.

Naon anu ditétélakeun jeung henteu ditétélakeun ku kurva hasil panyocokan

Panyocokan Langmuir nyatakeun qe salaku qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce). Ieu ngahasilkeun kapasitas jenuh hasil panyocokan qmax dina mg/g jeung konstanta afinitas KL dina L/mg. Panyocokan anu hadé hartina kurva jenuh husus ieu ngajelaskeun rentang konsentrasi anu diukur kalayan hadé. Éta henteu ngabuktikeun yén karbon miboga hiji populasi situs anu saragam, yén panutupanana ngan saukur hiji lapisan, atawa yén aya mékanisme molekular husus anu lumangsung. Karbon pori anu hétérogén mindeng ngahasilkeun kurva wangun Langmuir dina rentang anu kawates.

Panyocokan Freundlich nyatakeun qe salaku KF times Ce to the power 1/n. KF nangtukeun skala kapasitas émpiris sarta 1/n nangtukeun kelengkungan. Ku sabab wangun ieu henteu boga bagian datar anu watesna tangtu, éta teu meunang diékstrapolasi pikeun nyieun qmax. Panyocokan Freundlich anu leuwih hadé ngan hartina wangun naékna leuwih cocog jeung interval anu diukur. Naon waé persamaan anu dipaké, utamakeun régrési nonliniér dina wangun aslina, sabab transformasi jadi liniér ngarobah pola kasalahan, sarta pariksa résidu tibatan ngan percaya kana R kuadrat.

Pangajaran tina 914 ékspérimén

Hiji analisis pangajaran mesin kana 914 ékspérimén tina 75 makalah ngamodélkeun serapan métilén biru dina taneuh liat, lebu, jeung bahan anu diaktipkeun ku alkali maké tangkal régrési kalayan penguatan gradién. Hasil utamana: konsentrasi awal zat warna mangrupa prédiktor dominan pikeun serapan anu dilaporkeun, kalayan pH, idéntitas bahan baku, jeung jinis modifikasi ogé penting, sarta aya interaksi anu kuat antara konsentrasi jeung ampir unggal variabel séjén, kaasup takaran, luas beungeut, waktu kontak, jeung pangadukan.

Dua hal anu kudu diwaspadaan ngajaga papanggihan ieu tetep mangpaat. Kahiji, éta panalungtikan henteu ngawengku karbon aktif, jadi henteu bisa dipaké pikeun nyusun réngking variabel dina karbon. Kadua, pangajaranana patali jeung métodologi sarta bisa diterapkeun kalayan jelas: konsentrasi awal henteu kungsi jadi variabel pangganggu anu bisa dipopohokeun, sarta kaayaan operasi boga interaksi anu kuat teuing jeung sipat bahan nepi ka réngking mg/g anu ditonjolkeun moal tetep sah lamun kaayaan pangukuranna dileungitkeun. Éta kacindekan anu sarua jeung anu dihontal ku conto itungan tina prinsip dasar.

Dua kasalahan anu kudu dieureunkeun

Kahiji, eureun ngalaporkeun perséntase panyabutan minangka kapasitas. Takaran anu gedé bisa ngaleungitkeun 99 percent warna tina larutan éncér bari ngan nahan sababaraha miligram per gram, sarta takaran anu leutik dina larutan pekat bisa nahan ratusan miligram per gram bari masih nyésakeun warna anu katingali. Salawasna laporkeun C0, Ce, V, m, takaran dina g/L, perséntase panyabutan, jeung qe babarengan; lamun henteu, éta angka teu bisa dipaké deui.

Kadua, eureun nyebut nilai dina waktu anu ditangtukeun minangka qe tanpa némbongkeun bagian datar kinétik, sarta eureun ngabakukeun zat warna dumasar kana beurat anu ditulis dina labél. Verifikasi kasaimbangan ku runtuyan pangukuran dumasar kana waktu, verifikasi konsentrasi ku spéktrofotométri tibatan percaya kana beurat anu ditimbang dumasar kana labél lantaran masalah hidrat jeung kadar hasil uji, sarta kontrol pH, suhu, ukuran partikel, jeung pangadukan. Kapasitas métilén biru anu dibarengan ku catetan éta mangrupa pangukuran anu bisa diterapkeun deui. Tanpa éta, hasilna ngan saukur carita tina hiji pangalaman.