Банк данных по адсорбции.

-2010-

Химический факультет МГУ

Руководитель: д.х.н., проф. Толмачев А.М.

Ответственный исполнитель: Годовиков И.А.

Исполнители: Кузнецова Т.А., Крюченкова Н.Г., Годовикова М.И., Бородулина М.В.

http://www.adsorption.ru, http://www.chem.msu.ru/~Adsorption

Данный банк представляет собой интерактивную систему просмотра и поиска адсорбционных данных. В настоящее время в банке содержатся более 110 изотерм адсорбции индивидуальных паров и газов на макропористых адсорбентах, более 760 изотерм на микропористых адсорбентах, более 80 изотерм адсорбции компонентов растворов на макропористых адсорбентах, более 60 изотерм адсорбции компонентов растворов на микропористых адсорбентах, более 100 изотерм адсорбции смесей газов на различных адсорбентах, 10 тройных систем, данные более чем по 230 адсорбентам, произодящимся в Российской Федерации и за рубежом. Банк постоянно пополняется.

Для удобства пользователей в банке приводятся результаты обработки экспериментальных изотерм адсорбции паров и компонентов бинарных растворов уравнениями, константы которых дают важную информацию о соответствующих адсорбционных системах [1-3].

На макропористых адсорбентах  для физико-химической характеристики адсорбционных систем использывались  уравнения БЭТ [4] (1) и Арановича [5] (2):

       (1)

Приводятся значения констант am,C и соответствующие графики

              (2)

Приводятся значения констант am*,C* и соответствующие графики

Здесь и далее: a- адсорбция при давлении P, am, am*,- емкости монослоя, C, C*-константы адсорбции, Ps- давление насыщенного пара адсорбтива.

На микропористых адсорбентах использовали уравнения Дубинина-Радушкевича (n=2, адсорбция на углях, ps<10атм) или Дубинина-Астахова (n=3, адсорбция на цеолитах, ps<10атм) [6] (3):

             (3)

Приводятся значения констант: предельной адсобции при Рs-a0 и характеристической энергии адсорбции - E0.

При значениях  Рs , превышающих 10 атм. , расчеты проводились только при наличии данных о летучестях адсорбтивов.

Если температура превышала Tкр адсорбтива, проводили, где это было возможно, расчет  по уравнению (3)  с использованием в качестве стандартных давлений вместо Рs значений  [7], которые находились  экстраполяцией в закритическую область температур  зависимостей

- константы)

В тех случаях, когда имелись значения плотностей паров () и жидкостей () при температурах ниже критических (при температурах выше критических =) использовали также численное решение системы уравнений Толмачева-Арановича [8,9], основанных на решеточной модели Оно-Кондо [10]. В большинстве случаев реальные размеры микропор  допускают размещение в них 1-го или 2-х слоев адсорбата и соответствующие уравнения для одно-(4,6) и двухслойной-(5,6) моделей имеют вид [7,9]:

                   (4)

           (5)

, n=1 или 2               (6)

                                                                                 (7)

Здесь и далее: - абсолютная адсорбция 1-го комонента, - емкость монослоя 1-го компонента (ммоль*г.-1), Y1, X1 -мольные доли первого компонента в равновесных  объемном (в данном случае вакансионном [8,9]) и адсорбционном растворах,  - парные энергии взаимодействия компонентов в адсорбционном, вакансионном растворах  и с адсорбентом.

Уравнения (4-7) позволяют описывать абсолютные изотермы адсорбции и газов, и паров в широком интервале изменения температур и давлений.

Приводятся значения констант a01, .  В случае необходимости (при T>Tкр) в поле “Notes” приводятся дополнительно значения . При этом при температурах ниже критической параметр практически равен нулю и не приводится.

Изотермы избыточной адсорбции компонентов бинарных растворов на макропористых адсорбентах описывали  системой уравнений Арановича-Толмачева для монослойной модели адсорбции [1,11]. В этом случае энергии взаимообмена () имели практически одинаковые значения и уравнения имели только три параметра:

             (8)

             (9)

a1.m-емкость монослоя, Г1- величина избыточной адсорбции .

с параметром :

,

 - энергии парного взаимодействия в объемном растворе

Приводятся значения констант a1m, B, (в таблицах - D/kT)

Изотермы адсорбции компонентов растворов на микропористых адсорбентах описывались  4-х параметрической системой уравнений Толмачева-Арановича [1,7,12] для двухслойной модели адсорбции:

                    (10)

                                                        (11)

, 

Приводятся значения констант a1m, B, ( в таблицах - D1/kT), ( в таблицах -D2/kT)

 В этом случае параметр a1m носит подгоночный характер и не соответствует значениям предельной емкости [12].

Также, где это возможно, представлены коэффициенты разделения для смесей газов (паров) S:

          (12)

 

Априорные расчеты для тройных систем

В связи с весьма ограниченным числом экспериментальных данных для адсорбции тройных систем, в банке данных приводятся результаты теоретического расчета для адсорбции тройных систем по экспериментальным данным для соответствующих двойных систем. Возможность таких расчетов обоснована в работах А.М. Толмачева и сотрудников [1,13], в которых показано что расчет равновесий  адсорбции трехкомпонентных растворов по экспериментальным данным для соответствующих двухкомпонентных растворов может быть выполнен с достаточно высокой точностью, практически не уступающей точности экспериментальных определений (2-5%).

В банке данных представлены константы приведенных выше уравнений, табличные данные экспериментальных изотерм адсорбции и соответствующие экспериментальные и расчетные графики.

Характеристики адсорбентов соответствуют опубликованным в специализированных каталогах или технологическим данным фирм-производителей (см. соотв. ссылки).

Литература

1. А.М.Толмачев. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2010. Т. 46. № 3. С. 291. Protection of  Metals and Physical Chemistry of Surfaces.2010. V. 46. № 3. P.242. А.М.Толмачев, И.А.Годовиков // Вестн.Моск. Ун-та.Сер.2.Химия.2001. Т. 42. №4. С. 241.

2. И.А.Годовиков, Т.А.Кузнецова, А.М.Толмачев // Журн. Физич. химии.2001.Т.75. №11. С. 2030.

3. А.М.Толмачев, О.И.Трубников, И.А.Годовиков, Т.А.Кузнецова // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия. 2001. Т.42. №4. С. 247.

4. S. Brunauer, P.H. Emmett, E .Teller. // J. Am. Chem. Soc. 1938. V. 60. P. 309.

5. Г.Л. Аранович. // Журн. физич. химии. 1988. Т. 62. №11. С. 3000.

6. M.M. Dubinin. // Progress in surface and membrane Sci. New York:Acad. Press. 1975. V. 9. P. 1. М.М.Дубинин.А.Астахов. Изв. АН СССР. Серим. 1971. С. 5,11,17.

7. А.М.Толмачев, М.М.Дубинин, М.Е.Белоусова, А.А.Фомкин. // Изв. АН СССР. Сер. Хим. 1987. C. 19. А.М. Толмачев, Т.А. Кузнецова, И.А. Годовиков. // Физикохимия поверхностных явлений и защита материалов. 2011. (в печати).

8. A.M.Tolmachev, O.I. Trubnikov. // Carbon. 2002. V. 40 (9). P. 1401.

9. А.М.Толмачев, Ф. Стекли, О.И.Трубников., Т.А.Кузнецова. // Журн. физич. химии. 1999. Т. 73. № 7. С. 1267.

10. С.Оно, С.Кондо. // Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. Пер. с англ. М.:МИР. 1963. С. 262.

11.  А.М.Толмачев, Е.М.Еремина, О.И.Трубников, Н.А.Окишева // Журн. физич. химии, 1997. Т. 71. № 4. С.682.

12. А.М.Толмачев, М.И.Годовикова, Т.С.Егорова. // Журнизич.химии. 2005. Т. 79. № 1. С. 1.

13.  А.М Толмачев.// Adsorption, Science and Technology.  1993. V. 10. P. 155.  Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия. 1994. Т. 35. № 2. С. 115.

Реализованный банк данных  не является завершенной системой. Авторы будут признательны всем желающим за предоставление новых экспериментальных данных по адсорбции различных субстратов или смесей субстратов на различных адсорбентах, а также за новые данные по химико-технологическим характеристикам адсорбентов.

 

Как упоминалось выше, банк данных по адсорбции представляет базу данных адсорбционных систем и одновременно систему построения поисковых запросов в виде стандартных интернет-форм. При запуске соответствующего раздела сайта пользователь выходит в начальную форму:

01-Common

Рис. 1

Основное окно разделено на 3 зоны: 1. Зона выбора параметров просмотра  в базе. 2. Зона вывода результатов запросов. 3. Зона выбора параметров поиска в базе.  Для просмотра данных необходимо в первой зоне выбрать интересующий раздел базы (таблицу) из следующего списка:

Adsorbents (данные об адсорбентах),

Binvapor (экспериментальные данные изотерм адсорбции смесей газов на различных адсорбентах),

Binsmi (экспериментальные данные изотерм адсорбции из растворов на микропористых адсорбентах),

Binsma (экспериментальные данные изотерм адсорбции из растворов на макропористых адсорбентах),

Macro (экспериментальные данные изотерм адсорбции индивидуальных газов/паров на макропористых адсорбентах),

Micro (экспериментальные данные изотерм адсорбции индивидуальных газов/паров на микропористых адсорбентах),

Ternary (экспериментальные данные изотерм адсорбции тройных смесей растворов/газов на различных адсорбентах)

02-Micro-table-browse

Рис. 2

и нажать кнопку “browse table”. После этого во второй зоне будет выведена таблица в следующем виде (для примера выбрана таблица индивидуальной адсорбции соединений на микропористых адсорбентах - Micro):

Во второй зоне  выведена таблица найденых систем по 10. Пользователь может перемещатся по таблице с помощью ссылок управления таблицей (Next, Next100, Last, Previous, Previous100, First) либо выбрать интересующую систему, кликнув кнопкой мыши на соответствующей ссылке. В результате вся первичная информация о системе будет представлена в отдельном окне в следующем виде (рис 3):

0000-03-Micro-Basic

Рис. 3

Здесь указаны основные параметры системы – название системы, название (названия) и формула (формулы) адсорбатов, название адсорбента, температура, основные параметры обработки данной системы по различным физико-химическим уравнениям (зависит от типа системы):

Adsorbents (данные об адсорбентах): D - плотность адсорбента, VS - суммарный объем пор, Vmicro - объем микропор, Vmeso- объем мезопор Vmacro - объем макропор, w01,w02предельные объемы сорбционного пространства, E01 - E02- характеристические энергии сорбции.

Binsmi (экспериментальные данные изотерм адсорбции смесей растворов на микропористых адсорбентах): a1m, B, D1/kT, D2/kT -  параметры уравнения Толмачева-Арановича  для адсорбции смесей компонентов из растворов  на микропористых адсорбентах (10,11), a01, a02 – предельные адсорбции паров соответствующих компонентов на данном адсорбенте, определенные по уравнению Дубинина-Радушкевича (Дубинина-Астахова), если таковые есть.

Binsma (экспериментальные данные изотерм адсорбции смесей растворов на макропористых адсорбентах): a1m, B, D/kT - параметры уравнений Арановича-Толмачева для адсорбции  компонентов  растворов  на макропористых адсорбентах (8,9),    a1m, a2m – предельные адсорбции паров компонентов на данном адсорбенте, определенные по уравнениям БЭТ (Арановича), если таковые есть.

Macro (экспериментальные данные изотерм адсорбции индивидуальных паров на макропористых адсорбентах): ps-давление насыщенного пара при данной температуре, am, C – параметры уравнения БЭТ (1), am*, C*-параметры уравнения Арановича (2).

Micro(экспериментальные данные изотерм адсорбции индивидуальных газов/паров на микропористых адсорбентах): ps-давление насыщенного пара при данной температуре, rvap, rliq, rvap/rliq – плотности пара, жидкости и их отношение, a0, E0 – параметры уравнения Дубинина-Радушкевича (для углей) или Дубинина-Астахова (для цеолитов), a01, 11/kT,  параметры уравнений Толмачева-Арановича для адсорбции индивидуальных компонентов на микропористых адсорбентах при T<Tкр - когда параметр /kT не определялся из-за практически незначимых величин Y1 . При T>Tкр в поле “Notes” приводятся дополнительно значения .

Кроме того, приведены литературная ссылка и гиперссылки на таблицу данных и графики, нажав на которые пользователь открывает в отдельных окнах таблицу экспериментальных данных (рис. 4) или графики изотерм (рис. 5):

0000-05-Micro-DataTable

Рис. 4

0000-04-Micro-TableData

Рис. 5

Полученные данные могут быть скопированы в любое другое приложение операционной системы или распечатаны стандартными средствами.

Для поиска в базе необходимо выбрать в третьей зоне критерий поиска (System name, Adsorbat name, Adsorbat formula, Adsorbent name, Temperature), ввести с клавиатуры в соответствующее окно переменную поиска (либо ее фрагмент) – что именно пользователь хочет найти и выбрать таблицу в которой необходимо производить поиск (Macro, Micro, Adsorbents, Binvapor, Binsmi, Binsma, Ternary). Так например:

Критерий поиска

Переменная поиска

Таблица поиска

Результат

Adsorbat name

Methane

Macro

Все системы адсорбции метана макропористых адсорбентах

Adsorbat formula

CCl4

Binsmi

Все системы адсорбции смесей из растворов с четыреххлористым углеродом на всех микропористых адсорбентах при всех температурах

Adsorbent name

SKT

Micro

Все системы адсорбции всех адсорбатов на микропористых адсорбентах, содержащих в своем имени «SKT» при всех температурах

Temperature

303

Micro

Все системы адсорбции всех веществ на всех микропористых адсорбентах при 303K

System Name

303

Micro

Все системы адсорбции всех индивидуальных адсорбатов на всех микропористых адсорбентах при 303K

System Name

СH4-SKT

Micro

Все системы адсорбции метана на адсорбентах, содержащих в своем имени «SKT» при всех имеющихся температурах.

System Name

CCl4-C6H6

Binsmi

Все системы адсорбции из растворов смесей четыреххлористого углерода и бензола на всех возможных адсорбентах при всех имеющихся температурах.

System Name

CCl4-C6H6-AC

Binsmi

Все системы адсорбции из растворов смесей четыреххлористого углерода и бензола на углях AC при всех имеющихся температурах.

System Name

C3H8

Micro

Все системы адсорбции C3H8 на всех имеющихся в банке микропористых адсорбентах при всех имеющихся температурах. (Рис. 6)

 

После нажатия кнопки “Search” во второй зоне отобразится результат поиска в виде таблицы, содержащей названия адсорбционных систем, удовлетворяющих заданным условиям поиска в следующем стандартном виде:

06-Search

Рис. 6

Далее из полученной таблицы пользователь может путем выбора конкретной интересующей его системы получить все данные о системе.

Со всеми предложениями, замечаниями или вопросами можно обращаться по следующим E. Mail адресам:

amtolmach@yandex.ru, pr0vider@yandex.ru, tchess54@mail.ru.