12.2.6 Adsorpce z kapalného roztoku na tuhém adsorbentu

Adsorpci rozpuštěné látky (složky 2) z vodného roztoku (voda = složka 1) na aktivním uhlí o specifickém povrchu 64,1 m2   g−1 lze popsat Langmuirovou adsorpční izotermou, pro jejíž konstanty byly stanoveny hodnoty amax = 5,6 . 10−3 mol  g−1, b = 3,2 dm3   mol−1 (voda se neadsorbuje).
a) Ke 280 cm3 roztoku o koncentraci 0,3 mol  dm−3 bylo přidáno 7 g aktivního uhlí. Jaké látkové množství látky se z roztoku odstraní adsorpcí?
b) Jakou plochu zaujímá v monovrstvě jedna molekula adsorbované látky?

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

Výsledek

a) Δn2 = 0,017 mol ,
b) σ = 1,9 . 10−20 m2.

Řešení

a) Adsorpce z binárních roztoků na tuhých látkách je popisována pomocí tzv. preferenční adsorpce a2 ( mol  g−1), která udává přebytek adsorbované složky 2 na fázovém rozhraní vůči objemové fázi, vztažený na jednotku hmotnosti adsorbentu. Preferenční adsorpce se určí z experimentálně stanovené změny koncentrace roztoku, způsobené adsorpcí:

displaymath

kde V0 ( dm3) je objem roztoku o koncentraci rozpuštěné látky c20 ( mol  dm−3), uvedený do kontaktu s m gramy tuhého adsorbentu a c2 je koncentrace roztoku po dosažení adsorpční rovnováhy. Závislost adsorbovaného množství a2 na rovnovážné koncentraci c2 je pro tento systém popsána Langmuirovou izotermou ve tvaru:

displaymath

Spojením obou vztahů pro a2 získáme rovnici

displaymath

kterou upravíme do tvaru

displaymath

Řešením získáme rovnovážnou koncentraci c2 = 0,2393 mol  dm−3. (Druhý kořen je záporný, tudíž nemá fyzikální smysl.)
Koncentrace roztoku poklesne o

displaymath

a z 280  cm3 se tudíž odstraní

displaymath

b) Konstanta amax představuje množství látky adsorbované na 1 g adsorbentu při úplném obsazení povrchu (v  mol  g−1). Specifický povrch lze pak vyjádřit takto:

displaymath

kde σ je plocha, kterou zaujímá jedna molekula adsorbované látky v monomolekulární povrchové vrstvě.

displaymath