Влияние количества сорбата на сорбционные характеристики полимера Поролас-Т Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 543.544

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА СОРБАТА

НА СОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРА ПОРОЛАС-Т

© В. Ю. Гуськов*, Ф. Х. Кудашева

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкорстостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел.: +7 (347) 273 67 21.

E-mail: [email protected]

Проведено исследование изменения параметров удерживания сорбатов различной природы на пористом полимере Поролас-Т от количества вводимой пробы в интервале температур 140—200 °С. Рассчитаны термодинамические характеристики сорбции органических соединений в области Генри.

Ключевые слова: пористый полимер, сорбция, удельный удерживаемый объем, термодинамические функции сорбции, количество пробы сорбата.

Пористые полимерные сорбенты (ППС) представляют собой класс широко применяемых сорбентов. Основными областями применения ППС являются очистка промышленных выбросов от токсичных веществ, концентрирование микропримесей из атмосферы и воды [1-4], также они могут быть использованы в качестве ионообменных смол и неподвижных фаз в газоадсорбционной хроматографии [1].

В работе изучены сорбционные свойства сор-батов различной природы на пористом полимерном сорбенте Поролас-Т, также исследованы зависимости их удельных удерживаемых объемов от величины вводимой пробы.

Экспериментальная часть Пористый полимер Поролас-Т получен сопо-лимеризацией стирола и дивинилбензола. Его удельная поверхность, определенная методом тепловой десорбции азота при 77 К, составляет около 700 м2/г, общий объем пор по бензолу - 1.83 см3/г. Средний диаметр пор ~ 40 А

Исследования проводили на хроматографе «Элвро-504М» (Польша) с детектором по теплопроводности (ток моста катарометра - 100-120 мА), на стальной колонке длиной 0.5 м, внутренним диаметром 4 мм, скорости газо-носителя азота от 45 до 63 мл/мин, в интервале температур 140-200 °С. Сорбент предварительно кондиционировался в токе азота в колонке при 200 °С в течение 10 часов. В качестве сорбатов использовались спирты, н-алканы и сложные эфиры. Количество вводимой пробы варьировали от 0.4 до 10 мкл.

Результаты и их обсуждение На рис. приведены зависимости удельных удерживаемых объемов сорбатов (У^ от количества вводимой пробы (п). Эти зависимости линейны, причем с увеличением количества вводимой пробы У? убывают:

где Ve - удельный удерживаемый объем при нулевом количестве вводимой пробы; В - коэффициент, характеризующий степень зависимости удерживаемого объема от величины вводимой пробы. Расчет значений Ve и В производился на ЭВМ с помощью программы МНК (ACS, 1999).

n, мкмоль

V = V - B • п..

(1)

Рис. Зависимость удельных удерживаемых объемов от величины вводимой пробы (Т = 200 °С).

В табл. 1 и 2 приведены значения некоторых физико-химических характеристик, Уе и коэффициенты В для изучаемых сорбатов при различных температурах. Как следует из табл. 1, параметры удерживания сорбатов в гомологических рядах зависят от температуры кипения и поляризуемости, но не зависят от дипольного момента. Следует отметить, что н-спирты удерживаются сильнее, чем изо-спирты, что характерно для пористых полимеров [1].

Как видно из таблиц, значения Уе и коэффициенты В для всех сорбатов с повышением температуры падают. В гомологических рядах с увеличением количества атомов углерода экстраполированные удерживаемые объемы и коэффициенты В растут. Это позволяет судить о том, что значения коэффициентов В коррелируют со значениями удерживаемых объемов, что свидетельствует о неоднородности поверхности полимерного сорбента По-ролас-Т. [5, 6]

* автор, ответственный за переписку

Таблица 1

Некоторые физико-химические характеристики сорбатов [4] и значения V (мл • г-1), при различных температурах

Адсорбат * °С 1кип> С 3 -а ^, о М, г/моль V140 е V160 е V180 е V200 е

Метанол 64.7 3.2 1.7 32 3.5 1.95 1.3 -

Этанол 78.4 5.1 1.68 46 14.4 14 10.3 6.8

Пропанол 97.8 6.9 1.64 60 56.8 48.8 29.3 18.8

Пропанол-2 82.3 8.4 1.68 60 49.1 19,7 15,2 13.5

Бутанол 118 8.7 1.63 74 176.9 110.6 75.7 45.7

Изобутанол 108.4 9.2 1.63 74 164.7 48.5 45.2 29.8

изопентанол 130.5 - 1.85 88 295.9 164.7 90.4 45.2

Этилацетат 77.1 9.1 1.81 104 103.2 90.0 55.9 32.2

Бутилацетат 118 12.7 1.71 132 - 330.7 244.2 162.7

Г ексан 68.7 11.8 0 86 145.4 143 65.2 42.6

Г ептан 98.4 13.6 0 100 322.3 259.2 160.4 89.7

Октан 125.8 15.4 0 114 - 559.8 175.3 112.8

Нонан 151 17.2 0 128 - - 356.6 200.6

Таблица 2

Значения коэффициентов В уравнения (1) при исследуемых температурах (мл • г-1 • мкмоль-1)

Сорбат Т, °С

140 160 180 200

Бутанол 0.7 0.1 0.1 0.1

Пропанол 0.2 0.1 0.0 0.0

Этанол 0.1 0.0 0.0 0.0

Пропанол-2 0.2 0.1 0.1 0.1

Изобутанол 0.8 0.1 0.1 0.1

Изопентанол 1.0 0.9 0.5 0.1

Этилацетат 0.4 0.2 0.1 0.1

Бутилацетат - 2.1 0.4 0.6

Г ексан 0.4 0.3 0.2 0.1

Г ептан 2.2 1.9 0.6 0.2

Октан - 4.4 1.2 0.9

Из зависимости 1пУ? от 1/Т были рассчитаны ли и Л £ - мольные изменения внутренней энергии и энтропии:

ки А?

1п V =--------------------+ —

я КТ К

Мольные изменения энергии Г ельмольца кДж-моль-1, были рассчитаны из выражения:

(2)

- АР,

АР = -КТ 1п¥„

, (3)

Полученные термодинамические характеристики и теплоты конденсации Аиконд некоторых исследуемых сорбатов приведены в табл. 3.

Как следует из таблицы, для н-алканов и эфиров теплоты сорбции выше, чем теплоты конденсации, что объясняется сильным взаимодействием молекул сорбата с поверхностью Пороласа-Т. Для н-спиртов наблюдается обратная картина. Полярные молекулы спиртов взаимодействуют друг с другом за счет образования водородных связей сильнее, чем с неполярной поверхностью сорбента [1].

Таблица 3

Значения -ДР, -Ди, -Диконд, (кДж-моль-1), -Д5 (Дж-моль-1-К-1) и коэффициентов линейной корреляции у

Адсорбат У -ДР -М -Ди Диконд

Этанол 0.99635 7.4 37.6 25.2 39.7

Н-пропанол 0.99861 11.3 59.6 39.5 45.7

Н- бутанол 0.99540 14.7 52.8 39.7 43.3

Этилацетат 0.99659 13.3 66.8 44.9 32.1

Бутилацетат 0.98491 19.6 75.9 55.5 35.9

Н-гексан 0.99489 14.6 46.5 36.6 28.5

Н-гептан 0.99019 17.5 65.1 48.3 31.3

В данной работе показана зависимость параметров удерживания сорбатов различной природы на пористом полимерном сорбента Поролас-Т от количества вводимой пробы при различных температурах. Установлено, что с увеличением количества пробы сорбата удерживаемые объемы падают, что свидетельствует о неоднородности поверхности полимерного сорбента. Также рассчитаны термодинамические функции сорбции в области нулевых заполнений поверхности. Полученные данные свидетельствуют о неполярности полимерного сорбента Поролас-Т.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сакодынский К. И., Панина Л. И. Полимерные сорбенты для молекулярной хроматографии. М.: Наука, 1977. -177 с.

2. Мижарова Г. И., Журавлева И. А., Головня Р. К. // Журн. аналит. химии. 1987. Т 42. С. 586-592.

3. Бардина И. А., Ковалева Н. В., Никитин Ю. С. // Вестн. Моск. ун-та, сер. 2. Химия. 1995. Т. 36, №1. С. 19-25.

4. Белякова Л. Д., Волощук А. М., Воробьева Л. М. //Журн. физ. химии. 2002. Т. 76, №9. С. 1674-1681

5. Яшкин С. Н., Шустер Р. Х. // Известия Академии наук. Серия хим. 2003. №11. С. 2233-2240.

6. Киселев А. В.. Иогансен А. В., Сакодынский К. И. Физикохимическое применение газовой хроматографии. М.: Химия, 1973. -255 с.

Поступила в редакцию 16.11.2007 г. После доработки — 24.11.2008 г.