国立高雄应用科技大学物理化学名称溶液中的吸附指导.DOC

國立高雄應用科技大學 物理化學實驗 實驗名稱:溶液中的吸附 指導教授:吳瑞泰 學生:藍文鴻 組別:第一組 班級:四化材三乙學號:1100101238 目錄 一.實驗目的 3 二.實驗原理 3 三.相關知識 4 四. 藥品與儀器 8 五. 實驗步驟 9 六.參考資料 10 一.實驗目的1. 了解吸附的定義，吸附有關理論及測定法2. 測定在乙酸水溶液中，活性碳對乙酸的吸附量3. 熟悉吸附等溫線的繪製4. 測定Freundlich吸附等溫線中的常數 原理1. 氣相或液相內部的濃度，常異於再另一個接觸面的液相或固相上的濃度，通常介面上的濃度會比較高，這種物質集中在液體或固體界面上吸附的物質稱為吸附(Adsorption)，其中被界面吸附的物質稱為吸附質(Adsorbate)或受吸相(Adsorbate phase)，能吸附的物質稱為吸附劑(Absorbent)2. 一般用於吸附物質者，均為表面積大且多孔性物質，如 活性碳、矽凝膠、酸性白土、活性白土等3. 可將固體表面可以吸附液體或氣體的分子附著力，即物理吸附或稱為凡德瓦吸附，亦可視為化學上鬆緩化合物形成的化學吸附4. 物理吸附具有吸附熱低，吸附平穩是可逆且快速的特點，化學吸附則常伴隨較高的熱量變化，有些系統再低溫時為物理吸附，高溫則為化學吸附 1.活性碳的性狀 活性碳(activated carbon)的主成分為碳，並摻有少量的氫、氧、氮、硫等化合而成，為黑色且表面複雜的多孔性物質，結構則為碳所形成的六環狀物，粒形可以從圓柱形粗顆粒到細粉末粒子，故有粒狀及粉末狀兩種型態。顆粒直徑一般為1~6mm，長度約為直徑的0.7~4倍，或具有6~120網目粒度的不規則顆粒。活性碳無臭、無味，不溶於水和有機溶劑。裝填密度約0.3~0.6g/ml，甚大的微孔容積約0.6~0.8ml/g，比表面積約500~1,500msup2 //g，故對有機高分子物質有很強的吸附力，而對於液相中的微量成分、色素、臭氣物質等具有高度的去除能力。最適用pH值為4.0~4.8，最佳應用溫度為60~70。目前巿面上可購得各種形狀的活性碳，例如粉狀碳或破碎狀的顆粒碳、造粒為條狀或球狀的造粒碳、或纖維狀的纖維碳及成形為蜂巢狀的一般活性碳；此外尚有添加化學藥劑以加強選擇性吸附能力的機能性碳。除了形狀差異外，活性碳的各種物理及化學性質對於其應用的領域也深具影響。比如除臭用活性碳以微孔含量高者為佳，但此種活性碳卻不見得適用於脫色。 表一?活性碳之應用機能 應用例 活性碳之機能 吸附 細孔內/積凝 觸媒作用 碳質自身反應 二氧化碳之回收 Ο Ο Ο Ο 氣體除油 Ο Ο ? ? 除硫化氫 Ο Ο ? ? 除亞硫酸氣 Ο Ο Ο ? 除NOx Ο ? Ο ? 除臭氧 Ο ? Ο Ο 除游離氯 Ο ? Ο Ο 除過氧化氫 Ο ? Ο ? 觸媒及觸媒擔體 Ο ? Ο ? 資料來源：工研院經資中心ITIS計畫(2002/3) 活性碳之應用 如上節所述，活性碳主要是用作為氣體或各種物質選擇性吸附的基材，用途廣泛，上自化學品、醫藥品的生產製程，下至廢水處理、含戴歐辛(dioxin)之廢氣處理等環保領域，也用於淨水、廢水處理、甜味料脫色、化學、醫藥和礦物加工、食品加工、空氣或其他氣體吸附純化與溶劑回收。一般而言，目前活性碳在水質的處理上大約佔其用途的80%，包括30%用於飲用水、22%用於工業及都巿廢水、12%用於甜味料之脫色、地下水用7%、礦物用5%、家庭用約5%、食品加工用約4%，以及其他包括化學製程的雜項約佔有11%；至於在氣體上的用量約佔其20%，包括5.8%用於空氣淨化、5%用於溶劑回收、4%用於汽車，以及其他包括香煙濾嘴的雜項約佔有5.2%。活性碳因碳的形狀與性質而有不同的應用領域。粉狀碳主要應用於化學品純化/脫色、水處理、飲料淨化、精製糖、製藥及食用等液相製程；粒狀碳除了可用於液相外，也可用於氣體吸收、溶劑回收、金的回收等氣相應用；蜂巢狀及纖維狀碳則多使用於大空間低濃度的氣相中，如吸附空氣中VOCs(有機揮發性化合物)或毒性物質的濾網、影印機或室內空氣淨化器用除臭濾網等；纖維狀碳尚可做成口罩、防護衣及濾水器之濾心等。活性碳市場的活絡主要來自環保議題的驅動，尤其是水和空氣污染的處理，這種現象在先進國家中特別明顯，而其他傳統用途的用量，也以2~3%的比例逐年增加。目前各大活性碳廠商也均朝向氣體分離用、回收汽車之汽油蒸汽(gaso