Способ определения сорбционных свойств адсорбентов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Сециалистическик

Республик

"" 661333

Р I ь". ч (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено09,1276 (21) 2428101/23-25 (51)м. Kn.

Ст 01 и 31/08 с присоединением заявки М

Государствеинйй комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 543. 544 (088. 8) Опубликоваио0505.79. Бюллетень И9 17

Дата опубликования описания 070579 (72) АвтОр изобретения

Д, В. Машбиц (7f) 3 явите> Всесоюзный наУчно-исследовательский и пРоектный инститУт комплексной автоматизации (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ

АДСОРБЕНТОВ

Изобретение относится к области физической химии и найдет применение при изучении физико-химичеСких свойств адсорбентов.

Иэотерма адсорбции, выражающая зависимость между концентрацией исследуемого вещества (газа или пара) над . поверхностью адсорбента и количеством этого вещества, поглощенного еди- ® ницей объема (или веса) адсорбента, является важной физико-химической характеристикой, знание которой необходимо при разработке приборов для анализа газовых смесей и при проектировании систем очистки газообразных ве- 15 ществ.

Известен способ определения сорбционных свойств адсорбентов при помощи проявительной хроматографии (1).

Согласно способу, в разделительную колонку хроматографа вводят газовую смесь с исследуеяым веществом, регистрируют пик исследуемого вещества и по ордийатам этого пика, пропорцио- нальным концентрациям, и соответствующим этим ординатам удерживаемьва объемам рассчитывают изотерму адсорбцин исследуемого вещества.

Указанный способ пригоден только .для определения иэотерм адсорбции

2 при высоких температурах в области относительно высоких концентраций.исследуемого вещества, т.е. концентраций, превыаающих порог чувствительности детектора. Кроме того, способ трудоемок из-за значительного объема вспомогательных работ, в частности необходимого сиятия градуировочного графика детектора хроматографа для исследуемого вещества, определения исправленного удерживаемого объема, большого количества вычислительных операций и пр.

Иэ известных способов определения иэотермы адсорбции газов и паров наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения изотермы адсорбции газа путем фронтального ввода в колонку, заполненную адсорбентсм, газовых проб с различньваи концентрациями исследуемого газа и регистрации фронга газа на выходе из колонки (2).

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

661333

55 . ного единицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого вещества и газовой фазе, пропорцио. нально Минимальному объему газовой пробы, †соответствующе пику постоян60 ной величины.

Далее к штуцеру 6 последовательно подключают емкости 7 с другими задан ными значениями:концентраций иссле" ,дуемого rasa и аналогичным образом

65 для каждого заданного значения конЦелью изобретения является обеспечение определения изотермы адсорбции при малых концентрациях исследуемого вещества.

Поставленная цель достигается тем, что при каждом значении концентрации ,исследуемого газа последовательно увеличивают объемы вводимых газовых проб и регистрируют количество газа на вы- ходе до тех пор, пока пик исследуемого вещества, зарегистрированный после концентрирования и проявитель- 10 ного анализа газа, поглощенного адсорбентом, не достигнет постоянной величины, определяют значение минимального объема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по l5 этому значению объема пробы судят о

1 количестве исследуемого газа, поглощенного единицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого газа в пробе, 20

На чертеже изображена одна из возможных схем устройства для реализации способа,при низких температурах.

Вход колонки 1, заполняемой испытуемым адсорбентом, через клапан ? д5 соединен с линией газа-носителя 3, а через клапан 4 и измеритель 5 объема пробы со штуцером б, к которому подключают емкости 7 с исследуемым веществом. Выход колонки 1 через клаПан

8 и дроссель 9 соединен со сбросом, а через клапан 10 — с хроматографом

ll„ Колонка размещена в термостате 12.

Предварительно колонку 1 заполняют заданным объемом испытуемого адсорбента Чщ, К штуцеру б подключают емкость с газовой смесью, содержащей исследуемое вещество с концентрацией

В исходном состояний клапанй 2 и

8 открыты, а остальные клапаны закры- 40 ты. Через колонку 1 протекает газ-носитель. В термостате 12 поддерживаеФся высокая температура Т» . После полной регенерации адсорбента температуру термостата 12 снижают до значения 45

T, при -котором производят определе- нйе изотермы адсорбции, Клапан 2 закрывают и открывают клапан 4. Газовая проба иэ емкости 7 фронтально ne" дается в колонку 1, а через дроссель 5()

9, посредством которого устанавливают необходимый расход газа, поступает на сброс. При протекании газовой пробы через колонку 1 происходит насыщение адсорбента Фзмпонентайи", содержащимися в пробе, в том числе и исследуемым газом. ббъем-вводимой пробы V1 регистрируемый измерителем 5 объема проб, выбирают (йо айрКофйьм данным) такйм, чтобы адсорбент был

= ййЖщен исследуемыми газом не по всей длине колонки 1, После окойчания ввода пробы закрывают клапаны 4 и 8 и йовышают температуру термостата до, значения Т, При этом происходит де- . сорбция-rasa, поглащенного адсорбентом, и его концентрирование в свободном объеме колонки 1, Далее открывают клапаны 2 и 10 Десорбированный гаэ потоком газа-носителя переносится в фроматограф 11 на проявительный анализ, Результаты анализа продукта, в том числе и пик исследуемого вещества 81, регистрируются в виде хроматограмм. После завершения анализа клапан 10 закрывают и открывают клапан 8.

Далее аналогичным образом в колонку 1 фронтально вводят еще несколько газовых проб (V«V>,.... V;, V l+l

V + ) с концентрацией исследуемого

rasa С . При вводах последовательно увеличивают объем подаваемой пробы (Ч14 Ч с Чз<, °, Ч» с Ч»+1 Ч» ) °

Гаэ, поглощенный ацсорбентом колонки

1 при каждом фронтальном вводе, концентрируют и анализируют на хроматографе 11. На хроматограммах регистрируют пики исследуемого газа (S, S3t s l s 84 (81ФХ» ЯН2) Пропорционально величинам объемов вводимых газовых проб увеличивается длина слоя адсорбента колонки 1, насыщенного исследуемым газом, и возрастают пики исследуемого газа на хроматограммах (Я» < S .c 8 ... S;,c S )

Врзрастание пиков при увеличении объемов вводимых проб будет происходить до тех пор, пока при газовой пробе объемом Ч4 не пройзойдет йаСыще-. ние адсорбента исследуемым газом на всей длине колонки 1, После этого при увеличении объема пробы (V; с V;»cV»«) величина пика исследуемого газа будет

Оставаться постоянной (S» S;, »

= 8,;+ ).

П6 минимальному. значению объейа пробы Ч; = Ч ;„(С») соответствующему пику постоянной величины Si можно определить количество исследуемого газа а (С1), поглощенного единицей объема адсорбента, при температуре

Tg и при концентрации исследуемого вещества в газовой .цробе, равной С», т.е. изотерму адсорбции исследуемого вещества при концентрации С1

mjn(Ci) Ci а

Выражение (1) показывает, что количество исследуемого газа, поглощен661333

5 цеитрации 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 газовой фазе Ск.

Таким образом, изотерма адсорбциИ водорода на молекулярных ситах Са А при температуре жидкого азота равна: при

Ск i.10 a(1 fp )=0,1 Й 2мл/смэ, Ск k. f04 а(1 10 4) =(:),1 мЛ/ем . (С ) Ущ п(СК) Ск;(2) Va

Совокупности значений С и соответ ствующий им а (C ) определяют изо терму адсорбции исследуемого газа в заданном 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 хроматографе

XTN-73 с теплодинамическим накопителем примесей.

Условия анализа, Накопительная колонка — длиной 100 см, диаметром

0,3 см, адсорбент - молекулярные сита Ca A с размером зерен 0,25-0,5 мм, объем адсорбента Vа = 7 см . Темпераб тура криостата минус 196 С. Темпера6 тура печи 300 С. Разделительная колонка длиной 60 см, диаметром 0,3 см, адсорбент - уголь CKT с размером зерен 0,25-0,5 мм. Температура разделительной колонки - комнатная, Детек.тор — термохимический. Газ-носительгелий высшей чистоты. Измеритель объема пробы, вводимой в накопительную колонку, — газовый счетчик ГСВ400. Скорость ввода пробы 5 л/мин.

В накопительную колонку, расположенную в криостате, вводились аттестованные газовые пробы гелня,с, содержанием водорода 1 -10" и 1 ° 10 об. долей. Содержание других примесей в гелии не нормировалось.

После каждого фронтального ввода пробы осуществлялось концентрирование пробы путем перемещения накопительной колонки из криостата в печь и ввод сконцентрированных примесей в разделительную колонку на проявительный анализ. Пики водорода, обнаруживаемые детектором, регистрировались на ленте самопишущего потенциометра.

По результатам анализа были определенй значения минимальных объемов газовых проб, соответствующих .пикам водорода постоянйой величиныг

> (п (1 10 () 49л . i«04) =4 .

Далее, по формуле: (2) были опреде» лени количества водорода, поглощенные единицей адсорбентаг

a(i lO ) 0,7 10 мг/см

)0 4) = 0,7 мл/акмэ

Предложенный способ .определения

l0 изотермы адсорбции газа или пара име- ет ряд преимуществ по сравнению с известными способами: а) позволяет определять иэотермы адсорбции при концентрациях исследуеМого вещества 10 — 10 4 об.Ъ, т.е. (при таких концентрациях другие известные способы не могут быть применены);

30 ра хроматографа, и результаты хромато35 графических анализов не оказывают влияния на точность определения изо. t ермы; в) позвоЛяет определять изотермы адсорбции веществ в многокомпонентных смесях при наличии зависимой адсорб40 ции компонентов.

Формула изобретения

Ео б5. 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 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), поэтому при определении изотермы нет необходимости в снятии градуировочного графика детектоСпособ определения сорбционных свойств адсорбентов путем фронтального ввода в колонку, заполненную адсорбентом, газовых" йроб с различными концентрациями исследуемого газа и регистрации количества газа на выходе из кОлонки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения в области малых концент-. раций 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 анализа газа, поглощенного адсорбентом, достигнет пбстоянной велИчины, oripeделяют значение минимального объема пробы, соответствующего пику постоянной величины, и по этому значению

Составитель Г. Винокурова

Ре акто Т. О ловская Тех е Ал е ова Ко екто В Сини кая. й

Заказ 2431/39 Тираж 1089

ЦЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва :К+35 Ра ская наб

Подписное

4 5

„Яф, 3фйМЖММфФФЩФЖ У » "

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 66133 объема пробы судят о количестве исследуемого газа, nornoraeййом едийицей объема адсорбента при заданной концентрации исследуемого газа в пробе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3 8

1. . Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии, под ред. A. В. Киселева. М., изд. МГУ, 1973, с. 353-359.

2. Шай Теоретические основы хрома тографии газов . M., 1963, с 138-141.