활성탄에 의한 아세트산의 흡착 풀이

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활성탄에 의한 아세트산의 흡착

활성탄에 의한 아세트산의 흡착

활성탄에 의한 아세트산의 흡착
1. 목적 용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 액체 피흡착질의 흡착 양상을 Langmuir adsorption isotherm과 Freundlich adsorption isotherm으로 알아본다. 2. 이론 고체표면의 분자 또는 이온들은 다른 입자들과의 결합에 의해 안정되는데, 결합을 이루지 못한 표면이 있을 때에는 잉여력(residual field of force)을 갖게 된다. (즉, 고체표면의 일 부가 물리 또는 화학적으로 반응성 띈다.) 이렇게 반응성이 여전히 남아있는 결과로 고체 는 접촉하고 있는 기체 또는 용해된 물질을 고체표면으로 끌어당겨 붙잡아 두려는 경향 이 있다. 이와 같이 고체 표면으로 물질이 집중되는 현상을 흡착이라 부른다. 표면으로 끌리는 물질을 피흡착질(adsorbate), 물질이 붙는 고체를 흡작제(adsorbent)라 부른다. 용 액으로부터 흡착되는 물질의 양은 흡착제와 용질의 성질, 흡착제의 표면적, 용질의 농도, 온도 등에 의존한다. 주어진 온도에서 용액내의 농도와 단위 질량의 흡착제에 흡착되는 용질의 양사이의 평 형상태 관계를 흡착등온식(adsorption isrotherm)이라 부른다. 가장 간단한 Langmuir isotherm은 다음 두가지 가정하에서 유도 다음과 같이 이론적으로 유도할 수 있다: 첫째, 흡착분자가 고체표면에서 단분자층 이상의 두터운 층을 형성하지 않는다. 둘째, 흡착분자간의 상호작용은 없다. 고체 표면 중 이미 용질분자가 흡착하고 있는 부분을 Θ(흡착율), 용질분자가 아직 흡착하

될 때는 흡착속도와 탈착속도는 같으므로, 다음과 같이 된다. α(1 Θ) = α′Θ α = (1)

표시할 수 있다. (여기서 α, α′는 상수이고, c는 농도이다.) 흡착평형이 고체와 용액에 성립

비례하므로, α (1- Θ), 탈착속도는 흡착된 부분(의 용질분자들 개수)에 비례하므로, α ’Θ로 고 있지 않은 부분을 (1-Θ)라고 놓으면, 용질분자의 흡착속도는 흡착이 되지 않은 부분에

따라서

Θ =

α+α´

1+(α/α´)

(α/α´)

(2)

로 된다. 한편, 흡착율(θ)는 고체 표면의 흡착자리(adsorption sites)에 흡착된 피흡착질의 개수이 다. 다시 말하면, 비(比)표면적(1 g당의 표면적)을 s라고 할 때, 질량 m g의 고체 전체표면 적 A는 sm이 되고, 이 값에 대비하여 흡착된 면적이 θ이다.

Θ =

용질이 흡착된 면적

여기서 x는 피흡착질의 무게이며, 따라서 로 쓸 수 있다. (α′′는 상수) 이제 (2)와 (4)식을 묶으면, 1+(α/α´) α´´(α/α´) = α′′Θ

=

(용질이 흡착된 면적/)

∝

(3)

(4)

=

=

1+

(5)

이 되며, 이것은 langmuir isotherm(식(2))을 보다 실험적인 값들(x,m,c)로 표현한 것이다 (a,b는 상수: a는 포화흡착량에 관계하는 상수, b는 흡착열에 관계하는 상수). 이것을 다시 고쳐쓰면, 1

이 되며, /(/)를 y축의 값, c를 x축의 값으로 그래프를 그리면, 직선이 된다. 보다 복잡한 isotherm의 한가지 예로 Freundlich isotherm을 들어 보자. 이 isotherm에서 는, 일정온도에서 고체 흡착제와 평형을 이루는 용액 상 피흡착질의 농도(c), 흡착제의 질 량(m)과 이에 흡착되는 피흡착질(x)의 질량 사이에는 다음 관계식이 성립된다.

(/ )

=

+

1

(6)

= k

(7)

(여기서, k와 n는 실험적으로 결정하는 상수들이나, 이들의 물리적 의미는 다소 애매하다. 단지 상수 k는 흡착제와 피흡착질 사이의 상호작용의 크기를 나타내는 양이라고 정성적 으로 생각할 수 있다.)

이것은 log(/)를 y축의 값, log c를 x축의 값으로 그래프를 그릴 때 직선이 된다.

log

= nlog + log

(8)

3.

실험 기


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=17041095&sid=knp868group1&key=