مقدمه :

در عمليات جذب سطحي انتقال يك جز از فاز گاز يا مايع به سطح جامد صورت مي گيرد از كاربردهاي اين فرايند مي توان به رنگبري شربت قند و تصفيه روغنهاي صنعتي يا خوراكي و حذف مواد آلاينده از هوا يا مخلوط گازهاي ديگر اشاره كرد.

واژه جذب سطحي براي تشريح اين حقيقت به كار مي رود كه غلظت مولكولهاي جذب شده در سطح تماس جامد بيشتر از فازگاز يا محلول است .جذب روي يك سطح جامد به علت نيروي جاذبه اتم ها يا مولكولها در سطح آن جامد است در عمل جذب سطحي نيروهاي مختلفي اعم از فيزيكي و شيميايي موثرند و مقدار آن بستگي به طبيعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد و به اين دليل مي توان مثلا ماده اي  را كه در يك مخلوط وجود دارد را جدا نمود

چند مثال که در ادامه بيان شده است نمايانگر طبيعت عمومي جداسازي ها خواهد بود و کاربرد هاي اصلي آن را نشان مي دهد .

 در حالت جداسازي هاي گازي  از فرآيند جذب ، در رطوبت زدائي ها هوای خشک و ديگر گازها ،بوزدائي و جداسازي ناخاليصيها از گازهاي صنعتي مثل دي اکسيد کربن ، بازيابي حلالهاي پرارزش از مخلوط رقيق آنها با هوا يا گازهاي ديگر، و جداسازي مخلوطي از هيدروکربن هاي گازي مانند مخلوطي از متان ، اتيلن ، اتان ، پروپيلن و پروپان استفاده مي شود. از فرآيندهاي جداسازي مايع مي توان رطوبت زدائي بنزين، رنگ زدائي محصولات نفتي و محلولهاي آبکي قندي، بوزدائي و طعم زدائي آب، و جداسازي هيدروکربن هاي آروماتيکي و پارافيني ، را نام برد . که هرکدام از اين موارد در صنعت کاربرد وسيعی داشته و بنا به مورد و شرايط محدوده کاری از آن استفاده می شود

اين عمليات ها همه از اين جهت مشابه هستند که در آنها مخلوطي که بايد تفکيک شود با يک فاز نامحلول ديگر تماس حاصل مي نمايد( مانند جاذب جامد) و پخش نامساوي مواد اوليه بين فاز جذب شده ر وي سطح جامد و توده سيال موجب جداسازي مي شود .

دو مكانيزم اصلي براي جذب سطحي وجود دارد:

1.جذب فيزيكي

2.جذب شيميايي

در جذب شیمیایی ، واکنش شیمیایی بر روی سطح انجام می شود و مولکولهای گاز با پیوندهای شیمیایی نسیتاً قوی به سطح نگه داشته شده اند.

جذب فیزیکی گزینشی نیست.به عنوان مثال در دماهای به اندازه کافی پائین ،  به طور فیزیکی بر روی هر جامدی جذب می شود.اما در جذب شیمیایی این جذب کاملاً به صورت گزینشی عمل می کند.

جاذبها :

جامدي كه بر روي سطح آن جذب اتفاق مي افتد جاذب يا سوسترا مي نامند مايع جذب شده را مجذوب مي نامند .جذب سطحي بر روي سطح مشترك جامد مايع به وقوع مي پيوندد .

جامدهاي جاذب معمولا به شکل گرانول ( ذرات کروی شکل با قطر چند ميلی متر) مصرف مي شوند و اندازه آنها از 12 ميليمتر قطر تا 50 ميکرومتر متغير است. جامدها بايد بر اساس کاربرد و موقعيت مصرف داراي بعضي خواص مهندسي باشند. براي مثال اگر از آنها در يک بستر ثابت با جريان گاز يا مايع استفاده مي شود، نبايد اختلاف فشار زيادي ايجاد کنند و همچنين نبايد توسط جريان سيال به خارج حمل شوند. آنها بايد از مقاومت و سختي خوبي برخوردار باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنين در اثر وزن خود در بستر خرد نشوند. در صورتيکه بخواهيم آنها را از ظروف نگهداري به داخل و خارج انتقال دهيم، بايد به راحتي جريان پيدا کنند. اينها خواصي هستند که به راحتي شناخته مي شوند.

خاصيت جذب جامدها يک مسئله ديگر است. جذب يک پديده عمومي است و تمام جامدها، گازها و بخارات را مقداري جذب مي کنند. ولي در اهداف صنعتي تنها بعضي جامدات ظرفيت جذب لازم را دارند. پس جامداتي که داراي خاصيت جذب بسيار ويژه اي هستند و به مقدار زياد جذب انجام مي دهند، طبيعت شيميايي آنها با خواص جذب رابطه دارد. ولي صرف شناسايي شيميايي، براي مفيد بودن آن کافي نيست. براي مثال استخراج، تمام نمونه هاي خالص بوتيل استات که اسيد استيک را از آب استخراج مي نمايند داراي قدرت يکسان هستند. اين حالت براي خواص جذبي سيليکاژل نسبت به بخار آب صادق نيست. اين خواص جذبي بيشتر بستگي به روش ساخت ماده و سابقه جذب و دفع مواد روي آن دارد.

 

 

 

 

ذغال هاي رنگ بر

اين مواد به شکل هاي مختلف ساخته مي شود:

1)  مخلوط کردن مواد گياهي با مواد معدني مانند کلريد کلسيم، کربنيزه کردن، و شست شوي مواد معدني

2)  مخلوط کزدن موادآلي مانند خاک اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشاني(سنگ پا) و حرارت دادن و کربنيزه کردن تا زماني که مواد کربني در سطح مواد متخلخل رسوب نمايند

3)  کربينزه کردن چوب، خاک اره، و مشابه آن وفعال سازي با هواي داغ يا بخار، ازليگنيت و ذغال بيتومينوس به عنوان مواد اوليه استفاده مي شود. از اين مواد براي اهداف زيادي مانند رنگ زدائي محلولهاي شکر، مواد شيميايي صنعتي، داروها و مايعات خشک شوئي، تصفيه آي، تصفيه روغنهاي گياهي و حيواني، و در بازيابي طلا و نقره از محلولهاي سيانور حاصل از شستشوي سنگ معدن، استفاده مي شود.

 

اين ماده گرانولي و سخت است و داراي تخلخل زيادي است و از ژل رسوب شده توسط واکنش بين اسيد و محلول سيليکات سديم بدست مي آيد. مقدار رطوبت آن قبل ز استفاده، از 4 تا 7 درصد متغير است و معمولا براي خشک کردن هوا و گازهاي ديگر، در ماسکهاي ضد گاز، و براي تفکيک هيدروکربنها به کار مي رود. اين ماده با تبخير ترکيب جذب شده براي مصرف مجدد آماده مي شود.

وقتي که يک جاذب جامد در داخل يک مايع خالص غوطه ور مي شود، ايجاد حرارت که بنام حرارت خيس شدن معروف است، نشاندهنده جذب مايع است. اما غوطه ور سازي راه موثري براي اندازه گيري مقدار جذب نيست. تغيير حجم قابل ملاحظه اي براي اندازه گيري جذب شده رخ نمي دهد و بيرون آوردن و وزن کردن آن نيز تفاوت بين مايع جذب شده و مايع که به صورت همراه آمده را به دست نمي دهد. اين مسئله در جذب سطحي گازها وجود ندارد، و تغيير وزن جامد بر اثر جذب قابل اندازه گيري است.

 

شرح آزمايش:

در اين آزمايش 6 نمونه 0.5 گرمی ذغال فعال را به دقت وزن کرده و در داخل 6 عدد ارلن مایر 250 میلی لیتری ریخته  و سپس 6 محلول اسيد استيک به غلظت هاي معلوم به آنها می افزائیم:

شماره ارلن

1

2

3

4

5

6

7

استیک اسید 0.15 M

50

40

30

20

10

5

0

آب مقطر

0

10

20

30

40

45

50

 

درب آنها را بسته و به مدت يک ساعت روي همزن مغناطيسي قرار مي دهيم تا به طور يکنواخت هم بخورد، البته اگر در آزمايشگاه به دليل عدم وجود دستگاه و زمان کافي می توان محلول را يک روز در محيط آرام قرار مي داد.

پس از گذشت 1 ساعت نمونه را صاف کرده و 10 میلی لیتر اولیه زیر صافی رادور می ریزیم بعد از صاف کردن 25 میلی لیتر را با محلول هيدروکسيد سديم0.1 مولار ، در مجاورت فنل فنالئين تيتر مي کنيم.نقطه ی پایانی تیتر ما زمانی است که رنگ محلول ارغوانی شود. ميزان سود مصرف شده در هر مرحله را يادداشت مي کنيم. حال بر اساس رابطه  ، ميزان غلظت اسيد را بدست مي آوريم.

 

 

محاسبات :

چونکه اسيد استيک يک ظرفيتي است (n=1) M=N

M acet V acet =M V

Mw(acet)=60 g/mol

 

0.015

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

مولاريته اسيد

3

6

8

11

24.6

34

حجم سود مصرف شده(cc)

 

= 0.15Mغلظت استیک اسید اولیه

 =  M acet V acet =M V غلظت باقی مانده

                       

مولهای خنثی شده با باز +مول جذب شده با زغال فعال  = مقدار مول اسید کل

 0.15  = x  (0.1  34 )  2                   x= 0.7 mMol

بقیه محاسبات مثل محاسبات بالاست که ما فقط مقدار عددی آنها را در جدول پائین ذکر می کنیم

0.015

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

غلظت محلول اسید

0.012

0.024

0.032

0.044

0.098

0.136

غلظت باقی مانده اسید

0.003

0.006

0.57

0.046

0.022

0.014

0.009

0.018

0.132

0.20

0.36

0.042

x

0.018

0.036

0.264

0.4

0.72

0.084

x/m

0.17

0.17

2.16

0.115

0.03

0.17

0.001

0.002

2.46

0.01

0.0012

0.0047

1.74-

1.44-

0.58-

0.4-

0.14-

1.07-

Log (x/m)

2.52-

2.22-

0.24-

1.33-

1.65-

1.85-

Log (Ce)

 

 

Log x/m =log k+ t log Ce

اگر بهترين معادله خط را از بين داده هاي بالا عبور دهيم، می توانیم مقدار k و داده های محلول مجهول را بدست آوریم.

نتيجه گيري :

در فشارهاي متوسط و رو به پايين جذب معادله همدماي فروندليچ بهتر از معادله همدما لانگ موير ميزان جذب را پيش بيني مي كند

در جرم جاذب ثابت تنها با افزايش اسيد ميزان جذب در فشار ثابت افزايش مي يابد .

 

منابع:

عمليات واحد مهندسی شيمی - مک کيب ، اسميت ، هريوت

شيمي فيزيك - اتكينز –  پي –  دبليو

شيمي فيزيك-آلبرتي