Способ определения сорбционных свойств адсорбентов Советский патент 1979 года по МПК G01N31/08 

.

Изобретение относится к области физической химии и найдет применение при изучении физико-химических свойств адсорбентов. . Изотерма адсорбции, выражающая зависимость между концентрацией исследуемого вещества (газа или пара) над поверхностью адсорбента и количеств вом этого вещества, поглощенного единицей объема (или веба) адсорбента, является важной физико-химической характеристикой, знание которой необходимо при разработке приборов для анапкза газовых смесей и при проектировании систет очистки газообразных веществ.

Известен способ определениясорбцион-ных свойств адсорбентов при помощи проявительной хроматографии 1. Согласно способу, в разделительную колЪнку хроматографа вводят газовую смесь с исследуемым веществом, регистрируют пик исследуемого вещества и по ордийатам этого пика, пропорциональным концентрациям, и соответствующим этим ординатам удёрживаемыг.1 Объемам рассчитывают изотерму аДсорб- ций исследуемого вадества.

Указанный способ пригоден только для определения изотерм адсорбции

при высоких температурах в области относительно высоких концентраций,исследуемого вещества, т.е. концентраций , превышающих порог чувствительности детектора. Кроме того, способ трудоемок из-за значительного объема вспомогательных работ, в частности необходимого сМятйя градуировочного графика детектора хрсматографа для

0 исследуемого вещества, определения исправленного удерживаемого объема, большого количества вычислительных операций и пр.,

5

Из известных способов определения изотермы адсорбции газов и паров наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения изотермы адсорбции газа пу0тем фронтального ввода 9 колонку, заполненную адсорбентом, газовых проб с различными концентрациями исследуемого газа и регистрации фронта газа на выходе из колонки ,2..

5

Известный способ может быть нСпользован только для определения изотерм адсорбции при высоких концентрациях исследуемого вещества,т.е.при концентрациях,которые непосредственно

0 могут быть измерены детектором.. Целью изобретения является обеспечение определения,изотермы адсорбции при малых концентрациях исследуемого вещества. Поставленная цель достигается тем что при каждом значении концентрации .исследуемого- газа последовательно уве личивают объемы вводимых газовых проб и регистрируют количество газа на выходе до тех пор, пока пик исследуемого вещества, зарегистрированный., после концентрирования и проявительного анализа газа, поглощенного адсорбентом, недостигнет постоянной величины, определяют значение минимального объема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по эТому значению объема пробы судят о количестве исследуемого газа, поглощенного единицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого газа в пробе. На чертеже изображена одна из возможных схем устройства для реализации способа .при низких температурах. Вход колонки 1, заполняемой испытуемым адсорбентом, через клапан 2 соединен с линией газа-носителя 3, а через клапан 4 и измеритель 5 объема пробы со штуцером 6, к которому подклк)чают емкости 7 с исследуемым веществом. Выход колонки 1 чергё з кла| г1Н 8 и дроссель 9 соединен со сбросом, а через клапан 10 - с хроматографом 11. Колонка размещена в термостате 1 Предварительно колонку 1 заполняют заданным объемом испытуемого адсорбента VQ, К штуцеру 6 подключают емкость с газовой смесью, содержащей исследуемое вещество с концентрацией - i - . . ; . . - .. -- п В исходном состоянии клапаны 2 и. 8 открыты, а остальные клапаны закры ты. Через колонку 1 протекает газ-но ситель. В термостате 12 поддерживае ся высокая температура Т|. После пол ной регенерации адсорбента температу ру термостата 12 снижают До значения Т2Г прйкотЬром Производят определение изотермы адсорбции. Клапан 2 закрывают и открывают клапан 4. Газовая проба из емкости 7 фронтально по дается в колонку 1, а через дроссель 9, посредством которого устанавливают необходимый расход газа, поступает на сброс. При протекани н газовой пробы через колонку 1 происходит на сыщениё адсЬрбента йШпОНёнта да, содержащимися в пробе, в том числе и исследуемым газом. Объем - вводимой пр бы Vif регистрируемый измерителем 5 объем§1 проб, выбирают (йо Шр1о|5Йым данным) таким, чтобы адсорбент 6ыл йГаешцёнйсйпедуемьаА газом не по всей длине колонки 1, После окрйчанйя вво да пробы закравают кл.шаны 4 и 11бвШа36 едаеЩтуШ тёрЙо&Т|11а до: значения Tj., Пря эчом происходит десорбция таза, поглощенного адсорбентом, и его концентрирование в свободном объеме колонки 1, Далее открывают клапаны 2 и 10 Десорбированный газ потоком газа-носителя переносится в фроматограф 11 на проявительный анализ. Результаты анализа продукта, в том числе и пик исследуемого вещества 5 , регистрируются в виде хроматограмм. После заверления анализа клапан 10 закрывают и открывают клапан 8. Далее аналогичным образом в колонку 1 фронтально вводят еще несколько газовых проб (V2, Vj .... rV{ , Vj+j , Vl|42 ) с концентрацией исследуемого газа С При вводах последовательно увеличивают объем подаваемой пробы (V .4 Vj V5 . , . V V +1 Vj .2 ) . Газ, поглощенный гщсорбентс колонки 1 при каждом фронтальном вводе, концентрируют и анализируют на хроматографе 11. На хроматограммах регистрируют пики исследуемого газа (2.г 8з . Si, г SJ+g) Пропорционально величинам объемов вводимьах газовых проб увеличивается длина слоя адсорбента колонки 1, насялщенного исследуемым газом, и возрастают пики исследуемого газа на хроматограммах (. S... B.) Врзрастание пиков nim увеличении объемов вводимых проб будет происходить до тех пор, пока при газовой пробе объемом Vi не произойдет набыщение адсорбента исследуемым газсм на всей длине колонки 1, После этого при увеличении объема пробы CV i V{.V) величина пика исследуемого газа будет оставаться постоянной (S« S.,,). Ш5 Минимальному значению объейа пробы Vj Vmin (С) . соответствзшдему пику постоянной величины Si , можно определить количество исследуемого газа о (Cj), поглощенного единицей объема адсорбента, при температуре Tg и при концентрации исслелуемо4о воцества в газовой.пробе, равной С т.е. изотерму адсорбции исследуемого вещества при концентрации Сi п(г minCcQ-Cj а(. Выражение (1) показывает, что количество исследуемого газа, поглощенного единицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого вещества и газовой $йзе, пропорционально Минимальному объему газовой пробы, соответствующему пику постоянной величины. Далее к штуцеру б последовательно подключают емкости 7 с другими заданными значениями жонцентраций иссле.дуемого газа и аналогичным дбразом для каждого заданного.значения концеятрации Сц определяют минимальный объем газовой пробы () соотв.етствующий пику постоянной величины, после чего по выражению (1) рассчитывают количество исследуемого газа я(Сц), поглощенное единицей объема адсорбента, при концентрации в газойой фазе Сц. (Ск)-Ск Совокупности значений с ц и соотв ствующий им а (С() определяют изотерму адсорбцииисследуемого газа в заданном диапазоне концентраций, П р и м е.р. Предложенным спо- собом была определена изотерма адсорбции водорода на поверхности мол кулярных сит СаАпри температуре жи кого азота (минус 19бС) , Определение производилось на хроматографе ХТМ-73 с теплодинамическим накопите лем примесей. Условия анализа. Накопительная ко лонка - длиной 100 см, диаметром 0,3 см, адсорбент - молекулярные си та СО)А с размером зерен 0,25-0,5 мм объем адсорбента Va 7 см. Темпер тура криостата минус 196®С. Температура печи , Разделительная колонка длиной 60 см, диаметром 0,3 см адсорбент - уголь СКТ с размером зерен 0,25-0,5 мм. Температура раздели тельной колонки - комнатная, Детекгтор - термохимический. Газ-носитель гелий высшей чистоты. Измеритель объема пробы, вводимой в накопительную колонку, - газовый счетчик ГСБ400, Скорость ввода пробы 5 л/мин, В. накопительную колонку, расположенную в криостате, вводились аттестованные газовые пробы гелия ,.с, содер жанием водорода 1-10 и 1 об, долей, ,Содержание других примесей в гелии не нормировалось. После кёцвдого фронтального ввода пробы осуществлялось концентрировани пробы путем перемещения накопительно колонки из криостат а в печь и ввод сконцентрированных примесей в разделительную колонку на проявительный анализ. Пики водорода, обнаруживаемы детектором, регистрировались на ленте самопишущего потенциометра. По результатам анализа были определенй значения минимальных объемов газовых проб, соответствующих пикам водорода постоянной величины: minU-iO-) 49A .lO-4) 49A Далее, поформуле (2) были опреде Тгены количества водорода, поглощенные единицей адсорбента: 0(1-10-).0,7-Ю- АДГ/СМ, . а(1.10-) 0,Т мл/см.

Таким образом, изотерма адсорбци водорода на молекулярных ситах Со А при. температуре жидкого азота равна;

при

а(1.10-) 0,1.102мл/см% CK i-10 oi(liO-)-0,1 МЛ/СМ. Предложенный способ определения изотермы адсорбции газа или пара имеет ряд преимуществ по сравнению с известными сЪрсобами: а) позволяет определять изотермы адсорбции при концентрациях исследуеVioro вещества - об,%, т,е, (при таких концентрациях другие известные способы не могут быть применены) ; , .6) обеспечивает высокую точность определений вследствие того, что для нахождения изотермы необходимо измерить лишь один параметр - объем газовой пробы, фронтально введенной в колонку с ад;сорбентс л, а измерение объема пробы может быть произведено с погрешностью не более 0,5-1,0%; результаты хроматографических анализов используются Только для сравнения размеров пиков, зарегистрированных при различных объемах газовой пробы (хроматограф используется в качестве нуль-органа), поэтему при определении изртермы нет необходимости вснятии градуировочного графика детектора хроматографа, и -результаты хроматографических анализов не оказывают влияния на точность определения изо-Х-ермы;в) позволяет определять изотермы адсорбции веществ в многокомпонентных смесях при наличии зависимой адсорбции компонентов, изобретения Способ определения сорбционных свойств адсорбентов путем .фронтального ввода в колонку, заполненную адсорбентом, газойыхпроб. с различными концентрациями исследуемого газа и регистрации количествагаза на выходе из колонки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения в области малых концентраций исследуемого вещества, при каждом значении концентрации исследуемого газа гйэследовательно увеличивают объемы и регистрируют количество вводимых газовых проб газа на выходе до техnot), пока пик исследуемого вещества, зарегистрированный после концентрирования и проявительного анализа газа, поглощенного адсорбентом, достигнет пбстоянной величины, определяют значение минимального обьема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по этому значению

объема пробы судят о количестве исслСдуемого газа; ftOfjtoWeHHOM ёданйцёй объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого газа в пробе. Источники инфор тации, принятые во внимание при экспертизе

1.Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии, под ред, А. В. Киселева. М.,

.изд. МГУ, 1973, с. 353-359.

2.Шай Теоретические основы xpcwa тографии газрв. М, , 1963, с 138-141.