Представлені матеріали з вивчення сорбційних властивостей термохімічно модифікованих силикагелей різної пористості по відношенню до аміаку. На основі вивчення процесів десорбції запропоновано механізм поглинання аміаку даними сорбентами

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Горшунова В. П., Шмакова С. С., Небольсин В. А.


ADSORPTION OF AMMONIA BY TERMOCHEMICAL MODIFIED SILICA GELS OF DIFFERENT POROSITY

Research materials sorbcions properties termochemical modified silica gels are presented different porosity in relation to ammonia. On the basis of studying of processes of a desorption the mechanism of absorption of ammonia is offered by the given sorbents


Область наук:

  • хімічні науки

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Вісник Воронезького державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Адсорбція аміаку термохімічно модифікованими силикагелями різної пористості'

    Текст наукової роботи на тему «Адсорбція аміаку термохімічно модифікованими силикагелями різної пористості»

    ?УДК 541.183

    АДСОРБЦІЯ АМІАКУ термохімічну модифікованих силікагелів РІЗНОЮ ПОРИСТОСТІ

    В.П. Горшунова, С.С. Шмакова, В.А. Небольсин

    Представлені матеріали з вивчення сорбційних властивостей термохімічно модифікованих силикагелей різної пористості по відношенню до аміаку. На основі вивчення процесів десорбції запропоновано механізм поглинання аміаку даними сорбентами

    Ключові слова: адсорбція, силикагели, термохімічне модифікування, пористість, аміак

    Аміак, як відомо, належить до аварійно хімічно небезпечних речовин (АХОВ), тому питання, пов'язані з улавливанием аміаку в вентиляційних викидах, а також в разі аварійних ситуацій, є дуже актуальними. В роботі [1] представлені результати дослідження процесів поглинання аміаку термічно активованими силикагелями різної пористості. Показано, що дрібнопористий силікагель володіє кращими сорбційними властивостями, ніж великопористий. Відомо [2], що хімічне модифікування сорбентів покращує поглинювальні властивості. Цікаво було виявити вплив хімічної обробки на сорбцію аміаку.

    Метою цієї роботи є дослідження адсорбції аміаку термохімічно модифікованими силикагелями.

    Вивчали силикагели різної пористості: КСКГ - великопористий силікагель і КСМГ

    - дрібнопористий силікагель. Хімічну обробку термічно активованих сорбентів проводили в 0,1 М розчині сульфату міді протягом 24 годин при стандартній температурі, після чого висушували їх в сушильній шафі при температурі 120 - 130 0С до постійної маси. Далі вивчали адсорбцію парів аміаку ексікаторним методом

    [3].

    У ексикаторах створювали середу аміаку з об'ємними концентраціями 5, 10, 20, 100, 200 і 400 мг / м3. За кінетичним кривим будували ізотерму адсорбції в координатах а, мг / г - С (КН3), мг / м3 (рис. 1).

    На підставі аналізу результатів досвіду можна зробити висновок про те, що адсорбція аміаку на хімічно модифікованому силікагелі марки КСМГ (дрібнопористу) значно вище, ніж на Великопористий силікагелі (від 2,3 до 2,8 разів).

    Горшунова Валентина Павлівна - ВГТУ, канд. хім. наук, доцент, тел. (473) 252-29-70 Шмакова Світлана Сергіївна - ВГТУ,

    (473) 235-61-01

    Небольсин Валерій Олександрович - ВГТУ, д-р техн. наук, професор, тел. (473) 256-04-65

    а, мг / г

    -А 2

    Ф-

    |4 1

    аспірант, тел.

    400 300 200 100

    0

    0 100 200 300 400 500

    О (Міз), мг / м3

    Мал. 1. Ізотерми адсорбції хімічно модифікованих силикагелей різної пористості: 1 - силікагель марки КСКГ; 2 - силікагель марки КСМГ

    Це добре узгоджується з особливостями структури силикагелей. Як відомо [2], на поверхні силикагелей є сила-нольних групи = 8ЮН, які при зближенні один з одним на відстані 0,3 нм можуть взаємодіяти один з одним. При цьому утворюються віцінальние групи. Така взаємодія може відбуватися з більшою ймовірністю в дрібнопористу силікагелі. Обидві ці структурні групи є більш активними в порівнянні з силоксанових групи і можуть утворювати водневі зв'язки з аміаком.

    Так як питома поверхня дрібнопористою силикагеля значно більше, ніж крупнопористого (у КСМГ - 450 - 480 м2 / г, а у КСКГ - 250 - 400 м2 / г), то таких активних груп у дрібнопористою силикагеля буде значно більше, ніж у крупнопористого силикагеля. Крім того, в результаті просочення силикагелей розчином мідного купоросу їх пори містять аквакомплекс [Сі (Н20) 4] 2+. Характерний блакитний колір на гранулах крупнопористого силикагеля з'являється після обробки розчином Сі804. Що стосується дрібнопористою силикагеля, то блакитний колір виявляється слабше. Після проведення процесу сорбції на силікагелі марки КСКГ спостерігається інтенсивний синій колір, характерний для

    амінокомплекси міді [Сі (КН3) 4] +. У дрібнопористою силикагеля колір змінюється в разі насичення при великих об'ємних концентраціях аміаку. Значить, відбувається реакція

    [Cu (H2O) 4] 2+ + 4NH3 = [Cu (NH3) 4] 2+ + 4H2O.

    Це свідчить про те, що в процесі поглинання аміаку силикагелями поряд з утворенням водневого зв'язку з сіланола-ними і віцінальним групами відбувається утворення донорно-акцепторного зв'язку аміаку з катіоном міді. Міцність цього комплексу порівняно велика. Вона визначається на підставі розрахунку константи дисоціації аміачного комплексу міді [4]:

    Кнест. =

    C | C4

    Cu2 + '^ NH3

    [Cu (NH 3) 4] 2+

    = 9,33-10

    ,-13

    Десорбцію аміаку хімічно модифікованими силикагелями вивчали на сорбентах, насичених в середовищі аміаку з об'ємними концентраціями 20, 100 і 400 мг / м3 при кімнатній температурі, а також в потоці гарячого повітря при температурах 150 - 175 0С і 250 - 275 0С.

    Результати процесу десорбції при кімнатній температурі з поверхні силикагелей, насичених аміаком в середовищі з концентрацією 20 мг / м3 наведені на рис. 2.

    t, ч

    Мал. 2. Десорбція аміаку хімічно модифікованими сорбентами при кімнатній температурі, насиченими при об'ємної концентрації газу 20 мг / м3: 1 - силікагель марки КСКГ; 2 - силікагель марки КСМГ

    Видно, що легше десорбується аміак з силікагелю марки КСКГ (87 мг / г), а у силікагелю марки КСМГ десорбція склала 64,8 мг / г. Причому в першому випадку для цього знадобилося 57 годин, а в другому - 83 години. Можна вважати, що це кількість аміаку пов'язано з поверхнею сорбентів силами фізичної адсорбції - силами Ван-дер-Ваальса.

    Процеси десорбції на сорбентах після їх насичення в атмосферах аміаку 100 і 400 мг / м3 показали іншу картину (див. Таблицю).

    Десорбція аміаку (мг / г) хімічно модифікованими сорбентами різної пористості,

    насиченими в парах аміаку з об'ємними концентраціями 100 і 400 мг / м3

    Умови десорбції Насичення при QNH3) = 100 мг / м3 Насичення при QNH3) = 400 мг / м3

    Силікагель марки КСКГ Силікагель марки КСМГ Силікагель марки КСКГ Силікагель марки КСМГ

    На повітрі при кімнатній температурі 65,3 97,8 77,1 146,0

    У потоці гарячого повітря при 150-175 0С (час 3 год.) 53,2 216,9 53,4 148,3

    У потоці гарячого повітря при 250-275 0 С (час 3 год) 15,2 4,4 16,3 11,9

    Велика десорбція спостерігається у дрібнопористою силикагеля, насиченого аміаком в середовищі з об'ємною концентрацією 400 мг / м3.

    Чим вище концентрація газу, тим більшою мірою відбувається заповнення мікропор

    адсорбатом, так як в цьому випадку можливо багатошарова адсорбція з фізичними силами взаємодії між шарами молекул.

    Що стосується великих пір, то вони є лише транспортними каналами, за якими

    за якими проходять молекули адсорбата до більш ефективним в сенсі адсорбції вузьким порам. У них Ван-дер-ваальсові сили можуть проявити свою дію лише в межах мономолекулярного шару [3].

    Витримування адсорбентів, насичених в середовищі аміаку з концентрацією 100 мг / м3, в сушильній шафі при 150 - 175 ° С показало, що десорбція у крупнопористого силикагеля склала за 3 години 53,2 мг / г, а дрібнопористою

    - 216,9 мг / г. Причому додаткове витримування зразків у цих умовах ще протягом 4 годин не змінило результат. Можна припустити, що при цих температурах десорбируются молекули аміаку, пов'язані з сорбентами водневими зв'язками, а водневі зв'язку в переважної ступеня утворюються з силанольними і віці-національними групами, яких значно більше у силікагелю марки КСМГ.

    Щоб відбулася десорбція хімічно пов'язаних молекул аміаку, слід підвищити температуру. І дійсно, при 250 - 275 ° С відбувається зміна кольору: великопористий силікагель набуває більш світле забарвлення блакитно-зелених тонів, а дрібнопористий силікагель стає безбарвним.

    Значить, починається видалення молекул аміаку, пов'язаних з катіоном міді Си2 + донорно-акцепторними зв'язками.

    Так як діаметр пір у крупнопористого силикагеля більше, то габаритним аквакомплек-Воронезький державний технічний унів

    сам легше проникнути в його пори і потім прореагувати з аміаком з утворенням аммін-комплексів. При нагріванні вище 250 ° С аммі-нокомплекси втрачають аміак, і відбувається їх перебудова. У меншій мірі це спостерігається у дрібнопористою силикагеля. Тому хімічна складова адсорбційної взаємодії тут менше.

    Хімічно модифіковані силікагелі можуть використовуватися для поглинання аміаку в вентиляційних викидах, а також зв'язування аміаку в засобах захисту органів дихання, оскільки в цьому випадку крім фізичних сил і водневої зв'язку діють хімічні сили.

    література

    1. Горшунова В.П., Хаустова М..М. Дослідження сорбції аміаку силикагелями різної пористості. Вісник ВГТУ 2010, т. 6, № 11, с. 19 - 21.

    2. Г.В. Лисичкина. Модифіковані кремнеземи в сорбції, каталізі і хроматографії / Под ред. Г.В. Лисичкина. - М .: Хімія, 1986. - 248 с.

    3. Кельце Н.В. Основи адсорбційної техніки. -М .: Хімія, 1981. - 592 с.

    4. Рабинович В.А. Короткий хімічний довідник / В. А. Рабинович, З. Я. Хавін. - С.-Пб .: Хімія, 1997. -392 с.

    ADSORPTION OF AMMONIA BY TERMOCHEMICAL MODIFIED SILICA GELS

    OF DIFFERENT POROSITY

    V.P. Gorshunova, C.C. Shmakova, V.A. Nebolsin

    Research materials sorbcions properties termochemical modified silica gels are presented different porosity in relation to ammonia. On the basis of studying of processes of a desorption the mechanism of absorption of ammonia is offered by the given sorbents

    Key words: adsorption, ammonia, termochemical modified silica gels, porosity, mechanism of sorption


    Ключові слова: АДСОРБЦІЯ /Силікагель /термохімічну МОДИФІКУВАННЯ /пористий /АММИАК /ADSORPTION /AMMONIA /TERMOCHEMICAL MODIFIED SILICA GELS /POROSITY /MECHANISM OF SORPTION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити