Metilen gögüniň adsorbsiýa synaglary we işjeňleşdirilen kömür: synagy geçirmek we netijäni düşündirmek

Bir barlaghana iki işjeňleşdirilen kömri deňeşdirýär. Biriniň tehniki maglumat sahypasynda metilen gögi görkezijisiniň beýlekiden üç esse ýokarydygy aýdylýar. Barlaghana has uly görkezijili kömri satyn alýar, dozany şol görkeziji boýunça kesgitleýär, emma boýag kömürden garaşylanyndan ir geçip başlaýar. Hiç zat galplaşdyrylmady. Iki san dürli synaglardan alnypdy, alyjy bolsa olary şol bir ululyk hökmünde düşündiripdi.

Bu makala şol düşündiriş ýalňyşlygyny düzedýär. Ol synagyň nämäni ölçeýändigini düşündirýär, hakyky sanlar bilen hasaplamany iki gezek görkezýär we netijä täsir edýän ähli üýtgeýän ululyklary atlandyrýar. Dürli adsorbentleri özara deňeşdirip tertiplemek bilen baglanyşykly mesele aýratyn seredilýär; bu ýerde bolsa bir material synpy we bir usul barada gürrüň edilýär.

Näme üçin hut şu boýag barlag serişdesi hökmünde ulanylýar

Metilen gögi kationly, tekiz gurluşly aromatik boýagdyr. Suwda ol položitel zarýadly ion görnüşinde bolýar, molekulasynyň ölçegleri bolsa takmynan 1.43, 0.61 we 0.40 nm-dir. Esasy mesele hut şu ölçeglerdir. Beýleki nusgawy barlag serişdesi bolan ýod has kiçidir we dar mikrogözeneklere girýär, şonuň üçin ýod sany mikrogözenekleriň ösüş derejesini görkezýär. Metilen gögüne has giň girişler gerek: ol takmynan 0.75 nm-den uly gözeneklere girýär, 1.4-den 3 nm-e çenli gözenekler bolsa möhüm goşant goşýar. Bu ölçegler iri mikrogözenekleri we kiçi mezogözenekleri öz içine alýar, şonuň üçin bu synagy diňe mezogözenekleri barlaýan synag diýip atlandyrmak aşa ýönekeýleşdirmedir. Iki barlag serişdesi biri-biriniň üstüni ýetirýär. Ýod ownuk gözenekliligiň näçedigini görkezýär. Metilen gögi bolsa gözenek giňişliginiň näçe bölegine iri organiki molekulanyň girip bilýändigini görkezýär; boýagy aýyrmak üçin möhüm sorag hem şudur. Bu görkezijileriň hiç biri özbaşdak beýleki molekulalaryň adsorbsiýasyny çaklap bilmeýär.

Zarýad hem ölçeg ýaly möhümdir. Boýag kationly bolany üçin, otrisatel zarýadly üstlere çekilýär we položitel zarýadly üstlerden iteklenýär. Şonuň üçin pH goşmaça bellik däl-de, esasy üýtgeýän ululykdyr; aşakdaky tejribeler hem muny görkezýär.

Ýapyk gapdaky synag nähili geçirilýär

Adaty barlaghana usuly ýapyk gapda deňagramlaşdyrmakdyr. Kömri synaga taýýarlaň, elekden geçirip bölejikleriniň gözegçilik edilýän ölçeg aralygyny alyň we belli m massasyny çekip alyň. Başlangyç konsentrasiýasy C0 bolan boýag ergininiň belli V göwrümini goşuň. pH we temperaturany hemişelik saklaň, barlag bilen tassyklanan wagtyň dowamynda garyşdyryň, soňra kömri süzmek ýa-da sentrifugirlemek arkaly aýryň. Şol bir enjamda taýýarlanan kalibrleme hataryna görä, adatça 660-dan 665 nm-e golaý we köplenç 664 nm-de UV-Vis absorbansiýasy arkaly galan Ce konsentrasiýasyny kesgitläň. Neşir edilen usullaryň birinde 10-dan 1000 mg/L-e çenli konsentrasiýaly 50 mL ergin bilen 0.050 g kömür ulanylypdyr; synag 25 C-de 24 sagat dowam edipdir, ölçeg bolsa 660 nm-de alnypdyr. Ýeke-täk ähliumumy düzgün ýok, şonuň üçin doza, konsentrasiýa aralygy, wagt, temperatura, pH we tolkun uzynlygy görkezilmän berlen san netije däldir. Ol diňe myş-myşdyr.

Mukdar taýdan kesgitlemegiň özi hem absorbansiýa esaslanýan boýag ölçeginde beýan edilýän berk çemeleşmäni talap edýär: öz enjamyňyzda kalibrläň, maksimumyň 664 nm-dedigini çaklaman, ony tassyklaň we çökündiniň üstündäki güýçli konsentrasiýaly suwuklygy çyzykly aralyga gaýdyp gelýänçä suwuklandyryň.

Hasaplamanyň mysaly

Sygym massa balansyndan kesgitlenýär. Erginden ýiten boýag kömrüň üstünde ýerleşýär:

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

bu ýerde qe — mg/g birligindäki deňagramlylykdaky adsorbirlenen mukdar, C0 we Ce — mg/L birligindäki başlangyç we deňagramlylyk konsentrasiýalary, V — litrdäki göwrüm, m bolsa gramdaky kömür massasydyr.

Birinji nokat. C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g bilen başlaň. Deňagramlylyk gazanylandan soň enjam Ce = 35 mg/L görkezýär. Şonda qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Aýrylmagyň göterimi (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 göterimdir.

Ikinji nokat: doza we göwrüm şol bir, emma başlangyç ýükleme has ýokary. C0 = 200 mg/L bilen başlaň we Ce = 90 mg/L ölçäň. Şonda qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, aýrylmak bolsa (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 göterimdir.

Bu iki jübüt, (Ce = 35, qe = 325) we (Ce = 90, qe = 550), izotermanyň iki nokadydyr. Garşylykly üýtgeýşe üns beriň: sygym 325-den 550 mg/g-e ýokarlandy, aýrylmagyň göterimi bolsa 65-den 55 göterime düşdi. Konsentrasiýa ýokarlandygyça sygym bilen aýrylmagyň göterimi garşylykly ugurlarda üýtgeýär. Kömürleri dürli dozalarda ýa-da konsentrasiýalarda ölçenen aýrylmagyň göterimi boýunça tertipleýän adam materialy däl-de, tejribäni tertipleýär.

Gözegçilik etmeli üýtgeýän ululyklar

Aşakdaky her ululyk görkeziji sana täsir edýär. Olaryň hersini hemişelik saklaň ýa-da ýazga alyň.

Doza. Kömür köp bolsa, adsorbsiýa ýerleri hem köp bolýar, şonuň üçin aýrylmagyň göterimi ýokarlanýar, emma bir grama düşýän adsorbirlenen mukdar adatça peselýär, sebäbi tutulan boýag has uly massa paýlanýar. Dozany g/L birliginde, onuň esasyny düzýän V we m bilen bilelikde görkeziň.

Başlangyç konsentrasiýa. Has ýokary C0 has uly hereketlendiriji güýji döredýär, şonuň üçin qe ýokarlanýar, adsorbsiýa ýerleri doýgunlaşdygyça bolsa aýrylmagyň göterimi peselýär. 5-den 50 mg/L-e çenli we 100-den 400 mg/L-e çenli aralyklarda laýyklaşdyrylan izotermalar egriniň dürli böleklerini suratlandyrýar. Modelden alnan sygym bahalaryny diňe gabat gelýän aralyklarda deňeşdiriň.

pH. Bu kationly boýag üçin adsorbirlenen mukdar adatça pH bilen bilelikde ýokarlanýar, aýratyn-da kömrüň nol zarýad nokadyndan ýokarda, üstüň jemleýji zarýady otrisatel bolanda. Pes pH üstki ýerleri protonlaşdyrýar we wodorod ionlarynyň şol ýerler üçin bäsleşmegine mümkinçilik berýär. Täsiriň ululygy kömrüň görnüşine baglydyr: işjeňleşdirilen kömür boýunça bir barlagda adsorbirlenen mukdar pH 2-de takmynan 51 mg/g-den pH 8-de takmynan 92 mg/g-e ýokarlanypdyr. Başlangyç we deňagramlylyk pH-syny, şeýle hem ergindäki beýleki duzlary ýazga alyň, sebäbi ion güýji pH-yň üýtgedýän şol bir güýçlerini ekranlaşdyrýar.

Galtaşma wagty. Adsorbirlenen mukdar ilki çalt ýokarlanýar, soňra durnuklaşýar. Diňe durnuklaşan derejedäki baha qe-dir; ondan öňki islendik baha qt-dir. Neşir edilen deňagramlaşma wagtlary dürli kömürler üçin birnäçe minutdan köp sagada çenli üýtgeýär, käbir standart usullarda bolsa 24 sagatlyk galtaşma ulanylýar. Iki sagadyň ýeterlikdigini çaklamagyň ýerine, öz kömrüňiz üçin durnuklaşan derejäni kinetiki ölçegler arkaly kesgitläň.

Temperatura. Ähli ýagdaýlara degişli bir ugur ýok. Endotermik ulgamlarda adsorbirlenen mukdar temperatura bilen ýokarlanýar, ekzotermik ulgamlarda bolsa peselýär, şonuň üçin çaklaman, ony ölçäň.

Bölejikleriň ölçegi we garyşdyrma. Has ownuk bölejikler diffuziýa ýollaryny gysgaldýar we adatça adsorbsiýany çaltlandyrýar; has güýçli garyşdyrma bölejikleriň töweregindäki hereketsiz gatlagy ýukaldýar we şol bir täsiri berýär. Ikisi hem deňagramlylygyň özüni däl-de, tizligi üýtgedýär. Garyşdyrma tizligi bilen üýtgeýän sygym deňagramlylygyň gazanylmandygyny duýdurýar.

Reagentiň haýsy görnüşdigini hem ýazga girizmeli, şonuň üçin boýagyň arassalygyny we spesifikasiýasyny barlamak kömrüň massasyny hasaba almak bilen bir hatarda durýar: metilen gögi takmynan 319.9 g/mol bolan suwsuz duz ýa-da 373.90 g/mol bolan trigidrat görnüşinde satylyp bilner, söwda önüminiň mukdar taýdan kesgitlenen arassalygy bolsa köplenç 100 göterimden pesdir. Nädogry formula massasyndan hasaplanan nominal C0 ähli qe bahalaryny ulgamlaýyn nädogry edýär.

Laýyklaşdyrylan egriler nämäni aýdýar we nämäni aýtmaýar

Langmuir modeli qe-ni qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) görnüşinde aňladýar. Ol mg/g birliginde modelden alnan doýgunlyk sygymyny qmax we L/mg birliginde ýakynlyk hemişeligini KL berýär. Gowy laýyklaşma diňe şu doýgunlyk egrisiniň ölçenen konsentrasiýa aralygyny gowy suratlandyrýandygyny aňladýar. Ol kömrüň birmeňzeş adsorbsiýa ýerleriniň ýeke-täk toplumyna eýedigini, örtügiň hökmany suratda bir gatlaklydygyny ýa-da haýsydyr bir anyk molekulýar mehanizmiň işleýändigini subut etmeýär. Birmeňzeş bolmadyk gözenekli kömürler çäkli aralyklarda köplenç Langmuir görnüşli egrileri berýär.

Freundlich modeli qe-ni KF times Ce to the power 1/n görnüşinde aňladýar. KF empirik sygymyň masştabyny, 1/n bolsa egriligi kesgitleýär. Bu görnüşiň çäkli durnuklaşan derejesi ýok, şonuň üçin qmax oýlap tapmak üçin ony hiç haçan ekstrapolýasiýa etmeli däl. Freundlich modeliniň has gowy laýyklaşmagy diňe onuň ýokarlanýan görnüşiniň ölçenen aralyga has gowy gabat gelýändigini aňladýar. Haýsy deňleme ulanylsa-da, başlangyç görnüşe çyzykly däl regressiýany ileri tutuň, sebäbi çyzyklaşdyrylan özgertmeler ýalňyşlyklary ýoýýar; diňe R kwadrat görkezijisine ynanman, galyndylary hem barlaň.

914 tejribe nämäni öwredýär

75 makaladaky 914 tejribäniň maşyn öwrenmesi arkaly seljermesi gradient güýçlendirmeli regressiýa agaçlaryny ulanyp, toýunlarda, küllerde we aşgar bilen işjeňleşdirilen materiallarda metilen gögüniň adsorbirlenýän mukdaryny modelleşdirdi. Esasy netije şeýle boldy: hasabatlarda görkezilen adsorbirlenen mukdaryň iň güýçli çaklaýjysy boýagyň başlangyç konsentrasiýasydy; pH, çig malyň görnüşi we üýtgetmegiň görnüşi hem möhümdi. Şeýle hem konsentrasiýa bilen beýleki üýtgeýän ululyklaryň tas hemmesiniň, şol sanda dozanyň, üst meýdanynyň, galtaşma wagtynyň we garyşdyrmanyň arasynda güýçli özara täsirler bardy.

Iki bellik bu netijäniň peýdaly bolmagyny üpjün edýär. Birinjiden, şol barlag işjeňleşdirilen kömri öz içine almady, şonuň üçin onuň esasynda kömre täsir edýän ululyklary ähmiýeti boýunça tertipläp bolmaýar. Ikinjiden, onuň sapagy usulyýet bilen baglanyşyklydyr we başga ýagdaýlara gönüden-göni geçirilip bilner: başlangyç konsentrasiýa hiç haçan diňe päsgel berýän goşmaça ululyk däldir, iş şertleri bolsa materialyň häsiýetleri bilen şeýle güýçli özara täsir edýär welin, şertleri aýrylanda hiç bir ýönekeý mg/g tertiplemesi öz güýjüni saklap bilmeýär. Hasaplama mysaly hem esasy ýörelgelerden ugur alyp şol bir netijä gelýär.

Gaýtalamagy bes etmeli iki ýalňyşlyk

Birinjiden, aýrylmagyň göterimini sygym hökmünde görkezmegi bes ediň. Uly doza gowşak erginiň reňkiniň 99 göterimini aýryp, şol bir wagtda her gramda bary-ýogy birnäçe milligram boýag saklap biler; güýçli ergindäki kiçi doza bolsa görünýän reňki galdyryp, her gramda ýüzlerçe milligram boýag saklap biler. C0, Ce, V, m, g/L birligindäki dozany, aýrylmagyň göterimini we qe-ni hemişe bilelikde görkeziň, ýogsam bu görkezijini gaýtadan ulanyp bolmaz.

Ikinjiden, kinetiki durnuklaşan derejäni görkezmezden, kesgitli wagtda alnan bahany qe diýip atlandyrmagy we boýagy etiketkadaky agram boýunça standartlaşdyrmagy bes ediň. Deňagramlylygy wagt boýunça ölçegleriň hatary bilen tassyklaň; gidrat görnüşi we mukdar taýdan kesgitlenen arassalyk meselesini göz öňünde tutup, çekilen we etiketkada görkezilen agrama ynanmagyň ýerine, konsentrasiýany spektrofotometrik usulda barlaň; pH-a, temperatura, bölejikleriň ölçegine we garyşdyrma gözegçilik ediň. Şu maglumatlar bilen bilelikde berlen metilen gögüniň adsorbsiýa sygymy başga şertlerde hem peýdalanyp bolýan ölçegdir. Olar bolmasa, ol diňe bir aýry ýagdaýyň beýanatydyr.