Определение влияния СВ сахарных растворов на характер изотермы адсорбции их красящих веществ

Введение

Сорбируемость вещества на адсорбенте характеризуется графиком, называемым изотермой адсорбции. Изотерма адсорбции устанавливает зависимость между концентрацией адсорбируемого вещества в растворе и на адсорбенте при установившемся равновесии в системе.

Графическая зависимость адсорбции от равновесной концентрации адсорбтива при постоянной температуре описывается уравнением Фрейндлиха

А = b × С^1/n ,

где А – масса вещества, адсорбированного единицей массы адсорбента;

b и 1/n – константы адсорбции, характерные для данного процесса, их значения находят по эмпирическим данным или определяются из графика, построенного в логарифмической форме уравнения

Lg А = lg b + 1/n lg C.

На ординате прямой данного графика отсекается отрезок lg b , а тангенс угла наклона прямой к абсциссе дает величину 1/n.

С – равновесная концентрация вещества, установившаяся после адсорбции.

При небольших концентрациях масса адсорбированного вещества пропорциональна его концентрации в растворе, что выражается начальной частью изотермы адсорбции. А в концентрированных растворах, когда поверхность адсорбента насыщается адсорбированным веществом (конец изотермы адсорбции), наступает предел адсорбции и дальнейшее увеличение его концентрации в поверхностном слое становится невозможным. Поэтому начало и конец изотермы адсорбции близки к прямой линии и здесь уравнение Фрейндлиха не всегда применимо.

Присутствие сахарозы будет оказывать влияние на сорбируемость красящих веществ на активном угле.

Цель анализа - определить характер влияния концентрации сахарозы на сорбируемость красящих веществ активным углем.

Приборы и материалы:

- фотоколориметр или цветомер;

- рН-метр;

- водяная баня, снабженная встряхивателем;

- колбы вместимостью 250 см³ с обратным холодильником;

- вата хлопчатобумажная;

- перлит;

- активный уголь;

- свеклосахарная меласса.

Ход определения

Приготовление растворов. При проведении опытов для каждого значения СВ необходимо приготовить ряд растворов с последовательно уменьшающейся оптической плотностью от максимально- до минимально- возможной. Их готовят путем последовательного разбавления наиболее окрашенного исходного раствора. Для его получения свеклосахарную мелассу разбавляют горячей дистиллированной водой до нужного значения СВ (объем раствора не менее 300 см³). Затем раствор фильтруют через слой перлита (как проводили в разделе 5.1.). Из полученного объема отбирают 200 см³, добавляют 100 см³ дистиллированной воды и, вводя в раствор мелассы сахар-рафинад, доводят его СВ до нужного значения по рефрактометру (ориентировочное количество сахара-рафинада рассчитывают по формуле, приведенной в разделе 5.1.).

Таким же образом получают остальные растворы (всего 4-5 шт.). В растворах измеряют оптическую плотность, которую записывают в табл. 5.2.

Ход определения

Предварительно отвешивают на фильтрованной бумаге (лучше фольге) около 1 г активного угля с известной влажностью. Количество таких навесок должно соответствовать количеству приготовленных проб сахарсодержащих растворов с различной оптической плотностью. Массу навесок активного угля записывают в табл. 5.2 с точностью до 0,01 г. Приготовленные растворы объемом 100 см³ переводят в колбы вместимостью 250 см³, которые затем закрывают пробками с обратными холодильниками и помещают в водяную баню температурой 80 - 85 ºС. По истечении 10 мин в колбы вносят навески активного угля и снова помещают в водяную баню на время, достаточное для достижения состояния адсорбционного равновесия. Данное время зависит от СВ раствора и определяется кинетикой адсорбции их красящих веществ (см. раздел 5.1.). По истечении данного времени колбы извлекают из водяной бани и измеряют объем их раствора. Если за счет испарения объем раствора уменьшился, то его доводят дистиллированной водой до 100 см³ и фильтруют. Фильтрат охлаждают до 20 ºС и затем на фотоэлектроколориметре или цветомере замеряют его оптическую плотность.

Расчеты:

Величину адсорбции (а) рассчитывают по формуле

,

где D_н, D_к - начальная и конечная оптическая плотность сахарного раствора, ед. опт. плотности;

m_с - навеска активного угля в пересчете на сухой, г.

Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Рекомендуемые значения сухих веществ: 40; 45; 50; 55; 60; 65%.

По полученным данным для каждого значения СВ строят графики изотермы адсорбции a=ƒ(D_к).

Пользуясь методом наименьших квадратов с помощью ЭВМ по данным D_к и а получают уравнение изотермы адсорбции вида а = К× Dⁿ_к ,

где k, n - эмпирические коэффициенты.

По расчетным данным строят графики.

Далее строят графики зависимостей коэффициентов k, n от СВ сахарных растворов: k=ƒ(CB); n=ƒ(CB) и методом наименьших квадратов рассчитывают соответствующие уравнения этих зависимостей.

Контрольные вопросы

1. Какие адсорбенты используют в сахарном и крахмалопаточном производствах?

2. С какой целью используют адсорбенты в сахарном и крахмалопаточном производствах?

3. На каком принципе основано удаление несахаров из сахарсодержащих растворов с использованием адсорбентов?

4. Чем обусловлена сорбционная способность углеродсодержащих адсорбентов?

5. Какими стадиями обуславливается скорость процесса адсорбции?

6. Что такое кинетика адсорбции и что она определяет?

7. Что такое состояние равновесия в системе «адсорбент - адсорбат»?

8. От чего зависит активность адсорбента?

9. Что такое степень завершения процесса адсорбции и как ее рассчитывают?

10. Что такое изотерма адсорбции и для чего ее следует определять?

11. Каким уравнением описывают изотерму адсорбции и что характеризуют его константы?

12. Почему для каждой концентрации СВ сахарного раствора следует строить графики изотермы адсорбции?