Термодинамическое описание ад- и абсорбционных равновесий в неинертных системах

• Автор: Яковлев, Владислав Юрьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 143 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Введение

1.2. Основные сведения об адсорбции.

1.3. Виды адсорбентов, изотермы адсорбции и классические уравнения адсорбционных равновесий

1.4. Теории адсорбционной деформации адсорбентов

ГЛАВА II. УРАВНЕНИЕ МЕЖФАЗОВОГО СОРБЦИОННОГО

РАВНОВЕСИЯ ДЛЯ НЕИНЕРТНЫХ СОРБЕНТОВ

2.1. Введение.

2.2. Вывод уравнения

2.3. Частные случаи сорбционных равновесий, следующие из предложенного соотношения.
2.4. Модель адсорбционной деформации микропористых адсорбентов.
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ГАЗОВ И.
ДЕФОРМАЦИИ МИКРОПОРИСТОГО АДСОРБЕНТА В ШИРОКОМ ИНТЕРВАЛЕ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР
3.1. Введение.
3.2. Методы измерения адсорбции.
3.3. Объекты исследования.
3.4. Методика измерения адсорбции.
3.5. Результаты адсорбционного исследования.
3.6. Исследование адсорбционной деформации
3.7. Методика измерения адсорбционной деформации
3.8. Результаты деформационного исследования
3.9. Оценка погрешности измерений.
ГЛАВА IV. РАСЧЕТ ТЕПЛОТ И ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ, АДСОРБЦИОННОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ИЗМЕНЕНИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
АДСОРБЕНТА ПРИ КОНТАКТЕ С ГАЗАМИ.
4.1. Введение.
4.2. Изостерические теплоты адсорбции.
4.3. Описание изотерм деформации
4.4. Описание изотерм адсорбции.
4.5. Изменение термодинамических функций микропористого
углеродного адсорбента при взаимодействии с адсорбатом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Наряду с адсорбцией, которая является типично поверхностным процессом, может происходить поглощение газа или пара всем объемом твердого тела или жидкости. Такое явление называется абсорбцией. В адсорбционных опытах, наблюдая поглощение газа, часто бывает трудно разделить и идентифицировать оба процесса. Поэтому, когда сложно судить о механизме процесса или когда оба процесса протекают одновременно, то используют более общий термин сорбция. Адсорбция возникает за счет молекулярных сил, возникающих на границе раздела фаз. Рассмотрим причину возникновения этих сил. Так, на поверхности раздела жидкость газ или твердое тело газ, молекулы, находящиеся в поверхностном слое, испытывают большее притяжение со стороны соседних молекул внутренних слоев вещества, чем со стороны молекул газа. Поэтому свойства поверхностных слоев вещества всегда несколько отличаются от свойств его внутренних слоев. Природа адсорбционных связей зависит от природы твердого тела или жидкости и молекул газовой фазы. Исследования адсорбционных процессов призодят к выводу, что в различных случаях адсорбции играют роль как физические, так и химические взаимодействия между адсорбентом и адсорбируемым веществом. В первом случае не происходит образование общих электронов адсорбента и адсорбата. Адсорбция вызывается тем, что поверхностные атомы или ионы адсорбента создают в поверхностном слое силовое поле, в котором конденсация молекул окружающего газа происходит значительно легче, чем в отсутствие поля 4. Такую адсорбцию называют физической. При химическом взаимодействии адсорбента и адсорбата образуется обычная химическая связь с перераспределением электронов. Адсорбция при этом сопровождается выделением значительного количества теплоты, далеко превосходящей теплоту конденсации и отвечающей тепловым эффектам химических процессов. Такую адсорбцию называют химической адсорбцией 4. При подобных процессах могут значительно изменяться и свойства самого адсорбированного газа. Если молекулы адсорбируемого газа не образуют настоящих устойчивых химических соединений с атомами адсорбента, то все же под действием наиболее активных участков поверхности адсорбируемые молекулы могут в той или иной степени деформироваться и несколько изменять свои химические свойства 5. В зависимости от поведения адсорбированных молекул в поверхностном слое различают локализованную и нелокализованную адсорбцию. Это различие обусловлено тем, что положения адсорбированных молекул на поверхности адсорбента энергетически неэквивалентны. Поверхность твердого тела, а в особенности хорошего адсорбента, не является гладкой, а имеет многочисленные ультрамикроскопические выступы и углубления. Степень насыщенности валентных атомов, расположенных на различных участках поверхности, различна, а следовательно, неодинакова и способность к взаимодействию с атомами и молекулами окружающего газа. Области локализации адсорбированных молекул определяются энергетической выгодностью. Если перепады энергии связи значительны и много больше тепловой энергии адсорбированных частиц, то в этом случае области локализации четко выражены, и в таком случае речь идет о локализованной адсорбции. Если же перепады энергии связи небольшие, соизмеримые с энергией теплового движения молекул адсорбата, то в таком случае нет четкого выражения областей локализации, адсорбция является нелокализованной. Если энергия связи адсорбент адсорбат соизмерима с энергией связи между атомами адсорбента, тогда при адсорбции может измениться состояние всей приповерхностной области твердого тела. Большинство работ, посвященных физической адсорбции, относятся к области давлений не превышающих атмосферное 6. Методики исследования адсорбции и теплот адсорбции хорошо разработаны и позволяют получать сведения о пористой структуре, химии поверхности, свойствах адсорбента и оценивать адсорбцию в реальных промышленных процессах. Однако точность таких оценок при переходе к высоким давлениям оказывается недостаточной. Современные адсорбционные технологии часто используют повышенные давления.