Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Возрастающие требования к качеству
продуктов, борьба с загрязнением окружающей среды требуют разработки
эффективных и экономичных методов очистки, разделения и анализа
сложных смесей органических веществ. Одна из ведущих ріблеи в решении'
этих задач отводится сорбпионным методам. ' ;'; /: !
Известно, что экспериментальный поиск высокоселективных адсорбционных систем, обеспечивающих эффективность соответствующих-адсорбционных процессов, весьма трудоемок. Поэтому представляются-актуальными создание экспериментальной і базы данных об адсорбции смесей веществ и разработка на их основе методов априорного расчёта равновесных характеристик адсорбции для большого числа систем на основе минимального экспериментального материала.
Проблема предвычисления адсорбционного равновесия в настоящее время развивается в двух направлениях. Первое основывается на сочетании строгой феноменологической теории термодинамики адсорбции с некоторыми эмпирическими закономерностями или нетермодннамическими допущениями, вытекающими из простейших приближенных моделей сорбционной системы. Термодинамические подходы дают хорошие результаты при изучении адсорбции на микропористых сорбентах.
В последние годы это направление успешно сочетается с использованием различных молекулярных моделей адсорбционных систем. При этом значительные успехи были достигнуты на основе достаточно простой модели Оно-Кондо, разработанной для молекул одинаковых размеров. Настоящая работа посвящена дальнейшему развитию такого подхода применительно к адсорбции растворов на микропористых активных углях.
Данная работа проводилась по плану научно - исследовательских работ СГТУ по теме 09В. 10: «Разработка теоретических основ адсорбции растворов из многокомпонентных объемных фаз» в соответствии с координационным планом Научного Совета РАН по адсорбции и хроматографии - шифр 2.15.1.
Целью данной работы явилось экспериментальное и теоретическое исследование адсорбции бинарных растворов неэлектролитов на активных углях, априорный расчет адсорбционных равновесий в бинарных системах на основе метода характеристических кривых, проверка возможности применения простых решеточных моделей для количественного описания и предрасчета адсорбционных равновесий в системах с различным соотношением размеров молекул и энергий взаимодействия адсорбат- адсорбат и адсорбат- адсорбент, выбор моделей адсорбционных растворов и их термодинамический анализ.
В связи с этим задачами исследования явились:
получение новых данных по адсорбции бинарных растворов неэлектролитов и изучение взаимного влияния природы адсорбированных молекул на изменение основных термодинамических функций адсорбционных растворов;
расчет коэффициентов активности объемных и адсорбционных растворов и выяснение возможности их описания с помощью уравнения Вильсона;
уточнение и использование метода характеристических кривых как метода априорных расчетов адсорбционных равновесий;
проверка возможности применения простой решеточной модели Оно - Кондо - Арановича для математического описания изотерм избыточной адсорбции компонентов раствора на активном угле.
Научная новизна и практическое значение:
Впервые получены и переданы для включения в банк данных по адсорбции данные по адсорбции 15 бинарных растворов неэлектролитов на активном угле СКТ при 293К. Проведен полный термодинамический анализ этих систем.
Показано влияние природы адсорбируемых молекул и растворителя на величины избыточной адсорбции. Установлены общие закономерности изменения термодинамических функций от состава раствора."
Впервые показано, что зависимости коэффициентов активности компонентов адсорбционных растворов от состава могут быть описаны уравнениями, аналогичными уравнениям Вильсона для объемных растворов.
На примере полученных экспериментально и литературных данных подтверждена возможность априорных расчетов адсорбционных равновесий для большого числа систем по ограниченному набору базовых данных. Проведено уточнение метода характеристических кривых применительно к системам с резкой избирательностью компонентов в области их малых концентраций. На основе метода характеристических кривых по данным об адсорбции растворов проведены расчеты коэффициентов разделения при адсорбции паров в зависимости от состава и суммарной величины адсорбции компонентов.
Впервые уравнение простой решеточной модели Оно - Кондо использовано для математического описания изотерм избыточной адсорбции растворов на микропористых адсорбентах. Показано, что на основе этой системы уравнений возможно количественное описание изотерм избыточной адсорбции разных типов (положительных, отрицательных, знакопеременных). Отмечено, что энергетические параметры уравнения имеют физически достоверные значения, а емкость монослоя отличается от ее реальных значений, по - видимому, за счет того, что модель не учитывает различий в размерах молекул адсорбатов.
Полученные экспериментальные данные и возможность расчетов на их основе в рамках метода характеристических кривых адсорбционных
раїшовесий в большом числе бинарных п многокомпонентных смесей могут быть использованы для оптимизации процессов адсорбционного разделения смесей веществ и защиты окружающей среды.
На защиту выносятся следующие положения:
Новые экспериментальные данные по адсорбции растворов неэлектролитов на активном угле СКТ - 6 и СКТ - 2Б.
Расчеты изменения термодинамических функций изученных адсорбционных систем в зависимости от состава равновесных фаз.
Расчеты коэффициентов активности компонентов адсорбционных растворов и их описание с помощью уравнений типа уравнения Вильсона. ' . '
- Уточнение метода априорных расчетов адсорбционных равно-
' весий в бинарных системах на основе собственных и литературных дан
ных.
" - Описание изотерм избыточной адсорбции компонеіггов бинар-
ных растворов неэлектролитов на активном угле на основе модели Оно -
" Коїідо - Лрановича. " ..<_..
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит щ введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 124 страницы текста, а также 28 рисунков, 21 таблицу и список литературы, включающий 97 наименований.
