background image

 

 
 

Laboratorium 

 

Oczyszczanie wód i ścieków  

 

Studia niestacjonarne 

 
 
 
 
 
 
 
 

Ćwiczenie 

 
 

Badania aktywności  

mineralnych adsorbentów formowanych 

background image

 

 

 
 
 
 
Badania  aktywności  mineralnych  adsorbentów 
formowanych 

 
 
 

Zagadnienia, z którymi należy się zapoznać przed przystąpieniem do 
ćwiczeń: 

 

  Co to jest adsorpcja, adsorbent, adsorbat, pojemność sorpcyjna? 
  Podstawowe rodzaje adsorbentów przemysłowych. 
  Co to są minerały ilaste? Przykłady, struktura.  
  Adsorbenty zeolitowe, przykłady, struktura, sposoby otrzymywania. 
  Co to jest efekt sitowy ? 
  W  jakich  oznaczeniach  i  jakimi  technikami  określamy  jakość 

adsorbentów zeolitowych? 

  Dlaczego formujemy adsorbenty? 
  Dlaczego  oznaczamy  właściwości  mechaniczne  adsorbentów 

formowanych?    

 
 
 
  

   Celem ćwiczenia

 jest określenie pojemności sorpcyjnej względem 

benzenu  adsorbentów  zeolitowych  pozyskanych  z  materiałów  ilastych  – 
kaolinu i haloizytu. 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

   

C

ZĘŚĆ

 

TEORETYCZNA

 

 

 

    

1.

 

ADSORPCJA

 

Zjawisko adsorpcji jest rezultatem występowania na powierzchni każdego ciała stałego 

nienasyconych  i  niezrównoważonych  sił  molekularnych.  Kiedy  powierzchnia  ciała  stałego 

jest w kontakcie z cieczą lub gazem, występują wzajemne oddziaływania między polami sił 

powierzchni  ciała stałego  i cieczy lub gazu. Powierzchnia ciała stałego dąży do wyrównania 

szczątkowych sił przez przyciąganie i zatrzymywanie na niej cząsteczek, atomów lub jonów 

gazów czy cieczy. Skutkiem tego jest większe stężenie gazu lub cieczy w bliskim sąsiedztwie 

powierzchni ciała stałego niż w pozostałej masie.  

ADSORPCJA  oznacza  zjawisko  zwiększenia  stężenia  gazu  lub  cieczy  na 

powierzchni ciała stałego. 

Adsorpcja obejmuje dwa typy sił: siły fizyczne (van der Waalsa), które mogą być siłami 

polaryzacji  lub  siłami  dyspersyjnymi  (adsorpcja  fizyczna),  a  także  siły  chemiczne,  które  są 

siłami  walencyjnymi  pojawiającymi  się  w  wyniku  redystrybucji  elektronów  między 

powierzchnią ciała stałego i adsorbowanymi atomami (adsorpcja chemiczna). 

Podstawowe pojęcia związane z procesem adsorpcji to: 

  adsorbent – ciało stałe, na którego powierzchni zachodzi adsorpcja  

  adsorbat – substancja zaadsorbowana przez adsorbent  

  adsorptyw – substancja właśnie adsorbowana   

1.1.  Klasyfikacja adsorbentów 

Ogólnie adsorbenty możemy podzielić na: 

  Adsorbenty  nieporowate  –  ciała  stałe  o  nieznacznie  rozwiniętej  powierzchni 

właściwej; powierzchnię właściwą ciał nieporowatych określa się ich powierzchnią 

zewnętrzną,  którą  można  zwiększyć  przez  rozdrabnianie.  Przykładem  tego  typu 

sorbentów są sadze. 

  Adsorbenty  porowate  –  ciała  stałe  o  silnie  rozwiniętej  powierzchni  właściwej 

rzędu setek, a nawet powyżej 1000 m

2

/g. Tak duża powierzchnia wynika z bardzo 

dużej powierzchni porów znajdujących się wewnątrz ziaren adsorbentu, natomiast 

powierzchnia  zewnętrzna  jest  tego  samego  rzędu  co  adsorbentów  nieporowatych. 

background image

 

Adsorbenty  porowate  charakteryzują  się  dużą  chłonnością  sorpcyjną  względem 

określonych gazów, par i cieczy. 

Adsorbenty porowate dzielimy na: 

  Adsorbenty  mineralne  -  do  najczęściej  stosowanych  w  praktyce  należą:  zeolity, 

silikażele (żele krzemionkowe), aluminożele (aktywowany tlenek glinu) 

  Adsorbenty węglowe – węgle aktywne, węglowe sita cząsteczkowe (molekularne), 

włókna i tkaniny węglowe. 

 

    

2.

 

ZEOLITY 

 

2.1 Definicja 

Zeolity  to  krystaliczne  glinokrzemiany  metali  alkalicznych  lub  metali  ziem 

alkalicznych,  wyróżniające  się  ściśle  regularną  strukturą  porów.  Pory  te  w  zwykłych 

warunkach  temperaturowych  są  wypełnione  cząsteczkami  wody  (tzw.  zeolitowej),  która 

podczas ich ogrzewania wydziela się. Stąd nazwa „zeo-lit” czyli „wrzący kamień”. 

Wśród  zeolitów  wyróżnia  się  dwie  grupy:  naturalne  i  syntetyczne.  W  przyrodzie             

odkryto dotąd 34 minerały zeolitowe. Syntetycznie otrzymano około100 zeolitów .   

Zeolity syntetyczne mają budowę analogiczną do naturalnych .  

2.2.Budowa

 

Trójwymiarowa,  krystaliczna  sieć  zeolitów  składa  się  z  tetraedrów  SiO

4

  i  AlO

4

-

 

połączonych  ze  sobą  wierzchołkami  (Rys.1),  przy  czym  ujemny  ładunek  szkieletu 

glinokrzemowego  (pochodzący  od  jonów  AlO

4

-

   

)  kompensowany  jest,  w  zależności  od  typu 

zeolitu, kationami takimi jak Na

+

, K

+

, Mg

2+

, Ca

2+

, Sr

2+

, czy Ba

2+

Atomy tlenu łącząc tetraedry glinowotlenowe i krzemotlenowe tworzą pierścienie  

4  -,  5  -,  6  -,  8  -,  10  –  i  12  –  członowe  nazwane  „oknami”  o  maksymalnych  średnicach                                                                                                                                                            

wynoszących  od  1,5  do  8,0  Å.  Dzięki  przestrzennie  ułożonym  pierścieniom  tlenowym 

powstają komory o objętości setek angstremów, które są połączone kanałami o średnicy kilku 

angstremów. Obecność „okien” wejściowych umożliwia dostanie się cząsteczek adsorbatów o 

odpowiednich  rozmiarach  i  kształcie  do  przestrzeni  wewnątrz  komór.  Tutaj  m.in. 

adsorbowana  jest  woda  lub  cząsteczki  innych  indywiduów  oraz  zhydratyzowane  jony 

kompensacji, mogące ulegać wymianie .           

background image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

Skład chemiczny zeolitów (odpowiadający jego komórce elementarnej) wyrażony jest 

wzorem  :  Me

n

O*Al

2

O

3

*xSiO

2

*yH

2

O,    gdzie  Me  –  kation  metalu  alkalicznego,  n  –  jego 

wartościowość, x i y – liczby całkowite . 

Ważnym problemem charakteryzującym zarówno zeolity syntetyczne jak  

i naturalne jest moduł molowy SiO

/ Al

2

O

 determinujący strukturę zeolitu (zawiera się na 

ogół w granicach od 1 do 10). 

Wśród zeolitów syntetycznych wyróżnia się zeolity typów A, X, Y i inne. Niektóre z 

nich posiadają odpowiedniki w przyrodzie.  

W  zależności  od  kationów  kompensacji  zmieniających  średnicę  porów rozróżnia  się 

następujące odmiany zeolitów typu A : 

 3A o średnicy okien mniejszej od 0,38 nm – odmiana sodowo – potasowa, 

4A o średnicy okien mniejszej od 0,4   nm – odmiana sodowa, 

5A o średnicy okien mniejszej od 0,45 nm – odmiana wapniowa . 

 

    Struktura zeolitu typu 4A

 Zeolit  4A  jest  najczęściej  stosowany  spośród  zeolitów  w  procesach  adsorpcji  i 

katalizy.  Nie  posiada  on  analogów  w  przyrodzie.  Jego  komórka  elementarna 

(pseudokomórka)  zawiera  w  sumie  192  tetraedry  SiO

4

  i  AlO

4

-

.  W  strukturze  szkieletowej 

zeolitu 4A stosunek liczby tetraedrów SiO

do AlO

4

-

 jest najniższy wśród zeolitów i wynosi 1.  

Tutaj tetraedry łączą się tworząc 4 -, 6 – i 8 – członowe pierścienie tlenowe.      

Z  sześciu  4  –  członowych  i  ośmiu  6  –  członowych  pierścieni  powstaje  kubooktaedr  – 

powtarzający się w strukturze element budowy (Rys.2).  

Stanowi  on  β  –  komorę  o  swobodnej  objętości  157  Å

i  wymiarach  „okien”  do  niej 

prowadzących około 2,4 Å (osiem 6 – członowych pierścieni tlenowych).  

β  –  komory  łączą  się  poprzez  podwójne  4  –  członowe  pierścienie  tlenowe  i  tworzą  w  ten 

sposób α – komorę o wymiarach: objętość 775 Å

3

, średnica 11,4 Å. Wymiary „okien” do niej 

prowadzących (sześć 8 – członowych pierścieni tlenowych) wynoszą około 4,2 Å. Powstają 

więc dwa systemy trójwymiarowych kanałów: jeden składa się z α – komór  

a drugi z β – komór (Rys.3 i 4). 

    Co wynika z tak precyzyjnej budowy? 

Większość cząsteczek adsorbatów wnika tylko do α – komór, bo ich wymiary są zbyt 

duże, aby przejść przez „okna” wejściowe mniejszych β – komór.  

 

background image

 

 

background image

 

Woda  tzw.  „zeolityczna”  wypełnia  zaś  α  –  i  β  –  komory.  Przy  pełnym  uwodnieniu 

zeolitu  4A  do  pseudokomórki  wchodzi  27  cząsteczek  wody.  Hydratyzują  one  kationy 

kompensacji  znajdujące  się  obok,  w  wolnych  przestrzeniach.  Ich  ilość  zależy  od  ładunku  i 

promienia  jonowego,  stosunku  Si  /  Al.,  a  także  od  rozkładu  pola  elektrostatycznego  w 

zeolicie.  Można  powiedzieć,  że  kationy  kompensacji  lokalizują  się  w  ściśle  określonych 

miejscach  struktury.    W  pseudokomórce  dehydratowanego  zeolitu  4A  znajduje  się  12 

kationów Na

+

 z czego 4 zlokalizowane są w 8 – członowych pierścieniach prowadzących do α 

–  komór  i  przesłaniają  częściowo  prześwit  „okna”,  zmniejszając  jego  efektywny  rozmiar  o 

około 0,2 Å.  

Ważną  sprawą  jest  to,  że  jony  Na

+

  łatwo  można  wymienić  na  jony  K

+   

lub  Ca

2+

 

uzyskując  w  ten  sposób  zeolity  3A  i  5A  o  średnicach  „okien”  odpowiednio  wynoszących 

około 3,3 Å i 4,4 Å. 

 

2.3  Metody otrzymywania zeolitów i surowce 

 

 Zeolity  syntetyczne  otrzymuje  się  w  procesach  hydrotermalnych  dwiema  drogami: 

poprzez  długotrwałe  ogrzewanie  wodnych  roztworów  glinianów  i  krzemianów  metali 

alkalicznych albo poprzez rekrystalizację glinokrzemianów naturalnych.  

 

  Bezpośrednia synteza zeolitów (klasyczna metoda Barrera). 

 

 Zasada syntezy zeolitów, oparta na tej metodzie, polega na krystalizacji alkalicznego 

hydrożelu  glinokrzemianowego  o  odpowiednim  składzie.  Używa  się  tutaj  odrębnych 

składników krzemo – i glinonośnych.  

 Jako  surowiec  glinonośny  najczęściej  stosuje  się  glinian  sodu,  a  krzemonośnymi 

surowcami mogą być: krzemian sodowy, szkło wodne, amorficzna krzemionka czy zol kwasu 

krzemowego .  

Skład  i  struktura  powstających  kryształów  zeolitów  zależą  od  wielu  czynników: 

jakości  surowców,  sposobu  otrzymywania,  temperatury  i  czasu  krystalizacji.  Jednak 

determinujący  wpływ  na  rodzaj  uzyskanego  zeolitu  wywierają  stężenia  reagujących 

składników. Stężenia te określają stosunki molowe SiO

2

 / Al

2

O

3,

  Na

2

O / SiO

2

,H

2

O / Na

2

O. 

Wartości modułów molowych dla poszczególnych typów zeolitów są różne           

background image

 

(w zależności od tego jaki typ zeolitu chcemy otrzymać). Na przykład zeolit typu  A  będzie 

krystalizował z mieszaniny charakteryzującej się modułami molowymi:  

SiO

2

 / Al

2

O = 1,0 

 3,0 ,  Na

2

O / SiO

2

 = 0,6 

 3,0 , H

2

O / Na

2

O = 30 

 120 , czyli procesowi 

syntezy zeolitu a sprzyja niskie  stężenie składnika krzemowego w stosunku do glinowego i 

wysoka alkaliczność.  

 

    Rekrystalizacja glinokrzemianów naturalnych. 

 

    

Ze  względu  na  duże  koszty  wytwarzania  surowców  wykorzystywanych  w 

bezpośredniej  syntezie zeolitów, zaczęto poszukiwać  i badać nowe  i tańsze surowce.  Należą 

do nich naturalne glinokrzemiany, z których można otrzymać określony typ zeolitu na drodze 

rekrystalizacji.  Stosunek  molowy  SiO

2

  /  Al

2

O

3

  w  tym  przypadku  zależy  od  rodzaju  użytego 

glinokrzemianu. 

Najczęściej  stosowanymi  surowcami  są  minerały  z  grupy  kaolinitu    (kaolinit, 

haloizyt).  Zalicza  się  je  do  grupy  krzemianów  warstwowych  o  budowie  pakietowej.  Celem 

otrzymania pożądanego typu zeolitu najpierw niszczy się istniejącą sieć krystaliczną surowca 

glinokrzemianowego,  a  następnie  uzyskany  amorficzny  materiał  poddaje  się    obróbce 

hydrotermalnej w roztworze ługu o odpowiednio dobranym stężeniu . 

 Destrukcja  sieci  krystalograficznych  minerałów  kaolinitowych  następuje  w  zakresie 

temperatur od 823 do 1173 K . Im głębsze jest zniszczenie struktury pierwotnej surowca, tym 

czystsze produkty otrzymuje się w procesie rekrystalizacji.  

 W  wyniku  obróbki  termicznej  glino  krzemian  przechodzi  w  formę  amorficzną  – 

metakaolinit czy metahaloizyt itp. 

Obróbka  ługowa  polega  na  traktowaniu  bezpostaciowego  minerału  roztworami 

wodorotlenków pierwiastków alkalicznych w celu przeprowadzenia składników glinowego i 

krzemowego  w  postać  glinianu  i  krzemianu.  Jednocześnie  podczas  rozpuszczania  tych 

składników  wytrąca  się  hydrożel  glinokrzemowy,  z  którego  następnie  w  podwyższonej 

temperaturze krystalizuje pożądany zeolit. Dlatego tak ważny jest czas reakcji i temperatura 

kontaktu. 

Jak wspomniano wcześniej moduł molowy SiO

2

 / Al

2

O

3

 kaolinitu równy 2 odpowiada 

warunkom powstania struktury zeolitu A. Można oczywiście zmieniać te wartości i otrzymać 

zeolity  typu  X  i  Y  o  wyższych  modułach,  z  tego  minerału.  Dokonuje  się  tego  przez 

wprowadzenie  dodatkowych  ilości  krzemionki  jak  również  na  drodze  aktywacji 

glinokrzemianu kwasami mineralnymi (np. H

2

SO

4

, HCl).  

background image

 

10 

Znana jest metoda syntezy zeolitu przez spiekanie glinokrzemianu naturalnego  

z  alkaliami  w  temperaturze  1573  K  lub  w  warunkach  hydrotermalnych    (  873-1023  K  ). 

Otrzymany  spiek  stanowiący  bezwodne  gliniany  i  krzemiany,  poddaje  się  procesom 

krystalizacji hydrotermalnej w środowisku wodnym.  

 

2.4  Sitowo – molekularne właściwości zeolitów 

 

Zeolity  są  adsorbentami  mikroporowatymi.  Posiadają  jednorodne  pory  o  wymiarach 

wynikających z budowy komórki elementarnej (2 – 10 Å). Oprócz doskonałej selektywności 

adsorpcji charakteryzuje się zdolnością do rozdzielania substancji dzięki występowaniu różnic 

w  rozmiarach  i  kształtach  cząsteczek.  Dlatego  też,  właściwości  zeolitów  pod  względem 

rozmiarów  i  rozkładu  objętości  porów    zdecydowanie  odbiegają  od  właściwości  innych 

adsorbentów. 

Proces adsorpcji na zeolitach nożna porównać do procesu przesiewania przez sito 

 o  określonych  wielkościach  oczek  .  Stąd  wywodzi  się  termin  „efekt  sitowy”  zeolitów 

polegający  na  selektywnej  adsorpcji  indywiduów  chemicznych  z  mieszanin  .  Cząsteczki, 

których  rozmiar  krytyczny  jest  większy  od  średnicy  „okna”  nie  będą  adsorbowane  przez 

zeolit. 

 

 

Tablica 1. Przykłady średnic krytycznych niektórych cząsteczek w Å . 

 

H

– 2,82 

CO

2

 – 3,30 

H

2

O – 2,65 

NH

3

 – 2,80 

CH

4

 – 3,80 

 C

3

H

8

 – 4,30 

C

6

H

6

 –  6,6 

CCl

2

F

2

 – 4,40  

 

 

Sitowo – molekularne właściwości zeolitów można regulować trzema drogami: przez 

wymianę jonową, wcześniejszą adsorpcję polarnych cząsteczek i przewężanie porów. 

Wymiana  jonowa  powoduje  zmniejszenie  bądź  zwiększenie  wymiarów  „okien” 

wejściowych np. wymieniając jony Na

 na jony Ca 

2+ 

 efektywna średnica porów zeolitu  

background image

 

11 

4 A zwiększy się z około 4 Å do 4,4 Å. Lokalizacja kationów Ca

2+ 

 w 

 - komorach 

powoduje odsłonięcie 8 – członowych „okien” wejściowych. Dzięki temu do kanałów zeolitu 

już 5 A mogą dyfundować cząsteczki o większych rozmiarach niż 4 Å np. węglowodory n  – 

parafinowe.  Wymiana  natomiast  jonów Na 

  na  K

  w  zeolicie  4  A  tj.  jonów  o  większych 

promieniach  jonowych  spowoduje  „przesłonięcie  okien”,  ostatecznie  doprowadzi  do 

zmniejszenia  wymiarów  porów  do  wartości  ok.  3,3  Å  i  adsorpcji  tylko  małych,  polarnych 

cząsteczek np. wody czy metanolu.  

Wcześniejsza  adsorpcja  polarnych  cząsteczek  powoduje  zmniejszenie  wielkości 

adsorpcji  drugiej  substancji.  Również  obróbka  adsorbentu  zeolitowego  para  wodną 

wywołująca  zjawisko  przewężenia  porów  i  zmniejszenie  ich  rozmiarów,  doprowadzi  do 

ograniczenia adsorpcji cząsteczek o wymiarach zbliżonych do wymiarów „okien”. 

 

      Adsorpcja na zeolitach 

 

Poza  selektywnością  związaną  z  wielkością  cząsteczek,  zeolity  wykazują  też 

selektywność  zależną  od  polarności  cząsteczek.  Wszystkie  zeolity  selektywnie  adsorbują 

wodę  i  inne  polarne  cząsteczki,  a  z  dwóch  substancji  łatwiej  ulegnie  adsorpcji  związek 

bardziej  polarny.  Zeolity  syntetyczne  są  typowymi  adsorbentami  heteropolarnymi.  Oznacza 

to, że charakter rozkładu gęstości elektronowej w wiązaniach cząsteczek adsorbatu decyduje 

w  dużej  mierze  o  wielkości  adsorpcji  i  energii  oddziaływań  adsorpcyjnych  .  Z  jonową 

strukturą zeolitów bardzo silnie oddziaływują cząsteczki  

o  stałym  momencie  dipolowym  (H

2

O,  NH

3

  )  lub  kwadrupolowym  (N

2

,  CO

2

  )  czy  też 

cząsteczki zawierające wiązania π (węglowodory aromatyczne). Selektywność adsorpcji tych 

cząsteczek  jest  związana  ze  wzmocnieniem  sił  adsorpcyjnych.  Wynika  to  z  obecności 

dwojakiego rodzaju oddziaływania: niespecyficznego dyspersyjnego i specyficznego wolnych 

par elektronowych czy wiązań π cząsteczek z jonowa siatką zeolitów.  

           Ważną cechą sorbentów cząsteczkowych jest ich odporność na działanie wysokich 

temperatur. Nawet w temperaturach od 723 do 873 nie zmieniają właściwości sorpcyjnych

Ocena  jakości  syntetycznych  adsorbentów  cząsteczkowych  zgodnie  z  Polską  Normą 

BN–85/6069–11 obejmuje takie oznaczenia jak wytrzymałość mechaniczna, wodoodporność, 

dynamiczna sorpcja pary wodnej czy sorpcja etanolu,  n  –  heptanu czy  benzenu z  mieszanin 

ciekłych. 

 

 

background image

 

12 

2.5  Modyfikacja struktury porowatej zeolitu    

 

Zeolity  syntetyczne  krystalizowane  są  zazwyczaj  w  postaci  proszkowej.  Aby  mogły 

być stosowane w procesach przemysłowych poddaje się je formowaniu. 

Ze względu na silne właściwości tiksotropowe możliwe jest to przy użyciu lepiszczy 

wiążących, najczęściej  minerałów  ilastych, o bardzo dobrych właściwościach pęczniejących 

np.  bentonitów.  Wtedy  jednak  pogarsza  się  ich  właściwości  sorpcyjne,  gdyż  rozcieńcza  się 

aktywną fazę zeolitów.  

Synteza zeolitów z naturalnych glinokrzemianów (kaolinit, haloizyt) uformowanych w 

kształtki  przed  procesem  krystalizacji,  eliminuje  problem  „płynięcia”  proszku  zeolitowego 

podczas  formowania.  Jednocześnie  uzyskuje  się  produkt  o  doskonałych  właściwościach 

mechanicznych .  

Aby zapobiec nadmiernemu zbiciu i ściśnięciu masy minerału ilastego (szczególnie w 

procesie tłoczenia) do układu wprowadza się substancje – modyfikatory tekstury, za pomocą 

których  uzyskuje  się  odpowiednią  strukturę  porowatą  .  Należą  do  nich  takie  substancje  jak 

celuloza, skrobia,  melasa, węgiel aktywny, tlenek glinu, krzemionka czy  węgiel kamienny  i 

brunatny. 

Zastosowanie tego typu modyfikatorów do procesu formowania surowca mineralnego 

wywiera korzystny wpływ na jakość formowanych adsorbentów: zwiększa wydajność reakcji 

krystalizacji  formy  zeolitowej,  zwiększa  pojemność  sorpcyjną  adsorbentów  i  wzbogaca 

mikroporowatą strukturę adsorbentu zeolitowego o pory transportowe. 

 

2.6  Zastosowanie zeolitów 

  

Zeolity  znalazły  szerokie  zastosowanie  w  wielu  dziedzinach  chemii  i  w  procesach 

przemysłowych.  Liczba  ich  zastosowań  ciągle  rośnie.  Wciąż  prowadzone  są  intensywne 

badania nad ich syntezą i właściwościami. 

Jak  wiadomo,  zeolity  (głównie  typu  A)  ze  względu  na  dużą  zdolność  odwadniania 

gazów  i  to  w  zakresie  niewielkich  prężności  pary  wodnej,  są  adsorbentami  stosowanymi 

przede  wszystkim  w  suszarnictwie.  Temperatura  punktu  rosy  odwadnianego  gazu  może 

sięgać - 80

C, dlatego użycie adsorbentu zeolitowego zapewnia najwyższy stopień osuszenia . 

Osusza się  nimi także ciecze organiczne np. produkty rafineryjne. 

background image

 

13 

Zeolity  znalazły  zastosowanie  do  wydzielania  składników  niepożądanych  lub 

toksycznych (np. tlenków siarki, azotu, węgla, siarkowodoru, amoniaku, pary rtęci, wodoru 

czy węglowodorów). 

Niezastąpione okazały się katalizatory zeolitowe, szczególnie w przemyśle przeróbki 

ropy  naftowej  czy  w  procesach  utleniania  związków  siarkowych  –  oczyszczanie  gazów 

kominowych.  Za  pomocą  zeolitów  można  wydzielić  izotopy  promieniotwórcze  ze  zużytych 

roztworów. Są także dostosowane do regeneracji powietrza w pojazdach kosmicznych. 

Rekrystalizacja glinokrzemianów naturalnych do struktur zeolitowych stała się realną 

szansą  na tanie, krajowe sita cząsteczkowe do masowego zastosowania . Szczególną uwagę 

poświęcono zeolitowym wymieniaczom jonowym w chemii gospodarczej jako komponentom 

środków piorących w miejsce ekologicznie niebezpiecznego trójpolifosforanu sodu .  

Usuwanie jonów metali ciężkich (Pb, Cn, Zn, Cr, Cd, V i inne) z wód i ścieków jest 

bardzo efektywne przy użyciu zeolitów.  

 Adsorbenty  zeolitowe  z  minerałów  ilastych  charakteryzują  się  wysoką  aktywnością 

względem  n  –  parafin  (węglowodorów  o  najniższych  liczbach  oktanowych).  Dlatego  też 

wykorzystanie  zeolitów  przy  podwyższaniu  LO  paliw  jest  alternatywą  dla  częściowego 

odparafinowania w procesach adsorpcyjnych . 

 

 

 

background image

 

14 

   

C

ZĘŚĆ

 

DOŚWIADCZALNA

 

 

 

 

Wykonanie ćwiczenia 
 
Przebieg ćwiczenia przedstawiono na schemacie 1. Dokładną procedurę podano poniżej. 

1.  Odważyć  20 g  benzenu  i  80 g  n-heptanu,  a  następnie  zmieszać  oba  składniki. 

Oznaczyć  współczynnik  załamania  światła  (n

20

d

)  tak  przygotowanej  mieszaniny 

 i z tablicy Z-3 odczytać jej skład w % (m/m). 

2.  Zważyć fiolki do badań wraz z korkami.  
3.  Do fiolek wsypać warstwę 1 cm zeolitów 4A i 13X, zamknąć korkami i zważyć. 
4.  Do fiolek z sorbentami wprowadzić odpowiednią  ilość  mieszaniny cieczy  –  1 cm 

ponad warstwę zeolitu, zamknąć korkami i ponownie zważyć. 

5.  Fiolki z sorbentem i mieszaniną wytrząsać ręcznie przez 20 minut. 
6.  Mieszaninę  cieczy  we  fiolkach  odwirować  w  ciągu  3  minut  przy  prędkości 

obrotowej 3000 obr/min.  

7.  Pobrać probówką klarowną ciecz znad osadu i oznaczyć współczynnik załamania 

światła (n

20

d

) oraz odczytać skład mieszaniny w % (m/m) z tablicy Z-3. 

8.  Sorpcję benzenu (X

b

) obliczyć w gramach na jeden gram sorbentu wg wzoru: 

 

X

b

= m

1

/m 

 (w

o

-w)/(100-w) 

gdzie: 
m

1

 – masa mieszaniny cieczy wprowadzonej do fiolki,  g 

m – masa sorbentu we fiolce,  g 
w

o

  –  ułamek  masowy  składnika  adsorbowanego  (benzenu)  w  mieszaninie  przed 

sorpcją,  % (m/m) 

w - ułamek  masowy  składnika  adsorbowanego  (benzenu)  w  mieszaninie  po 

sorpcji,  % (m/m) 

 

 

 

background image

 

15 

Rys. 1. Schemat przebiegu ćwiczenia. 

 

 

 

 

Ściek 2 

 

(20 g benzenu + 80 g n-heptanu) 

Zeolit 4A i 13X 

 

warstwa 1 cm 

 
 

wytrząsanie – 20 minut 

Wirowanie – 3000 rpm 

Przesącz  

osad 

Oznaczenie współczynnika załamania 

światła 

Fiolka 

1 cm ponad warstwę zeolitu 

background image

 

16