„aktív” centrumokon) Deszorpció: a feldúsult/megkötött molekulák/atomok

Adszorpció: feldúsulás határfelületen (megkötődés az

„aktív” centrumokon) Deszorpció: a feldúsult/megkötött molekulák/atomok

eltávolítása

4. Adszorpció _DINAMIKUS

egyensúlyra vezető folyamat

34

A felület energiatöbbletének következménye

  A(szabad) S AS

    G H T S

Lássuk be, hogy EXOTERM:

Gyakorlati alkalmazás: pl. gáztárolás gázelválasztás víztisztítás A hőmérséklet hatása

Másodlagos kölcsönhatás (van der Waals, diszperzió): fiziszorpció

Kémiai kötés (elektroncsere): kemiszorpció

AZ ADSZORBEÁLT MENNYISÉG ÉS AZ ADSZORPCIÓS TÖBBLET

HAc_gkicsi B0



n

n

A t vastagságú határfelületi (

) rétegben összesen: A + B

Egységnyi anyagmennyiségre vonatkoztatva: n^s, m^s

Egységnyi anyagmennyiségre vonatkoztatva: n^, m^



m

m

 

t

N N



A(g) S  AS

    

a a t a t

v k (N N)p k N (1 )p

d

 

v k N egyensúly: v

 v

36

a) Gáz/szilárd határfelület

Borítottság= betöltött/összes A: szabad gázmolekula S: felületi kötőhely

AS: felületen kötött gázmolekula N_taz összes kötőhely

N van ebből aktuálisan betöltve

Az adszorpció sebessége A deszorpció sebessége

   

a t d t

k N (1 )p k N

Feltétel: sík felület, azonos energiájú kötőhelyek, egyetlen réteg

Langmuir modell

37

   

a t d t

k N (1 )p k N

  

  K p 1 K p



d

K k k

Makroszkopikus mennyiségekkel:

 

m

m m

m^spl. 1 g anyag felületén megkötött ag. mennyisége m_muitt egy rétegben megköthető max. anyagmennyiség

Hogyan követhető a jelenség?

adszorpciós egyensúlyi állandó

a kölcsönhatás erősségével kapcsolatos

38

   

 

s

m

m K p m 1 K p

  

 

s

m K p

m 1 K p

nő

p





 1 

s

m m

p p

m Km m linearizált alak p/m^s

1/m_m

1/(Kmm) A modell paramétereinek

(K, m_m) meghatározása:

Langmuir modell

Gyakoribb: A BET modell

Brunauer, Emmett

Teller

*Sík felület

*Azonos energiájú felületi kötőhelyek

*Többmolekulás borítottság

valóság modell

1 1 1

m

S o

o o

n C p n p

p p

(C )

p p

 

   

   

   

   

a L

( E E )

C e RT



 C az anyagi minőségtől függ és utal a kölcsönhatás

 





 1  1 1

S nm C p

n p (C )p

vagy általánosabban:

 

   

   

   

1  1 1 

m

s o

o o

m C p m p

p p

(C )

p p

vagy mert ⋅

40

Meghatározható az anyag felülete:

Fajlagos felület meghatározása gázadszorpciós adatokból:

77 K, N₂ gáz

m A s

m N a

 M Fajlagos felület

a_segyetlen megkötött molekula helyigénye a felületen

A hömérséklet hatása az gázok megkötésére: környezetmérnöki példa

Nyugat-Szibéria „örök fagy” 10⁶ km² 30 - 40 cm tőzeg

20 - 40 m laza lösz (A_S10 m²/g) 7∙10¹⁰ tonna metán

metán

normál forráspont: 111.55 K

kritikus pont: 190.5 K, 4.6 MPa (45 atm) légkörben: 1,745 ppmv

E_L=8,9 kJ/mol

Üvegházhatás: CH₄  105 * CO₂ /20 év 3 °C/40 év

41

globális felmelegedés

GWP (global warming potential):

CH₄:CO₂ 23:1

>>> Az üvegházhatást okozó gázok koncentrációjának növekedése a légkörben

42

V₀, c₀

V_e, c_e





s

( c c )V

m m

T=áll. (izoterma) b) Oldat/szilárd határfelület

Jellemző kölcsönhatások: felület – oldott anyag felület – oldószer oldószer – oldott anyag Mérés:

Kiértékelés:

m^s

c S

Modellezés

Pl. Langmuir (L típus)

c/m^s

1/m_m

1/(Km_m)

Szilárd felület + nemionos (vagy gyenge elektrolit) oldat:

A kölcsönhatás: ált. van der Waals

  

 

s

m K c

m 1 K c Mérési eredmény





s

( c c )V

m m

44

Hangyasav (A), ecetsav (B), propionsav (C) és vajsav (D) adszorpciója

Az izoterma alakját a jellemző kölcsönhatások együttese határozza meg

45

ha c0

m

 K

 c

Caq(mg/L)

0 5 10 15 20 25

0 50 100 150 200

Galveston Bay Clear Lake Horsepen Bayou Cs(mg/kg)megkötött PAH, mg/kg

naftalin megkötődése tavi iszapfenéken m^s

c_e

beoldódás

diffúzió

szorpció

transzport a tömbfázisba biológiai lebontás

Pl. PAH sorsa

hőmérséklet koncentráció pHbiológiai környezet

46

m ^s =f(c _i ,E,T,t)

Az egyensúly megbomlásának (=körülmények változása) hatása az oldott anyagok megkötésére: környezetmérnöki példa