Xreferat.com » Рефераты по химии » Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

/> можно представить следующим уравнением:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (12)


где Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – молярные доли растворенного вещества в адсорбционной фазе и равновесном состоянии; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – удельная адсорбция растворенного вещества; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – предельно-адсорбционный объем пор адсорбента; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – молярный объем; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – парциальный коэффициент активности компонента; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

Это – уравнение парциальной изотермы адсорбции, поскольку оно связывает равновесные величины адсорбции данного компонента с его равновесной концентрацией. Необходимые для расчетов величины молярных объемов компонентов раствора могут быть вычислены из их плотности в жидком состоянии:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (13)


где Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ– плотность жидкого компонента; Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – его молекулярная масса.

Эти же величины можно найти как произведение ван-дер-ваальсовской площади проекции адсорбированной молекулы на ван-дер-ваальсовский размер ее, нормальный к плотности проекции Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, т.е. на так называемую толщину молекулы.

В уравнение парциальной изотермы адсорбции удобно вести величину относительного заполнения объема адсорбционной фазы органическим компонентом Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. Поскольку Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, а уравнение (13) можно записать в следующем виде:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (14)


При вычислении константы адсорбционного равновесия в качестве стандартного выбрано состояние бесконечного разбавления в растворе в адсорбционной фазе, когда заполнение адсорбционной фазы стремится к нулю.

Поскольку коэффициент активности Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ в уравнении (14) становится равным единице для стандартного состояния, т.е. при бесконечно малой величине Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, для нахождения числового значения константы адсорбционного равновесия экспериментальные данные, изображенные в координатах Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, должны быть экстраполированы до значения Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. На рис. 5 показано графическое выделение логарифма парциально константы адсорбционного равновесия хлороформа, фенола, анилина, n-хлоранилина, n-нитрофенола, нитробензола и n-нитроанилина из водных растворов на угле КАД (по уравнениям (13) и (14)).


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

Рис. 5. Графическое вычисление парциальной константы адсорбционного равновесия хлороформа (1), фенола (2), анилина (3), n-хлоранилина (4), n-нитрофенол (5), нитробензол (6) и n-нитроанилин (7) на активном угле КАД и бензола (8) на ацетиленовом техническом углероде (саже)


Из рис. 5 видно, что в подавляющем большинстве случаев существует линейная зависимость между Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, что облегчает экстраполяцию значения Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ до Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. В этом методе используются только определяемые величины: предельно-адсорбционный объем пор адсорбента и молярный объем адсорбируемого вещества, что делает применение метода особенно удобным для практических вычислений.


5.3 Коэффициент активности. Предельное значение коэффициента активности


Из уравнения (13) можно записать


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (15)


При исследовании адсорбции из растворов условием стандартного состояния является отсутствие взаимодействия между молекулами растворенного вещества, а также с молекулами воды, которое нарушило бы ее структуру. Этому стандартному состоянию соответствует бесконечно разбавление органического компонента водой в равновесном растворе и адсорбционной фазе.

Рассмотрим предельное значение коэффициента активности при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. Подставив Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ в уравнение (14), получим:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (16)


где Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ– равновесная концентрация, соответствующая плотному заполнению адсорбционной фазы, т.е. Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ.

Наибольшему заполнению адсорбционной фазы соответствует равновесная концентрация, равная концентрации насыщенного раствора Cs:

Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (17)


Поскольку вид функции Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ от θ в общем случае выражается кривой, которая монотонно изменяется от Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ) до Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ), для приближенного вычисления Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при любом Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ можно использовать широко распространенный в химической технологии прием «рабочей линии». Для этого на ординате при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ откладывают величину Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и соединяют эту точку с началом координат. Тогда приближенное значение Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при любом значении Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ можно найти из соотношения:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (18)


На рис. 6 показано изменение Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ от Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ для нитробензола (дипольный момент равен 3,96D). Штриховая прямая получена для значений Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, рассчитанных по растворимости.


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

Рис.6. Зависимость lg fi от θ для молекул нитробензола, адсорбированного на угле КАД (штриховая линия рассчитана по растворимости)

Из рис. 6 видно, что до относительно заполнения Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ эти прямые не совпадают. Еще более сильное диполь – дипольное отталкивание наблюдается в случае адсорбции n-нитроанилина (дипольный момент равен 6,17D).

Предельное значение коэффициента активности, таким образом, можно рассчитывать по константе адсорбционного равновесия и растворимости в тех случаях, когда диполь – дипольное отталкивание молекул в адсорбционной фазе отсутствует или незначительно (при малых дипольных моментах молекул).


5.4 Вычисление изотерм адсорбции органических веществ из водных растворов углеродными адсорбентами


Чтобы вычислить изотерму адсорбции, необходимо для разных значений заполнения адсорбционного объема Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ) рассчитать величины равновесной концентрации и удельной адсорбции. Значения равновесных концентраций (Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, ммоль/л) вычисляют по формуле


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (19)


где Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – степень заполнения адсорбционного объема, задаваемая нами (0,1; 0,2; 0,3 и т.д.); Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ - молярные объема извлекаемого органического вещества воды.

Если известна структурная формула извлекаемого из воды вещества, то суммированием инкрементов Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ для составных частей и структуры находят величину Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, а затем вычисляют константу адсорбционного равновесия по формуле


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (20)


Удельную адсорбцию рассчитывают по формуле (в ммоль/г)


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (21)


Поскольку предельный коэффициент активности определяется соотношением Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, для разных значений констант адсорбционного равновесия Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ можно рассчитать те концентрации, при которых предельный коэффициент активности равен 1. Рассчитанные концентрации, соответствующие коэффициентам активности Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при разных значениях Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ приведены в табл. 1.


Таблица 1.

Значения концентраций насыщенных растворов, для которых fi = 1 при разных значениях Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, кДж/моль

К при 25єС

Сs при 25єС (рассчитанное),

моль/м3

16,75

21

23

25,1

872

4800

11200

25700

63,5

11,5

4,95

2,16


Расчет изотерм адсорбции только по константе адсорбционного равновесия Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ возможен для веществ, у которых соотношения между константами адсорбционного равновесия и величинами растворимости близки к указанным в табл. 1. [2]


6. Методы выбора и контроля АДсорбентов для очистки воды


Промышленность выпускает много адсорбентов, характеристики которых известны. В процессе использования адсорбента, однако, и особенно его регенерации, происходит изменение некоторых свойств материала по сравнению с исходными. Поэтому необходим достаточно частый контроль некоторых параметров адсорбента и сопоставление их с таковыми свежего адсорбента. Использование специальных сравнительных методик значительно сокращает затраты труда на подобный контроль.

Общепризнанными методами определения сорбционных характеристик служат: сорбционная емкость по бензолу, йоду, фенолу, мелассе и метиленовому синему; определение площадей поверхности, размеров и объемов пор методами ртутной порометрии и БЭТ. Знание этих характеристик позволяет предсказывать поведение системы адсорбат – адсорбент в условиях адсорбции из смеси известного состава.

Отсутствие в настоящее время данных о полном количественном составе большинства природных и сточных вод и, как следствие этого, использование в практике обобщенных показателей качества воды (БПК, ХПК, цветность и др.) усложняет прогнозирование процесса адсорбции. При этом возможно несоответствие оценок адсорбции по ряду индивидуальных веществ и обобщенным санитарным показателям. Например, для ГАУ различной структуры получены близкие адсорбционные характеристики по ХПК при доочистке сточных вод. На нынешнем уровне знаний при изучении очистки воды лишь непосредственная проверка извлечения исследуемым материалом реальных загрязнений из конкретного источника или стока дает окончательный количественный ответ о рациональности использования данного образца адсорбента.

Адсорбционная очистка воды ведется при очень низких концентрациях одного или нескольких соединений (0,01 – 1,0 ммоль/л), которые во многих случаях адсорбируются независимо друг от друга. При этом адсорбционный процесс часто протекает в области, где выполняется закон Генри: Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, а изотерма адсорбции линейна и проходит через начало координатФизико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, что несколько облегчает исследование сорбции.

Линеаризация изотермы облегчает контроль адсорбционных параметров материалов. Во многих случаях линеаризовать изотерму адсорбции или ее участок можно с точностью до 3 – 5%, т.е. перейти от степенного уравнения Фрейндлиха Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ к его частному случаю – линейному уравнению, описывающему закон Генри:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (22)


В случае линейности изотермы адсорбции или аппроксимации ее прямой, проходящей через начало координат, возможно применение экспресс-методики сравнительной оценки адсорбционной емкости углей по единственной экспериментальной точке. При этом экспериментально найденная адсорбционная емкость Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, где Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ приводятся к Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ – сорбционной емкости при стандартной равновесной концентрации Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ по формуле:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (23)

(Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, а n – число изучаемых образцов).


В дальнейшем сравниваются не Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ, а Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. Точность определения Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ повышается при Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ.

При адсорбции из воды со сходным составом примесей сравнение по Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ не зависит от Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ. Это позволяет косвенно сравнивать образцы из различных серий опытов, если в них был хотя бы один адсорбент с известными характеристиками. Отношение адсорбционной емкости регенерированного угля Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ к емкости исходного АУ отражает восстановление его адсорбционной емкости Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при регенерации:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (24)


Потери гранулированного адсорбента происходят вследствие химического, теплового и механического воздействия на материал в процессах адсорбции, регенерации и транспортировки. Выражаются они в измельчении, внешнем и внутреннем обгаре, уменьшении общей массы образца. Угольная мелочь и пыль приводят к ухудшению работы адсорбера и выносу взвешенных веществ очищаемой водой. Потери сорбента Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ при обработке или регенерации и эффективность сохранения веществ адсорбента Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ определяют по формулам:


Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (25)


Однако не всегда можно прямо определить всю массу адсорбента. Например, в непрерывном цикле адсорбция – регенерация находить общее количество адсорбента и количество восполняемых потерь РУ прямым измерением весьма трудно. Один из методов косвенного определения потерь – анализ по гранулометрическому составу Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ и средней массе частиц Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществсорбента. Определение Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ позволяет контролировать крупность сорбента и прогнозировать его свойства, так как уменьшение Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ ниже нормы во всех случаях нежелательно. Значения Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
-->

Похожие рефераты: