+ t(p,R_p) +

Testowanie adsorbentów

Zawartość zaadsorbowanej wody w próbkach adsorbentów oznaczano grawimetrycznie, przy użyciu wysokoczułego deriwa-tografu (Derivatograph-C, firmy MOM, Budapeszt). Izotermy ad-sorpcji-desorpcji azotu wyznaczano za pomocą aparatu Microme-ritics ASAP 2405N (USA).

Wyjściowy węgiel aktywny PSI oraz zmodyfikowany PS1-pw testowano pod kątem ich zdolności do wychwytywania par tert-butylobenzenu (TBB) z powietrza, jako adsorpcyjnego analogu sarinu⁴'. Adsorbent PSl-pw otrzymano w ten sposób, że przed wymrażaniem w ciekłym azocie wyjściowy węgiel aktywny PSI nasycano parą wodną utrzymując go w eksykatorze przez 72 h nad lustrem wody. W badaniach adsorpcji par terf-butylobenzenu wykorzystano aparaturę do testowania warstw węgli aktywnych w warunkach dynamicznych opisaną - łącznie z metodyką pomiaru i obliczeń - w pracach Pietrzykowskiego i współpr.⁴’ oraz Palijczuk i współpr⁵'.

_t( R)-_t ^cz V + (nk/2-n/2)zⁿ-'-(nb + l)zⁿ+(.nb/2 + n/2)z"'¹]

^P’ ^P    m(l-z) [1 + (c-l)z + (cb/2-c/2)zⁿ-(cb/2 + c/2)z^n+]] ⁽⁵⁾

Poszczególne symbole oznaczają: t_m = Vb = exp(Ae/RT); Ae jest nadmiarowym ciepłem parowania, wynikającym z nakładania się oddziaływań między warstewkami zaadsorbowanymi na przeciwległych ścianach porów, t(p,RJ statystyczną grubość warstwy adsorpcyjnej; V_m pojemność monowarstwy (z równania BET);

c = c_s exp((<2„ — Q_S)/RT); współczynnik BET dla adsorpcji na

płaskiej powierzchni, .. _

^cs

e-q.

ye

^RJ , Q_y ciepło kondensacji, E ener

Obliczenia parametrów strukturalnych

Wielkości powierzchni mczoporów obliczano z równania Kiseleva^ń)

gię adsorpcji, y stałą; Q_si Q_p ciepła adsorpcji odpowiednio na płaskiej powierzchni i w porach; z = p/p₀; n liczba (niecałkowita) statystycznych monowarstw adsorbatu, której maksymalna wartość dla danego r_k jest równa (R_p - <jJ2)!t_m; <x średnicę zderzenia równą średniemu rozmiarowi atomu azotu i atomu powierzchniowego.

Do obliczeń funkcji rozkładu f(RJ wykorzystano dane desorp-cyjne, stosując równania (3)-(5) oraz procedurę regularyzacyjną^12,13', w warunkach nieujemności funkcji rozkładu f(RJ ^ 0, dla każdego R ), przy ustalonej wartości parametru regularyzacji a = 0,01.

w którym s oznacza napięcie powierzchniowe adsorbatu, a_Q wielkość adsorpcji w początkowym punkcie pętli histerczy, a. graniczną wartość adsorpcji, zaś A = RT ln — (R stała gazowa, p ciśnic-

P

nie pary nasyconej, p - ciśnienie równowagowe w temp. T).

Obliczeń wymiaru fraktalnego (D_AJ)⁷⁾ dokonano na podstawie danych adsorpcyjnych, stosując liniowe równanie w postaci^s)

ln(Q)=const+(D_AJ -3)

lnln

/ \ Po

(2)

gdzie 0 oznacza adsorpcję względną ala_m (a_m jest objętością zaad-sorbowanego gazu dla pokrycia monowarstwowego, obliczoną z równania BET) przy p/p₀ < 0,85.

Funkcje rozkładu porów f(R_;) obliczono za pomocą równania globalnej izotermy adsorpcji^9-11'

^rk(P)    ^rmax _w

J f(R_p)dR_p + J —t(_P,R_p)f(R_p)dR_p

'mm    h(P) P

Omówienie wyników Struktura porowata

Izotermy adsorpcji wyznaczone na próbkach testowanych węgli aktywnych są typowe dla mikroporowatych węgli aktywnych (rys. 1). Dobrze wykształcone pętle histerczy świadczą o obecności także mezoporów w badanych węglach aktywnych. Jak widać na rys. 1 izotermy adsorpcji azotu na modyfikowanych węglach aktywnych leżą powyżej odpowiednich izoterm dla próbek wyjściowych. Oznacza to, że wymrażanie próbek testowanych węgli aktywnych zarówno z małą, jak i dużą ilością wody powoduje zauważalne zmiany w ich właściwościach powierzchniowych. Przy czym zmiany te są większe w przypadku wymra-żania suspensji wodnych niż próbek zawierających tylko wodę zaadsorbowaną.

Z danych zawartych w tabeli 1 wynika, że do badań wybrano próbki węgli aktywnych, które mają zróżnicowane wielkości powierzchni właściwej (S_BVT) oraz całkowitej objętości porów sorpcyjnych względem azotu (V). Ponadto, z porównania odpowiednich wartości S_mT i S_us wynika, że próbki te różnią się również udziałem mikroporów w całkowitej porowatości. Po niskotemperaturowej modyfikacji wszystkich testowanych węgli aktywnych zawierających wodę, rosną wartości poszczególnych parametrów strukturalnych (tabela 1). I tak, dla próbki PSI w, która