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反氣相色譜法提供了一種快速準(zhǔn)確的方法來(lái)測(cè)量不同濃度和溫度范圍內(nèi)的吸附熱。此 外，IGC還允許在不同相對(duì)濕度下研究該參數(shù)。本文敘述了辛烷值在無(wú)限稀釋和兩種不同濕度下微晶纖維素上解吸熱的測(cè)定。

引言

吸附熱是直接衡量固體分子與吸附在其表面的氣體分子之間相互作用強(qiáng)度的指標(biāo)。這個(gè)參數(shù)通常是通過(guò)吸附等溫線測(cè)量濃度得到的。在這種情況下，它可以通過(guò)克勞修

斯-克拉佩龍方程或通過(guò)BET擬合的C常數(shù)來(lái)計(jì)算。IGC提供了一種快速和簡(jiǎn)單的方法， 直接從任何濃度的保留體積計(jì)算熱吸附值。在無(wú)限稀釋條件下，IGC是唯一可靠的方 法，因?yàn)樗恍枰獙?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行外推[1]。本研究采用微晶纖維素作為吸附劑。除了在造 紙工業(yè)中使用外，這種材料也是各種醫(yī)藥和食品的常見(jiàn)原料。本文應(yīng)用IGC法測(cè)定了 辛烷在兩種不同相對(duì)濕度下微晶纖維素上的解吸熱。

理論

式中，T為柱溫，m為樣品質(zhì)量，F(xiàn)為1atm和273.15K處的出口流速，tR為吸附探針停留 時(shí)間，t0為流動(dòng)相保留時(shí)間(死時(shí)間)。j為James-Martin修正量，修正柱床壓降保留時(shí)間。

在亨利定律區(qū)域內(nèi)，凈保留體積與吸附熱微分關(guān)系如關(guān)系式(3)所示。

ln VN / T = -DH A / RT + C  (3)

假設(shè)吸附焓與溫度無(wú)關(guān)。在這些條件下，從lnVN/T與1/T的曲線可以得到吸附熱[2]。實(shí)驗(yàn)

用微晶纖維素(MCC)， Avicel PH-101填充空IGC柱(2mm ID, 30 cm長(zhǎng)度的SMS標(biāo)準(zhǔn)柱)。所有的吸附實(shí)驗(yàn)都在SMS - iGC2000上進(jìn)行。測(cè)量辛烷值的條件溫度為302 - 316k，濕度為0%和50%RH。在測(cè)量之前，在初始溫度和相對(duì)濕度下進(jìn)行預(yù)處理10小時(shí)。

結(jié)果

圖1顯示了30℃-46℃，0%和50%RH樣品柱中MCC樣品對(duì)正辛烷的吸附熱圖。

圖1. 30℃-46℃，0%和50%RH正辛烷與MCC吸附熱圖和擬合直線

吸附熱的計(jì)算是用iGC Analysis軟件1.1版完成的。在0% RH下，一系列測(cè)量的平均值為47.77 kJ/Mol，在50% RH下為32.90 kJ/Mol。隨著相對(duì)濕度的增加，解吸熱的下降與Katz和Gray[3]對(duì)玻璃紙上不同相對(duì)濕度下表面能測(cè)量的趨勢(shì)一致。在低RH時(shí)，它們獲得恒定的表面能，而在高RH時(shí)，這些值明顯較小。這種效應(yīng)可能是由表面形成的水團(tuán)而不是由單層吸附形成造成的。該簇仍然允許烷烴探針?lè)肿优c表面分散中心之間的相互作用。在很高的RH下，團(tuán)簇會(huì)變得很大，從而阻礙了色散相互作用，表面能和吸附熱就會(huì)下降。這一理論得到的解吸熱和冷凝熱的值(辛烷38.58 kJ/Mol)的支持。通常冷凝熱要小于吸附熱。然而，在高RH下，固體表面的大部分被水團(tuán)簇覆蓋，因此，主要的相互作用將與辛烷值和水的混合熱的大小相似，預(yù)計(jì)相對(duì)較小。

結(jié)論

IGC被證明是一種測(cè)量不同相對(duì)濕度下的吸附熱的有用技術(shù)。結(jié)合其他數(shù)據(jù)，這些測(cè)量結(jié)果甚至可以用來(lái)獲得關(guān)于表面和吸附劑之間相互作用的性質(zhì)的信息。

參考文獻(xiàn)

  [1]   Kiselev, A.V. and Yashin,Y.A., Gas Adsorption Chromatography, Plenum, New York, 1969.

   [2]  Condor, J.R. and Young, C.L., Physicochemical Measurement by Gas Chromatography, John Wiley and Sons, Chichester, 1979.

[3]  Katz, S. and Gray, D.G., Journal of Colloid and Interface Science 82 (1981), 339/

[4]  CRC Handbook of Chemistry and Physics, 57^th edition 1976, CRC Press, Cleveland.