활성탄의 흡착 (Absorption Isotherms in solution)

소개

용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 양상을 흡착 등온식으로 알아본다.

목차

Title
Purpose
Theory
실험 시약 및 방법
Data 및 Result
Discussion

본문내용

4. Abstract


흡착은 표면현상인데 흡착에 의하여 다량의 기체나 액체로부터 물질이 물리적 혹은 화학적 힘에 의하여 표면에 붙어 있다. 흡착은 고체나 액체의 표면에서 일어나는데 표면의 종류와 흡착에 작용하는 힘의 형태에 따라서 흡착된 분자들이 한층 혹은 여러층을 만든다. 흡착의 범위는 표면의 형태뿐만 아니라 그 자체의 표면적에 따라 달라지므로 어떤 주어진 물질에 대한 표면적이 크면 클수록 흡착이 많이 일어난다. 가장 유용한 고체흡착제 중에는 실리카겔(SiO2)와 활성탄이 있다. 이 물질들은 아주 잘게 나누어질 수 있어서 흡착할 수 있는 표면적이 아주 크고 기체와 액체용액의 용질을 흡착하는 특성을 가지고 있다.

고체 표면의 흡착력은 흡입된 물질의 양(혹은 몰수)과 흡착제의 단위질량당 흡착면적 측정으로 결정된다. 보통 흡착제의 단위질량당 용액에서 흡착된 용질의 양은 포화점에 이를 때까지 용질의 전체 농도에 의존한다. 또한 주어진 용질 전체 농도에서는 흡착제의 단위 질량당에 흡착된 양은 온도가 증가하면 감소한다. 만약에 흡착이 물리흡착이라면 흡착은 가역적이어서 흡착제를 평형용액에서 제거시켜 낮은 농도의 용액으로 옮기면 용질이 흡착제의 표면에서 떨어져서 새로운 평형을 만든다. 흡착이 화학흡착이라면 이와 같은 가역과정은 일어나지 않는다.

많은 계의 일정온도 흡착현상에 대한 더 좋은 식은 Langmuir등온흡착식인데 흡착과정의 이론적 기초를 동시에 가지고 있다. 묽은 액체 용액에서 고체 표면 흡착에 적용할 수 있는 이 방정식은 다음과 같다.

여기서 x는 용액의 농도가 c인 용질이 평형상태에서 흡착제 wg에 의해 흡착된 용질의 몰수이다(무게/
분자량). 흡착 방해물이 없을 때는 상수 Nm의 이런 간단한 해석은 Langmuir등온흡착식에 따르는 많은 계에 대해서도 타당하다고는 할 수 없다.

상수 K는 모든 입자간 방해를 무시할 수 있는 매우 묽은 농도 범위에서는 농도와 비흡착(x/w)과를 관련지워 준다. 다른 온도에서 등온흡착을 측정하면 K가 온도에 따라 변하는 것을 알 수 있는데 이 K를 흡착계에 고유한 흡착에너지와 관계지울 수 있다. 흡착의 열역학이론에 의하여 절대온도의 역수(1/T)에 대해 logK를 도시하면 간단한 흡착계에 대하여 직선이 얻어지고 이런 성질은 많은 경우에 나타난다.
(1)식에서의 상수들을 결정하기 위하여 이 식을 선형으로 만들면

[c/(x/w)]=(1/Nmk)+c/Nm=1/K+c/Nm (2)
여기서는 c에 대해 [c/(x/w)]의 도시하면 흡착이 Langmuire등온식에 따르기만 한다면 언제나 직선이 됨을 알 수 있다.

참고자료

· 없음