Способ определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема Советский патент 1983 года по МПК G01N31/06 C01B33/12 

:л

4; vi

Изобретение относится к области физической химии, а именно к метода исследования сорбционных свойств ма териалов, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также при научных исследованиях для определения качества пористых и непористь1Х материалов на основе кремнезема, в частности силикагелей, аэросилов, широко используемых для очистки жидкостей и газов, а -также в качестве наполнителей. Известен способ определения серб ционной емкости пористых и непористых материалов по адсорбции паров, заключающийся в помещении образца в замкнутый сосуд, вакуумировании сосуда и материала до 0,1 мм.рт.ст. нагревании материала при вакуумировании до 100-400 С (в некоторых слу чаях с весьма малой скоростью 2-4-с в час ) и остаточного давления не превышающего 1-10 мм.рт.ст., охлаждении образца до температуры измерения, откачк-е адсорбируемого вещества от растворенных в нем газов, напуске газообразного адсорбата в замкнутый сосуд, замере адсорбированного коли}1ества сорбата на образ це и соответствующего этому коли.честву давления газа в замкнутом сосуде, определении на основе таких данных зависимости количества поглощ емого образцом сорбата от давления сорбата в замкнутом сосуде и вычисле нии из полученных данных сорбционной емкости материала. Общее время onpe деления 20-72 ч. Способ универсален fj . . Недостатком способа является Необходимость использования сложной в куумно-адсорбционной аппаратуры. Известен -простой по аппаратурному оформлению способ определения сорбционной емкости углеродных мате риалов по адсорбции из растворов, который включает перемешивание в зам кнутом сосуде навески материала с заданным количеством растворенного адсорбирующегося вещества, заранее растворенного в растворителе. Затем регистрируют концентрацию раствора после завершения процесса адсорбции и определяют из полученных данных сорбционную емкость материала путем экстраполяции зависимости объема адсорбированного вещества от равновесной концентрации к условию равенства равновесной концентрации раство римости адсорбирующегося вещества. В качестве адсорбирующегося вещества используют пара-хлоранилин, а в качестве padтвopитeля воду 2 , Недостатком способа является невысокая точность определения сорбционной емкости углеродных материалов, не превышающая 15-20%, и невозможность его использования для определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ определения сорбционной емкости углеродных материалов по адсорбции из растворов, заключающийся в-совмеще- , НИИ процессов растворения и адсорбции поглощаемого вещества при нагреваиии. Согласно способу смесь растворителя (вода), поглощающего материала (углеродный адсорбент) и адсорбирующегося вещества (парахЛоранилин ) нагревают при перемешивании до температуры не превышающей температуру кипения растворителя (40-70 0), выдерживают смесь при этой температуре до полного растворения адсорбирующегося вещества в течении 30-200 мин, понижают температуру системы до температуры измерения сорбдионной емкости (25с) в течение 30-60 мин, термостатируют систему при температуре измерения в течение 120-360 мин и регистрируют остаточную концентрацию адсорбирующегося вещества (пара-хл6ранйлин) в растворе. Из полученных данных рассчитывают сорбционную емкость углеродного материала, при этом погрешность определения сорбционной емкости 0,8-1,3%. Способ прост по аппаратурному оформлению и по точности определения сорбционной емкости углеродных материалов не уступает способу, основанному на адсорбции газов и паров 3j . , Недостатком способа является его непригодность для определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема. Необходимым требованием корректного использования способа является полное заполнение сорбционного пространства материала адсорбатом при концентрации последнего равной его растворимости,Это требование 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 характеристик сорбционной емкости. При этом погрешность измерения 90-95%. Цель изобретения - повышение точности определения сорбционной емкости материалов на основе кремнезема по адсорбции из растворов. Поставленная цель достигается способом определения сорбционной, емкости материалов на основе кремнезема, йключающим перемешивание материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагревании и последующую количественную регистрагшю остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растворе, в качестве адсорбирующегося ве1чества используют дигалоидзамещенные фенолы, а в качестве растворителя нормальные парафины, содержащие 6-8 атомов углерода, или циклогексан.

Пример. В колбу с при.тертой пробкой помещают 4 г аэросила, 2,35 г 2,5-дихлорфенола, 13,7 г н-гептана (навески взвешивают с точностью до 0,0005 г), перемешивают полученную смесь при 40°С до полного растворения 2,5-дихлорфенола (в течение 20 мин), понижают температуру системы-аэросил - раствор 2,5-дихлорфенола в н-гептане до температуры измерения (), термостатируют систему при 25°С в течение 180 мин и регистрирую - остато.чную концентрацию 2,5-дихлорфенола в растворе.Зарегистрированная концентрация 720 ммоль/кг (растворимость 2,5-ди.хлорфенола в н-гептане при 750 ммоль/кг), т.е. равновесная концентрация адсорбирующегобя вещества р растворе 96% от его растворимости.

Величину удельной поверхности аэросила.S (), характеризующую его адсорбционную емкость, рассчитывают по формуле

(.

где m - навеска 2,5--дихлорфенола, г

М - молекулярный вес 2,5-дихлорфенола , г/моль,

g - навеска растворителя,кг.

- равновесная остаточная

концентрация адсорбирующегося вещества,ммоль/кт,

- молекулярная посадочная площадка равная для. 2.5-дихлорфенола 2,7610 /мо; лекулу,

- число Ав огадро,

- навеска материала, г.

Величина удельной поверхности аэросила, вычисленная по формуле, равна 188 ±10 , хорошо согласуется со значением, определенным по универсальному способу - по адсорбции паров бензола (198 i 10 ). Ошибка определения сорбционной емкости аэросила 5%.

Растворители и адсорбирующиеся веществ выбирают из условий,обеспечивающих точность определения сорбционной емкости, так как для ее корректного определения необходимо полное заполнение поверхности (ад5 сорбционного пространства) материала адсорбатом при концентрации последнего в растворе по крайней мере не большей 90-99% от его растворимости. В прртивном случае величины сорбционной емкости оказываются заниженными. Для обоснования выбора растворителей и адсорбирующихся веществ проведены определения сорбиионной емкости материалов на основе кремнезема-аэросила и силикагеля с использованием ряда соединений идентично йримеру. Результаты представлены в таблице.

пара-Хлоранилин п-1ептан Фенолм-Гептан

2,5-Дихлорфенол 1-Гептан Способ - прототип пара-Хлоранилин Вода пара-Хлоранилин Вода Способ - аналог Бензол(пар)

Продолжение таблицы

42,5 13,9 83,5

92,5 90,6

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННОЯ ЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА, включающий перемешивание материала, адсорбирующегося вещества и растворителя при нагревании и последующую, количественную регистрацию остаточной концентрации адсорбирующегося вещества в растворе, о тличающийся тем, что, с целью поньш1ения точности определения сорбци.онной емкости, в качестве адсорбирующегося вещества используют дигалоидзамещенные фенолы, а в качестве растворителя - нормальные па-рафины, содержащие 6-8 атомов углерода, или циклогексан. С (Л

Как видно из приведенных данных, использование в качестве адсорби- рующихся веществ 2,4-дихлорфенола, 2,5-дихлорфенола, 2,4-дибромфенола, ав качестве растворителей п-гексана, н-гептана, н-октана и циклогексана позволяет с высокой точностью определять сорбционную емкость материалов на основе кремнезема (аэросилы, силикагели). При этом погрешность определения составляет 1-7% относительно способа-аналога.Применение для этой цели других аДсорби рующихся веществ (пара-хлоранилин, фенол) или растворителей (н-пентан, н-декан, 1-гептанол, вода) приводит к увеличению погреигности определения сорбиионной емкости в 2-18 раз. Таким образом, данный способ позволяет с высокой точностью pnpejr.eлять сорбционную емкость материалов на основе кремнезема. Кроме того,он проще по Сравнению со способом-аналогом .