Определение теплового эффекта адсорбции формальдегида из водной среды калориметрическим методом

При описании адсорбционных процессов важной термодинамической характеристикой является теплота адсорбции, поскольку она отражает все типы взаимодействий, связанные с этим процессом, а именно характер межмолекулярных взаимодействий «формальдегид - наполнитель клеевой композиции», межмолекулярных взаимодействий в адсорбате и энергетику адсорбционно-стимулированной деформации адсорбента [369-371].

При погружении поглотителя в жидкость выделяется теплота в результате адсорбции жидкости поверхностью поглотителя (адсорбента). Этот тепловой эффект вызван процессом смачивания, который представляет собой результат взаимодействия между молекулами растворителя и поверхностью сорбента, т.е. меру его способности поглощаться сорбентом (адсорбируемости). Адсорбируемость растворителя, в свою очередь, является характеристикой поглотителя, показателем его активности. При этом если вещество хорошо растворимо в используемом растворителе, т.е. не стремится к агломерации и хорошо взаимодействует с молекулами растворителя, то тем лучше оно будет сорбироваться на конечном поглотителе. Иными словами, если вещество хорошо растворимо в используемом растворителе, а тот, в свою очередь, хорошо поглощается адсорбентом, величина сорбции растворенного вещества конечным сорбентом будет так же высока, как и за счет взаимодействия в системе растворенное вещество-растворитель-адсорбент [372]. При этом преобладают связи молекул растворителя друг с другом, т.е. сорбция растворенного вещества возможна только через взаимодействие новых молекул растворителя с уже сорбированными.

Адсорбенты делят на две основные группы: полярные и аполярные (неполярные) [372]. При этом твердые вещества, состоящие из полярных молекул (алюмосиликаты), дают большой тепловой эффект при смачивании полярными растворителями (например, водой).

Тепловые эффекты адсорбции формальдегида клиноптилолитом определены по результатам калориметрических измерений. Получены термокинетические кривые, представляющие собой изменение энергии процесса как функцию от времени W = f(t). Полученные кривые представлены на рис. 4.22.

Суммарный тепловой эффект взаимодействия (АН) цеолита с раствором формальдегида складывается из тепловых эффектов нескольких параллельно протекающих процессов: смачивания цеолита водой, физической адсорбции (АНад.ф), образования связей адсорбированных молекул воды со свободными, а также энергетической составляющей того, что частицы формальдегида в воде изменяют образуемую молекулами воды пространственную сетку прочных водородных связей и др. [328].

Термокинетические кривые изменения теплового эффекта при адсорбции клиноптилолитом молекул воды и формальдегида на клиноптилолите

Рис. 4.22. Термокинетические кривые изменения теплового эффекта при адсорбции клиноптилолитом молекул воды и формальдегида на клиноптилолите

Установлено, что процесс взаимодействия с раствором формальдегида всех трех образцов клиноптилолита сопровождается выделением тепла.

На начальном участке термокинетических кривых для исследуемых образцов клиноптилолита наблюдаются минимумы, соответствующие эндотермическим процессам, вероятно, в результате протекания процесса десорбции молекул связанной воды из структуры цеолита в объем раствора.

Согласно рис. 4.22, на кривых имеются максимумы, которые смещены во времени. Наибольшее выделение тепла наблюдается для исходного образца клиноптилолита. Протекание подобных процессов обусловлено, кроме химического сродства молекул воды к минералу, во-первых, селективностью нативного минерала к адсорбции воды. Во-вторых, поглощением молекул воды преимущественно ввиду их меньшего размера (0,25 нм), чем молекул формальдегида (0,4 нм). Наблюдается снижение тепловыделения для природного цеолита в сравнении с обработанным в ЭМП СВЧ (табл. 4.8).

Таблица 4.8

Результаты калориметрических измерений

п/п

Образец К95

-wmax, Вт

tmax, Час

Сбш ? час

-АН, кДж/г

1

К95 (природ)

0,018

3,96

7, 42

40,15

2

К95 (ЭМП СВЧ)

0,015

5,21

7,94

37,25

Увеличение теплоты адсорбции при высоких заполнениях микропор связано с увеличением энергии притяжения «адсорбат-адсорбат» и возникновением адсорбционных ассоциатов в адсорбате [369].

Снижение АН при обработке минерала в ЭМП СВЧ происходит в результате образования связей между адсорбированными молекулами формальдегида и молекулами воды. Таким образом, обработка микроволновым полем клиноптилолита способствует удалению связанной воды из структуры природного цеолита, увеличивая количество адсорбционных центров.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >