ADSZORPCIÓ Gázadszorpció és jódszám-meghatározás Kötelező irodalom: Szekrényesy Tamás: Kolloidika I (609191), Műegyetemi Kiadó, 2000, 135-142. old. Ajánlott irodalom: (1) Sawinsky János, Deák András, Simándi Béla: Vegyipari műveletek III (65033) Műegyetemi Kiadó, 2001, 136-141. old. (2) Zrínyi Miklós: A fizikai kémia alapjai II., 124-130 (3) P. W. Atkins: Fizikai kémia III. Változás 29. fejezet, Függelék Azokban a rendszerekben, amelyekben egyidejűleg több fázis van jelen, a fázisok érintkezési határán véges vastagságú átmeneti réteg alakul ki, mert a fázishatáron lévő molekulák környezete eltér a fázis belsejében lévő molekulák környezetétől. A kialakuló határréteg vastagsága az érintkező fázisok kölcsönös tulajdonságaitól függ, minimálisan egy molekula átmérőjű, maximálisan 10 100 nm lehet. A határréteg típusát a két érintkező fázis betű-szimbólumaival jelöljük. Gáz (G), folyadék (L) és szilárd (S) fázisokból tehát L/G, L/L, S/G, S/L, S/S típusú határfelületek alakulhatnak ki. A gyakorlaton S/G és S/L határfelületekkel foglalkozunk. A szilárd/fluid (gáz vagy folyadék) határfelületen megkötött anyagmennyiség, n s (mol/g) egyetlen megkötendő szennyező-komponens esetén jó közelítéssel adható meg a n s (c c) V m k (1) kifejezéssel, ahol V a fluid fázis térfogata, m a szilárd fázis tömege, c k a kiindulási, c az egyensúlyi mól-koncentráció. Gázok esetén, amennyiben a gáz tökéletes gázként viselkedik: n s (p p) V RTm k (2) p k a kiindulási, p az egyensúlyi nyomás, V az adszorpciós tér térfogata, T a termodinamikai hőmérséklet és R a gázállandó. A levegőbe, folyóvizekbe kerülő szennyezőanyagok eltávolításának egyik legelterjedetbb módja a nagy felületű anyag, ún. adszorbens felületén történő megkötés. Ezen anyagok teljesítőképességét, ún. szorpciós kapacitását jellemzi fajlagos felületük, azaz 1g tömegű anyag felülete (mértékegység: m 2 /g). Az adszorpció (felületi dúsulás) jelenségének alkalmazása egyet jelent a határréteg térfogati arányának növelésével, ami az adszorbens fajlagos felületének növelését követeli meg. Ez aprítással, ill. lényegesen hatékonyabban, a porozitás növelésével érhető el. A pórusokat méretük szerint osztályozhatjuk (IUPAC): makropórus, amelynek szélessége nagyobb, mint 50 nm, mezopórus, amelynek szélessége 2 50 nm közé esik, mikropórus, amelynek szélessége kisebb, mint 2 nm. Nagy fajlagos felülettel (egységnyi tömegre jutó felület) azok az anyagok rendelkeznek, amelyeknek tipikus pórusmérete a mikropórus tartományba esik. A szilárd felület és a fluid (gáz vagy folyadék) fázis molekulái között fellépő kölcsönhatás elsődleges vagy másodlagos kötések kialakulásával jár. Ha a szilárd fázis felületi atomjai és a megkötendő fluid molekulák (adszorptívum molekulák) között elektronátadás történik, specifikus 1
adszorpcióról ill. kemiszorpcióról beszélünk. A másodlagos kölcsönhatással létrejövő dúsulás a fiziszorpció vagy adszorpció. A kétfajta folyamat jellegzetességeit hasonlítja össze az 1. táblázat 1. táblázat A fizi- és kemiszorpció tipikus sajátságai fiziszorpció kemiszorpció kölcsönhatás nemspecifikus, másodlagos elektroncserével jár kölcsönhatások a szorbeált réteg vastagsága többmolekulás egymolekulás hőeffektus exoterm, 20-80 kj/mol több száz kj/mol kinetika spontán, gyors gyakran gátolt Szilárd anyagok felületi tulajdonságainak jellemzésére, felületi méret meghatározására, katalizátorokkal kapcsolatos vizsgálatokra kiterjedten használják az adszorpciós méréseket. A gyakorlatban nagy mennyiségben felhasznált nagyfelületű pórusos anyagok (adszorbensek): aktívszén, szilikagél, zeolitok alkalmazását a minősítő módszerek adataira alapozzák. A minősítő módszerek nagy része adszorpciós eljárás, amellyel pl. a fajlagos felület értékét, a pórusok alakját, méretének eloszlását lehet meghatározni. GÁZADSZORPCIÓ Az esetek túlnyomó többségében ún. szorpciós izotermákat (a megkötött anyagmennyiség az egyensúlyi nyomás vagy az egyensúlyi koncentráció függvényében, állandó hőmérsékleten) mérnek (1. ábra). 1. ábra Tipikus gázadszorpciós izoterma A gázadszorpciós izotermákat statikus és dinamikus (áramló rendszer) módszerrel határozhatjuk meg. A statikus módszer lehet volumetrikus (nyomásmérésen alapuló) vagy gravimetriás (a szorpció miatt bekövetkező tömegnövekedést mérjük). A mérés során a statikus volumetrikus elvvel ismerkedünk meg. Egy adott adszorbens adszorptívum pár esetén az adszorbeált anyagmennyiség (a megkötött adszorbátum mennyisége) a gáztér nyomásától és a hőmérséklettől függ. A mérés során állandó V térfogatú T hőmérsékletű térbe helyezzük a mintát és adott mennyiségű gázt adagolunk a rendszerbe. A várható nyomás a gáztörvényből számítható. Mivel az adszorpció következtében a gáz egy része megkötődik a felületen, a szorpciós egyensúly beállta után ténylegesen mérhető p egyensúlyi nyomás ennél kisebb lesz. A számított és a mért nyomás közti különbségből a megkötött gáz (adszorbátum) mennyisége számolható. Egyensúlyi lépéseken keresztül, szisztematikusan növelve a beadagolt gáz mennyiségét meghatározhatjuk az n s = f(p) T függvényt, azaz az adszorpciós izotermát (n s az 1 g adszorbens által megkötött anyagmennyiség [mól/g]). Igen gyakran a p nyomás 2
helyett az ún. relatív nyomást (p/p 0 ) használjuk: az egyensúlyi nyomást a gáznak a T hőmérséklethez tartozó p 0 telítési nyomásával (tenzió) osztjuk. A gázadszorpciós izotermák mérése 1 2 9 10 szivattyúk 6 3 4 5 7 8 2. ábra Statikus volumetrikus gázadszorpciós berendezés működési elve jelölések: automatikus szelepek; )( fojtás; nyomásmérők; He: a hélium segédgáz adagolója; ADS: az adszorptívum gáz (esetünkben nitrogén) adagolója; MANIFOLD: a holttérfogatban fellépő nyomás mérőpontja;a P ill. P 0 nyomásmérő az egyensúlyi nyomás ill. a mérés kezdetén a légköri nyomás mérőpontja; VACUUM: a vákuumszivattyúk ellenőrzőpontja; CAL: térfogathitelesítő pont (a térfogat hitelesítése kb. félévenként szükséges); SAMPLE: mintatartó, melyet a mérés alatt cseppfolyós nitrogénnel töltött Dewar edénnyel termosztálunk; P0: a légköri nyomás mérésére szolgáló edény; OUTGASSER 1 és 2: a mérendő minták levákuumozására szolgáló mintatartók, melyek 300 C-ig fűthetők A 2. ábra egy automatizált statikus volumetrikus készülék működési elvét mutatja. A minták előkészítésére ill. a mérőcellában a mérés megkezdésekor szükséges vákuumot egy olajrotációs (1,1 10-3 ) torr és egy turbomolekuláris pumpa (<5 10-9 bar) biztosítja.. A készülék mintaelőkészítő és mérő részét a 6 szelep választja el egymástól. Az előzőleg letisztított ismert tömegű mintát tartalmazó mintatartó kerül a SAMPLE helyre. A mérés megkezdése előtt igen fontos a 4 szeleppel leválasztott térfogat meghatározása, ez lesz az az állandó térfogat, amelynek segítségével az adszorbeált mennyiséget számítani tudjuk. A mintatartó térfogatát ugyanis a bemért minta saját térfogata csökkenti. Ehhez szükséges a He segédgáz, mely még a cseppfolyós nitrogén hőmérsékletén (77 K) sem kötődik meg a felületen. A hőmérséklet és a beadagolt gázmennyiség ismeretében a P nyomásmérőn mért nyomás ismeretében lehet ezt a nyomást meghatározni. A mérés megkezdése előtt meghatározzuk P 0 -t is. Az ismételten levákuumozott mintához ezután kis lépésekben adagoljuk a nitrogéngázt. A készülék minden lépés után megvárja az adszorpciós O 3
egyensúly beálltát. Ezt a készülék automatikusan ellenőrzi. a kezelő által kívánt pontosságig és ideig. A mérési pontok sűrűségét és helyét (p/p 0 értékeit) a kezelő választja meg. Az egyensúly beálltát a készülék automatikusan vizsgálja, a kezelő által megadott időközönként a mért nyomást összehasonlítja az előző nyomással. Ugyancsak mi adhatjuk meg, mi az a megengedett eltérés, amikor két egymás utáni mérést már azonosnak fogadhat el a készülék. Minél nagyobb pontosságot kívánunk, annál hosszabb ideig, esetenként több napig, tart a mérés. A mérési adatokat a készülék rögzíti. A mérés végén egyensúlyi relatív nyomás 1 g bemért szorbens által megkötött normál állapotú gáz térfogat táblázatot kapunk. A készülék gazdag szoftver-készlete lehetővé teszi, hogy a méréseket a szorbens-szorbátum párnak leginkább megfelelő modellekkel értelmezzük. A fajlagos felület meghatározása gázadszorpciós mérési eredményekből Az izotermák értelmezésére - értékelésére használható modellek közül legelterjedtebb a Langmuir- és a BET- (Brunauer Emmett Teller) modell. Ezek a fajlagos felület meghatározását teszik lehetővé és két illesztési paramétert tartalmaznak: a felület szoros egymolekulás beborításához szükséges n m egymolekulás kapacitást és egy, a kölcsönhatásra jellemző paramétert. A Langmuir modell (a modell levezetése pl. az (1) és (2) javasolt irodalomban megtalálható) Feltételek: a) A felület energetikailag homogén; b) Az adszorpciós réteg egymolekulás vastagságú. Ha ezek teljesülnek, a mérési pontok az nm K p ns = (3) 1+ K p egyenlettel megadott görbén helyezkednek el. K a levezetés szerint az adszorpciós egyensúlyi állandó, mely így a folyamat során bekövetkező G szabadentalpia-változással kapcsolatos: G = RT lnk (4) A második feltétel akkor teljesül elég jól, ha távol vagyunk a gőz kondenzációjától, azaz a relatív nyomás kicsi, p/p 0 <<0,05. Többréteges adszorpció: BET modell (a modell levezetése pl. a (2) és (3) javasolt irodalomban megtalálható) Ha a relatív nyomás meghaladja a 0,05-t, az esetek döntő többségében (kivétel pl. a kemiszorpció) többréteges adszorpcióval kell számolnunk. Változatlanul energetikailag homogén felületet feltételezve, Brunauer, Emmett és Teller izotermaegyenlete - a legelterjedtebben használt gázadszorpciós modell - lehet alkalmas az adszorpció leírására: n s x C = nm 1 x 1+ (C 1)x (5) ahol x = p p0 és H net / RT C = e a gáz/szilárd kölcsönhatás erősségére jellemző paraméter. A modell feltételezi, hogy az első réteg kialakulása az ún. adszorpciós hő felszabadulásával jár, az összes többi, a rétegszámtól függetlenül, a kondenzációs hő. A H net a nettó adszorpciós hő (az adszorpciós hő és az adszorbátum gáz párolgási hőjének különbsége). A kondenzációs hő igen jó közelítés, ha arra gondolunk, hogy az első réteg a szoros illeszkedés miatt egy egymolekulás vastagságú folyadékfilmnek tekinthető. A további rétegek tehát a gőz folyadék fázisátmenettel alakulnak ki. Ahhoz, hogy már kis relatív nyomáson is jelentős legyen az adszorpció, az szükséges, hogy az adszorpciós hő lényegesen nagyobb legyen a párolgáshőnél. Azonos átalakításokkal az (5) egyenlet az 4
1 x 1 C 1 = + x n 1 x nc nc s m m (6) formába rendezhető. Így a (6) egyenlet bal oldala amennyiben a modell alkalmas az izoterma leírására - a relatív nyomás lineáris függvénye. Az egyenes paramétereiből (tengelymetszet és meredekség) az egymolekulás kapacitás és az energetikai paraméter meghatározható. A BET egyenlet kis relatív nyomáson a Langmuir-egyenletre redukálódik (1-x 1) elhanyagolás. A BET egyenlet alkalmazhatóságának tartománya általában: 0,05 < x < 0,35. Kisebb redukált nyomásokon általában a felület energetikai inhomogenitása torzítja az izotermát. Fajlagos felület meghatározása a BET-modell alapján Szilárd porok, pórusos rendszerek stb. alacsony hőmérsékleten mérhető nitrogén-gőz adszorpciója a legelterjedtebben használt módszer a fajlagos felület meghatározására. A mérés során a letisztított (levákuumozott) felületű mintát cseppfolyós nitrogénnel termosztálják. A T mérési hőmérséklet tehát 77,2 K, a nitrogén forráspontja. Így p 0 éppen a légköri nyomással lesz egyenlő. Az izotermát a 0 0,35 tartományban mérik ki és a linearizált ábrázolásból határozzák meg az n m egymolekulás kapacitást. A nitrogénmolekula előnye, hogy kémiai tulajdonságainál fogva csak gyenge másodlagos kölcsönhatásba lép a szilárd felülettel. Így feltételezhető, hogy az egymolekulás réteget kialakító valamennyi molekula azonos helyet foglal el a felületen. A tapasztalat szerint szoros illeszkedéssel számolhatunk. Így egy molekula a s felületigényének ismeretében az A s fajlagos felületet kiszámítható: As = nm NA as (7) N A az Avogadro-szám. A 2. táblázatban adszorbátumok felületigénye, a 3. táblázatban néhány gyakran alkalmazott szorbens fajlagos felülete található. 2. táblázat Néhány gáz felületigénye, a s gáz nm 2 /molekula rel. molekulatömeg N 2 0,162 28,0134 Ar 0,142 39,948 CO 0,163 28,01 CO 2 0,195 44,01 3. táblázat Néhány tipikus adszorbens fajlagos felülete: anyag fajlagos felület, m 2 /g aktív szén 600-1400 szilikagél 300-600 katalizátor 50-300 por, f = 0,1 mm 0,1-0,5 5
A gázadszorpciós izotermák felvétele hosszadalmas, gondos munkát igényel. A mérendő minta megfelelő előkészítése (az előzetesen adszorbeálódott anyagok eltávolítása, deszorbeáltatása) ill. az egyes egyensúlyi állapotok beállása akár napokig is eltarthat. HÍGOLDAT-ADSZORPCIÓS VIZSGÁLATOK Az iparban sokszor a gyorsan, rutinszerűen elvégezhető minősítő eljárásokra van szükség, amelyekre a hígoldat-adszorpciós vizsgálatok alkalmasak. A legnagyobb mennyiségben felhasznált adszorbens, az aktív szén gyors minősítésénél a vizsgálandó minta adott mennyiségét fenol, szerves festék (pl. metilénkék), melasz (nagy molekulájú cukorszármazék) vagy kálium-jodidos jód ismert koncentrációjú oldatába merítik. Az adszorpciós egyensúly beállta után általában koncentrációméréssel határozzák meg az adszorbeált anyagmennyiséget. A hígoldat-adszorpciós mérésekből közelítő értéket kaphatunk a fajlagos felületre. Az iparban szabványosított eljárások általában nem várják meg az egyensúlyi állapot beállását, hanem valamilyen rögzített kontakt idő eltelte után határozzák meg az adszorbeált anyagmennyiséget, amely természetesen kisebb érték, mint amit az egyensúly kialakulása után mérhetnénk és erősen függ az adszorpciós folyamat kinetikájától, amelyet több tényező befolyásol (fázisarány, kontakt idő, az érintkezés módja, a minta szemcsemérete, a keverés hatásossága, hőmérséklet). A jódszám meghatározása A gyakorlat során ún. jódszám meghatározást végzünk. Az ún. jódszám az 1 g szén által 0,05 M vizes jód oldatból megkötött jód mennyisége mg-ban, ha a szűrlet ld. később jódkoncentrációja kb. 0,01 M. Ezt az eljárást pórusos aktív szenek fajlagos felületének gyors meghatározására dolgozták ki. Jódszám meghatározásra magyar szabvány nem jelent meg. Az aktív szén gyártó és forgalmazó cégek a jódszámot az American Water Works Association (AWWA) B 604-74 szabványa alapján határozzák meg. Bár a módszer egypontos eljárás, a katalógusok tanulsága szerint korrelációba hozható a nitrogén adszorpcióból a BET modell alapján meghatározott felülettel. A jód molekula felületigénye, az adszorbens felületének kémiai karakterétől függően 0,15 0,42 nm 2 /molekula értékek között változhat, ennek megfelelően az aktív szén mikropórusaihoz is hozzáfér. (A szűk pórusokba való bejutása könnyebb lehet, mint a nitrogéné, hiszen a jódszám meghatározását szobahőmérsékleten végzik.) 1 mg megkötött jód a tapasztalatok szerint kb. 1 m 2 felületnek felel meg. (Ekkor feltételezzük, hogy a jódmolekula helyigénye a maximális 0,42 nm 2 érték.) A kálium-jodidos jód vizes oldatából történő adszorpció kevert mechanizmusú: a kovalens kötésű jód molekula fizikai adszorpciója mellett kemiszorpció is fellép a jelenlévő jodid és trijodid ionok miatt, de a vízmolekulák adszorpciója elhanyagolható. A jód-szám meghatározása során az ismert mennyiségű szárított és finomra őrölt aktívszén mintához ismert térfogatú és koncentrációjú (ált. 0,05 M) jódoldatot adunk. Meghatározott idejű rázatás után a szenet leszűrjük. Az oldatban visszamaradt, nem adszorbeálódott jód mennyiségét Na-tioszulfát hozzáadásával (jodometriás titrálással) határozzuk meg, a következő reakcióegyenlet alapján: I 2 + 2 Na 2 S 2 O 3 =2 NaI + Na 2 S 4 O 6 (8) Az eljárásnál ügyelni kell arra, hogy a mintában ne legyen semmiféle olyan vegyület, amely kémiai reakcióban fogyasztja vagy a jódot vagy a visszamérésnél használt Na-tioszulfátot. Ezért a meghatározás elején az előkészített mintát kevés, híg sósavval forraljuk, hogy a mintában levő szulfidok eltávozzanak. A szabványeljárás alapján a visszamaradt jód-oldat várható koncentrációja 0,01 M. Az ettől való eltérést a 0,004-0,017 M tartományban egy empirikusan meghatározott korrekciós görbe 6
segítségével vehetjük figyelembe. Az önkényesen megválasztott koncentráció (amelyet állandó hőmérsékleten a kiindulási jód-oldat koncentrációjával és/vagy a fázisok arányával befolyásolhatunk) megválasztásával az adszorbeálódott anyagmennyiséget átskálázhatjuk (ld. (10) egyenlet). A jódszám-meghatározás lépései Jódszám: 1 g szén által 0,05 M vizes jód oldatból megkötött jód mennyisége mg-ban, ha a szűrlet jódkoncentrációja 0,01 M. A 0,01 M végső koncentrációtól való esetleges eltérést egy D korrekciós tényezővel vesszük figyelembe. Bemérünk 0,700 g porított száraz mintát egy száraz csiszolatos (ennek hiányában szűk nyakú Erlenmeyer) lombikba. Ez a mintamennyiség közepes jódszámú szénre van megadva. Amennyiben a szűrlet koncentrációja nem esik 0,004-0,020 M közé, a mérést kisebb vagy nagyobb mintamennyiséggel meg kell ismételni. 5 cm 3 5 m% sósav oldattal a szenet megnedvesítjük és 30 másodpercig enyhén forraljuk. Eközben a mérést zavaró szulfidok eltávoznak. A mintához lehűtés után 50 cm 3 0,05 M jódoldatot adunk és pontosan 30 másodpercig erőteljesen rázzuk. Leszűrjük egy előre elkészített száraz szűrőn. A szűrlet első 10-15 cm 3 -ét elöntjük, a többit összegyűjtjük. A szűrletből a szabványnak megfelelően kiveszünk 25 cm 3 -t és megtitráljuk ismert faktorú 0,1 M Na 2 S 2 O 3 oldattal (keményítő indikátor mellett). Ha c I2, v nem esik a 0,004-0,017 M koncentráció-tartományba, a vizsgálatot megismételjük a kívánt mennyiségű szénnel. Számolás: A szűrletben a jód c I2, v koncentrációját a (8) egyenlet alapján a 1 ftioszulfát ctioszulfát Na2S2O 3 fogyás ci 2,v= [M] (9) 2 25,0 képlettel számíthatja. f tioszulfát ill. c tioszulfát a tioszulfát oldat faktora ill. moláris koncentrációja. A fogyást cm 3 -ben helyettesítse be. Az ½ szorzó a jód és a tioszulfát sztöchiometriai arányából származik. Ellenőrizze, hogy ez az érték a 0,004-0,020 M tartományba esik-e. Ha igen, meg tudja határozni a D korrekciós tényező értékét (3. ábra). 7
1,35 1,30 1,25 Y =1.35846-62.52878 X+3422.14158 X 2-75235.66347 X 3 1,20 D, korrekciós faktor 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 Szűrlet jódkoncentrációja, M 3. ábra A D korrekciós faktor és a szűrlet koncentrációja közötti összefüggés A szénminta 1 g-ja által megkötött jód mennyisége: n I 2,a (f c 11, c ) V I2 I 2, 0 I 2,v I2 = (mmól/g) (10) m Az 1,1 faktorral a hozzáadott sósav miatt kell korrigálnunk. V I2 = 50 cm 3 a szénhez hozzáadott jódoldat térfogata, m a szénminta bemért tömege, A jódszám az ni 2,a MI2 D képlettel számítható. FELADAT Ismeretlen szénminta fajlagos felületének meghatározása 1) Válassza ki az ismeretlen mintát. 2) Határozza meg a minta jódszámát a fentiek alapján (1 g szén által adszorbeált jód mg-ban a megadott feltételek mellett). 3) A minta gázadszorpciós izotermájának mérési adatait a mérésvezetőtől kapja meg. Az izotermákat az adatlapon közölt mennyiségű szénmintán 77,2 K-en nitrogénnel határoztuk meg. Az adatsor p/p 0 függvényében az 1 g ismeretlen szénminta által adszorbeált gáz egyensúlyi mennyiségét adja meg, cm 3 /g mértékegységben (v s gáztérfogat, 0 C, 1 bar). A kiértékelés menete: A kiértékelést a BET egyenlet linearizált alakjának segítségével végezzük. Ehhez számítsa ki, majd rajzolja fel az 1 x - x adatpárokat (x=p/p 0 ). (mm papíron vagy elektronikusan, a mérésvezető vs 1 x utasítása szerint). Határozza meg az y=mx+b egyenes egyenletét (legkisebb négyzetek módszere, pl. az Excel program ezt alkalmazza) és annak m és b paramétereiből számítsa ki az egymolekulás 8
borítottságot (v m ) és a C kölcsönhatási paramétert. Adja meg az egyenes R vagy R 2 regressziós tényezőjét. Az egymolekulás borítottságból számítsa ki az 1 g szén egymolekulás borításához szükséges nitrogéngáz n m móljainak számát (pv m =n m RT, ahol p és T a v s -hez tartozó nyomás és hőmérséklet) és a (7) egyenlet alapján számítsa ki az ismeretlen szénminta A s fajlagos felületét m 2 /g egységben. 4) Feltéve, hogy 1 mg adszorbeált jód 1 m 2 felületnek felel meg, hasonlítsa össze a nitrogén-gőz adszorpcióból meghatározott fajlagos felületet a jódszámból becsülhető értékkel. A jegyzőkönyv tartalmazza a következőket: - A fajlagos felület meghatározás módszereiről egy rövid összefoglalót (max. 1/2 oldal) - Az ismeretlen minta megjelölését - A gázadszorpcós számításokat követhető módon, bemutatva az egyes lépések részeredményeit Az ábrázolandó egyenes pontjait Az egyenes egyenletét és az illesztés jóságára jellemző R vagy R 2 értéket Az egymolekulás kapacitást és a C értéket A szénminta fajlagos felületét - A jódszám meghatározásához mért kísérleti adatokat - A jódszám kiszámításának menetét követhető módon, a részeredményekkel együtt - A jódszámot és az abból becsült felületet - A két fajlagos felület összehasonlítását 9
Kérdések 1) Milyen kísérleti módszereket ismer a gázadszorpciós izotermák meghatározására? Mik a mért mennyiségek? 2) Mit nevezünk relatív nyomásnak? 3) Csoportosítsa a pórusokat méretük szerint. 4) Melyek a Langmuir modell peremfeltételei 5) Ismertesse a langmuir-modell paramétereinek fizikai jelentését 6) Milyen relatív nyomástartományban teljesülnek tipikusan ezek a feltételek? 7) Melyek a BET modell peremfeltételei? 8) Milyen relatív nyomástartományban teljesülnek tipikusan ezek a feltételek? 9) Ismertesse a BET-egyenlet paramétereinek fizikai jelentését. 10) Mely izotermaalakok esetén vezethet célra a Langmuir modell alkalmazása? 11) Mely izotermák esetén vezethet célra a BET modell alkalmazása? 12) Milyen feltételezéssel konvertálható a monomolekulás (egymolekulás) szorpciós kapacitás fajlagos felületté? 13) Hogyan konvertálható a monomolekulás (egymolekulás) szorpciós kapacitás fajlagos felületté? 14) Mekkora a fajlagosan adszorbeált normál állapotú gáztérfogat, ha a 0,5000 g mintát tartalmazó térbe 0,44 mmol inert (nem adszorbeálódó) gázt engedve 77,2 K-en 10 4 Pa nyomást mér, majd az inert gáz leszívatása után ugyanannyi nitrogént engedve az adszorpcós térbe a mérés hõmérsékletén (77,2 K) 10 3 Pa egyensúlyi nyomás alakul ki? 15) Ismertesse a statikus volumetrikus gázadszorpciós mérés elvét? 16) Milyen forrásai lehetnek a jódszámból becsülhető ill. a gázadszorpciós mérésből meghatározható fajlagos felületek eltérésének? 19) Egy katalizátorhordozó fajlagos felületét határozzuk meg N 2 -gáz adszorpció volumetrikus mérésével, a BET modell alapján. A N 2 molekula helyigénye 0,162 nm 2. p/p 0 adszorbeált térfogat, cm 3 /g STP 0,0538 209,052 0,1585 232,144 0,3022 254,787 A fenti mérési pontok alapján határozza meg, hány százalék különbséget okoz a fajlagos felület meghatározásakor, ha az ún. STP (Standard Temperature and Pressure) fogalmát a 25 C, 1 bar ill. az angolszász területen elterjedt 0 C, 1 bar szerint értelmezi. 20) Milyen tényezők befolyásolják a szűrlet jódkoncentrációját? 10