Способ определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема

9) П А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК цффпфс г.,ЗОБРЕ И ТВУ Н АВТОРСНО Бюл о в ра 973,Ъл Т,М., а" СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ 21) 3471947/23-26(71) Институт коллоидной химии ихимии воды им. А.В. Думанского(56) 1. Экспериментальные методыадсорбции и молекулярной хроматофии. Под ред, А.В. Киселева иВ.П. Древинга. М., изд-во МГУ, 1с. 447.2, Когановский А.М., ЛевченкоКириченко В.А. Адсорбция раствоных веществ. Киев, "Наукова думк1977, с, 223.3. Авторское свидетельство ССР 894560, кл. С 01 Х 31/Об, 1981) С 01 В 31/06; С 01 В 54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННОЙ ЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕКРЕМНЕЗЕМА, включающнй перемешивание материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагреваниии последующую количественную регистрацию остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растворе, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повьпаения точности определения сорбционной емкости, в качествеадсорбирующегося вещества используютдигалоидзамещенные фенолы, а в качестве растворителя - нормальныерафины, содержащие 6-8 атомов углерода, или циклогексан,Изобретение относится к области физической химии, а именно к методам исследования сорбционных свойств материалов, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также при научных исследованиях для определения качества пористых и не- пористых материалов на основе кремнезема, в частности силикагелей, азросилов, широко используемых для 10 очистки жидкостей и газов, а также н качестве наполнителей.Известен способ определения сорб" ционной емкости пористых и непористых материалов по адсорбции паров, 15 заключающийся в помещении образца в замкнутый сосуд, накуумиронании сосуда и материала до 0,1 мм,рт.ст., нагревании материала при вакуумировании до 100-400 С (в некоторых случаях с весьма малой скоростью 2-4 оСи час ) и остаточного давления не превышающего 1 10мм. рт,ст., охлаждении образца до температуры измерения, откачке адсорбируемого вещества от растворенных в нем газов, напуске газообразного адсорбата в замкнутый сосуд, замере адсорбированного количества сорбата на образце и соответствующего этому количеству давления газа в замкнутом сосуде, определении на основе таких данных зависимости количества поглощаемого образцом сорбата от давления сорбата в замкнутом сосуде и вычислении иэ полученных данных сорбционной емкости материала. Общее время опре-) деления 20-72 ч. Способ универсален (1 Д .Недостатком способа является необходимость использования сложной вакуумно-адсорбционной аппаратуры.Известен простой по аппаратурному оформлению способ определения сорбционной емкости углеродных материалов по адсорбции из растворОв, 45 который включает перемешивание.в замкнутом сосуде навески материала с заданным количеством растворенного адсорбирующегося вещества, заранее растворенного в растворителе, Затем . 50 регистрируют концентрацию раствора после завершения процесса адсорбции и определяют из полученных данных сорбционную емкость материала путем экстраполяции зависимости объема55 адсорбированного вещества от равновесной концентрации к условию равенства равновесной концентрации растворимости адсорбирующегося вещества. В качестве адсорбирующегося вещества используют пара-хлоранилин, а в ка О честве растворителя воду (2) .Недостатком способа является ненысокая точность определения сорбционной емкости углеродных материалов, не превышающая 15-20, и неноз можность его использования для определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предложенному является способ определения сорбционной емкости углеродных материалов по адсорбции израстворов, заключающийся н совмещении процессов растворения и адсорбции поглощаемого вещества при нагревании. Согласно способу смесьрастворителя (вода), поглощающегоматериала (углеродный адсорбент)и адсорбирующегося вещества (парахлоранилин) нагревают при перемешинании до температуры, не превышающей температуру кипения растворителя (40-70"С ), выдерживают смесьпри этой температуре до полногорастворения адсорбирующегося вешества в течении 30-200 мин, понижаюттемпературу системы до температурыизмерения сорбционной емкости(25 ОС ) н течение 30-б 0 мин, термостатируют систему при температуреизмерения в течение 120-360 мин ирегистрируют остаточную концентрацию адсорбирующегося вещества (пара-хлоранилин) в растноре. Из полученных данных рассчитывают сорбционную емкость углеродного материала, при этом погрешность определения сорбционной емкости 0,8-1,3,Способ прост по аппаратурномуоформлению и по точности определения сорбционной емкости углеродныхматериалон не уступает способу,основанному на адсорбции газов ипаров 3 .Недостатком способа являетсяего непригодность для определениясорбционной емкости материалов наоснове кремнезема. Необходимым требованием корректного использованияспособа является полное заполнениесорбционного пространства материалаадсорбатом при концентрации последнего равной его растворимости.Этотребование выполняется для углеродных материалов (например саж, активных углей), но не выполняется.для материалов на основе кремнезема (например силикагелей, аэросилов.), что приводит к неверным (заниженным) значениям характеристиксорбционной емкости. При этом погрешность измерения 90-95.Цель изобретения - повышение точности определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема по адсорбции иэ растворов.Поставленная цель достигаетсяспособом определения сорбционнойемкости материалов на осйове кремнезема, включающим перемешивайиематериала, адсорбирующегося веществаи растворителя при нагревании и пос1054774 Погрешность определения величины 5относительноизвестногоспособа, % Удельнаяповерхность5 м 2/г Растворитель Адсорбирующеесявещество Материал на основе кремнезема 5,0 188 н-Гептан 25-Дихлорфенол2,4-Дихлорфенол 2,4-Дибромфенол2,5-Дихлорфенол Аэросил 1,0 200 2,5 203 4,3 200 Силикагель 1,9 205 н-Гексан н-Октан 2,9 203 6,7 195 Циклогексан 20,1 167 н-Пентанн-Декан 18,7 170 ледующую количественную регистрациюостаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растноре,в качестве адсорбирующегося вещества используют дигалоидзамещеиные фенолы,а в качестве растворителя нормальные парафины, содержащие 6-8 атомовуглерода, или циклогексан,Л р и м е р, В колбу с притертойпробкой помещают 4 г аэросила,2,35 г 2,5-дихлорфенола, 13,7 гн-гептана (навески взвешинают с точностью до 0,0005 г), перемешиваютполученную смесь при 40 С до полного растворениями 2,5-дихлорфенола (втечение 20 мин), понижают температуру системы аэросил - раствор 2,5-дихлорфенола в н-гептане до температуры измерения (25 С ), термостатируютсистему при 25 ОС в течение 180 мини регистрируют остаточную концентрацию 2,5-дихлорфенола в растворе,Зарегистрированная концентрация720 ммоль/кг (растворимость 2,5-дихлорфенола в н-гептане при 25 С750 ммоль/кг ), т,е. равновесная концентрация адсорбирующегося веществаВ растворе 96 от егорастворимости.Величину удельной поверхностиаэросила,Я (м/г ), характеризующую его адсорбционную емкость,рассчитывают по Формуле5= М -С 40где в - навеска 2,5-.дихлорфенола, гМ - молекулярный вес 2,5-дихлорфенола, г/моль,д - навеска растворителя,кг,равновесная остаточнаяконцентрация адсорбирующегося вещества,ммоль/кг,молекулярная посадочнаяплощадка равная для. 2 5-дихлорфенола 2,76 10 м /молекулу,число Авогадро,навеска материала, г. Величина удельной поверхностиазросила, вычисленная по формуле,равна 188 + 10 м/г, хорошо согласует-ся со значением, определенным поунинерсальному способу - по адсорб ции паров бензола (198 10 м/г),Ошибка определения сорбционной емкости аэросила 5. Растнорители и адсорбирующиеся вещества выбирают из условий,обеспечивающих точность определения сорбционной емкости, так как для ее корректного определения необходимо полное заполнение поверхности (адсорбционного пространства) материала адсорбатом при концентрации последнего н растворе по крайней мере не большей 90-99 от его растворимости. В прртивном случае величины сорбционной емкости оказываются заниженными, Для обоснования выбора растворителей и адсорбирушщихся веществ проведены бпределения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема-аэросила и силикагеля с использованием ряда соединений идентично йримеру, Результаты представлены в таблице.1054774 Продолжение таблицы 1 42,5 120 и-Гептан 13,9 180 и-Гептан 83,5 1-Гептан 35 15 92,5 Вода Вода АэросилСиликагель 90,6 20 198 АэросилСиликагель 209 Составитель В. НазаровТехред И.Гайду Корректор И. Эрдейи Редактор О. Колесникова Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ, 9096/51 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4 пара-КлоранилинФенол2,5-ДихлорфенолСпособ - прототиппара-Хлоранилинпара-ХлоранилинСпособ - аналогВен зол (пар ) Как видно из приведенных данных, использование в качестве адсорбирующихся веществ 2,4-дихлорфенола, 2,5-дихлорфенола, 2,4-дибромфенола, ав качестве растворителей и-гексана, н-гептана, н-октана и циклогексана позволяет с вьсокой точностью определять сорбционную емкость материалов на основе кремнезема (аэро- силн, силикагели). При этом погрешность определения составляет 1-7 относительно способа-аналога. Применение для этой цели других адсорбирующихся веществ (пара-хлоранилин,фенол) или растворителей (н-пентан,н-декан, 1-гептанол, вода) приводитк увеличению погрещности определения сорбционной емкости в 2-18 раз.Таким образом, данный способ поэволяет с высокой точностью определять сорбционную емкость материаловна основе кремнезема, Кроме того,онпроще по сравнению со способом-аналогом,