Международный
научный журнал

Адсорбция метанола на модифицированных адсорбентах


Methanol adsorption on modified adsorbents

Цитировать:
Адсорбция метанола на модифицированных адсорбентах // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Хандамов Д.А. [и др.]. 2019. № 2(56). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6908 (дата обращения: 18.07.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

В статье изучено адсорбция паров метилового спирта в модифицированных адсорбентов. Повышение температуры дегидратации всех модифицированных образцов при повышение температуры дегидратации до 423К вызывает увеличение Vsна 20-30%. Адсорбенты по Vs можно расположить в ряд:

ТМАБ> РуБ > ПГАБ > ЭАБ > МАБ.

По удельной поверхности:

ПГАБ > ТМАБ > ЭАБ > МАБ> РуБ.

Высокие значения S ПГАБ и ТМАБ указывают на микропористость адсорбентов.

ABSTRACT

In the article adsorption of methyl alcohol vapor in modified adsorbents has been studied. Increase of dehydration temperature of all modified samples with increase in dehydration temperature to 423 K causes increase in Vs by 20–30%. Adsorbents for Vs can be arranged in a row:

ТМАB> RuB> PGAB> EАB> МАB.

By a specific surface:

PGAB> TMAB> EAB> MAB> RuB.

High values of S PGAB and TMAB indicate the microporosity of adsorbents.

 

Ключевые слова: Бентонит,адсорбция, изотерма, метанол, модификация, адсорбент.

Keywords: bentonite; adsorption; isotherm; methanol; modification; adsorbent.

 

В настоящее время бентонитовая глина и адсорбенты нашли широкое применение в качестве адсорбента в разных отраслях народного и сельского хозяйства [2, 25 с.]. Органобентониты легко набухают в органической среде, образуя тиксо­тропические гели, которые легко присоединяются к органическим и полимерным материалам [5, с. 23].

Объектом исследования является Навбахорский щелочной бентонит (ПБВ марки) (Узбекистан), состоящий в основном из натриевого монтмо­риллонитового минерала, характеризующийся емкостью катионного обмена E=0,73 мг-экв/г и химическим составом (в мас %): SiO2 -57,91, TiO - 0,35, Al2O3-13,69, Fe2O3-5,10, CaO-0,48, MgO-1,84 SO3-0,75, K2O-1,75, P2O5 -0,43, CaO -0,48, Na2O-1,53, потери при прокаливании 16,17 [6, С.52].

Из щелочного бентонита Навбахарского место­рождения получают растворы, перемешав такие вещества как: метиламмониевые-, этиламмониевые-, тетраметиламмонивые- и пиридиниевые монтмо­риллониты с добавлением в 3,5% водную суспензию натриевого бентонита, 2 н соли метиламмониевого гидрохлорида, этиламмониевого гидрохлорида, тетраметиламмониевого хлорида и пиридинового гидрохлорида. Так же эти растворы получают, перемешав семизарядные полигидроксиалю­миниевые катионы (ПГАК) - [Al13O(OH)24·(H2O)12]7+ 0.03 н ионов натрия имеющиеся в составе полигидроксиалюминиевого бентонита. Образцы полученные на основе щелочного Навбахарского месторождения (NaБ) были названы: метиламмоний бентонит - МАБ, этиламмоний бентонит - ЭАБ, тетраметиламмоний бентонит - ТМАБ, пиридиний бентонит - РуБ полигидроксиалюминиевый бентонит - ПГАБ [9, С.33].

Метанол полученный в качестве адсорбата до его применения в процессе адсорбции, изначально очищается в вакуумных условиях и высушивается. Его паровое давление должно равняться данным таблицы приведённых для метанола [10, С.1]. По характеристики Киселёва [1, С.12] адсорбаты делятся на четыре вида. Метанол относится ко второму виду, имеет гидроксильную группу и неподелённую электронную пару, дипольный момент равен 1.70 Д [10, с.1].

В образцах модифицированного адсорбента Навбахарского месторождения изотермы адсорбции паров метанола измеряется на чувствительном, спиральном приборе Манк-Бенна [3, 268 с].

В зависимости от размеров модифицированных катионов при 293К и 423К температуре были термически обработанны адсорбенты до применения их в сорбции. Так, из Nа-бентонита вода из внешней координационной сферы удаляется при низких температурах (даже при комнатной), а вода непосредственно координированная с катионами удаляется до 150-200 0С.

По мнению Ю.И. Тарасевича, Ф.Д. Овчаренко [4 с. 195], молекулы межслоевой воды координируются обменными катионами и одновременно связаны водородной связью с поверхностными кислородами алюмосиликатных катионов.

Поэтому изучение адсорбционных свойств модифицированных монтмориллонитов проводили после вакуумирования при комнатной температуре и после вакуумирования с нагревом при 423К, ибо при этих условиях минерал в основном теряет физически адсорбционную влагу, т. е. дегидратируется и при этому сорбционные свойства улучшаются.

Изотермы адсорбции паров метилового спирта на Nа- бентоните, органо- и ПГАБ представлены на рисунке. Изотерма адсорбции паров СН3ОН на NaБ (кривая) отличается малой начальной крутизной и имеет S-образную форму, характеризуется широкой петлей гистерезиса необратимой во всем интервале равновесных давлений.

Наличие петли гистерезиса обусловлена капиллярной конденсацией во вторичных порах и необратимой адсорбцией адсорбата вследствие взаимодействия с обменным катионами с образованием прочных комплексов. Петли гистерезиса на изотермах обнаруживаются в основном при Р/Рs> 0,2. Петля гистерезиса на изотерме адсорбции паров метилового спирта на ПГАБ, дегидратированном при 423К характеризуется наибольшей шириной, для остальных кривых 2-9 свойственно узкие петли обнаруживаемые при Р/Рs>0.3-1.0.

 

Рисунок 1. Изотермы адсорбции паров метанола на натриевом (1), этиламмониевом (2,3), метиламмониевом (4,5), пиридиниевом (6,7), тетраметиламмониевом (8,9) и полигидроксиалюминиевом (10,11) адсорбентах, дегидратированных при 293 (1,2,4,6,8,10) и 423К (3,5,7,9,11) 

 

Бентонитовая глина с различными органическими катионами, дегидратированные при одинаковой температуре при 293 и 423К имеют различные сорбционные активности. Удельная поверхность Na-бентонита по метиловому спирту составляет 157•10-3 м2/кг. При расчете S за площадь поверхности, приходящаяся на одну молекулу метилового спирта, как показано в таблице брали 0,22 нм2. В таблице приведены сорбционные характеристики органоглин и ПГАБ. Видно что дегидратация в пределах 293-423К вызывает увеличение S для МАБ в пределах 249-256, для ЭАБ 183-257, ТМАБ- 247-321, РуБ- 224-249, и наконец, для ПГАБ 327-367•10-3м2/кг.

Таблица 1.

Структурно - сорбционные характеристики натриевого и модифицированных адсорбентов по метанолу 

 

Как следует из этих данных высокие значения S свойственны для ПГАБ и ТМАБ, несколько меньшие значения для МАБ и РуБ, низкое значение имеем ЭАБ, дегидратированной при 293К. По данным [6, С.10; 7, С. 119] межслойное расстояние МАБ составляет 0,26 нм, ЭАБ-0,28 нм, ТМАБ-0,41 нм, для РуБ-0,54 нм, ПГАБ-0,895 нм. При повышении температуры вакуумирования в пределах 293-423К адсорбционная способность органобентонитов и ПГАБ по метанолу возрастает на 20-30%. Предельный сорбционный объем Na-бентонита, дегидратированного при 293К 0,188•103 м3/кг. Дегидратированные при этой температуре образцы МАБ, ТМАБ, РуБ имеют близкие значения Vs. Некоторое уменьшение объема наблюдается для ЭАБ и ПГАБ. При повышении температуры вакуумирования до 423К заметно возрастает Vs-ТМАБ, РуБ, а для ПГАБ повышается незначительно, еще меньшее увеличение наблюдается для МАБ и ЭАБ.

Из таблицы следует, что для всех модифи­цированных образцов повышение температуры дегидратации до 423К вызывает увеличение Vsна 20-30%. Сорбенты по Vs можно расположить в ряд:

ТМАБ> РуБ > ПГАБ > ЭАБ> МАБ.

По удельной поверхности:

ПГАБ > ТМАБ> ЭАБ > МАБ> РуБ.

Довольно высокие значения Vs для органглин и ПГАБ свидетельствует о внедрении молекул СН3ОН в межслоевое пространство. Высокие значения S ПГАБ и ТМАБ указывает на микропористость сорбентов. Как следует из данных адсорбции СН3ОН, вакуумирование модифицированных сорбентов даже при обычной комнатной температуре раскрывает 80-92% свободного объема микропор. Следовательно, возможно применение таких сорбентов в качестве молекулярных сит даже после обычного вакуумирования.

 

Список литературы:
1. Адамов Л.В., Сафронов А.П. Сорбционный метод исследования пористой структуры наноматериалов и удельной поверхности наноразмерных систем: Учеб. пособ. для ВУЗов.- Екатеринбург: Мир, 2008.- С. 64.
2. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их актированных и модифицирование. Т.: Фан, 1970.-252 с.
3. Киселева А.В., Древинга В.П Экспериментальные методы в адсорбции и хроматографии. -Москва.:МГУ, 1983. - 447 с.
4. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов.-Киев: Наукова думка, 1988.-246 с.
5. Туторский И.А. Эластомерные нанокомпозиты со слоистыми силикатами // Каучук и резина. -2004. -№ 5.- С. 23-29.
6. Муминов С.З., Хандамов Д.А. Адсорбция паров метанола на натриевом и метиламмониевом монтмориллонитах в изостерических условиях // Узбекский химический журнал.- 2010.- №1- С.8-11.
7. Муминов С.З., Хандамов Д.А. Теплота адсорбции паров метилового спирта на микропористом глинистом адсорбенте // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности. Материалы XІV Всероссийского симп. с участ. иност. учен: Тез. докл.- Москва – Клязьма, 2010.-С.119.
8. Хандамов Д.А. Термодинамика адсорбции метилового спирта и н-гексана на монтмориллонитах с модифицирующими органическими катионами: Дис...канд. хим. наук.-Т., 2012.-С 142.
9. Хандамов Д.А., Икрамов А., Абдураимов Б.М., Туробжонова С.Ш., Хакимова Г. Адсорбция ацетонитриловых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 11(53). С.33-35.
10. Справочник химика /21 ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ – Электронный ресурс. Режим доступа –http://chem21.info/article/519497. (дата обращения: 22.01.2019)

 

Информация об авторах:

Хандамов Даврон Абдикадирович Davron Khandamov

канд. хим. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of chemical sciences, Assistant Professor of the Tashkent Institute of chemistry and technology, Tashkent, Uzbekistan


Муминов Субхутдин Зиявиддинович Subhutdin Muminov

д-р хим. наук, профессор института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Dr. chemical Sciences, Professor Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent


Мирзакулов Холтура Чориевич Kholtura Mirzakulov

профессор, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

professor of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Салихова Озода Абдуллаевна Ozoda Salixova

канд. техн. наук, доц. каф. «Технология тяжелых органических соединений» Ташкентского химико-технологического института, 100174, Узбекистан, Ташкент, Вузгородок, химический факультет

Candidate of technical sciences, docent the department “Tecnology of heavy organic compounds” of Tashkent Chemical Technology Institute, 100174, Uzbekistan, Tashkent, Vuzgorodok NUUz


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.