Termodynamické aspekty teplotní závislosti adsorpce olova a fenolu z vodných roztoků na uhlíkatých látkách

Bc. Petra VESELÁ

Diplomová práce

Thermodynamic aspects of temperature dependence of lead(II) and phenol adsorption from aqueous solutions on coals/carbons

Anotace:

Předkládaná diplomová práce se zabývá adsorpčním chováním a následnou termodynamickou analýzou Pb2+ iontů a fenolu z vodných roztoků na dvou typech přírodního uhlí ? oxidačně alterovaném černém uhlí (A), hnědém uhlí (H), a na vzorku aktivního uhlí (HS). Kinetická měření prováděná při 30 °C a 60 °C byla vyhodnocena pomocí časové konstanty ? a kinetických modelů pseudo-prvního a pseudo-druhého řádu lineární regresí a lineární regresí s použitím metody Taylorova rozvoje. Z kinetických měření vyplynulo, že teplota nemá měřitelný vliv na rychlost adsorpce. Dále byla prováděna rovnovážná adsorpční sledování (při 30 °C, 60 °C a 80 °C), která byla vyhodnocena pomocí Langmuirovy, Freundlichovy a Dubinin-Radushkevichovy izotermy také lineární regresí a lineární regresí s použitím metody Taylorova rozvoje. Vliv teploty na adsorpční kapacitu byl buď zanedbatelný (adsorpce Pb2+ iontů na vzorcích A, H), nebo docházelo ke snižování adsorpční kapacity s rostoucí teplotou (adsorpce Pb2+ iontů na vzorku HS a fenolu na A, H, HS). Rovnovážná adsorpční měření byla použita pro vyčíslení termodynamických parametrů adsorpce, a to změny Gibbsovy energie (?G), změny entalpie (?H) a změny entropie (?S). Hodnota ?G byla vypočtena na základě vztahu mezi ?G a termodynamickou rovnovážnou konstantou K (vyčíslena různými způsoby), ?H a ?S byly zjištěny z van?t Hoffovy závislosti. Kromě ?H bylo navíc spočítáno i izosterické teplo (?Hizo). Veličiny ?H a ?Hizo byly porovnány s kalorimetricky změřenými hodnotami adsorpčních tepel, přičemž bylo zjištěno, že změny entalpií vypočítané na základě adsorpčních měření se nemusí shodovat s údaji z kalorimetrických měření. Celkově lze prohlásit, že adsorpce Pb2+ iontů i fenolu je termodynamicky výhodný, samovolný a exotermní proces.

Abstract:

This thesis concerns with adsorptive behaviour and consequent thermodynamic analysis of Pb(II) and phenol from aqueous solutions onto two types of natural coal ? oxidative altered bituminous coal (A), subbituminous coal (H), and onto activated carbon (HS). Kinetics measurements were conducted at 30 °C and 60 °C and were evaluated by time constant (?) and by pseudo-first order and pseudo-second order kinetic models using linear regression and linear regression with application of Taylor expansion method. It was found out, that temperature has no measurable effect on adsorption rate. Equilibrium adsorption measurements were carried out at 30 °C, 60 °C and 80 °C on the basis of adsorption kinetics measurements and were evaluated by Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherm using linear regression and linear regression with application of Taylor expansion method. Effect of temperature on adsorption capacity was either negligible (adsorption of Pb(II) on samples A, H), or adsorption capacity decreased with increasing temperature (adsorption Pb(II) ions on HS and phenol on A, H, HS). Adsorption equilibrium measurements were used for computing of thermodynamic parameters, such as Gibbs energy (?G), enthalpy (?H), and entropy (?S) changes. Parameter ?G was calculated following relationship between ?G and thermodynamic equilibrium constant K (K computed differently), ?H and ?S were obtained using van?t Hoff dependence. Apart from ?H, isosteric heat of adsorption (?Hizo) was also calculated. Values of ?H and ?Hizo were compared with calorimetric measured values. It was ascertained, that enthalpy changes calculated on the basis of adsorption measurements can be incomparable with the values from calorimetric measurements. Generally, it was noticed, that sorption of Pb(II) ions and phenol is thermodynamically feasible and spontaneous process with exothermic character.

Klíčová slova

Termodynamická analýza, rovnovážná konstanta, Gibbsova energie, entalpie, entropie, izosterické teplo, kinetika adsorpce, adsorpční izotermy

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 4. 2012

Zveřejnit od: 20. 4. 2012

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Prof. Ing. Boleslav Taraba, CSc.

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Chemie / Analytická chemie pevné fáze