Как найти удельную поверхность угля

Найдите удельную поверхность угля, применяемого в современных топках для пылевидного топлива, если известно, что

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 апреля 2020 года; проверки требуют 2 правки.

Удельная поверхность — усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы.

Выражение удельной поверхности[править | править код]

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.

Значение удельной поверхности[править | править код]

От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов, эффективность твёрдых катализаторов, свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500—1500, силикагелей — до 800, макропористых ионообменных смол — не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии — менее 10 м²/г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей, пигментов, пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м²/г.
Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).

Определение удельной поверхности[править | править код]

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор «Сорптоматик» (время измерения — приблизительно один образец в сутки).

Удельная поверхность грунтов[править | править код]

1. песок =100
2. глина =1000000-10000000

См. также[править | править код]

• Пористый материал

Ссылки[править | править код]

• Теория Брунауэра, Эммета, Теллера (БЭТ)
• Теория Дубинина
• https://web.archive.org/web/20090319121618/http://colloid.distant.ru/tests/3.2.2/3.2.2.htm 3.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=7705&p_page=5 9. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_35.html Адсорбция
• https://web.archive.org/web/20110501192405/http://e-science.ru/index/?id=43 Адсорбция
• http://www.ximicat.com/ebook.php?file=vojutsky_kol.djv&page=33 Курс коллоидной химии
• https://web.archive.org/web/20130527162312/http://www.muctr.ru/univsubs/infacol/fen/faculties/f5/courses/1.php Поверхностные явления и дисперсные системы
• http://www.polymem.ru/research03.php Теория кооперативной полимолекулярной сорбции
• https://web.archive.org/web/20130610011813/http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol2/cd-a3/data/jchem%26cs/russian/n6/appl6/yal2001/1sdms33/1sdms33.htm Физическая адекватность уравнений сорбционного равновесия в набухающих полимерных системах.
• https://web.archive.org/web/20130603171343/http://www.france-scientifique.fr/fileadmin/user_files/manuals/Manuel_SORPTOMATIC_1990_EN.pdf Sorptomatic 1990 Insruction Manual
• https://web.archive.org/web/20160304213901/http://www.prager-elektronik.at/datenblaetter/porotec/SORPTOMATIC.pdf Sorptomatic Product

Specifications

Удельная поверхность – угль

Cтраница 1

Удельная поверхность угля, вычисленная из величин vm, в предположении плотной упаковки адсорбированных молекул на поверхности, приведена в последнем столбце таблицы. Диаметры молекул были вычислены из плотностей жидкостей при соответствующих температурах. Правда, изотерма бутана, измеренная при 0, дает удельную поверхность примерно на 25 % меньше среднего значения, полученного из изотерм пяти газов табл. 4, однако следует иметь в виду, что при сравнении молекул, сильно отличающихся по размерам и форме, большую роль может сыграть то обстоятельство, что мы не знаем истинной упаковки этих молекул на поверхности угля. Весьма возможно также, что в угле имеются чрезвычайно мелкие поры, в которые не могут проникнуть более крупные молекулы бутана, и поэтому поверхность, доступная для адсорбции бутана, оказывается фактически меньшей, чем для других газов.
 [2]

Удельная поверхность углей составляет 400 – 900 м2 / г. Измельчение угля, освобождая его внутреннюю поверхность, приводит к возрастанию скорости адсорбции. В исследованиях Б. В. Ильина и А. В. Киселева [13], в случае адсорбции из растворов при низких концентрациях измельчение от d0 68 мм до d0 15 мм вызвало ускорение поглощения примерно в шесть раз.
 [3]

Удельная поверхность углей может составлять от долей квадратного метра до 400 м2; для ее определения используют изменение теплоты смачивания и метод низкотемпературной сорбции азота и аргона.
 [4]

Если удельная поверхность угля измеряется по данным адсорбции азота и к опытным изотермам типа I применяется метод БЭТ, то полученные значения часто оказываются заниженными. Поскольку метод БЭТ, как мы видели, дает обычно завышенные значения для микропористых адсорбентов, полученные величины относятся скорее к высшему пределу, чем к низшему. Когда, однако, удельную поверхность рассчитывают из теплот смачивания в метаноле ( см. гл. В дальнейшем было показано, что значения удельной поверхности, вычисленные из данных об адсорбции газов, заметным образом зависят от температуры и обычно возрастают с увеличением температуры. Это справедливо не только для азота, но и для других адсорбатов при условии, что размеры их молекул не слишком велики. В табл. 49 представлены данные о влиянии температуры на вычисленные значения удельной поверхности. Для данного угля значения 5, вычисленные по адсорбции азота, при – 183 значительно выше, чем при – 196, а значения S, вычисленные по адсорбции бутана при 20, еще выше, несмотря на то что молекулы бутана больше молекул азота.
 [5]

Определение удельной поверхности углей и углеродсодержащих веществ сложно, поскольку их поверхность значительно изменяется в зависимости от степени пиролиза и сухой перегонки.
 [6]

Вычисление удельной поверхности угля проводят следующим образом.
 [7]

При вычислении удельной поверхности угля или кокса предполагают, что величина адсорбции в расчете на единицу их поверхности при данном давлении такая же, как и на саже.
 [8]

Приблизительное представление об удельной поверхности угля при размоле может дать следующий пример.
 [9]

О несоответствии величин удельной поверхности углей, вычисленных по изотермам адсорбции аргона при – 183 и из определений теплот смачивания, сообщали также Цвитеринг, Оле и Ван-Кревелен [122], но они относили это за счет дополнительного выделения тепла в результате набухания угля.
 [10]

Метод сорбции газов в случае, например, азота дает возможность вычислять размеры удельной поверхности углей различной структуры, включая и набухающие угли.
 [11]

Это показывает, что в случае крупнопористых углей адсорбционные методы позволяют правильно оценить удельную поверхность углей.
 [12]

В целом ряде работ ( их обзор дан, например, в [45, 92]) проведено сопоставление величин удельных поверхностей углей с развитой переходной пористостью и дисперсных углеродных материалов, измеренных разными способами. В табл. 4 сопоставлены величины удельных поверхностей некоторых саж, определенных различными методами. Как видно, во всех случаях имеет место удовлетворительное соответствие между данными различных измерений, в том числе и по адсорбции из раствора.
 [13]

Воулд с сотрудниками [88] обнаружили, что при адсорбции додецилсульфата натрия на углях различной зольности величина адсорбции возрастает с увеличением содержания золы, хотя удельная поверхность углей остается почти одной и той же. На основании этих экспериментальных данных авторы предположили, что на полярных участках поверхности угля, содержащих золу, длинноцепочечные ионы адсорбируются избирательно, образуя двойной адсорбционный слой, и что адсорбция происходит в соответствии с изотермой Ленгмюра, до тех пор пока равновесная концентрация не достигнет ККМ, после чего становится возможной адсорбция мицелл. В этой критической точке на кривой возникает перелом При увеличении концентрации ПАВ возрастает ионная сила, толщина поверхностного двойного слоя уменынаетсяи адсорбционный слой приобретает структуру поверхностной мицеллы; этот переход соответствует максимуму на кривой. Последующее уменьшение адсорбции обусловлено, по-видимому, разрушением поверхностных мицелл при их столкновении с мицеллами в объемной фазе.
 [14]

Воулд с сотрудниками [88] обнаружили, что при адсорбции додецилсульфата натрия на углях различной зольности величина адсорбции возрастает с увеличением содержания золы, хотя удельная поверхность углей остается почти одной и той же. На основании этих экспериментальных данных авторы предположили, что на полярных участках поверхности угля, содержащих золу, длинноцепочечные ионы адсорбируются избирательно, образуя двойной адсорбционный слой, и что адсорбция происходит в соответствии с изотермой Ленгмюра, до тех пор пока равновесная концентрация не достигнет ККМ, после чего становится возможной адсорбция мицелл. В этой критической точке на кривой возникает перелом. При увеличении концентрации ПАВ возрастает ионная сила, толщина поверхностного двойного слоя уменьшается и адсорбционный слой приобретает структуру поверхностной мицеллы; этот переход соответствует максимуму на кривой. Последующее уменьшение адсорбции обусловлено, по-видимому, разрушением поверхностных мицелл при их столкновении с мицеллами в объемной фазе.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

Определение удельной поверхности угля по адсорбции уксусной кислоты из водных растворов

Цель
работы:
получение
изотерм поверхностного натяжения
раство­ра ПАВ на границе с воздухом;
определение предельной адсорбции ПАВ
из водного раствора на угле; вычисление
удельной поверхности адсорбента.

Ход
работы.

Для
проведения работы необходимы:

Прибор
для измерения поверхностного натяжения.

Весы
с разновесами.

Конические
колбы емкостью 50 мл.

Воронки
и фильтровальная бумага.

Бюретки
и пипетка емкостью 25 мл.

Активированный
уголь или другой неполярный сорбент.

Раствор
ПАВ, например 0,6 М
раствор
бутилового спирта или 0,3 М
раствор
изопентилового спирта.

Берут
6 навесок адсорбента (активированного
угля) по 1 г.
Из исходного раствора ПАВ готовят путем
разбавления 6 водных растворов в
соответствии с данными таблицы:

№ раствора	1	2	3	4	5	6
Объем исходного раствора, мл	50	35	25	15	10	5
Объем добавляемого раствора, мл	0	15	25	35	40	45

Растворы
ПАВ с помощью пипетки делят на две равные
части (по 25 мл).
Одну серию растворов используют для
измерения поверхностного натяжения и
построения калибровочной изотермы 
= f(C).
Метод
измерения поверхностного натяжения
выбирается по указанию преподавателя
(методики определения _ж/г
приведены
в работе 1). Измерения поверхностного
натяжения начинают с растворов наименьшей
концентрации.

В
растворы второй серии вносят навески
адсорбента (по одной в каждую колбу) и
оставляют на 11,5
ч,
периодически взбалтывая, для установления
адсорбционного равновесия в системе.
Затем растворы ПАВ отделяют от адсорбента
фильтрованием и тем же методом измеряют
значения поверхностного натяжения.

По
результатам измерений σ_ж/г,
растворов первой серии (до адсорбции)
строят калибровочную кривую σ_ж/г=
f(C)
и по ней определяют равновесные
концентрации ПАВ после адсорбции.
Полученные результаты записывают в
таблицу (таблица 8.1).

Для
каждого раствора по формуле (8.2)
рассчитывают значения 
и
строят изотерму адсорбции в координатах

–
С.

Таблица
8.1
– Результаты исследования адсорбции
ПАВ на угле

№ колбы	До адсорбции	После адсорбции	, моль/г	1/	1/С
	С0, моль/л	Наибольшее давление пузырька P или сила отрыва кольпа F	ж/г, Дж/м2	Наибольшее давление пузырька P или сила отрыва кольца F	ж/г, Дж/м2	С, моль/л
1
2
3
4
5
6

Для
определения величины _

строят
график зависимости 1/
= /(1/C).
По найденному значению _
рассчитывают
удельную поверхность адсорбента S_yд.
(для
бутилового и изопентилового спиртов
s₀
принимают равной 0,3 нм²).

Лабораторная
работа 8.2

ИССЛЕДОВАНИЕ
ВЛИЯНИЯ СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ ПАВ НА ИХ
ПОВЕРХНОСТНУЮ АКТИВНОСТЬ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ АДСОРБЦИОННОГО СЛОЯ

Цель
работы:
получение
изотерм поверхностного натяжения и
адсорбции для водных растворов
алифатических спиртов; определение
соотношения поверхностных активностей
ПАВ в их гомологическом ряду; расчет
толщины адсорбционного слоя и площади,
занимаемой одной молекулой ПАВ в
насыщенном адсорбционном слое.

Поверхностно-активные
свойства ПАВ зависят от числа метиленовых
групп в углеводородной цепи, природы и
содержания полярных групп. Адсорбционная
способность молекул ПАВ характеризуется
поверхностной активностью g.
Поверхностную
активность можно найти графически по
экспериментальной изотерме поверхностного
натяжения =
f(C).
На рисунке 8.2 представлены изотермы
поверхностного натяжения для соседних
членов гомологического ряда ПАВ.
Приведенные кривые показывают, что с
удлинением углеводородного радикала
гомолога по­верхностная активность
g
повышается.

В 1978
г. Дюкло и Траубе установили эмпирическое
правило, согласно которому поверхностная
активность и адсорбция жирных кислот,
спиртов, аминов и других веществ в
гомологических
рядах на границе раствор/воздух возрастает
в 3,2 раза при увеличении длины углеводородной
цепи на каждую СН₂-группу:

g_n+1/g_n=const

3,2 ,

где
n
– число метиленовых групп в углеводородном
ра­дикале.

Однако
это правило справедливо только для
сильно разбавленных растворов и
исключает три первых члена гомологического
ряда.

Рисунок
8.2
– Изотермы поверхностного натяжения
растворов ПАВ с углеводородным
радикалом, содержащим n,
(n+1)
и (п+2)
метиленовых групп

Это
правило выполняется лишь для водных
растворов ПАВ. Для растворов ПАВ в
неполярных растворителях поверхностная
активность при увеличении длины
углеводородного радикала, наоборот,
уменьшается (обращение правила
Дюкло-Траубе).

Лэнгмюр
дал теоретическое обоснование
эмпирическому правилу Дюкло-Траубе.
Адсорбция и ориентация молекул ПАВ на
границе раздела фаз жидкость/воздух
являются самопроизвольно протекающими
процессами, сопровождающимися уменьшением
энергии Гиббса (G).
При введении ПАВ в полярную среду (воду)
гидрофобные углеводородные цепи ПАВ
раздвигают молекулы воды, встраиваясь
в ее структуру, для этого требуется
совершение работы против сил
межмолекулярного взаимодействия.
Обратный процесс – выход молекул ПАВ
на межфазную поверхность (с ориентацией
углеводородных цепей в сторону неполярной
среды) идет самопроиз­вольно с
уменьшением G
системы, что соответствует работе
адсорбции W_адс..
Работа адсорбции зависит от длины
углеводородной цепи ПАВ и в расчете на
1 моль
вещества, углеводородные части молекул
которого состоят из n
СН₂-звеньев,
может быть рассчитана по формуле:

,

где
w
– работа адсорбции, отнесенная к одной
СН₂-группе.

Применительно
к адсорбции из разбавленных растворов
на основе уравнения Генри (=K_ГC,

– гиббсовская адсорбция, K_Г
– константа Генри) и уравнения изотермы
Вант-Гоффа (G=
–RTlnK_)
можно получить следующее выражение для
константы Генри

или

(8.3)

Уравнение
(8.3) показывает, что значение константы
К_
с
увеличением числа СН₂-групп
в молекуле ПАВ растет в кратное число
раз. Для двух соседних членов гомологического
ряда ПАВ при условии постоянства
концентрации и температуры можно
записать:

и
.
(8.4)

Отсюда

.
(8.5)

Полученное
выражение для соотношения
отражает
правило Дюк­ло -Траубе.

Коэффициент

равен 3,2 только при 20 °С. При повышении
температуры его значение уменьшается,
приближаясь в пределе к единице.
Уменьшение константы 
об­условлено возрастанием десорбции
молекул ПАВ при повышении температуры
и сни­жением различия между поверхностной
активностью гомологов.

Измерение
поверхностной активности и адсорбции
ПАВ позволяет определить параметры
адсорбционных слоев: площадь, занимаемую
од­ной молекулой, s₀
и толщину поверхностного слоя δ.
Величины S_o
и δ
рассчитывают по экспериментально
найденным значениям предельной адсорбции
А_.

Предельную
адсорбцию _

определяют
по изотермам адсорбции Γ
= f(C),
для
построения которых вычисляют несколько
зна­чений dσ/dС.
Для
веществ с ярко выраженными
поверхностно-актив­ными свойствами
величину адсорбции А
можно
принять равной гибб­совской адсорбции
Г (в молях
на 1 м²
поверхности).

Площадь
s₀,
приходящуюся
на одну молекулу в насыщенном адсорб­ционном
слое, вычисляют по уравнению

.

Толщину
адсорбционных слоев 
рассчитывают по формуле

,

где
М
– молекулярная масса ПАВ; ρ – плотность
ПАВ.

Сопоставление
вычисленных значений толщины слоя δ с
длиной ориентированных молекул дает
возможность оценить тип поверхностной
пленки, определить ориентацию молекул
ПАВ в адсорбционном слое.

Ход
работы.

Для
проведения работы необходимы:

Установка
для измерения поверхностного натяжения.
Бюретки.

Конические
колбы емкостью 50
мл.
Фильтровальная бумага.

0,2
М
растворы
пропилового, бутилового и пентилового
спиртов.

Готовят
5
водных
растворов пропилового, бутилового и
пентилового спиртов разбавлением
исходных растворов водой в соответствии
с данными:

Объем исходного раствора спирта, мл	25	19	12,5	6,3	3,2
Объем добавляемой воды, мл	0	6	12,5	18,7	21,8
Концентрация раствора ( C, моль/л)	0,2	0,15	0,1	0,05	0,025

С
помощью установки, указанной преподавателем,
определяют по­верхностное натяжение
приготовленных растворов (методику
измерений см. в работе 1).
Измерение
поверхностного натяжения следует
проводить быстро, так как может происходить
испарение спирта с поверхности раздела
фаз.

По
полученным данным для каждого спирта
строят изотермы поверхностного натяжения
и по ним находят поверхностную активность
g
= – (dσ/dC)C0,
а
также значения dσ/dC
в
нескольких точках изотерм. Пo
уравнению (8.1)
вычисляют
значения Г и строят изотермы адсорбции
Г
=
f
(С).
Данные расчета g,
dσ/dС
и
Г для исследуемых спиртов записывают
в таблицу (см. табл.8. 2).

Таблица
8.2 –
Экспериментальные и расчетные данные
по адсорбции алифатических спиртов

Концентрация раствора спирта, моль/л	Наибольшее давление в пузырьке P или сила отрыва F	Поверхностное натяжение σж|г , мДж/м2			Г, моль/м2

Затем
рассчитывают соотношение поверхностных
активностей для соседних гомологов:

и
.

Лабораторная
работа №
8.3

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #