گزارش کارازمایشگاه شیمی فیزیک1 (ازمایش جذب سطحی استیک اسیدبرروی زغال فعال)

گزارش کارازمایشگاه شیمی فیزیک1 (ازمایش جذب سطحی استیک اسیدبرروی زغال فعال)

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 نمودچند 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 شوداين 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 فيزيكي2.جذب شيمياييجاذبها :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 براين 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 معدني2) 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 نمايند3) 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. جذب سطحی فرآیندی است که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جامد می‌چسبند. مثلا در ماسکهای گازی ، زغال به عنوان یک ماده جاذب برای گازهای زیان آور بکار می‌رود.

در جذب سطحی فیزیکی معمولی ، مولکولها ، بوسیله نیروهای و اندروالسی به سطح ماده جاذب ، گیر می‌کنند. بنابراین مولکولهایی از گاز که جذب سطحی شده‌اند، تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفته‌اند که گویی مایع شده باشند.

در جذب سطحی شیمیایی ، مولکولهای جذب شده ، با پیوندهایی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، به سطح ماده کاتالیزور نگه داشته می‌شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب ، مولکولهایی که بطور شیمیایی جذب شده‌اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می‌شوند. پیوندهای درون بعضی از مولکولهای کشیده و ضعیف و حتی پیوند بعضی از آنها شکسته می‌شوند.مثلا هیدروژن بصورت اتمی بر سطح پلاتین جذب می‌شود. بنابراین تعدادی از ملکولها که بطور شیمیایی جذب سطحی شده‌اند، به صورت کمپلکس فعال‌ شده یک واکنشی که در سطح کاتالیزور شده، عمل می‌کند.
از سیلیکاژل نیز به علت سطح تماس زیاد به عنوان جاذب گاز استفاده می شود.

اما موارد فوق در مورد جذب سطحی مولکولهای گاز بر روی سطح یک جسم جامد می باشد. در نوعی دیگر از جذب سطحی، جسم حل شده در یک محلول بر روی سطح یک جسم جامد جذب می شود. این پدیده در بیرنگ کردن محلولها و معمولاً با استفاده از زغال فعال به کار می رود.
یکی دیگر از موارد استفاده، استفاده از جاذبهای مهمی چون سیلیکاژل در انواع روشهای کروماتوگرافی می باشد. در کروماتوگرافی برای تفکیک اجزای یک مخلوط از تمایل نسبی جذب سطحی اجسام حل شونده بر روی یک جاذب همچون سیلیکاژل استفاده می شود. در این گونه موارد تنها یک لایه ی تک مولکولی از جسم حل شونده، به وسله ی نیروهای واندروالس بر روی سطح سیلیکاژل جذب می شود و قدرت حل کنندگی حلال شدیداً مانع تشکیل لایه ی بیشتر و جذب بیشتر بر روی سطح جاذب می شود.
در سیلیکاژل، سطح جذب بسیار زیاد است به دلیل اینکه مولکولها انعطاف پذیر بوده و توانایی تغییر شکل موقت در اثر جذب حل شونده را دارند و پس از جدایی مولکولهای جذب شده، سیلیکاژل دوباره ب حال اول خود برمی گردد.
انواع جذب سطحی را می توان در دو دسته ی جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی جاد داد. هفت اختلاف بین جذب سطحی شیمیایی و فیزیکی وجود دارد که عبارتند از:
1)در جذب سطحی فیزیکی نیزوهای ضعیف واندروالس باعث جذب می شوند ولی در جذب سطحی شیمیایی ، پیوندهای شیمیایی موجب انجام عمل جذب می شوند.
2) انتالپی جذب سطحی فیزیکی کمتر از انتالپی جذب سطحی شیمیایی است.
3) جذب سطحی فیزیکی در پایین تر از نقطه ی جوش جذب شونده اتفاق می افتد ولی در جذب سطحی شیمیایی ، جذب در دماهای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد.
4) در جذب سطحی فیزیکی با افزایش فشار جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد ولی در جذب سطحی شیمیایی با افزایش فشار جسم جذب شونده ، مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.
5) در جذب سطحی فیزیکی، میزان جذب از خصوصیات جسم جذب شونده است، درصورتی که در جذب سطحی شیمیایی میزان جذب از خصوصیات هر دو جسم است.
6) انرژی فعالسازی در جذب سطحی فیزیکی چندان دخیل نیست، درحالیکه در جذب سطحی شیمیایی ممکن است دخیل باشد.
7)جذب سطحی فیزیکی به صورت چندلایه صورت می گیرد ولی جذب سططحی شیمیایی حداکثر به یک لایه منتهی می شود.

3- بنابراین به دلیل فیزیکی بودن جذب بر روی زغال، جذب استیک اسید نیز بر روی آن چند لایه ای می باشد.

4- فنل فتالئین بهترین است اما با توجه به محدوده ی تغییر رنگ شناساگرها، می توان از شناساگرهای دیگر نیز استفاده نمود.

4- چون میزان جذب به دما و فشار بستگی دارد.

5- زغال بوسیله ی جذب سطحی رنگدانه ها، می تواند رنگ زدایی محلول را انجام می دهد این موضوع در رنگ زدایی کاربرد فراوان دارد.

6- به طور کلی، دو نوع ایزوترم جذب سطحی وجود دارد:
ایزوترم جذب سطحی Langmuir و ایزوترم جذب سطحی Freundlich
لانگمیور مدلی برای پدیده ی جدب سطحی و بخصوص پدیده ی جذب سطحی شیمیایی ارائه کرد و توانست به توضیح نظری ساده ولی مهمی درباره ی منحنی همدمای جذب سطحی دست یابد. وی فرض کرد هیچ برهمکنشی بین مولکولهای جذب شده وجود ندارد و جامد نیز سطحی یکنواخت دارد. او همچنین فرض کرد مولکولها در مکانهای خود ثابت هستند و تنها یک لایه از مولکولها در جذب شرکت می کنند. (این دو فر از خواص جذب سطحی شیمیایی هستند)
برای دیدن معادلات و محاسبات مربوطه می توانید به دو سایت زیر مراجعه بفرمایید:

ایزوترم جذب سطحی لانگمیور خیلی بهتر و رایجتر است. زیرا هم امکان بهینه کردن آن با معادلات ریاضی برای تعمیم به دولایه یودن امکان پذیر است و هم نیازی به غلظت جذب کننده در معادلات (برعکس معادلات فروندلیش) نمی باشد. به عنوان مثال در کروماتوگرافی جذب سطحی ایزوترم فروندلیش اصلاً استفاده نمی شود و فرآیند جذب به بهترین صورت با معادله ی لانگمیور توصیف می شود.
زیرا ایزوترمهای جذب لانگمیور مقدار کمی جذب یک لایه از مولکولها را بر روی جاذب به صورت تابعی از غلظت ماده ی جذب شده در محلولی که حاوی آن است به دست می دهد و در معادلات بهینه شده، حتی جذب های دولایه ای را می تواند بدست آورد.

زغال فعال شده چیست؟
اصطلاح زغال فعال شده نشان دهنده یک سری از مواد جذب کننده سطحی , با جنسی زغالی و شکل کریستالی می باشد که در ساختار داخلی آن روزنه های زیادی وجود دارد.
زغال فعال شده دارای کاربردهای زیادی است, از جمله مصارف آن:
– تصفیه آبها ( آب شرب, آب آکواریومها, آبهای صنعتی), از نظر رنگ و بو و طعم
– رنگزدایی از قند و شکر
– بازیافت طلا
– بهسازی رنگ و طعم در نوشیدنی ها و آب میوه ها
– استفاده در دستگاههایی مثل: تصفیه کننده های هوا, خوش بو کننده ها, تصفیه کننده های صنعتی و …
– ….
تولید زغال فعال شده
اصول و فنون گوناگونی در ساخت و تولید زغالهای فعال شده وجود دارد که به 3 اصل بستگی دارد:
– نوع ماده اولیه
– مشخصات فیزیکی مورد نظر برای محصول (زغال فعال شده)
– مشخصات جذبی برای کاربردهای مختلف
شیوه های فعالسازی که بیشتر در تولیدات تجاری بکار میرود عبارتند از:
فعال سازی شیمیایی،فعال سازی توسط بخار
فعال سازی شیمیایی:
این شیوه بیشتر برای مواردی است که مواد اولیه آن چوب و یا زغال سنگ نارس(Peat) می باشد. مواد اولیه را با یک عامل آبگیر مانند اسید فسفریک P2O5 یا کلرید زنیک۲ ZnCl آغشته می کنند تا ماده ای خمیری حاصل شود. این ماده را در بازه دمایی 500 – 800 درجه سانتیگراد حرارت میدهند تا کربن فعال شود.
زغال فعال شده حاصل را بعد از شستشو خشک و به پودر تبدیل می کنند.
زغال فعال شده بدست آمده توسط این روش , دارای منافذ باز زیادی است و برای جذب مولکول های بزرگ بسیار مناسبند.
فعال سازی توسط بخار:
این روش بیشتر برای موادهای اولیه ای چون چوب نیم سوخته, زغال سنگ و پوست نارگیل که زغالی شده اند به کار می رود. فعال سازی در بازه دمایی 800 – 1100 درجه سانتیگراد و در حضور بخار انجام می شود.
در آغاز مواد زغالی با بخار به گاز تبدیل می شوند که به واکنشwater-gaz معروف است:
(C + H2o → CO + H2 – 175.440 KJ/(KgMol
این واکنش گرماگیر است و گرمای مورد نیاز توسط سوختن ناقص CO و H2 بصورت زیر تامین می شود:
(2CO + O2 → 2CO2 + 393.790 KJ/(KgMol(2H2 + O2 → 2H2O + 396.650 KJ/(KgMolدر ضمن هوا به مقدار مورد نیاز وارد واکنش می شود تا زغال نسوزد.
زغال های فعال شده ی تولید شده توسط این روش معمولا دارای منافذ ریزند و برای جذب مواد از مایعات و گازها مناسبند.
ویژگی های جذبی و فیزیکی
گونه های مختلفی از زغال های فعال شده با ویژگی های مشخص وجود دارند که خصوصیات هر یک از آنها بستگی به مواد اولیه و فنون به کا ر رفته در تولید آنها بستگی دارد. در انتخاب یک گونه زغال فعال شده, برای بهبود بخشیدن به فرایندها, نیاز به شناخت دقیق ویژگی های فیزیکی و جذبی مواد داریم.
ویژگی های جذبی:
(1 سطح: با استفاده از N2 حدود منافذ سطحی زغال فعال شده را اندازه می گیرند.هر چه سطح زغال فعال شده بیشنر باشد, قسمتهای جاذب نیز بیشترند.
2) اندازه منافذ: تعیین اندازه های یک زغال فعال شده میتواند راهی مناسب برای تشخیص خصوصیات آن باشد.که در IUPAC منافذ بر اساس اندازه به صورت زیر دسته بندی شده اند:
Micropores r<1nm
Mesopores r 1-25nm
Micropores r>25
که mesopore ها برای جا به جایی و Micropore ها برای جذب مواد هستند.
3) تخلخل: یکی از راههای اندازه گیری میزان تخلخل در توده ای از زغال فعال شده , استفاده از میزان جذب CCl4 خالص در حالت گازی می باشد.
– ویژگیهای فیزیکی:
1) سختی و مقاومت در برابر حررت و فشار : زغال های فعال شده دارای سختی های متفاوتی هستند که مربوز به مواد اولیه و شیوه تهیه آنها می باشد. بنا به درجه سختی, هر یک از آنها کاربردهای متفاوتی دارند.
2) چگالی
3) اندازه ذرات: هر چقدرکه اندازه ذرات زغال فعال شده کوچکتر باشد, سرعت جذب بیشتر است.***زغال فعال شده را به سه شکل دانه ای , پودر و استوانه ای میسازند.***
زغال فعال شده چگونه کار می کند؟
زغال فعال شده مواد اورگانیک را از محیط اطرافش جذب می کند , که عمل انتقال آلاینده از فاز مایع ( آب) به فاز جامد ( کربن) صورت می گیرد.نیروی جاذبه ای باعث تشکیل یک پیوند بین آلاینده و کربن و چسبیدن آنها به هم می شود.
علاوه بر این باکتری هایی به سطح خارجی زغال فعال شده می چسبند و بخشی از آلاینده ها را جذب و مصرف می کنند.
جذب منجر به پخش یک گاز یا ترکیب در شبکه متخلخل زغال فعال شده می گردد , جایی که یک واکنش شیمیایی یا یک ثبات فیزیکی روی می دهد. به عنوان مثال ازن O3
در قسمتی که جذب می شود , قسمتی از زغال فعال شده را اکسید میکند, و 3O به O2 تبدیل می شود و ازن در ساختار کربن اندوخته و گردآوری نمی شود.
جذب در زغال فعال شده دارای 3 مرحله است:
1- تماس ذرات آلاینده محلول در مایع ( آب) با ذرات زغال فعال شده
2- پخش شدن ذرات آلاینده در شبکه متخلخل زغال فعال شده
3- جذب ذرات آلاینده به زغال فعال شده و بوجود آمدن یک پبوند برگشت ناپذیر***این 3 مرحله همزمان رخ می دهند***
بازیافت زغال فعال شده
به مرور زمان و استفاده از زغال فعال شده , سطح آن از مواد آلاینده اشباع می شود. زغال فعال شده یک محصول گران است و در عین حال میتواند در چرخه بازیافت قرار گیرد و مجددا مورد استفاده قرار گیرد. بازیافت زغال فعال شده , هزینه کمی نسبت به تولید اولیه دارد و دارای قیمت ارزانتری نیز می باشد.
در تولید زغال فعال شده : شیمی, می تواند درطراحی فرآیندهای تولید و بازیافت زغال فعال شده متناسب با کاربرد و ویژگی های مورد نظر, طراحی راکتورهای مورد نیاز, کنترل کیفیت محصولات و بهسازی آنها بعالیت داشته باشد.
در فروش زغال فعال شده: شیمی , به خاطر داشتن اطلاعات لازم از محصول و آشنایی با مصارف آن می تواند در بخش بروش و بازار یابی نیز بعالیت داشته باشد.
در مصرف زغال فعال شده: شیمی , می تواند در صنایعی که نیاز به استفاده از زغال فعال شده دارند, با تعیین نوع و میزان و شیوه استفاده از زغال فعال شده و کنترل آن ایفای نقش کند.شرح آزمايش:در اين آزمايش 6 نمونه 1 گرمی ذغال فعال را به دقت وزن کرده و سپس 6 محلول اسيد استيک به غلظت هاي 0.5 مولار، 0.25 مولار، 0.12 مولار، 0.09 مولار ، 0.03 مولار و 0.015 مولار آماده مي نماييم.از هر محلول فوق به اندازه 100 سي سي در هر ارلن مي ريزيم. نمونه هاي يک گرمي ذغال را همزمان با هم به ارلن هاي محتوي 100 سي سي محلول اسيد استيک اضافه مي کنيم.درب آنها را بسته و به مدت يک ساعت روي همزن مغناطيسي قرار مي دهيم تا به طور يکنواخت هم بخورد، البته در آزمايشگاه به دليل عدم وجود دستگاه و زمان کافي محلول را يک روز در محيط آرام قرار مي دهيم.پس از گذشت 24 ساعت، يک ساعت محلول هيدروکسيد سديم0.1 مولار را، وسيله اگزاليک اسيد يا 0.1 KHP نرمال که معرف آن فنل فنالئين است تيتر مي کنيم. هر يک از محلول هاي عنوان شده در بالا از اسيد استيک را به وسيله سود تيتر مي کنيم. تا غلظت هر کدام از آنها به دست آيد.البته لازم به ياد آوري است که محلول 0.03 نرمال از اسيد استيک را که از ابتدا به دست آمده بود را به عنوان مقايسه گرد توسط سود تيتر مي کنيم. ميزان سود مصرف شده در هر مرحله را يادداشت مي کنيم. حال بر اساس رابطه N1V1=N2V2 ، ميزان غلظت اسيد را بدست مي آوريم.محاسبات :چونکه اسيد استيک يک ظرفيتي است (n=1) M=NM acet *V acet =M naoh*VnaohMw(acet)=60 g/mol
0.015 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 مولاريته اسيد
0.5 1.5 4 6.5 10 12 حجم سود مصرف شده(cc)

Vacet=10 ccMnaoh=0.1M acet=(0.1*12)/10=0.12* (Mo-Me) جرم مولکولي* حجم نمونه (ليتر)x=(0.15-0.12)*60*0.1=0.1801اسيد جذب شده به ازاي هر گرم جاذب x/m=0.1501
0.0601 0.0901 0.1201 0.15013 0.1201 0.1801 x/m
-1.221 -1.0453 -0.92046 -0.8238 -0.92046 -0.7445 Log (x/m)
0.005 0.015 0.04 0.065 0.1 0.12 Ce(md/lit)
-2.301 -1.8239 -1.3979 -1.1871 -1.0 -0.9208 Log (Ce)

Log x/m =log k+ t log Ceاگر بهترين معادله خط را از بين داده هاي بالا عبور دهيم:Log k=-0.51676 , k=0.3042T=0.2983 , x/m=0.3042 Ce^0.2983نتيجه گيري :در فشارهاي متوسط و رو به پايين جذب معادله همدماي فروندليچ بهتر از معادله همدما لانگ موير ميزان جذب را پيش بيني مي كنددر جرم جاذب ثابت تنها با افزايش اسيد ميزان جذب در فشار ثابت افزايش مي يابد.

جذب سطحي اسيد استيك بر روي ذغال

· هدف آزمايش

جذب سطحي اسيد استيك بر روي ذغال

· مقدمه

واكنش جذب از نظر نوع اتصال به سه دسته تقسيم مي شوند:

a. جذب شيميايي

b. جذب فيزيكي

c. جذب الكتريكي

پديده جذب به دو دسته تقسيم مي شود:

v Adsorption جذب سطحي

v Absorption جذب همراه با پيوند شيميايي

· جذب سطحي چيست؟

در عمليات جذب سطحي انتقال يك جزﺀ از فاز گاز يا مايع به سطح جامد صورت مي گيرد. ازكاربردهاي اين فرآيند مي توان به رنگبري شبت قند و تصفيه روغن هاي صنعتي يا خوراكي وحذف مواد آلاينده از مواد يا مخلوط گازهاي ديگر اشاره كرد.

هفت اختلاف بين جذب سطحي شيميايي و فيزيكي وجود دارد كه عبارتند از:

· در جذب سطحي فيزيكي نيروهاي ضعيف واندروالس باعث جذب مي شوند ولي در جذب شيميايي پيوندهاي شيميايي موجب انجام عمل جذب مي شوند.

· آنتالپي جذب سطحي فيزيكي كمتر از آنتالپي جذب سطحي شيميايي است.

· جذب سطحي فيزيكي در پايين تر از نقطه جوش جذب شونده اتفاق مي افتد ولي در جذب سطحي شيميايي٬جذب در دماهاي بالاتر نيز مي تواند اتفاق افتد.

· در جذب سطحي فيزيكي با افزايش فشار جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح افزايش مي يابدولي در جذب سطحي شيميايي با افزايش فشار جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح كاهش مي يابد.

· در جذب سطحي فيزيكي ميزان جذب از خصوصيات جسم جذب شونده است در صورتي كه در جذب سطحي شيميايي ميزان جذب از خصوصيات هر دو جسم است.

· انرژي فعال سازي در جذب سطحي فيزيكي چندان دخيل نيست٬در حاليكه در جذب سطحي شيميايي ممكن است دخيل باشد.

· جذب سطحي فيزيكي به صورت چند لايه صورت مي گيرد ولي جذب سطحي شيمايي حداكثر به يك لايه منتهي مي شود.

· تعاريف و تئوري

ذغال فعال شده چيست؟

اصطلاح ذغال فعال شده نشان دهنده يك سرياز مواد جذب كننده سطحي٬با جنسي ذغالي و شكلي

كريستالي مي باشد كه در ساختار داخلي آن روزنه هاي زيادي وجود دارد.

ذغال هاي فعال شده داراي كاربردهاي زيادي است از جمله مصارف آن:

ü تصفيه آبها(آب شرب٬آب آكواريوم ها٬آبهاي صنعتي)از نظر رنگ و بو و طعم.

ü رنگزدايي از قند و شكر

ü بازيافت طلا

ü بهسازي رنگ و طعم در نوشيدني ها و آب ميوه ها

ü استفاده در دستگاه هايي مثل:تصفيه كننده هاي هوا٬خوش بو كننده ها٬تصفيه كننده هاي صنعتي و . . .

· توليد ذغال فعال شده:

اصول و فنون گوناگوني در ساخت و توليد ذغال هاي فعال شده وجود دارد كه به سه اصل بستگي دارد:

• نوع ماده اوليه

• مشخصات فيزيكي مورد نظر براي محصول(ذغال فعال شده)

• مشخصات جذبي براي كاربردهاي مختلف

ذغال فعال شده را به شكل دانه اي٬پودر و استوانه اي مي سازند.

· شيوه هاي فعال سازي كه بيشتر در توليدات تجاري بكار ميرود عبارتند از:

فعال سازي شيميايي

فعال سازي توسط بخار

· فعال سازي شيميايي:

اين شيوه بيشتر براي مواردي است كه مواد اوليه آن چوب و يا ذغال سنگ نارس((peat مي باشد.مواد اوليه را با يك عامل آبگير مانند اسيد فسفريك يا كلريد زنيك آغشته مي كنند تا مادهاي خميري حاصل شود.اين ماده را در بازه دمايي 500-800 درجه سانتيگراد حرارت مي دهند تا كربن فعال شود.

ذغال فعال شده حاصله را بعد از شستشو خشك و به پودر تبديل مي كنند.ذغال فعال شده به دست آمده توسط اين روش داراي منافذ باز زيادي است و براي جذب مولكول هاي بزرگ مناسبند.

· فعال سازي توسط بخار:

اين روش بيشتر براي موادهاي اوليه اي چون چوب نيم سوخته ٬ذغال سنگ و پوست نارگيل كه ذغالي شده اند به كار مي رود.فعال سازي در بازه دمايي 800-1100 درجه سانتيگراد و در حضور بخار انجام مي شود.

در آغاز مواد ذغالي با بخار به گاز تبديل مي شوند كه به واكنش water-gas معروف است.اين واكنش گرماگير است.در ضمن هوا به مقدار مورد نياز وارد واكنش مي شود تا ذغال نسوزد.ذغال هاي فعال شده ي توليد شده توسط اين روش معمولا داراي منافذ ريزند و براي جذب مواد از مايعات و گازها مناسبند.

· ويژگي هاي جذبي و فيزيكي:

گونه هاي مختلفي از ذغال فعال شده با ويژگي هاي مشخص وجود دارند كه خصوصيات هر يك از آنها بستگي به مواد اوليه و فنون به كار رفته در توليد آنها بستگي دارد.در انتخاب يك گونه ذغال فعال شده براي بهبود بخشيدن به فرآيندها ٬نيازبه شناخت دقيق ويژگي هاي فيزيكي و جذبي مواد داريم.

از جمله ويژگي هاي جذبي :سطح ٬اندازه منافذ٬تخلخل و از جمله ويژگي هاي فيزيكي :سختي و مقاومت در برابر حرارت و فشار٬چگالي ٬اندازه ذرات مي توان اشاره كرد.

· جذب در ذغال فعال شده داراي سه مرحله است:

a. تماس ذرات آلاينده محلول در مايع (آب)با ذرات ذغال فعال شده

b. پخش شدن ذرات آلاينده در شبكه متخلخل ذغال فعال شده

c. جذب ذرات آلاينده به ذغال فعال شده و به وجود آمدن يك پيوند برگشت ناپذير

اين سه مرحله هم زمان رخ مي دهند.

· بازيافت ذغال فعال شده:

به مرور زمان و استفاده هز ذغال فعال شده ٬ سطح آن از مواد آلاينده اشباع مي شود.ذغال فعال شده يك محصول گران است و در عين حال مي تواند در چرخه بازيافت قرار گيرد و مجدداً مورد استفاده قرار گيرد.بازيافت ذغال فعال شده،هزينه كمي نسبت به توليد اوليه دارد و داراي قيمت ارزانتري نيز مي باشد.

· ذغال فعال شده و مهندسي شيمي:

ـ در توليد ذغال فعال شده:مهندس شيمي،مي تواند در طراحي فرآيندهاي توليد و بازيافت ذغال فعال شده متناسب با كاربرد و ويژگي هاي موردنظر،طراحي راكتورهاي موردنياز،كنترل كيفيت محصولات و بهسازي آنها فعاليت داشته باشد.

ـ در فروش ذغال فعال شده:مهندس شيمي،به خاطر داشتن اطلاعات لازم از محصول و آشنايي بامعارف آن مي تواند دربخش فروش و بازاريابي نيز فعاليت داشته باشد.

ـ در مصرف ذغال فعال شده:مهندس شيمي،مي تواند در صنايعي كه نياز به استفاده از ذغال فعال شده دارند با تعيين نوع و ميزان وشيوه استفاده از ذغال فعل شده و كنترل آن ايفاي نقش كند.

مواد و وسايل مورد نياز:

ـ ارلن

ـ بالن ژوژه

ـ بورت
ـ قيف شيشه اي

ـ كاغذ صافي

-معرف فنل فتالئين

-محلول سود

-محلول اسيد استيك

-ذغال فعال

· روش آزمايش

براي انجام اين آزمايش ابتدا 1gr ذغال فعال را وزن نموده ودر ارلن هاي شماره گذاري شده مي ريزيم.

50ml اسيد استيك 0.5 molرا برداشته و داخل يك بالن ژوژه 100ml بريزيد و با آب مقطر به حجم برسانيد .

ارلن شماره 1 1gr ذغال+50ml اسيد استيك

ارلن شماره 2 1gr ذغال+ 50ml از محلولي كه خود با استفاده از آب مقطر به حجم رسانديم.

· نكته:براي ارلن شماره 3 بايد دوباره محلول را با آب مقطر به حجم برسانيم.و بعد از برداشتن 50ml براي ارلن3 ٬براي ارلن شماره 4 محلول را به حجم مي رسانيم.

ارلن شماره 3 1gr ذغال+ 50ml از محلولي كه خود با استفاده از آب مقطر به حجم رسانديم.

ارلن شماره 4 1gr ذغال+ 50ml از محلولي كه خود با استفاده از آب مقطر به حجم رسانديم.

درب ارلن ها را بسته و به مدت 45 دقيقه تا‌‌1 ساعت در كناري قرار دهيد و چند دقيقه يك بار آنها را تكان دهيد.

براي تعيين غلظت تعادلي اسيد استيك ٬محلول هاي 4 ارلن ذكر شده را در 4 ارلن ديگر صاف كنيد و از هر كدام 10ml برداشته و با محلول سود 0.1mol يكي پس از ديگري تيتر كنيد.

· نكته:چون كاغذ مقداري از اسيد را به خود جذب مي كند٬قبل از آن كه هر نمونه را صاف كنيم مقداري از آن نمونه را روي كاغذ صافي آماده شده در قيف مي ريزيم تا آن ميزان اسيدي كه مي خواهد جذب كاغذ شود٬بشود.سپس قيف را روي ارلن تميزي گذاشته و محلول ها را صاف مي كنيم.البته بايد از معرف فنل فتالئين براي تيتر كردن استفاده كرد.