Измерение адсорбции из растворов

Величину адсорбции из растворов на твердых адсорбентах обычно определяют, измеряя концентрацию раствора до того, как он был в контакте с адсорбентом, и после наступления адсорбционного равновесия.

При адсорбции из разбавленных растворов можно принять, что концентрация (активность) растворителя не меняется. При адсорбции из концентрированных растворов следует учитывать адсорбцию растворителя и растворенного вещества. При этом концентрацию компонентов удобнее выражать в мольных долях.

Применение адсорбентов с большой удельной поверхностью приводит к адсорбции столь значительной, что изменение концентрации вещества в объеме может быть определено аналитически. В этом случае величину адсорбции, отнесенную к единице массы адсорбента, находят по уравнению

, (4.98)

где С₀ , С_х соответственно начальная и равновесная концентрации раствора; m - масса адсорбента; V - объем раствора, в который введен адсорбент; А - общее количество адсорбирован­ного вещества всей массой адсорбента m.

Если известна удельная поверхность S_уд (поверхность единицы массы) адсорбента, то можно найти истинную величину адсорбции:

 = А/m S_уд.

Таким образом, экспериментальное изучение адсорбции из растворов на твердых адсорбентах заключается прежде всего в измерении на­чальной и равновесной концентраций.

Методы измерения концентрации могут быть любыми, но измеряя равновесную концентрацию, надо иметь в виду, что адсорбционное равновесие наступает очень быстро лишь на гладких поверхностях, где можно ускорить процесс перемешиванием. Большинство же твердых адсорбентов, например активированный уголь, силикагель, пористы, и скорость адсорбции на них зависит от скорости диффузии вещества в порах (капиллярах). Поэтому адсорбционное равновесие для мелкопористых адсорбентов устанавливается иногда в течение нескольких суток, для крупнопористых - быстрее (менее чем за час).

Для растворов поверхностно-активных веществ наиболее удобным методом является измерение поверхностного натяжения.

Измеряя поверхностное натяжение растворов после адсорбции _х, можно по кривой  - С найти графически значения С_Х и вычис­лить А по уравнению (4.99). В некоторых случаях целесообразно нанес­ти значения _S после адсорбции на тот же график, сохраняя преж­ние значения абсцисс, и по ним построить вспомогательную кривую ¹⁵³ (рис. 4.26). При таком способе построения можно найти величину С₀ –С_Х, а следовательно, и А не только для измеренных растворов, но и для любых промежуточных зна­чений С_Х, т. е. построить непрерыв­ную кривую зависимости адсорбции А_m или А/mS_уд от равновесной концентрации (изотерму адсорбции).

Рис. 4.26. График для нахождения равновесной концентрации раствора

после адсорбции по величине поверхностного натяжения