3.2 Исследование статической адсорбции. Построение экспериментальной изотермы

_{Для измерения величины адсорбции был использован метод Киплинга [34]. Суть этого метода состоит в следующем: в пробы с известной концентрацией добавлялись навески с различной массой адсорбента. Полученную суспензию встряхивали в термостате до установления адсорбционного равновесия (обычно в течение нескольких часов) и отбирали образец раствора для исследования.}

_{Перед проведением опытов по статической адсорбции свежий заводской сорбент был отмыт в химически чистом изопропиловом спирте с целью удаления пыли с поверхности гранул цеолита марки NaX. Далее спирт с частицами пыли сливался, а сорбент отмывался водой и высушивался в сушильном шкафу при 350 °С в течение 2 часов.}

_{В плоскодонные колбы вместимостью 100 мл наливалось 70 мл раствора определенной концентрации (0,37, 0,81, 1,40 и 1,63%масс.). В каждую пробу помещалась навеска сорбента массой 5, 7, 9 и 11 г.. Пробы перемешивались механической мешалкой в течение 2 часов, затем колбы закрывались притертыми крышками и выдерживались в темном месте в течение 24 часов при комнатной температуре.}

_{По истечении суток каждый раствор отфильтровывался. Концентрация полученных растворов измерялась на спектрофотометре марки Specord по ГОСТ 27808-88 [35].}

_{Данный стандарт устанавливает спектрофотометрический метод определения содержания ароматических углеводородов 0,005 – 5% в жидких парафинах, полученных на установках адсорбционного выделения на цеолитах или установках карбамидной депарафинизации.}

_{Сущность метода заключается в измерении оптической плотности жидких парафинов или их растворов на волне 270 нм и вычислении массовой доли ароматических углеводородов по коэффициентам поглощения индивидуальных углеводородов.}

_{Для проведения испытания использовались кюветы кварцевые с толщиной поглощающего свет слоя 1 см, колбы мерные по ГОСТ 1770 – 74 [36]. Растворители: изооктан эталонный по ГОСТ 12433 – 83 [37] или гептан нормальный эталонный. В наших исследованиях использовался изооктан эталонный по причине его меньшей летучести в сравнении с гептаном.}

_{Перед проведением испытания спектрофотометр градуировался по пункту 2.3 ГОСТ 27808-88. Определение оптической плотности парафинов проводилось по следующей методике:}

_{В чистую рабочую кювету помещали профильтрованный парафин и измеряли его оптическую плотность, применяя для сравнения пустую кювету. Если оптическая плотность более 0,8, то пробу парафина необходимо было разбавить. Для этого в мерную колбу вместимостью 10 см}³ _{наливали 4 см}³ _{парафина, отобранного пипеткой, которую затем промывали растворителем, сливая в ту же колбу, и доводили растворителем до метки.}

_{Оптическую плотность разбавленного парафина определяли, используя для сравнения кювету с растворителем. Если оптическая плотность разбавленной в 2,5 раза пробы была более 0,8, то проводили дальнейшее разбавление до 1:5. Разбавление увеличивали до тех пор, пока оптическая плотность разбавленного парафина не принимала значение от 0,2 до 0,8.}

_{После проведения спектрофотометрического определения концентрации каждого полученного равновесного раствора определялась величина адсорбции по формуле (16):}

(17)

где С_исх, С_равн –концентрации ароматических углеводородов в исходном и равновесном растворах, г/л; V_исх –объем раствора в исходном состоянии, мл; m-масса навески, г.

Результаты эксперимента приведены в таблице 4:

Таблица 4 - Экспериментальные данные статической адсорбции.

Концентрация, % масс	Сравн, % масс	Сравн, г/л	Масса навески, г	Г, г/г
0,37	0,0017	0,0132	11	0,0178
0,37	0,0024	0,0182	9	0,0217
0,37	0,0033	0,0254	7	0,0278
0,37	0,0051	0,0389	5	0,0388
0,81	0,0034	0,0255	11	0,0390
0,81	0,0079	0,0603	9	0,0474
0,81	0,0157	0,1196	7	0,0603
0,81	0,0354	0,2689	5	0,0824
1,40	0,0214	0,1626	11	0,0666
1,40	0,0428	0,3251	9	0,0802
1,40	0,0808	0,6141	7	0,1002
1,40	0,1572	1,1947	5	0,1322
1,40	0,5730	4,3547	2	0,2199
1,63	0,0295	0,2244	11	0,0774
1,63	0,0638	0,4849	9	0,0925
1,63	0,1090	0,8282	7	0,1155
1,63	0,2156	1,6389	5	0,1504
1,63	0,7039	5,3497	2	0,2463

В результате была получена изотерма следующего вида (рисунок 9):

Рисунок 9 - Экспериментальная зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации раствора

_{Полученная зависимость представлена в следующем виде (формула 18):}

(18)

_{Подставив в уравнение (18) 0,076 г/л (0,01% масс.) как равновесную концентрацию, получили соответствующую для нее поглотительную емкость адсорбента в равновесных условиях:}

_{Как известно, при очень малых концентрациях величина адсорбции пропорциональна концентрации, что находит свое выражение в прямолинейном ходе изотермы адсорбции в области малых концентраций. С дальнейшим ростом концентрации рост величины адсорбции замедляется. При очень больших концентрациях величина адсорбции достигает предельного значения, что объясняется насыщением поверхности адсорбента молекулами адсорбтива, образующими мономолекулярный адсорбционный слой. Поэтому для определения более точного значения величины адсорбции построим линейный участок изотермы адсорбции (рисунок 10):}

_{Рисунок 10 - Экспериментальная зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации раствора. Линейный участок малых концентраций.}

_{Получена новая зависимость (19):}

(19)

_{Подставив в уточненное уравнение (19) 0,076 г/л (0,01% масс.), получили соответствующую для нее поглотительную емкость адсорбента в равновесных условиях:}

_{Уточненная величина адсорбции будет использоваться для расчета параметров адсорбера.}

_{Были проведены два идентичных статических эксперимента (20} ⁰_{С, навески 5,7,9 и 11 г.) на цеолите с размерами гранул 1,6-3,2 мм и на измельченном цеолите. Для этого гранулы цеолита предварительно дробились, и для проведения очистки отбиралась фракция 0,25 – 0,5 мм. Результаты представлены в таблице 5 и в графическом виде (рисунок 11).}

_{Таблица 5 - Результаты сравнительного эксперимента.}

Сравн, % масс
Мелкий цеолит	Сравн, г/л	m,г	Г, г/г
0,004307	0,0327	5	0,038909
0,002903	0,0221	7	0,027899
0,001920	0,0146	9	0,021757
0,001371	0,0104	11	0,017828
Крупный цеолит	Сравн, г/л	m,г	Г, г/г
0,001736	0,0131	11	0,017810
0,002393	0,0181	9	0,021729
0,003335	0,0253	7	0,027866
0,005115	0,0388	5	0,038823

_{Рисунок 11 - Изотермы адсорбции для цеолита с разным размером гранул}

_{Данные результаты показывают, что на цеолите с крупным размером гранул равновесие адсорбции наступает за более продолжительное время. Это выводит на необходимость исследование динамической и кинетической адсорбции на разных зернах сорбента.}