Способ определения сорбционных свойств адсорбентов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Сфциалистическик Республик(51)М Кл 2 С 1 01 й 31/08 с присоединением заявки 1(о Государственнйй комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ АДСОРБЕНТОВ30 Изобретение относится к областифизической химии и найдет применениепри изучении физико"химичеСкихсвойств адсорбентов,Иэотерма адсорбции, выражающая зависимость между концентрацией исследуемого вещества (газа или пара) над .поверхностью адсорбента и количеством этого вещества, поглощенного единицей объема (или веСа) адсорбента,является важной физикб-химической характеристикой, знание которой необходимо при разработке приборов для анализа газовых смесей и при "проектировании систем очистки газообразных веществ.Известен способ определения сорбционных свойств адсорбентов при помощи проявительной хроматографии (1).Согласно способу, в разделительнуюколонку хроматографа вводят газовуюсмесь с исследуеяым веществом, регистрируют пик исследуемого вещества ипо ордийатам этого пика, пропорцио-нальным концентрациям, и соответствующим этим ординатам удерживаемьваобъемам рассчитывают изотерму адсорбцин исследуемого вещества.Указанный способ пригоден только,для определения иэотерм адсорбции 2А при высоких температурах в области относительно высоких концентраций.исследуемого вещества, т.е. концентраций, превьюаающих порог чувствительности детектора. Кроме того, способ трудоемок из-за значительного объема вспомогательных работ, в частности необходимого синтия градуировочного графика детектора хроматографа для исследуемого вещества, определения исправленного удерживаемого объема, большого количества вычислительных операций и пр. Иэ известных способов определенияиэотермы адсорбции газов и паров наиболее близким к изобретению по тех"ннческой сущности является способ онределения изотермы адсорбции газа путем фронтального ввода в колонку, заполненную адсорбентсм, газовых пробс различньааи концентрациями исследуемого газа и регистрации фронта газана выходе из колонки (2),Известный способ может быть использован только для определения изотерм адсорбции при высоких концентрациях исследуемого вещества,т.е.приконцентрациях, которые непосредственномогут быть измерена детектором.,661333 55 .ного единицей объема адсорбента призаданной концентрации исследуемоговещества и газовой фазе, пропорцио. нально Минимальному объему газовойпробы,соответствующему пику постоян ной величины.Далее к штуцеру 6 последовательноподключают емкости 7 с другими задан ными значениями концентраций иссле",дуемого-газа и аналогичным образом 65 для каждого заданного значения конЦелью изобретения является обеспечение определения изотермы адсорбциипри малых концентрациях исследуемоговещества,Поставленная цель достигается тем,что при каждом значении концентрации,исследуемого газа последовательно увеличивают объемы вводимых газовых проби регистрируют количество газа на вы-ходе до тех пор, пока пик исследуемого вещества, зарегистрированныйпосле концентрирования и проявительного анализа газа, поглощенного адсорбентом, не достигнет постояннойвеличины, определяют значение минимального объема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по 15этому значению объема пробы судят оВколичестве исследуемого газа, поглощенного единицей объема адсорбентапри заданной концентрации исследуемого газа в пробе, 20На чертеже изображена одна из возможных схем устройства для реализации способа,при низких температурах.Вход колонки 1, заполняемой испытуемым адсорбентом, через клапан 2 д 5соединен с линией газа-носителя 3, ачерез клапан 4 и измеритель 5 объемапробы со штуцером б, к которому подключают емкости 7 с исследуемым веществом. Выход колонки 1 через-клапан8 и дроссель 9 соединен со сбросом,а через клапан 10 - с хроматографом11 Колонка размещена в термостате 12.Предварительно колонку 1 заполняют заданным объемом испытуемого адсорбента Чо, К штуцеру б подключаютемкость с газовой смесью, содержащейисследуемое вещество с концентрациейВ исходном состояний клапанй 2 и8 открыты, а остальные клапаны закры" 40ты. Через колонку 1 протекает газ-носитель. В термостате 12 поддерживаеФся высокая температура Т, После полной регенерации адсорбента температуру термостата 12 снижают до значения 45Т 2, "при"-котором производят определе-нйе изотермы адсорбции, Клапан 2 закрывают и открывают клапан 4, Газовая проба иэ емкости 7 фронтально вб"дается в колонку 1, а через дроссель 59, посредством которого устанавливают необходимый расход газа, поступает на сброс, При протекании газовойпробы через колонку 1 происходит насыщение адсорбентаВ:йпонентайи", содержащимися в пробе, в том числе иисследуемым газом, ббъем.вводимой пробы Ч 1, регистрируемый измерителем 5объема проб, выбирают (йо"айрКо 1)йьмданным) такйм, чтобы адсорбент был"ййЖщен исследуещм газом не по всейдлине колонки 1, После окойчания ввода пробы закрывают клапаны 4 и 8 ийовышают"температуру"термостата до,значения Т 2, При этом происходит де- .сорбция-газа, поглощенного адсорбентом, и его концентрирование в свободном объеме колонки 1, Далее открывают клапаны 2 и 10 Десорбированныйгаэ потоком газа-носителя переносится в фроматограф 11 на проявительныйанализ, Результаты анализа продукта,в том числе и пик исследуемого вещества 81, регистрируются в виде хроматограмм. После завершения анализаклапан 10 закрывают и открывают клапан 8,Далее аналогичным образом в колонку 1 Фронтально вводят еще несколькогазовьпс проб (Ч 2, Ч,.ЧЧ)+1 тЧ,:+ ) с концентрацией исследуемогогаза С 2. При вводах последовательноувеличивают объем подаваемой пробы(ЧаЧ 2 Чз еЧ Ч 1 +1Ч 1+2 )Гаэ, поглощенный ацсорбентом колонки1 при каждом фронтальном вводе, концентрируют и анализируют на хроматографе 11. На хроматограммах регистрируют пики исследуемого газа (82,Яз Я( к 811 Пропорционально величинам. объемов вводимых газовых проб увеличивается длина слоя адсорбента колонки 1, насыщенного исследуемым газом, и возрастают пики исследуемого газа на хроматограммах (81 82. 8Б;., Я; ) Врзрастание пиков при увеличении объемов вводимых проб будет происхо- дить до тех пор, пока при газовой пробе объемом Ч 4 не пройзойдет йаСыще-. ние адсорбента исследуемым газом навсей длине колонки 1, После этого при увеличении объема пробы (Ч; с Ч;.1 Ч,)величина пика исследуемого газа будет Оставаться постоянной (БЯ;,8,1+.) Пб минимальному. значению объейа пробы Ч; = Ч; (С) соответствуоще" му пику постоянной величины Б, можно определить количество исследуемого газа О (С 1), поглощенного единицей объема адсорбента, при температуре Т и при концентрации исследуемого вещества в газовой цробе, равной С 1, т.е, изотерму адсорбции исследуемого вещества при концентрации С 1С ) т(,),а Выражение (1) показывает, что количество исследуемого газа, поглощен661333 5цеитрации Ск определяют минимальный объем газовой пробы Ч;и (С), соответствующий пику постоянной величины, после чего по выражению (1) рассчитывают количество исследуемого газа а (Ск), поглощенное единицей объема адсорбента, при концентрации в гаэоаой Фазе Ск.Таким образом, изотерма адсорбциИводорода на молекулярных ситах Са Апри температуре жидкого азота равна: при Ск 3. 10 а 1 10 Ь)=04 10 мл/смЬ, 4 1 )-4 (ЬСВС )1,Совокупности значений С к и соответствующий им а (С) определяют изотерму адсорбции исследуемого газа взаданном диапазоне концентраций,П р и м е р. Предложенным способом была определена изотерма адсорбции водорода на поверхности молекулярных сит Са А при температуре жидкого азота (минус 196 С), Определение производилось на хроматографеХТМс теплодинамическим накопителем примесей,Условия анализа, Накопительная колонка - длиной 100 см, диаметром0,3 см, адсорбент - молекулярные сита СОА с размером зерен 0,25-0,5 мм,объем адсорбента Ча = 7 см . ТемпераЬтура криостата минус 196 С. ТемпераЬтура печи 300 С. Разделительная колонка длиной 60 см, диаметром 0,3 см,адсорбент - уголь СКТ с размером зерен 0,25-0,5 мм. Температура разделительной колонки - комнатная, Детек.тор - термохимический. Газ-носительгелий высшей чистоты, Измерительобъема пробы, вводимой в накопительную колонку, - газовый счетчик ГСВ 400. Скорость ввода пробы 5 л/мин.В накопительную колонку, расположенную в криостате, вводились аттестованные газовые пробы гелня,.с, содержанием водорода 1 -10"ьи 110об.долей. Содержание других примесей вгелии не нормировалось.После каждого фронтального вводапробы осуществлялось концентрированиепробы путем перемещения накопительнойколонки из криостата в печь и вводсконцентрированных примесей в разделительную колонку на проявительныйанализ. Пики водорода, обнаруживаемыедетектором, регистрировались на ленте самопишущего потенциометра.По результатам анализа были определенй значения минимальных объемовгазовых проб, соответствующих .пикамводорода постоянной величины:щ;и 11 10 Ь 1 49 ЛПредложенный способ .определения )Оизотермы адсорбции газа или пара име-ет ряд преимуществ по сравнению с известными способами:а) позволяет определять иэотермыадсорбции при концентрациях исследуеМого вещества 10 - 10 4 об.%, т.е.(при таких концентрациях другие известные способы не могут быть применены); 30 ра хроматографа, и результаты хроматограФических анализов не оказываютвлияния на точность определения изоермы;в) позволяет определять изотермыадсорбции веществ в многокомпонентныхсмесях при наличии зависимой адсорб ции компонентов. формула изобретения 45 50 55 Ео б 5.б) обеспечивает высокую точность определений вследствие того, что для нахождения иэотермы необходимо измерить лишь один параметр - объем газовой пробы, фронтально введенной в колонку с адсорбентом, а измерение объема пробы может быть произведенос погрешностью не более 0,5-1,0; результаты хроматографических анализовиспользуются только для сравненияразмеров пиков, зарегистрированных при различных объемах газовой .пробы(хроматограф используется в качественуль-органа), поэтому при определении изотермы нет необходимости в снятии градуировочного графика детектоСпособ определения сорбционных свойств адсорбентов путем фронтального ввода в колонку, заполненную адсорбентом, газовых"проб с различными концентрациями исследуемого газа и регистрации количества газа на выходе из кОлонки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения в области малых концентраций исследуемого вещества, при каждом значении концентрации исследуемого газа последовательно увеличивают объемы и регистрируют количество вво-, димых газовых проб газа на выходе до тех по, пока пик исследуемого вещества, зарегистрированный после концентрирования и проявительного анали за газа, поглощенного адсорбентом, достигнет пбстоянной величины, определяют значение минимального объема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по этому значениюСоставитель Г. Винокурова Ре акто Т. 0 ловская Тех еАл е ова Ко ектСини ка Заказ 243 39 Тираж 1089 ЙИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и откр 13035 Москва ВРа ская писно СССйб 5 ФММФММДФФЩйгФФму мхаППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная и 7 66133 объема пробы судят о количестве исследуемого газа, поглоцеййом"едийицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого газа в пробе.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 3 81. ф.Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографииф, под ред. А. В. Киселева. М., изд. МГУ, 1973, с. 353-3592. Шай Теоретические основы хроматографии газов. М., 1963, с 138-141.