Лабораторная работа № 7 Изучение адсорбции уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле.

Цель работы: экспериментальное определение изотермы адсорбции одноосновной карбоновой кислоты из водного раствора на активированном угле. Использование уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для описания хода изотермы адсорбции. Вычисление удельной поверхности адсорбента.

В результате выполнения данной работы студент должен:

– знать теоретические основы процесса адсорбции из водных растворов на твердом адсорбенте;

– уметь провести обработку экспериментальных данных на основании уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха;

– получить изотерму адсорбции, рассчитать параметры изотермы адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха.

Оборудование и реактивы: конические колбы (250 см³) с пробками, конические колбы (100 см³), пипетки, бюретки, весы технические ВЛТЭ – 500, воронки, фарфоровая ступка и пестик, фильтровальная бумага (синяя лента), шейкер (встряхиватель) типа S3, водный раствор уксусной кислоты (c(CH₃COOH) = 1,0 моль/дм³), водный раствор пропионовой кислоты (c (C₂H₅COOH) = 1,0 моль/дм³), водный раствор гидроксида натрия (c(NaOH) = 0,1 и 0,4 моль/дм³), твердый адсорбент – активированный уголь.

Порядок выполнения работы.

По заданию преподавателя в колбах вместимостью 250 см³ приготовить из рабочего раствора ПАВ шесть растворов объемом 50 см³ с различной молярной концентрацией карбоновой кислоты. Требуемые объемы рабочего раствора карбоновой кислоты и дистиллированной воды занести в таблицу 1. Для приготовления растворов использовать две бюретки вместимостью 50 см³.

Таблица 1 – Приготовление серии растворов уксусной кислоты для изучения адсорбции на активированном угле (рабочий раствор с (………) = 1,0 моль/дм³)

№	Молярная концентрация уксусной кислоты, c, моль/дм3	Аликвотная часть рабочего раствора, VA, см3	Объем воды, V(H2O), см3
1

1. Активированный уголь (таблетки) измельчить в фарфоровой ступке и с использованием технохимических весов взять шесть навесок адсорбента по 1,00 г с точностью ± 0,01 г.

2. В колбы с приготовленными растворами внести навески 1,00 г активированного угля, закрыть их пробками и установить на встряхиватель. По достижении адсорбционного равновесия в системе (встряхивание 1–1,5 ч.) растворы ПАВ отделить от адсорбента фильтрованием (фильтр – синяя лента), отбрасывая первые порции фильтрата ≈ 7 – 10 см³ (почему?). Остальной объем фильтрата использовать для определения равновесной концентрации ПАВ титрованием раствором щелочи в присутствии фенолфталеина. Провести 2–3 параллельных титрования каждого раствора. Целочисленные значения аликвот и концентрацию титранта подобрать, ориентируясь на начальную концентрацию карбоновой кислоты, так, чтобы на титрование пошло 10 – 20 см³ титранта. Полученные результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты определения равновесной концентрации уксусной кислоты после адсорбции (титрант – раствор гидроксида натрия)

№	Молярная концентрация карбоновой кислоты до адсорбции, co, моль/дм3	Молярная концентрация титранта, ст, моль/дм3	Аликвотная часть фильтрата, VA , см3	Объем титранта, VT, см3	Молярная концентрация карбоновой кислоты после адсорбции, сравн, моль/дм3
1

3. Используя формулу (10.2), рассчитать гиббсовскую адсорбцию (в ммоль/г), полученные данные занести в таблицу 3. Далее построить изотерму адсорбции, откладывая по оси абсцисс значения равновесной концентрации кислоты после адсорбции, а по оси ординат – гиббсовскую адсорбцию (рисунок 1).

Таблица 3 – Сводные экспериментальные и расчетные данные для построения изотермы адсорбции уксусной кислоты из ее водных растворов на активированном угле (объем раствора ПАВ 50 см³)

№	Молярная концентрация уксусной кислоты до адсорбции, c0, моль/дм3	Молярная концентрация уксусной кислоты после адсорбции, ср, моль/дм3	Масса угля, m, г	Гиббсовская адсорбция, Г, ммоль/г	1/ср	1/Г	lgср	lgГ
1

4. Для нахождения параметров уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха построить графики зависимости 1/Г от 1/с_р и lgГ от lgc_р, обрабатывая полученные прямые по МНК (рисунки 2 и 4). Записать явный вид обоих уравнений, заменяя буквенные обозначения параметров их числовыми значениями, и на одном графике сопоставить ход экспериментально определенной изотермы адсорбции с расчетным ходом изотерм в соответствии с найденными уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха.

3. Используя найденное значение предельной адсорбции Γ_∞, рассчитать по формуле (10.5) удельную поверхность активированного угля.