Лабораторная работа № 11. Утилизация содержащихся в сточных водах органических соединений методом адсорбции на активированном угле

Адсорбционная очистка технологических растворов и сточных вод применяется весьма широко, например, при улавливании нефтепродуктов, красителей и т.п.

Цель работы - исследовать процесс адсорбционного улавливания метиленового голубого активированным углем. Определить осветляющую способность активированного угля. Построить изотерму адсорбции.

Изотерма адсорбции отражает равновесное состояние в системе адсорбированное вещество - адсорбент. Построение изотермы необходимо для оценки адсорбционной способности сорбента. Изотерму строят в координатах "А - С", где А - масса (или количество) адсорбированного вещества, приходящегося на 1 г адсорбента; С - равновесная концентрация адсорбируемого вещества. Для случая мономолекулярной адсорбции изотерма описывается уравнением Ленгмюра

A = A kC/(1 + kC) ,

где А - предельная адсорбция, k - константа равновесия (отношение констант скоростей адсорбции и десорбции). Более сложные изотермы могут быть описаны уравнением Фрёйндлиха.

Существует ГОСТ на определение осветляющей способности активированных углей по поглощению метиленового голубого (например, ГОСТ 4453-48 /п.9/).

Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы:

- фотоколориметр КФК-2 с кюветами l = 1 см;

- растворы метиленового голубого с концентрацией 0.15% и 0,1 г/дм³;

- колбы конические объемом 100 см³ -10 шт;

- бюретка объемом 25 см³;

- пипетка градуированная, объемом 10 см³;

- колбы мерные на 50 см³ - 6 шт;

- мерный цилиндр на 50 см³;

- воронки для фильтрования 6 шт;

- фильтровальная бумага.

Порядок работы.

1. Построение градуировочного графика для фотометрического определения концентрации метиленового голубого. В мерные колбы на 50 см³ налить соответственно 1, 2, 3, 4 и 5 см³ раствора метиленового голубого с исходной концентрацией 0,1 г/дм³ и разбавить водой до метки. После перемешивания измерить оптическую плотность полученных растворов D при длине волны λ=650 нм (красный светофильтр) и толщине слоя раствора в кювете 1 см.

2. Построение изотермы адсорбции. В конические колбы объемом 100 см³ поместить навески активированного угля массой 0,5 г. В каждую колбу добавить соответственно 15, 20, 25, 30 и 35 см³ раствора метиленового голубого с исходной концентрацией 1,5 г/дм³ и дистиллированной воды до 50 см³ (приливать воду из бюретки). Каждые 2 минуты растворы перемешивать легким покачиванием. Через 20 мин определить остаточную концентрацию метиленового голубого в растворе, находящемся в равновесии с углем. Для этого растворы из конических колб отфильтровать в чистые колбы и определить их оптическую плотность. Условия фотометрирования описаны выше.

Результаты измерений занести в таблицу. По данным таблицы построить график зависимости удельной адсорбции (А, г/г угля) от равновесной концентрации метиленового голубого (С, г/дм³).

3. Определение осветляющей способности угля (по ГОСТ 4453-48). В коническую колбу на 100 см³ внести навеску 0,4 г активированного угля и прилить из бюретки 10 см³ раствора метиленового голубого с концентрацией 1,5 г/дм³. После 5-минутного взбалтывания к обесцвеченному раствору прилить 1 см³ того же раствора и снова перемешать. Если через 5 мин раствор обесцветится, снова прилить 1 см³ раствора метиленового голубого. Раствор прибавлять пока он не перестанет обесцвечиваться. В данном случае речь идет об исчезновении голубой окраски, но из-за наличия в растворе взвеси угля он кажется черным.

Осветляющую способность угля (Е) рассчитывают в % к условно принятой величине осветляющей способности такого угля, 0,1 г которого обесцвечивает 20 см³ 0,15%-ного раствора метиленового голубого. Расчет ведут по формуле

Е = ( n / 20 см³) 100% ,

где n - количество см³ раствора метиленового голубого, обесцвеченного 0,1 граммами угля.