TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Keemiatehnika Instituut Laboratoorne töö õppeaines Keemiatehnika KEMOSORPTSIOON Rühm: Üliõpilased: Õppejõud: Natalja Savest Enn Tali Tallinn 2010 Töö ülesanne Töö eesmärk on absorptsiooni kiirenemise teguri määramine hapniku absorptsioonil õhust naatriumsulfiti lahusesse katalüsaatori juuresolekul (kemosorptsioon). Pärast kogu sulfiti
Tallinna Tehnikaülikool Keemiatehnika Instituut Laboratoorne töö õppeaines Keemiatehnika KEMOSORPTSIOON Üliõpilased: Õppejõud: Tallinn 2014 Töö ülesanne Töö eesmärk on absorptsiooni kiirenemise teguri määramine hapniku absorptsioonil õhust naatriumsulfiti lahusesse katalüsaatori juuresolekul (kemosorptsioon). Pärast kogu sulfiti reageerimist lahustunud hapnikuga järgneb tekkinud naatriumsulfaadi lahuse edasine küllastumine hapnikuga (füüsikaline absorptsioon). Katseseadme skeem 5 6 w MODE ~230 V
AK + B AB + K A + B AB summaarne reaktsioon. Negatiivne katalüsaator ehk inhibiitor aeglustab reaktsiooni. Autokatalüüs katalüsaator tekib reaktsiooni käigus ühe saadusena. Homogeenne katalüüs nii reageerivad ained kui katalüsaator on samas faasis; heterogeenne katalüüs süsteemis on mitu faasi; protsess toimub katalüsaatori pinnal. Adsorptsioon aineosakeste kogunemine faasi sisemusest faaside piirpinnale: a) füüsikaline adsorptsioon, b) kemosorptsioon. 5. Keemiline tasakaal Pöörduvate reaktsioonide korral tasakaaluolekus: G = 0; v1 = v2 . k1 k1 [ D][E ] Tasakaalukonstant: reaktsioon A + B D + E, K= = . k 2 k 2 [A][B] Tasakaalukonstandi seos Gibbsi energiaga: G°T = - RTlnKT Tasakaalu nihkumine:
AK + B → AB + K A + B → AB – summaarne reaktsioon. Negatiivne katalüsaator ehk inhibiitor – aeglustab reaktsiooni. Autokatalüüs – katalüsaator tekib reaktsiooni käigus ühe saadusena. Homogeenne katalüüs – nii reageerivad ained kui katalüsaator on samas faasis; heterogeenne katalüüs – süsteemis on mitu faasi; protsess toimub katalüsaatori pinnal. Adsorptsioon – aineosakeste kogunemine faasi sisemusest faaside piirpinnale: a) füüsikaline adsorptsioon, b) kemosorptsioon. 5. Keemiline tasakaal Pöörduvate reaktsioonide korral tasakaaluolekus: ∆G = 0; v1 = v2 . k1 → k1 [ D][E ] Tasakaalukonstant: reaktsioon A + B D + E, K= = . ← k 2 k 2 [A][B] Tasakaalukonstandi seos Gibbsi energiaga: ∆G°T = - RTlnKT
pindalaühiku võrra. · Pindaktiivsus on aine võime vähendada pindpinevust faaside piirpinnal. 46. Mis on adsorbtsioon? Kuidas seda liigitatakse? · Adsorptsiooniks nim aineosakeste iseeneslikku kogunemist pindkihti ja aine kontsentratsioon pindkihis ületab aine kontsentratsiooni faasi sisemuses. · Tüübid: 1) füüsikaline adsorptsioon aluseks van der Waalsi jõud adsorbaadi osakeste vahel; 2) kemosorptsioon tekib keemiline side adsorbendi ja adsorbaadi vahel. 47. Absorptsioon ja adsorptsioon · Adsorptsioon erineb absorptsioonist selle poolest, et absorptsiooni puhul vedelik imbub või lahustub vedelikus või tahkises, adsorptsioon on aga aineosakeste kogunemine pindkihti. 48. Millised ained on hüdrofoobsed, millised hüdrofiilsed? · Hüdrofoobsel ainel puudub vastasmõju vedelikuga ning aine ei märgu ega saa
segamisel. Püsivamad kui lüofoobsed kolloidid. Adsorptsioon - aineosakeste kogunemine faasi sisemusest faaside piirpinnale. On iseeneslik protsess, kaasneb energia eraldumine (eksotermiline) Põhjus: adsorbendi pinnakihi osakeste jõuväli jääb kompenseerimata ja seetõttu on pinnal lisaenergia (pinnaenergia) võrreldes sisekihtidega). Protsessi eksotermilisuse tõttu väheneb adsorbeerunud aine hulk temperatuuri tõusmisel ja suureneb temperatuuri alanemisel. Kemosorptsioon - pinnal (adsorbendi ja adsorbaadi vahel) tekib keemiline side. Kui keemiline side on tugev - mittepööratav protsess Raoult’I seadus - komponendi aururõhk vedela lahuse kohal on võrdne vastava puhta komponendi aururõhu ja tema kontsentratsiooni korrutisega lahuses. Raoult’I seadus mittelenduva aine lahuse kohta: aururõhu suhtelinelangus on võrdeline lahustunud aine moolimurruga lahuses Osmoos (kr. - tõuge, surve) - aine iseeneslik kandumine läbi
Pinnakihi molekulidel on kompenseerimata molekulaarjõudude väli, mis viib adsorbendi- ja adsorbaadi osakeste vahelise sideme tekkimisele. Kui tekivad van der Waalsi jõud, siis on sideme energia väike ja sellist adsorptsiooni liiki nimetatakse füüsikaliseks adsorptsiooniks. Kui adsorbaadi ja adsorbendi pinna vahel tekib keemiline side, nimetatakse seda kemosorptsiooniks. Normaaltingimustel on füüsikaline adsorptsioon pöörduv, kemosorptsioon aga mittepöörduv protsess. Pindliig või - moolide arv pinnakihis - moolide arv faasi sisemuses 11. Adsorptsioon. Pindpinevuse vähendamine (d < 0) pindpinevust vähendavate madala pindpinevusega aine kogunemisega faaside piirpinnale. Seda nimetatakse adsorptsiooniks. Definitsioon: adsorptsioon on süsteemi üksikute komponentide kontsentreerumine faaside eralduspinnale. Pindkihti läheb see komponent, milline vähendab kõige
Kõige efektiivsemaks ja ka odavamaks SO 2 heitmete vähendamise meetodiks oleks väävli sidumisastme suurendamine põlemiskolletes. Garanteeritud tulemuse annaks vastavate tehnoloogiliste protsesside kasutamine, milliseid võib jaotada kolme gruppi: märgmeetodid poolkuivmeetodid kuivmeetodid Nende kõigi puhul reageerib suitsugaaside SO 2 kaltsiumühenditega, moodustades kaltsiumsulfiti ( CaSO3 ), mis oksüdeerub edasi kaltsiumsulfaadiks ( CaSO 4 ) (kemosorptsioon). Kokku tuntakse kirjandusallikate põhjal üle 200 väävlieraldusmeetodi. Lämmastik Põlemisel tekkinud ja keemiatööstuses eraldunud lämmastikoksiidide eraldamiseks suitsugaasidest kasutatakse tänapäeval kõige rohkem katalüütilisi meetodeid. NO X kõrgtemperatuurilise taandamise katalüsaatoriteks on plaatina grupi metallid või odamad aga vähem efektiivsed segud, mis sisaldavad niklit, kroomi, vaske, vanaadiumi, tsirkooniumi jt metalle
Mida suurem on kapillaarne rõhk, seda lähedasem on tilga kuju sfäärile. Kolloidkeemia Kristian Leite 2012 Materjal/aine Kalju Lott 12. Adsorptsioon vt. 11 (sissejuhatus), täpsemalt 14. kuni 21. Adsorptsiooni liigid Adsorptsiooni liigid on kemosorptsioon (side adsorbendi ja adsorbaadi vahel) ning füüsikaline adsorptsioon (VdW jõud) Adsorptsiooni astmed pindaktiivsete molekulide näitel Pindaktiivsel molekulil on enamasti polaarne ja mittepolaarne rühm. Tüüpiline pindaktiivne molekul on fosfolipiid polaarne pea mittepolaarne saba. Esimeses staadiumis ,,kahemõõtmeline gaas" on pindaktiivse aine kontsentratsioon väike. Molekulid on paigutunud
monomolekulaarse kihi tekkimisele. See esineb juhul kui on tugev muundumine sooliks või vastupidi toimub isotermiliselt nõrkade sadenevad kogujasse. Pulbrit vaadeldakse kui tahke disperse faasiga koosmõju adsorbaadi ja adsorbendi vahel ehk toimub välismõjude (raputamine, loksutamine) toimel või lakkamisel. aerosooli, milline on koaguleerunud ja moodustanud kemosorptsioon. 2. Polümolekulaarne A. B-monomolekulaarse kohi Tiksotroopia esineb nendes geelides, kus struktuur on moodustunud sademe. Osakeste mõõdud kõiguvad laiades piirides: kolloidsetest täitumine, kaasneb kapillaarne kondensatsioon. nõrkade Van der Waalsi jõudude toimel. Keemilise sideme mõõtmetest kuni mikroheterogeensete mõõtmeteni. Pulbrite
kiht pole veel täidetud. A kui kvasikeemiliste r-nide summa. Adsorptsiooni isotermide põhitüübid: isotermide uurimisel leiti, et ainult mõned neist vastavad Langmuiui võrrandile. Eksperimentaalsete AI-de analüüsil eristati 5 põhilist tüüpi1.Langmuiri tüüpi. Monotoonne lähenemine monomolekulaarse kihi tekkimisele. See esineb juhul kui on tugev koosmõju adsorbaadi ja adsorbendi vahel ehk toimub kemosorptsioon. 2. Polümolekulaarne A. B- monomolekulaarse kohi täitumine, kaasneb kapillaarne kondensatsioon. 3. Esineb harva, siis kui on nõrk koosmõju adsorbaadi ja adsorbendi vahel. A soojus adsorbaadi kondensatsioonisoojusest. Samuti on adsorbendi-adsorbaadi ja vastupidi vahelised koosmõjud sarnased. 4. Võib esineda hüstereesinähtus. Toimub pooride erinev täitumine rõhu tõstmisel ja alandamisel.5. kapillaarne kondensatsioon. Kapillarkondensatsioon: poorsete absorbentide korral
Neeldunud komponendi võib absorbendist eraldada: puhtalt või kontsentreeritult vähelahustuva ühendina, nagu sademe või mudana käsitleda saastunud absorbenti reoainena ja suunata see omakorda puhastusprotsessi aeglane saab kiirendada rõhu tõstmise või intensiivse segamisega o Keemiline – kemosorptsioon absorbeeritava gaasi ja absorbendi vahel toimub keemiline reaktsioon (näiteks happeliste väävelgaaside SO2 ja SO3 sidumine leelisega reaktsioonil lubjapiimaga) neutraliseerimise tahke jääk on veerohke muda. Puhastusefekt ~90%. keemiline reaktsioon lahuses kiirendab gaasilise komponendi lahustumist
molekulaarsidejõudude (van der Waalsi jõudude) toimel tahke keha pinnale. Ainet, mida adsorptsiooni käigus eemaldatakse, nimetatakse adsorbaadiks. Ainet või keskkonda, mille pinnal adsorptsioon toimub nimetatakse adsorbendiks. Adsorptsiooniprotsess on alati eksotermiline protsess. Adsorptsioon jaguneb: 1) Füüsikaline adsorptsioon - aluseks on füüsikalised nähtused – van derWaalsi jõud adsorbaadi osakeste vahel. temperatuur madal, kulgeb kiiresti, mittepöörduv protsess. 2) Kemosorptsioon - tekib keemiline side adsorbendi ja adsorbaadi vahel. Võib tekkida nii elektroni ülemnekul kui ühise elektronpaari tekkel. On seotud aktivatsioonienergiaga. On adsorbendi suhtes selektiivne. Adsorbeerunud aine hulk sõltub adsorbaadi ja adsorbendi iseloomust. temperatuur kiire, kiirus sõltub temperatuurist, mittepöörduv protsess. 79. Gibbsi adsorptsioonivōrrand. Gibbsi adsorptsiooniks e. Gibbsi pindliiaks nimetatakse aine hulka, mis tuleb lisada süsteemile, kui
filtrimine · märgpuhastus · sadestamine elektrostaatiliste jõudude toimel (elektropuhastus) GAASIDE ERALDAMISMEETODID Peale tolmu on tööstuslikes heitgaasides ka kahjulikke gaasilisi ühendeid, mis tolmupüüdurites ei eraldu. vääveldioksiid (SO2), lämmastikoksiidid (Nox), väävelvesinik (H2S), kloorvesinik (Hcl), fluorvesinik (FH) jt. Nende eraldamiseks kasutatakse füüsikaliskeemilisi meetodeid, kolm põhigruppi: absorptsioon (kemosorptsioon) adsorbsioon põletus ja katalüütiline töötlus sorptsioon ülekandenähtus, kus aine siirdub gaasifaasist vedelfaasi (lahustumine) absorptsioon gaasifaasist tahkesse faasi adsorbsioon Kui gaasi ja vesilahuse vahel toimub keemiline reaktsioon kemosorptsioon. Absorptsiooni kasutatakse hästilahustuvate gaaside kõrvaldamiseks NH3, HCl, HF, (lahustiks on vesi), SO2 (lubjapiim), HF (ammoniaakvesi), aromaatsed süsivesinikud
Adsorptsiooniisoterm adsorbeerunud aine hulga sõltuvus aine kontsentratsioonist välisfaasis. · Füüsikaline adsorptsioon van der Waalsi jõud, pööratav protsess. Sidemed adsorbaadi ja adsorbendi pinna vahel nii nõrgad, et adsorbanti on võimalik adsorbendi pinnalt eemaldada. Sama adsorbenti saab kasutada korduvalt. · Keemiline adsorptsioon tekivad keemilised sidemed adsorbendi pinna ja dsorbaadi vahel, mittepööratav protsess. Kemosorptsioon võin põhjustada adsorbaadi molekuli dissotsiatsiooni. Sama adsorbenti saab kasutada vaid üks kord. Värvid peeneks jahvatatud pigmendist ja sideainest koosnevad kattematerjalid, millega kaitstakse metalle korrosiooni eest. Sisaldavad veel täiteaineid, lahusteid, plastifikaatoreid, tahkesteid. · Täiteained parandavad värvi ilmastikukindlust, veepidavust, tugevust, voolavusomadusi ja adhesioonivõimet (pulbrilisel kujul kriit, talk, kaltsiit, vilk).
*Iseeneslikult saavad pindkihti koguneda vaid need ained, mis põhjustavad pindpinevuse e. siis pinna vabaenergia vähenemist. *Adsorptsiooniprotsess allub termodünaamika seadustele: teades, et G = H TSs ning DSs < 0 osakeste liikumise vabadusastmete arv väheneb, seega entroopia väheneb. *Isevoolulise protsessi korral G < 0, seega peab H < 0 s.t adsorptsiooniprotsess on alati eksotermiline protsess Adsorptsioon jaguneb: 1) Füüsikaline adsorptsioon 2) Kemosorptsioon *Füüsikalise adsorptsiooni aluseks on füüsikalised nähtused van der Waalsi jõud adsorbaadi osakeste vahel. Füüsikalisel adsorptsioonil tekkiva adsorptsioonilise sideme energia e. adsorptsiooni vabaenergia on väike 10-40 kJ/mol pole spetsiifiline: N2 adsorbeerub paljudel adsorbentidel. temperatuur: madal adsorptsiooni kiirus: kulgeb kiiresti (ei vaja aktiveerimisenergiat) pöörduv protsess *Kemosorptsioonil tekib keemiline side adsorbendi ja adsorbaadi vahel
*Iseeneslikult saavad pindkihti koguneda vaid need ained, mis põhjustavad pindpinevuse e. siis pinna vabaenergia vähenemist. *Adsorptsiooniprotsess allub termodünaamika seadustele: teades, et G = H TSs ning DSs < 0 osakeste liikumise vabadusastmete arv väheneb, seega entroopia väheneb. *Isevoolulise protsessi korral G < 0, seega peab H < 0 s.t adsorptsiooniprotsess on alati eksotermiline protsess Adsorptsioon jaguneb: 1) Füüsikaline adsorptsioon 2) Kemosorptsioon *Füüsikalise adsorptsiooni aluseks on füüsikalised nähtused van der Waalsi jõud adsorbaadi osakeste vahel. Füüsikalisel adsorptsioonil tekkiva adsorptsioonilise sideme energia e. adsorptsiooni vabaenergia on väike 10-40 kJ/mol pole spetsiifiline: N2 adsorbeerub paljudel adsorbentidel. temperatuur: madal adsorptsiooni kiirus: kulgeb kiiresti (ei vaja aktiveerimisenergiat) pöörduv protsess *Kemosorptsioonil tekib keemiline side adsorbendi ja adsorbaadi vahel
molekulide adhesioon pinnale. Sarnaselt pindpinevusele on adsorptsioon põhjustatud pinnaenergiast. Adsorptsiooni rakendatakse õhu ja muude gaaside puhastamisel (näiteks gaasimaskis), gaasiliste ja vedelate segude komponentide lahutamisel kromatograafias. Tänu adsorptsioonile püsib hõõrdepindadel õlikelme. Adsorptsioon jaguneb: 1) Füüsikaline adsorptsioon 2) Kemosorptsioon Füüsikalise adsorptsiooni aluseks on füüsikalised nähtused van der Waalsi jõud adsorbaadi osakeste vahel. Füüsikalisel adsorptsioonil tekkiva adsorptsioonilise sideme energia e. adsorptsiooni vabaenergia on väike 10-40 kJ/mol pole spetsiifiline: N2 adsorbeerub paljudel adsorbentidel. Temperatuur: madal. Adsorptsiooni kiirus: kulgeb kiiresti (ei vaja aktiveerimisenergiat) Pöörduv protsess
annaabi.ee 
