Опыт с активированным углем и духами. Изучение процессов адсорбции активированным углем различных веществ из растворов. Средство от похмелья

ГУ "Мичуринская средняя школа" отдела образования акимата
Костанайского района, Костанайской области

Направление: познание мира.
Исполнитель: Тюлегенов Ануарбек Санцызбайұлы
Руководитель работы: Маденова Жанара Казкеновна,
высший уровень, высшей квалификационной категории,
учитель начальных классов,
ГУ "Мичуринская средняя школа"
районного отдела образования акимата Костанайской области

2017 уч.г.
Содержание
1. Введение ………………………………………………………………........12
2. Теоретическая часть………………………………………………………..3
3. Область применения активированного угля…………………………………4
4. Социологическое исследование …………………………………………..4
5. Практическая часть……………………………………………………………4
6. Заключение …………………………………………………………………5
7. Литература ………………………………………………………………….6

Аннотация написана научным руководителем
Маденовой Ж.К на работу Тюлегенова Ануарбека
Направление: Познание мира
Тема: «Как «работает» активированный уголь?»
Автор: Тюлегенов Ануарбек Санцызбайұлы ГУ "Мичуринская средняя школа"
акимата Костанайского района, Костанайской области
2 класс
Научный руководитель: Маденова Жанара Казкеновна, учитель начальных
классов ГУ "Мичуринская средняя школа" акимата Костанайского района,
Костанайской области
Аннотация
Данная исследовательская работа развивает познавательный интерес
учащегося,
что является необходимым условием в обучения
естественнонаучной грамотности. Цель данной работы изучить процесс
адсорбции на примере активированного угля (целого и толченого). Изучены
интересные факты об активированном угле.
Проведен социологический опрос среди учащихся Мичуринской средней
школы 15% респондентов владеют информацией, 85% мало что знают.
Исследовательская работа расширяет кругозор и повышает уровень учебной
мотивации.

Актуализация

явилась адсорбция.
Слово это образовалось от двух латинских: ad, что означает – на, при, а
также sorbeo – поглощаю. Именно это загадочное поглощение и будет
предметом моего доклада и предшествующего ему научного эксперимента,
или попросту – опыта.

«Как «работает» активированный уголь?»
Гипотеза исследования
Цель исследования
Изучить процесс адсорбции на примере активированного угля (целого и
толченого).

Задачи исследования
1. Изучить литературу по теме об адсорбции.
2. Выявить знания учащихся по данной проблеме.
3. Провести химический опыт с активированным углём.
4.Обобщить полученные результаты и сделать выводы о свойствах
активированного угля.

Теоретическая часть
Что такое адсорбция?
Окружающая нас природа полна тайн, загадок и удивительных явлений.
Некоторые из которых кажутся настолько невероятными, что лишь
внимательное их изучение способно снять с них ореол волшебства и
таинственности. Одним из таких, поразивших меня природных процессов,
явилась адсорбция. Слово это образовалось от двух латинских: ad, что
означает – на, при, а также sorbeo – поглощаю. Именно это загадочное
поглощение и будет предметом моего доклада и предшествующего ему
научного эксперимента, или попросту – опыта.
Наиболее подходящим веществом, позволяющим продемонстрировать
действие адсорбции является активированный уголь. Он представляет собой
вещество, получаемое из органических материалов (древесины, сахара, кости,
ореховой скорлупы и даже крови!). Очень важным отличительным свойством
этого вещества является его пористость. То есть оно состоит из огромного
множества (миллионов!) пор (микроскопических пещерок) и поэтому
обладает очень большой поверхностью. Именно это дает возможность в
полной мере проявиться адсорбции.
Так что же это такое? Адсорбция представляет собой, выражаясь
простым языком, способность тела или вещества притягивать к своей
поверхности вещества и частицы, находящиеся в окружающей среде (воде,
воздухе и тому подобное). Явление адсорбции хорошо знакомо всем, без
исключения детям, которые возвращаясь с прогулок по пыльным улицам, игр
в песочнице приходят домой “чумазыми” то есть испачкавшимися. Их тела
невольно участвовали в процессе адсорбции, притягивая к себе пыль, грязь и
песок.
Несложно догадаться, что адсорбция сильно зависит от площади
поверхности – чем она больше, тем больше вещества “прилипнет” к ней. Тут
то и раскрывает свои чудесные свойства активированный уголь.

Я упоминал, что он, благодаря своей пористой структуре, обладает
большой поверхностью. Это действительно так: всего один грамм
активированного угля способен занимать площадь от пятисот до полутора
тысяч квадратных метров! То есть одна маленькая таблеточка обычного
активированного угля, продающегося в аптеке, по площади намного
превышает площадь нашего класса! Изза того, что он, несмотря на свои
маленькие размеры, имеет свойство активного притяжения вещества как
очень большие объекты его и называют активированным.
Область применения активированного угля.
Благодаря своему уникальному свойству активированный уголь широко
используется человеком в самых разных видах своей деятельности. Например
в медицине: адсорбирующие свойства угля используют для очищения
организма от отравляющих шлаков и ядов, масок для лица, отбеливание
зубов, стельки для обуви. Кроме того, активированный уголь используют
при производстве продуктов питания и напитков, очищая воду, идущую на их
изготовление от вредных примесей. Очищение – главная задача
активированного угля. С целью очищения воды и воздуха уголь входит в
состав фильтров питьевой воды на кухнях, некоторых видов противогазов у
военных и спасателей, удаляет неприятные запахи в холодильнике.
Мы решили узнать, какими сведениями об активированном
Социологический опрос
угле обладают наши сверстники. Для этого мы попросили ответить
учащихся 2х классов на вопросы:
1. Что такое активированный уголь?
2. Где используется?
15% учеников владеют коекакой информацией, 85 % мало, что
знают
Практическая часть
Исследования в домашних условиях
Теперь я хочу перейти к описанию поставленного мной опыта, потому
как это лучший способ продемонстрировать свойства активированного угля и
явления адсорбции.
Для опыта я приготовил следующее оборудование и реактивы:
2 емкости,
20 таблеток активированного угля (10 целого и 10 толченого),

воду,
чернила,
фильтрованную бумагу.
Ход опыта я записал в таблицу:
Что наблюдаю
Чернила окрасили воду в
темносиний цвет
1.
2.
3.
4.
Что я делаю
Налил небольшое
количество чернил в
воду
Разлил раствор в две
емкости с табличками
(см. фото № 1)
Приготовил по 10
таблеток
активированного
угля
целого и толчёного
(см.ф.№2)
В 1 ёмкость бросил целые
таблетки
Во 2ую емкость
растолчённые
Таблетки
5.
Прошло 5 минут
6.
Процедил раствор
через
фильтровальную
бумагу
Выводы
Частицы вещества
чернил растворились в
воде
Растолченный
активированный уголь
обладает более
сильными активными
свойствами.
Частицы
активированного угля
вступили в процесс
адсорбции, притягивая
вещество чернил к
себе.
Активированный уголь
адсорбировал
красящее вещество
чернил, которое
осталось после
процеживания на
фильтре, оставив воду
практически чистой.
С легким шипением
таблетки и порошок
стали взаимодействовать
с красящим веществом
чернил (порошок
активнее)
Вода в стаканах
сохранила свою синюю
окраску, но цвет стал
неравномерным и более
сильным в районе
частичек угля.
Вода в обеих емкостях
после процеживания
практически чистая, в
стакане с толченым
углем она гораздо чище.

Итак, как можно убедиться поставленный опыт наглядно
Заключение
продемонстрировал свойства активированного угля и раскрыл течение
процесса адсорбции. В данном случае он проходил в жидкости, но как я
говорил выше, его свойства проявляются в любой среде, включая воздух и
твердые тела, потому как представляют собой следствие их взаимодействия
между собой.
Литература
://ВикипедиЯ
1. Брагин А. Обо всем на свете. Серия: Большая детская энциклопедия.
Издательство: Аст, 2007.
2. Детская энциклопедия "Я ПОЗНАЮ МИР".
3. Джексон Том. Кто есть кто в мире животных. - Москва, 2006 - С. 181.
4. Интернетресурсы: http
http://vocrugsveta.ru
http://www.google.com
http://zvercd.com
http
http://1.ru

5. Ухарцева А.В. Что? Где? Почему? Издательство: Аст, 2008.
6. Хомич Е.О. Что? Зачем? Почему? Издательство: Аст, 2008.
://Потому.ру

Белоусов К.С.
Минькова А.А.
Генералова К.Н.
Олонцев В.Ф.

Ключевые слова

АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ / ACTIVE CARBON / МЕЛАССА / MOLASSES / ОСВЕТЛЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / АДСОРБЦИЯ / ADSORPTION / ПОРИСТОСТЬ / POROSITY / DEPOLARIZATION CAPABILITY

Аннотация научной статьи по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.

Одним из выдающихся достижений науки в XIII веке стало открытие российским академиком Т.Е. Ловицем явления адсорбции активированным углем. Практическое применение этого рода адсорбента предоставляет ценные результаты, необходимые для дальнейшего развития промышленности. В настоящее время нет ни одной отрасли, где не нашли бы применения активированные угли. Их уникальность основывается на пористой структуре, от которой напрямую зависят адсорбционные характеристики, и, соответственно, качество активированного угля. Использование активированных углей обеспечивает возможность создания принципиально новых, экологически чистых технологических процессов и разнообразных изделий сорбционной техники. Активность угля может быть определена путем испытания его адсорбционной способности по отношению к различным растворам, органическим красителям. Активность является как свойством поверхности, так и свойством пространственного строения углерода. Адсорбционная активность углеродных сорбентов, в данном случае углей, может быть определена по органическим жидкостям специальным маркерам. Рассмотрены две методики определения осветляющей способности активированных углей по мелассе : французская (фирма «СЕСА») и российская. Приведен полный алгоритм эксперимента, включающий основные формулы, расчет экспериментальных навесок и базовые требования к мелассам для обеих методик. На основании литературных данных проведен сравнительный анализ меласс , установлено их сходство. Проведены исследования для эталонных углей России и Франции: ОУ-А, СР, СХV. На основании экспериментальных данных и содержания методик проводится их сравнительный анализ, вследствие чего делается вывод о более точном применении французской методики.

Текст научной работы на тему «Методы испытания осветляющей способности активированных углей по мелассе»

_ВЕСТНИК ПНИПУ_

2014 Химическая технология и биотехнология № 4

УДК 661.183.2

К.С. Белоусов, А. А. Минькова, К.Н. Генералова, В.Ф. Олонцев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ОСВЕТЛЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ПО МЕЛАССЕ

Активность угля может быть определена путем испытания его адсорбционной способности по отношению к различным растворам, органическим красителям. Активность является как свойством поверхности, так и свойством пространственного строения углерода. Адсорбционная активность углеродных сорбентов, в данном случае углей, может быть определена по органическим жидкостям - специальным маркерам.

Рассмотрены две методики определения осветляющей способности активированных углей по мелассе: французская (фирма «СЕСА») и российская. Приведен полный алгоритм эксперимента, включающий основные формулы, расчет экспериментальных навесок и базовые требования к мелассам для обеих методик. На основании литературных данных проведен сравнительный анализ меласс, установлено их сходство. Проведены исследования для эталонных углей России и Франции: ОУ-А, СР, СХУ. На основании экспериментальных данных и содержания методик проводится их

сравнительный анализ, вследствие чего делается вывод о более точном применении французской методики.

Ключевые слова: активированный уголь, меласса, осветляющая способность, адсорбция, пористость.

K.S. Belousov, A.A. Minkova, K.N. Generalova, V.F. Olontsev

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

METHODS OF TESTING OF DECOLORIZATION ABILITY OF ACTIVE CARBONS

Active charcoal can be determined by testing its adsorptive capacity with respect to different solutions, organic dyes. Activity is a property of the surface and the property of the spatial structure of carbon. Adsorption activity of carbon sorbents, in this case coal, can be determined by organic liquids - special markers.

This article describes two methods of decolorize capability on molasses index of active carbon by the French (firm «CECA») and Russian procedure is considered. The full scheme of experiment is given; it consists of basic analytic expressions, the calculation of experimental weights of active carbon and the base claims for molasses for both procedures. Based on the literature data, the comparative test for molasses is made, the analogy is found out. The experiments for the etalon carbons from Russia and French are made: OU-A, CP, CXV. On the authority of experimental data and content of both procedures, their comparative analysis is given; in consequence of this the conclusion about accuracy of French procedure is made.

Keywords: active carbon, molasses, depolarization capability, adsorption, porosity.

Угли относятся к группе промышленных адсорбентов. В качестве сырья для получения активированных углей применяются углерод-содержащие материалы различной природы: ископаемые торф и уголь, полимеры и смолы, растительное сырье (древесина, кора, скорлупа и т.д.) . Промышленные адсорбенты имеют высокоразвитую поверхность. Активированные угли как промышленные адсорбенты имеют ряд особенностей, определяемых характером их поверхности и пористой структуры. К таким особенностям относятся адсорбционные свойства . Адсорбция - поглощение газов, паров или жидкостей на поверхности раздела вещество - адсорбент .

Физическая адсорбция органических веществ из водных растворов наиболее сильно проявляется при использовании в качестве адсорбентов углеродных материалов, поскольку энергия вандерваальсового взаимодействия молекул воды с атомами углерода, образующими поверхность углеродных тел, намного меньше энергии дисперсионного взаимодействия этих атомов с атомами углеродного скелета органических молекул . В настоящее время увеличивается потребность в углеродных сорбентах для очистки питьевой, хозяйственно-бытовой и сточных вод, промышленных выбросов .

В аналитической химии методы научного исследования углей применяют для изучения состава, строения и свойств углей. В истории известно, что некоторые из подобных методов со временем становились стандартами для испытаний .

Одним из известных и надежных методов определения адсорбционной активности является использование раствора мелассы. Меласса - темно-коричневая органическая жидкость. Ее осветление является важным аналитическим методом в производстве углей . Она относится к органическим жидкостям, размер молекул которой около 3 нм (рис. 1). Некоторые виды активированных углей, имеющие развитую систему макро- (более 50 нм) и мезопор (от 2 до 50 нм), обладают способностью к адсорбированию больших молекул, подобных молекулам мелассы. Число мелассы, или ее эффективность - мера мезопор содержания активированного угля (больше, чем 20 А, или больше, чем 2 нм). Ее высокое число указывает на высокую адсорбцию больших молекул. Об эффективности мелассы говорит как процент, так и число мелассы. Существуют различные методики использования ее в качестве адсорбтива, но все они, по сути, схожи . Общие черты этих методик заключаются в следующем:

Мелассовое число активированного угля (ЕВРО) по европейской методике определяется как количество активированного угля в милиграммах, обладающее таким же обесцвечивающим эффектом, как и 350 мг (по сухому весу) стандартного порошкового угля А8100 при обесцвечивании стандартного раствора мелассы по стандартной методике. Чем меньше мелассовое число (ЕВРО), тем лучше уголь удаляет высокомолекулярные органические вещества из мелассы ;

Мелассовое число активированного угля по методике США выражает обесцвечивающую способность угля в относительных единицах к стандартному углю В-45. Исходя из этого чем больше мелассовое число (США), тем лучше уголь удаляет органические вещества из мелассы ;

Эффективность обесцвечивания мелассы выражается в процентах и показывает способность угля убирать 90 % цвета стандартного раствора мелассы. При этом способность стандартного порошкового угля В-45 (в граммах на единицу цветности) принята за 100 % .

Минимальный диаметр пор 3 нм (30 А) 1,5 нм (15 А) 0,5 нм (5 А)

Рис. 1. Сравнение размеров пор молекул для мелассы, метиленового

голубого и йода

Мелассовое число и эффективность адсорбции по мелласе являются наиболее эффективными стандартными методами, показывающими способность углей к удалению загрязнений из аминов и других растворов. Меласса содержит вещества, которые по своим размерам схожи с размерами загрязнений, вызывающих вспенивание абсорбционных растворов. Меласса - отход сахарного производства, сиропообразная жидкость темно-бурого цвета со специфическим запахом. Содержит 20-25 % воды, 50-60 % глюкозы, фруктозы, сахарозы, около 10 % растворенных высокомолекулярных природных красителей, азо-

тистых соединений (преимущественно амидов), свободных и связанных кислот, около 8 % золы .

На рассмотрение предоставляются две методики: французская, разработанная фирмой «СЕСА», и российский стандарт ГОСТ4453-74.

Мелласное число (фирма «СЕСА»)

Основная часть

Масса m активного угля измеряется в суспензии раствора мелассы. С учетом появившегося обесцвечивания раствора выявляется деко-лоризационная способность.

Масса Р - масса эталона угля, определение которой проводят при тех же технических условиях для получения той же обесцвеченности.

IMS - константа, характеризующая деколоризационную способность вышеназванного угля. Тогда мелассное число активного угля определяется как

Численное значение IMS обычно устанавливается и предоставляется в соответствии с мелассным числом сухого активного угля, использованного выше.

Общая схема метода

Построение изотермы деколоризации

Деколоризация D раствора мелассы может быть определена в соответствии с уравнением

D =ÇD)Mûf.1()o, (1)

где (D0f и (D0)b - оптическая плотность раствора мелассы после деколоризации и «холостого опыта» соответственно («холостой опыт» -это раствор, полученный без активного угля).

Связь между массой m используемого активного угля и получившейся деколоризацией D может быть записана в соответствии с изотермой сорбции Фрейндлиха:

K (100 - D)a, m

в которой К и а могут быть определены как константы для конкретного угля, определенной мелассы, конкретных технических условий и так далее, в соответствии с тем, что интервал деколоризации составляет от 60 до 90 %.

Количество рассматриваемого активированного угля, называемого стандартной пробой или эталоном, необходимое для данной деколоризации

Масса Р эталона, показывающего ту же деколоризацию, что и у испытуемого образца, записывается и определяется уравнением (1). Экспонента а является мнимой и содержится в каждой опытной серии по определению эталона; каждая серия содержит парные величины (р0, Д0), позволяющие исключить константу К. Уравнение записывается следующим образом:

Величина экспоненты а

Величину а определяют через линейную регрессию начиная с уравнения (1), записывая в логарифмической форме с использованием минимум 10 значений (ри Д), в установленном порядке распределяют по всей величине деколоризационного интервала - от 60 до 90 %.

Подобный анализ должен проделываться каждый раз, когда эталон или меласса заменяются. Это целесообразно и желательно, однако на практике необходимо заново осуществлять подобный анализ каждые три месяца для выявления возможного изменения в химическом составе мелассы.

Величина а всегда округляется до второго знака после запятой. Если изменение между новой величиной а и раннее использованной составляет величину, большую или равную ±0,02, необходимо сделать повторное подтверждение перед принятием нового значения а. Величина а, соответствующая текущим условиям:

Влажный эталон

Для использования постоянного материала эталон должен всегда находиться в пределах одних условий влаги. Для практической цели рассматривается и принимается во внимание 0 % влаги.

Таким образом, необходимо следующее:

Всякий раз высушивать используемый уголь перед использованием;

Или использовать его в том состоянии, в каком он находится, но сразу после его использования определять влагосодержание угля и включать этот недочет в общий подсчет.

Как правило, если И - это влагосодержание эталона, выраженное в процентах, то формула (2) принимает следующий вид:

Образцы активного угля

Поскольку необходимо удерживать значение деколоризации в требуемом интервале 60-90 %, следует разделять различные качества углей на 4 группы. Каждая группа характеризуется массой т¿, полученной путем серии измерений. Группы французских углей, используемых для осветления, следующие:

Группа 1: включает типы СХУ, СР; т1 = 125 мг;

Группа 2: включает угли 4Б, 3Б, 2Б и их эквивалентные заменители, в равной степени окисленные или обработанные кислотой: +СХА, СХ, 3 ББ 2, СЯ, БА 1703; т2 = 250 мг;

Группа 3: включает типы БМ, Б и их соответствующие окисленные или обработанные кислотой типы +20 и Б45; т3 = 500 мг;

Группа 4: О, ТК, 25 в; т4 = 1,000 мг (однако очень важно для этого типа, что взамен предложенного значения массы может быть использована цифра т = 1,500 мг).

В случае, если две большие разницы между активностью испытуемого угля не позволяют Б находится в интервале от 60 до 90 %, необходимо провести эксперимент, используя новую пробу и выбирая более подходящее значение величины тг-.

Как правило, для определения массы тг-, которая использовалась бы в соответствии с активностью выбранного активного угля, группа которого известна, предварительный эксперимент следует провести с использованием массы т2. Полученное таким образом значение деколоризации Б определяет активную группу и, следовательно, более подходящее значение тг-, которое приведет значение деколоризации между 60 и 90 %.

Деколоризация, % Группа

90 > 0 > 60 II

60 > 0 > 35 III

Метод контроля

Оборудование:

Пипетка на 100 мл с одной отметкой или автоматическая;

Стеклянная колба на 1 л;

Складчатый фильтр (фильтровальная бумага), тип 4В;

N 111 фильтры - с диаметром голубого слоя 150 мм;

Лабораторные сосуды;

Горелка или плитка;

Термостатическая баня;

Спектрофотометр;

Воронки;

Аналитические весы.

Реагенты:

Раствор мелассы;

Ортофосфорная кислота (Н3РО4) - раствор, 52 или 60 по шкале

Формальдегид (муравьиный альдегид) 30 %.

Подготовка раствора мелассы

Раствор мелассы объемом n0 из сахарного тростника взвешивается и вводится в круглую колбу объемом 1 л.

Добавляется 500 мл дистиллированной воды с последующим добавлением х мл чистого раствора Н3РО4 (аналитической степени чистоты); опытно выбирается с целью исключения ошибки с рН среды, равным 2,6 в конечном растворе мелассы. В основном от 2 до 3 мл достаточно на 60 кислоты по Боме:

x(H3PO4) = " = 1,71.

3 144,3 - 60 84,3

Для обеспечения надлежащего (правильного) раствора мелассы раствор нагревается и поддерживается в течение 5 мин при кипячении. Необходимо быстро охладить проточной водой до температуры окружающей среды. Добавить дистиллированной воды для достижения 1 л на 5 г раствора. Фильтровальный материал Clarcel DIC и дополнитель-

ный фильтрующий слой складываются над фильтром типа Дюрье 4В, раствор проходит через всю комплектацию дважды.

Для увеличения времени хранения раствора мелассы, который должен храниться в холодильнике, обычно добавляют 1 мл 30%-ного раствора муравьиного альдегида. Таким образом, раствор может храниться 2 или 3 дня максимум.

Оптическая плотность раствора мелассы, приготовленного таким образом, измеряется с помощью спектрофотометра при длине волны 450 нм, чтобы в результате получить обесцвечивание с массой эталона, равной Р0 = т2:

= (Б0)Ь0 - (Б0)/0 = 68 ± 20%. 0 (ЗД

Раствор мелассы готов к использованию.

Порядок работы

Обесцвечивание мелассы с использованием активного угля

В мензурку объемом 150 мл вводится т мг порошкообразного угля после того, как уголь взвесили с точностью до +0,1 мг, влажность его <10 %.

Масса образца т определяется с уровнем активности испытанного углерода в соответствии с пунктом «Образцы активного угля».

100 мл раствора мелассы, приготовленного, как описано в пункте «Подготовка раствора мелассы», измеряют (набирают) с помощью пипетки, добавляют к активированному углю, помешивая при помощи стеклянной мешалки. Мензурку помещают в термостатическую ванну при 92±2 °С. Необходимо достичь температуры 70 °С при перемешивании раствора время от времени. Химический стакан затем вынимают из ванны и раствор фильтруют через фильтр Дюрье с синей полосой 150 мм. Первые несколько миллилитров раствора необходимо повторно профильтровать (1-2 раза), чтобы получить совершенно чистый фильтрат.

Обесцвечивание в случае с эталоном и «холостым опытом»

В каждую серию опытов входят следующие два испытания:

Два измерения с эталоном, выполнением при одинаковых условиях, таких же как для исследуемого угля, начиная с массы Р = 250 мг сухого эталона (или с известным уровнем влажности И);

Один «холостой опыт»; другими словами, раствор мелассы, не содержащий активированный уголь, рассматривающийся в рамках тех же условий, что и другие растворы, для которых окончательный цветовой уровень будет использован как основной при расчете обесцвечивания.

Измерение оптических плотностей

Оптическую плотность (Д0)Ь «холостого опыта» и (Д0)/ углерода обесцвеченного раствора мелассы и аналогичный эксперимент с эталоном измеряют на спектрофотометре при длине волны 450 нм.

Подсчет мелассного числа

1. Расчет выполняется на основе измерения оптических плотностей. Обесцвечивание определяются с помощью уравнения (1).

Иными словами, Д(%) - для испытуемого активированного угля (масса т) и Д0(%) - для эталона (масса Р0 = т2). Д0 - это среднее из двух значений, соответствующих двум экспериментам с эталоном.

2. С помощью уравнения (2) определяется масса Р эталона, необходимая для получения обесцвечивания Д, влажность к эталона известна. В нынешних условиях значение показателя а = 0,26.

3. Мелассное число испытуемого активированного угля /М получают, исходя из соотношения, в котором 1Мз - индекс мелассы для сухого эталона.

В настоящее время используются стандартные значения /М^: М = 168.

Определение адсорбционной активности по мелассе (ГОСТ 4453-76)1

Общая часть

Раствор мелассы готовят следующим образом: около 50 г мелассы разбавляют 800 см3 дистиллированной воды и затем водой или мелассой доводят оптическую плотность раствора до 0,6-0,7 опт. ед. при замере в кювете с расстоянием между рабочими гранями 5 мм и до 1,21,4 опт. ед. при замере в кювете с расстоянием между рабочими гранями 10 мм, затем добавляют 1 г кизельгура или силикагеля, растертого в порошок с частицами размером не более 1 мм, и взбалтывают. Раствор фильтруют через складчатый бумажный фильтр.

1 ГОСТ 4453-76. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный.

С поправками и изменениями. Технические условия. Введ. 01.01.93. М.: Изд-во стан-

дартов, 1993. 23 с.

Оптическую плотность полученного раствора мелассы замеряют на фотоэлектроколориметре при синем светофильтре с длиной волны 40 нм. В качестве контрольного раствора применяют дистиллированную воду.

Оборудование:

Фотоэлектроколориметр типа ФЭК-М;

Колба мерная по ГОСТ 1770-74 вместимостью 250 см3;

Баня водяная;

Кизельгур или силикагель марки КСК по ГОСТ 3956-76;

Уголь осветляющий - образец;

Вода дистиллированная;

Бумага фильтровальная.

Проведение анализа

По 0,5 г анализируемого и образцового угля взвешивают, с погрешностью не более 0,01 г, помещают в плоскодонные колбы и добавляют по 100 см3 раствора мелассы. Содержимое колб нагревают на бане до 80 °С при непрерывном взбалтывании и выдерживают при этой температуре в течение 5 мин, не прекращая взбалтывать. После взбалтывания растворы сразу же фильтруют через бумажный фильтр, отбрасывая первые порции фильтрата. Растворы после фильтрации должны быть совершенно прозрачными.

Раствор охлаждают до температуры окружающей среды и определяют их оптическую плотность по отношению к дистиллированной воде при условиях, соответствующих определению оптической плотности исходного раствора мелассы.

Обработка результатов

Адсорбционную активность анализируемого угля по мелассе (Х1) в процентах вычисляют по формуле

где й - оптическая плотность исходного раствора мелассы; й1 - оптическая плотность раствора, обработанного образцовым углем; й2 - оптическая плотность раствора, обработанного анализируемым углем.

За результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 5 абс. %2.

2 ГОСТ 4453-76. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный.

С поправками и изменениями. Технические условия. Введ. 01.01.93. М.: Изд-во стандартов, 1993. 23 с.

Меласса является универсальным модельным веществом для оценки качества активных осветляющих порошкообразных углей, использующихся соответственно в тех отраслях, где проводится очистка (или осветление) высокомолекулярных технологических продуктов и полупродуктов. Различают 4 типа мелассы: рафинадная, тростниковая, сырцовая и свекловичная. Меласса фирмы «СЕСА» является тростниковой. Меласса, которую используют при анализе российских АУ по ГОСТ 4453-74, является свекловичной.

Естественно, что различное происхождение меласс объективно вызывает некоторые непринципиальные различия, которые выявляются при спектроскопическом исследовании в ИК-области. В целом ИК-спектры двух меласс идентичны (рис. 2), за исключением низкочастотной области (1300-650 см-1), известной как область «отпечатков пальцев», где каждое соединение в этом интервале имеет свою специфическую спектральную кривую. Ниже (табл. 1) приводятся данные по обеим мелассам при характерных частотах.

Таблица 1

Характеристики мелассы

№ п/п Французская меласса, см 1 Заводская меласса, см 1

1 1000 1000 (плечо)

2 930 (сил. инт.) 930 (плечо)

3 850-870 (шир.) 910 (шир.)

4 835 870 (уз.)

5 780 (плечо) 780

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 см"1

Рис. 2. ИК-спектры двух меласс : - отечественная свекольная меласса; - французская тростниковая меласса

Спектры двух меласс, снятые в УФ- и видимой областях (рис. 3), показывают, что абсорбционные кривые их схожи между собой. В ультрафиолете (<320 нм) красящие вещества меласс (по литературным данным) обладают селективным поглощением, различаясь лишь конфигурацией кривых. Это позволило применить спектроабсорбци-онный метод для количественного определения отдельных групп красящих веществ в мелассах и установить, что основная окраска их и, соответственно, состав обусловлены наличием следующих (табл. 2) групп красящих веществ в процентном отношении (приближенная оценка).

Таблица 2

Красящие вещества Французская меласса Заводская меласса

Продукты щелочного распада инвертных сахаров, % 70-75 70

Меланоидины, % 20-25 25-30

Карамели, % 5 0-5

200 210 220 230 240 250 260 2Ю 280 290 300 350 400 нм

Рис. 3. Спектры двух меласс в УФ - и видимой областях : - отечественная свекольная меласса; - французская тростниковая меласса

Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными сотрудниками МТИПП, которые исследовали все типы меласс методом гельфильтрационного разделения.

В прикладном плане визуальное сравнение двух меласс позволило заметить следующее:

Некоторое запаздывание по скорости растворения в воде французской мелассы;

Исходная (сиропообразная) меласса фирмы «СЕСА» в несколько раз концентрированнее российской.

Применение меласс в качестве адсорбтива является классическим, общеизвестным способом, но объективная оценка всех известных нам методик, использующих природные мелассы, неизбежно приводит к выявлению одного главного существенного недостатка, присущего всем мелассам. Это то, что они в значительной степени подвержены изменениям качественного и количественного характера, что обусловливается, в свою очередь, различными природно-климатическими условиями происхождения сырья-основы. Иными словами, нестабильность состава адсорбтива-красителя (мелассы) является одинаково отрицательным моментом как для российской методики по ГОСТ 4453-74, так и для методики фирмы «СЕСА». Что касается первого метода, то вывод подтверждается многолетним опытом работы российских лабораторий, а второго - литературными данными аналогичных исследований.

Следует отметить также еще один, по нашему мнению, отрицательный момент в методике по ГОСТ 4453-74 и в методике фирмы «СЕСА». Это необходимость применения эталонного угля. Кроме трудностей подбора эталонного угля со строго определенными характеристиками, использование его как единого стандарта сравнения для контроля качества промышленных активных осветляющих углей, природа поверхности которых неодинакова (щелочные, кислые), считаем принципиально неверным.

В практическом плане освоение методики определения мелас-сного числа, используемой фирмой «СЕСА», позволило выявить следующее: французская методика находится на уровне качественно более высоком, чем российская, хотя суть методов, основной ход операций совпадают. Уровень французской методики определяется особой детальностью разработки, тщательным многоступенчатым подготовительным периодом перед непосредственным анализом, насыщенностью лабораторным оборудованием и приборами. Алгоритм выполнения расчетов по проведенным измерениям включает несколько ступеней, что, естественно, усложняет их. Показатель осветляющей способности в отличие от стандартной российской методики является безразмерной величиной (мелассное число), включающей в себя ряд относительных величин и констант.

В целом выполнение методики требует высокой квалификации лаборанта.

Полное воспроизведение методики фирмы «СЕСА» в наших условиях не представилось возможным, так как не все условия мы смогли соблюсти. Например:

Реактив Clarcel DIC по предполагаемой аналогии заменили известным нам кизельгуром;

Из лабораторного оборудования фирмы «СЕСА» мы не располагаем гофрированными фильтрами Дюрье (они были заменены складчатыми бумажными фильтрами) и не использовали вакуумные колбы с тиглями для фильтрования.

С учетом ряда приближений и допущений результаты проанализированных в процессе освоения методики фирмы «СЕСА» образцов выглядят следующим образом (табл. 3).

Таблица 3

Испытания активированных углей

Образец Мелассное число (фирма «СЕСА») Адсорбционная активность, % (ГОСТ 4453-74)

СР (Франция) 363 174

ŒV (Франция) 335 169

ОУ-А (РФ) 150 109

Эталон (РФ) 136 100

Исходя из представленной таблицы, полученные результаты можно интерпретировать следующим образом: благодаря особому построению алгоритма измерений и расчетов во французской методике она оказывается более мобильной, более чувствительной в оценке качества углей. Разницу в активности между образцами углей, например СР и CXV, российская методика почти нивелирует, тогда как анализ по методике фирмы «СЕСА» фиксирует различное их качество. Достижение такой наглядности в отображении качества углей - результат глубокой научной проработки анализа с включением необходимой лабораторной техники.

Итак, проведенное исследование свидетельствует о том, что методика фирмы «СЕСА» является более чувствительной, чем отечественная, и позволяет более тонко отличать активные угли по их качеству. Эти особенности французской методики следует учесть при усовершенствовании отечественной стандартной методики.

Список литературы

1. Бакланова О.Н. Микропористые углеродные сорбенты на основе растительного сырья / Росийский химический журнал. - 2004. -№ 3. - С. 89-94.

2. Кингле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. - Л.: Химия, 1984. - 216 с.

3. Когановский А.М., Левченко Т.М., Кириченко В. А. Адсорбция растворенных веществ. - Л.: Наукова думка, 1977. - 223 с.

4. Рощина Т. М. Адсорбционные явления и поверхность / Соро-совский образовательный журнал. - 1998. - № 2. - С. 89-94.

5. Шумяцкий Ю.И. Адсорбционные процессы: учеб. пособие. -М., 2005. - 164 с.

6. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984. - 592 с.

7. Авгушевич И.В., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. - М.: НТК «Трек», 2008. - 368 с.

8. Активированные угли Petrodarco - эффективные активированные угли для удаления высокомолекулярных соединений и частиц минеральных масел из абсорбционных растворов [Электронный ресурс] // Norit Digital Library. - 2011. - URL: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/ 2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (дата обращения: 5.10.2014).

9. Силин М.П. Технология сахара. - М.: Книга по требованию, 1967. - 625 с.

1. Baklanova O.N. Mikroporistye uglerodnye adsorbenty na osnove rastitelnogo syrya . Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2004, no. 3, pp. 89-94.

2. Kingle Kh., Bader E. Aktivnye ugli i ikh promyshlennoe prime-nenie . Moscow: Khimiya, 1984. 216 p.

3. Koganovskiy A.M., Levchenko T.M., Kirichenko T.A. Adsorbtsiya rastvorennykh veschestv . Leningrad: Naukova Dumka, 1977. 223 p.

4. Roschina T.M. Adsorbtsionnye yavleniya i poverkhnost . Sorosovskiy obrazovatelnyy zhurnal, 1998, no. 2, pp. 89-94.

5. Shumyatskiy Yu.I. Adsorbtsionnye protsessy . Moscow, 2005. 164 p.

6. Keltsev N.V. Osnovy adsorbtsionnoy tekhniki . Moscow: Khimiya, 1984. 592 p.

7. Avgushevich I.V., Bronovets T.M. Standartnye metody ispytaniya ugley. Klassifikatsiya ugley . Moscow: NTK "Trek", 2008. 368 p.

8. Aktivirovannye ugli Petrodarco - effektivnye activirovannye ugli dlya udaleniya vysokomolekulyarnykh soedineniy i chastits mineralnykh masel iz adsorbtsionnykh rastvorov . Norit Digital Library, 2011, available at: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (accessed 5 October 2014).

9. Silin M.P. Tekhnologiya sakhara . Moscow: Kniga po trebovaniyu, 1967. 625 p.

Белоусов Константин Сергеевич (Пермь, Россия) - аспирант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).

Минькова Анфиса Андреевна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

Генералова Ксения Николаевна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

Олонцев Валентин Федорович (Пермь, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

About the authors

Konstantin S. Belousov (Perm, Russian Federation) - graduate student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation, email: [email protected]).

Anfisa A. Minkova (Perm, Russian Federation) - master student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: [email protected]).

Kseniya N. Generalova (Perm, Russian Federation) - master student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Valentin F. Olontsev (Perm, Russian Federation) - doctor of technical science, professor, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: [email protected]).

Главная > Исследование

IV Соревнование молодых исследователей программы «Шаг в будущее»

в Северо-Западном федеральном округе РФ

XII Региональная научная и инженерная выставка молодых исследователей «Будущее Севера»

Направление: Естественные науки и современный мир

Секция: химия

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

ученица 9 А класса

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска.

Научный руководитель:

Семичева Валентина Фирсовна

Учитель химии I квалификационной категории

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска

Ирина Анищенко

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХОТХОДОВ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска Мурманской области

Научная статья.

Введение………………………………………………………………………………4 Основная часть…………………………………………………………………….….6 1.Теоретическое исследование………………………………………………………6 1.1.Что такое адсорбция?..............................................................................................6 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента ………………..7 1.3.Опыт №1. ………………………………………………………………………....7 1.4.Адсорбция газов………………………………………………………………….7 1.5.Опыт №2………………………………………………………………………….7 1.6.Адсорбция из растворов………………………………………………………....8 1.7.Опыт№3………………………………………………………………………..…9 1.8.Выводы теоретического исследования…………………………………….…..9 2Исследование…………………………………………………………………….…9 2.1. Опыт№1- адсорбция глины и наполнителя из мела…………………………..9 2.2.Опыт №2- улучшение свойств адсорбции глины…………………………….10 2.3.Опыт №3- адсорбция разливов кислоты и щелочи……………………….…..11 2.4.Выводы исследования……………………………………………………….…12 3Общие выводы…………………………………………………………………….13 Заключение………………………………………………………………………….14 Источники информации……………………………………………………………15

Адсорбция.

План исследования.

Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для химической лаборатории. Задачи: 1.Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа. 2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4. Создать универсальный адсорбент для химической лаборатории. 5.Оформить результаты. 6.Представить результаты на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования : свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим адсорбент широкого спектра действия.

Введение.

Инициатива использования отравляющих веществ в качестве оружия массового уничтожения принадлежит германскому империализму. Хлор был впервые применен 22 апреля 1915 года на Западном фронте недалеко от бельгийского города Ипра против англо-французских войск. Вдыхание хлора вызывает удушье, тяжелое воспаление дыхательных путей, отек легких и смерть. Было выпущено 180 т хлора в течении 5 мин из 6 тысяч баллонов на фронте шириной 6 км. Первая атака хлором лишила боеспособности целую дивизию, оборонявшую участок. 15 тыс. человек было выведено из строя, из них 5 тыс. навсегда. Почти через месяц газовая атака была повторена на Восточном фронте против русских войск у местечка Воля Шидловска, в Польше. На участке фронта в 12 км при ветре, дувшем в сторону русских позиций, было выпущено из 12 тысяч баллонов более 150 т ядовитого газа. Внезапность нападения и полная беззащитность против ядовитого действия газа вызвали массовые и тяжелые поражения. «Газы» в эту ночь вывели из строя целую дивизию. Передовые линии, представляющие собой сплошной лабиринт окопов и ходов сообщения, были завалены трупами и умирающими людьми. Из строя выбыло 9 тыс. человек. Начавшаяся химическая война готовила человечеству неисчислимые жертвы и страдания. От этих жертв человечество спас древесный уголь. Профессор, Н. Д. Зелинский, выдающийся химик и ученый, изобрел, провел испытания и в 1915 г. предложил противогаз, действующий на основе явления адсорбции. Вдыхание отравленного воздуха через противогаз целиком освобождало воздух от ядовитых примесей и защищало солдат от действия отравляющих веществ. Способность некоторых материалов поглощать другие вещества, иногда ядовитые, используют и по сей день. Происходят разливы нефти при ее транспортировке. Можно эту нефть собрать другими веществами-поглотителями. Происходят разливы кислот при их транспортировке. Можно нейтрализовать эти разливы кислот и собрать продукты адсорбентами. Вопрос утилизации некоторых веществ, очистки веществ от примесей актуален до сих пор. Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи:1. Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа.

2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4.Создать универсальный адсорбент для кабинета химии. 5.Оформить результаты исследования. 6.Представить результаты исследования на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования: свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными поглотительными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим универсальный адсорбент, широкого спектра действия.

Основная часть.

1.Теоретическое исследование Методы: анализ, обобщение, химический эксперимент. 1.1.Открытие явления адсорбции. Явление адсорбции было открыто в 1785 г. русским ученым Ловицем. Изучая свойства угля, Ловиц обнаружил, что это вещество обладает замечательной способностью поглощать (адсорбировать) различные вещества(газы, растворенные в воде краски). Ловиц указал на возможность использования этих свойств угля для практических целей. Например, для очистки питьевой воды на кораблях. Адсорбция(лат.ad-на; при; sorbeo-поглощаю)-процесс концентрирования вещества из объема фаз на границе их раздела. В более узком смысле под адсорбцией понимают поглощение примесей из газа или жидкости твердым веществом-адсорбентом. Адсорбционная способность угля объясняется особыми условиями, в которых находятся частицы на их поверхности.

Если внутри вещества все силы, действующие между частицами, уравновешены, то на поверхности в равновесии находятся только те силы, которые направлены внутрь вещества. Вследствие этого у поверхности адсорбента создается силовое поле, благодаря которому и притягиваются частицы газа или раствора к поглотителю. Процесс идет самопроизвольно. 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Адсорбционные свойства определяются величиной поверхности адсорбента. Адсорбент способен поглощать тем большее количество вещества, чем больше его поверхность. Поверхность зависит от степени измельчения адсорбента. 1.3.Опыт№1. 6 Цель: установить зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Задачи: -провести хим. эксперимент адсорбции хлора активированным углем с разной площадью адсорбента; -вести наблюдение за адсорбцией хлора; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыт проводим в вытяжном шкафу) Колбы №1,№2 заполняются хлором. Это газ желто-зеленого цвета. В колбу№1 помещаем 2 таблетки активированного угля, колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 30 сек. В колбу№2 помещаем измельченные 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 5 сек. Вывод: с увеличением площади поверхности адсорбента скорость адсорбции увеличивается, значит, увеличивается и количество поглощаемого вещества. Следовательно, хорошими адсорбентами могут быть такие материалы, которые обладают сильно развитой поверхностью, что свойственно веществам, имеющим пористую, губчатую структуру. 1.4.Адсорбция газов. Газы неодинаково адсорбируются активированным углем. Существует зависимость адсорбции газа от его температуры кипения. Трудно адсорбируются газы, которые трудно сжижаются(О 2). Хорошо адсорбируются газы, которые легко сжижаются (SO 2 , Cl 2 , NH 3). 1.5.Опыт №2 Цель: установить зависимость адсорбции газов от их температуры кипения. Задачи:- провести адсорбцию хлора, аммиака, кислорода активированным углем; - вести наблюдения за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыты проводим в вытяжном шкафу) 7 Колба №1 заполняется хлором. Это газ желто-зеленого цвета. Температура кипения- -34,1 0 С. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем. Через 5 секунд желто-зеленый цвет исчез. Хлор поглотился активированным углем. Колба №2 заполняется аммиаком. Это бесцветный газ. Температура кипения аммиака - 35 0 С. Газ доказываем влажной полоской универсального индикатора. Полоска приобретает насыщенный синий цвет у отверстия колбы. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем.Через сутки проверяем наличие аммиака у отверстия колбы. Влажная полоска универсального индикатора приобретает слабый синий цвет. Большая часть газа поглотилась активированным углем. Колба №3 заполняется кислородом. Это бесцветный газ. Температура кипения кислорода- -183 0 С. Газ доказываем тлеющей лучинкой. Лучинка ярко загорается. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем. Через сутки проверяем газ тлеющей лучинкой у отверстия колбы. Лучинка ярко вспыхивает. Газ почти не поглотился активированным углем. Вывод: данный химический эксперимент подтвердил закономерность: с уменьшением температуры кипения газа понижается его адсорбция. 1.6. Адсорбция из растворов. Активированный уголь адсорбирует не только газы, адсорбирует и растворенные вещества. Существует зависимость величины адсорбции от концентрации растворенного вещества. 1.7.Опыт №3. Цель: установить зависимость адсорбции растворенного вещества от концентрации растворенного вещества. Задачи: - провести адсорбцию ненасыщенного и насыщенного растворов фуксина активированным углем; -вести наблюдение за химическим экспериментом; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: 8 Колба №1 наполовину заполняется ненасыщенным раствором фуксина (раствор имеет розоватый цвет). В раствор помещаем 3 таблетки измельченного активированного угля. Оставляем на сутки. Колба №2 наполовину заполняется насыщенным раствором фуксина (раствор имеет насыщенный розовый цвет). Через сутки наблюдаем следующее. Раствор фуксина в колбе №1,№2 прозрачный, т. е. краситель из раствора поглотился. Вывод: с увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. Выводы теоретического исследования. 1.Адсорбция – процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый.

2. Исследование.

Методы: химический эксперимент, наблюдение, сравнение. Цель: приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи: - исследовать другие материалы на способность поглощать вещества: глину, наполнитель из мела; - сравнить адсорбционные свойства исследуемых веществ, выявить преимущества; - создать универсальный адсорбент для кабинета. Адсорбцией обладают многие вещества. 2.1. Опыт№1. Цель: исследовать адсорбционные свойства глины, наполнителя из мела. Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия глиной и наполнителем из мела;9 - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник,проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину измельченной глиной. Через слой глины пропустим 50 мл раствора перманганата калия (р-р фиолетового цвета). Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Ионы марганцевой кислоты адсорбировались глиной. Адсорбция прошла за 30 мин. Глина приобрела вид пластичной массы, через которую трудно проходит раствор. Воронка №2 наполовину заполняется наполнителем из мела. Через слой наполнителя пропустили 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит фиолетовый фильтрат. Ионы марганцевой кислоты не адсорбировались наполнителем из мела. Вывод. 1. Глина-адсорбент. Адсорбция глиной идет медленно, т.к. частицы глины слипаются, образуя вязкую массу, затрудняющую прохождение раствора. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. 2.2.Опыт№2. Цель: улучшить адсорбционные свойства глины; Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины и песка; - провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины; песка; и наполнителя из мела; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину смесью: 1 ч. глины и 1 ч. песка. Через смесь пропустить 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 2 минуты. 10 Вывод. Песок улучшает адсорбцию глины. Песок- разрыхлитель, препятствует слипанию частиц глины, обеспечивает насыщаемость жидкостью по микрокапилярам всего слоя адсорбента. Воронка №2 наполовину наполняется смесью: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя. Через смесь пропускаем 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 30 сек., поглотилось много жидкости. Вывод. 1.Песок вместе с наполнителем улучшили адсорбционные свойства глины. 2.Смесь, состоящую из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя предлагаем использовать в химической лаборатории в качестве адсорбента. 2.3. Опыт№3 Цель: исследовать адсорбционные свойства смеси адсорбента на разлив кислоты и щелочи. Задачи: - провести адсорбцию разлива серной кислоты смесью адсорбента; - провести адсорбцию разлива щелочи смесью адсорбента; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Пластмассовый поддон №1. В нем делаем разлив 5 мл серной кислоты.(1:1). Смесь адсорбента насыпаем по периметру разлива, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. Наблюдения: - слышим шипение, т. е. выделяется газ. Наполнитель из мела нейтрализует кислоту. Через 5 мин. индикаторная полоска не фиксирует наличие кислоты в смеси адсорбента. Адсорбент убрал кислоту. Сама смесь адсорбента не растекается, хорошо собирается в совок. Пластмассовый поддон №2. В нем сделали разлив 5 мл щелочи. Смесь адсорбента насыпаем по периметру, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. 11 Наблюдения:- щелочь поглотилась адсорбентом, разлив убрали, но индикаторная полоска фиксирует наличие щелочи в адсорбенте. Щелочь не нейтрализуется. Адсорбент не растекается, хорошо собирается в совок. 2.4. Выводы исследования. 1.Глина обладает свойствами адсорбента. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. Наполнитель из мела - нейтрализатор. 3.Адсорбцию глины можно улучшить, добавив к ней песок и наполнитель из мела. 4.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент. 5.Смесь- адсорбент хорошо убирает разливы кислот и щелочей. 6.Адсорбент, состоящий из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела, можно рекомендовать для использования в химический лаборатории.

Общие выводы.

1.Адсорбция- процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый. 7.Глина обладает свойствами адсорбента. 8.Наполнитель не обладает свойствами адсорбента. 9.Адсорбционные свойства глины можно улучшить, добавив песок и наполнитель из мела. 10.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент, который убирает разливы кислот и щелочей. Эту смесь можно рекомендовать для использования в химической лаборатории. Свойства компонентов в смеси: - глина- адсорбент; - наполнитель из мела – нейтрализатор; - песок – разрыхлитель

Заключение.

Адсорбция – всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей газа или жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый уголь, силикагели, цеолиты, а также некоторые другие группы природных материалов и синтетических веществ. Обработка воды адсорбентами позволяет удалить из воды вещества, которые придают ей привкусы и запахи. Очистка воды через угольные фильтры тоже решает вопрос чистоты питьевой воды. Люди используют фильтры для сигарет, которые задерживают частицы дыма и часть никотина и этим уменьшают вредные воздействия этого яда на организм. Один из новых подходов к утилизации вредных веществ – их переработка в адсорбенты, последующее использование которых ориентировано на решение экологических проблем промышленно-насыщенных регионов.

Изучение процессов адсорбции активированным углем различных веществ из растворов

Цель:

Проверить адсорбционную способность угля;

Изучить влияние природы растворителя на адсорбцию;

Познакомиться с хроматографическим методом анализа.

Оборудование: пробирки, воронка, фильтровальная бумага, адсорбционная колонка, активированный уголь, растворы нитрата свинца и йодида калия, водный и спиртовой раствор фуксина, смесь солей меди, железа, кобальта.

Задание: Проделать следующие опыты, записать наблюдения и сделать выводы.

Опыт 1. Адсорбция углем различных веществ из растворов. В одну пробирку налейте раствор индиго, в другую - раствор йода. В каждую пробирку насыпьте около 0,2г. древесного угля, хорошо взболтайте и отфильтруйте. Исследуйте фильтрат в пробирках на запах и цвет. Объясните наблюдаемые явления.

Опыт 2. Адсорбция ионов свинца углем. В две пробирки налейте по 5мл. 0,05%-ного раствора нитрата свинца. В одну пробирку добавьте небольшое кол-во раствора йодида калия для доказательства наличия ионов свинца в растворе. В другую пробирку добавьте около 0,2г. древесного угля и взболтайте в течение 5 мин. Отфильтруйте раствор и проверьте присутствие ионов свинца реакцией с йодидом калия. Напишите ионное уравнение качественной реакции Рb2+. Объясните наблюдаемое явление.

Опыт 3. Влияние природы растворителя на адсорбцию. В одну пробирку налейте слабоокрашенного водного раствора фуксина, в другую – такое же кол-во спиртового раствора. В обе пробирки внесите по 0,2г. древесного угля и взболтайте в течение 5 мин. Отфильтруйте растворы. Почему о одном случае адсорбция идет хорошо, а в другом плохо?

Опыт 4. Хроматографическое разделение солеи. Для хроматографического разделения солей можно использовать стеклянную трубку. В качестве адсорбента используют оксид алюминия, заполняя пространство над ватой примерно на 3/4. Заполненную колонку укрепляют в штативе над стаканом, для уплотнения адсорбента вливают небольшую порцию воды, а затем производят разделение смеси (смесь вливают малыми порциями). Смесь готовят, сливая в химический стакан по 5мл. 1%-ные растворы FeCl3, Cu(NO3)2, Co(NO3)2. Зарисуйте колонку и укажите порядок расположения веществ в ней при их разделении.

Опыт 5. Адсорбция белками жира и примесей из бульона. Белок яйца смешать с натертой на крупной терке морковью. Добавить смесь в теплый бульон и довести до кипения. Остудить. Полученный раствор отфильтровать.

Контрольные вопросы:

1.В чем проявляется особенность поверхностного слоя на границе раздела фаз? Что такое адсорбция?

Реактивы и оборудование:

медь;
концентрированная азотная кислота;
активированный уголь;
конические колбы (3);
пробки (2);
пробка с газоотводной трубкой.

Пошаговая инструкция

Приготовим три колбы: две с пробками и одну - с газоотводной трубкой. В колбу с газоотводной трубкой добавим и нальем концентрированную азотную кислоту. Интенсивно выделяется бурый газ – диоксид азота. «Разольем» его по двум колбам и закроем пробками. Через некоторое время, убедившись, что системы герметичны, в одну из колб добавляем таблетки .

Пояснение процесса

Спустя несколько минут в колбе с таблетками будет постепенно исчезать: его адсорбирует активированный уголь. Адсорбция - это процесс поглощения газов, паров, веществ из раствора или газовой смеси адсорбентом (поверхностным слоем жидкости или твердого тела). Хорошим «поглотителем» является активированный уголь. В зависимости от технологии изготовления поверхность одного грамма угля может иметь площадь около 1500 м². Активированный уголь широко используется в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.

Меры предосторожности

В опыте используются ядовитые вещества. Не повторяйте эксперимент дома.

Внимание! В эксперименте использованы токсичные и опасные для здоровья вещества. Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно.

Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Опыт с активированным углем и духами. Изучение процессов адсорбции активированным углем различных веществ из растворов. Средство от похмелья

Аннотация научной статьи по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.

Похожие темы научных работ по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.,

Текст научной работы на тему «Методы испытания осветляющей способности активированных углей по мелассе»

Изучение процессов адсорбции активированным углем различных веществ из растворов

Пошаговая инструкция

Пояснение процесса

Меры предосторожности

Популярное

Технократическое движение

Война еще не началась А война еще не началась

С чего начать изучение английского языка: секреты обучения

Основные химические реакции алкенов

Актуализация опорных знаний

Небесные явления Как заметить вращение звездного неба

Буква н мягкий звук задания для детей

ВЫБОР РЕДАКТОРА

Сравнение качественных прилагательных в английском языке

Формирование движения сопротивления оккупантам в югославии в годы второй мировой войны

Климат рельеф и геологическое строение

ПОПУЛЯРНЫЕ ЗАПИСИ

Лорелея Генрих гейне лорелей дословный перевод

Сочинение по произведению М

Геологические периоды в хронологическом порядке

ПОПУЛЯРНАЯ КАТЕГОРИЯ