화학공학 - 흡착[Absorption] 실험

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화학공학 - 흡착[Absorption] 실험에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

면서 3가지 중요한 단계를 거치면서 진행된다. 젖은, 사용한 탄소를 말리는 작업은 373-383K에서 진행되고 이때 증발에 많은 열이 소모된다. 그리고 온도가 1000K까지 올라가는 과정에서 활성탄 내의 휘발성 유기물질의 탈착, 분해되기 쉬운 유기물질의 thermal cracking, 고분자와 방향족 물질의 열분해적 중합 등이 일어나게 된다. 이 단계에서 탄화 잔여물이 남는데 1100-1200K에서 기화하는 작업이 3번째 단계이다. 이때는 활성탄 자체가 기화하지 않도록 선택적 기화를 해야만 한다.
실험
실험장치
시약조사
1) Sulfuric acid(H2SO4)
Formula weight : 98.08
Specific gravity : 1.834 at 18, referred to water at 4℃
Melting point : 10.49
decomposes at 340
colorless, viscous liquid
2) Cupric sulfate(hydrocyanite), CuSO4
Formula weight : 159.63
Specific gravity : 3.606
600 를 넘으면 분해된다.
650 에서 CuO를 형성한다.
Solubility : 14.3(at cold water), 75.4(at hot water)
green-white rhombic
3) Sodium hydroxide(NaOH)
Formula weight : 40.00
Specific gravity : 2.130
Melting point : 318.4
Boiling point : 1390
Solubility : 42(at cold water), 347(at hot water)
white, 조해성이 있다.
실험방법
1) charcoal을 graduated column에 넣은 후 0.05M H2SO4 50ml로 씻고 증류수 100ml로 또 씻었다. 증기압으로 column내의 모든 물을 제거하였다.
2) 0.25M CuSO4를 희석시켜 다음과 같은 용액들을 준비하였다.
① 증류수에 2ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
② 증류수에 4ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
③ 증류수에 6ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
④ 증류수에 8ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
⑤ 증류수에 10ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
⑥증류수에 12ml의 CuSO4를 넣어 100ml를 만들었다.
3) NaOH 용액과의 적정을 위한 calibration 곡선을 준비하였음.
4) 1)에서 준비된 column의 stopcock을 막은채 B용액 75ml를 세 번에 나누어 column에 넣었다. 그리고 밸브를 잘 조절하여 용액 유출속도가 20drops/min이 되게하였다. 그리고서 calibration 곡선에서 샘플을 모았다.
5) 같은 곡선을 이용하여 column 내의 용액의 농도와 같아 질때까지 적정하여 샘플을 분석하였다.
6) 평형이 된 후 증기압을 이용하여 column을 비우고, charcoal에 흡착된 용질의 양을 결정하기 위해 유출된 75ml를 분석하였다.
7) C, D, F 에 대해 4)를 반복하여 실험하였다. 흡착이 진행되는 동안은 column내를 씻지않고 이전에 사용한 column 을 그대로 사용하였다.
결과예측
우선 A부터 F까지의 각각의 농도를 측정하여 Calibration Table을 만들 수 있을 것이고, 이를 이용하여 각각의 농도를 NaOH와의 적정으로 쉽게 구할 수 있을 것이다.
B, C, D, F를 각각 활성탄을 천천히 통과시키면 실험장치의 아랫부분 즉 먼저 활성탄과 접촉한 시료는 흡착이 많이 되어 농도가 처음과 많이 변해있겠지만 윗부분으로 올라갈수록(나중에 나오는 시료일수록) 점점 더 그 농도에서의 평형에 도달하여 처음의 농도와 비슷해질 것이다.
B, C, D, F를 각각 차례로 흡착시키면서 활성탄을 지나간 시료의 양과 흡착된 양을 그래프로 표시할수 있을 것이다. 이 값들과 활성탄의 무게등을 아래와 같이 이용하여 상수 k와 n을 구하여 흡착등온식을 세울 수 있을 것이다.
x : 흡착된 CuSO4의 g수
m : 흡착제인 활성탄의 무게(실험에서는 3g)
y : 평형에서의 잔류용액의 농도(M)
위 식의 양변에 ln을 취하면 다음과 같다.
평형에서의 잔류용액의 농도를 y에, 흡착된 CuSO4의 무게를 x에 넣고 1차 선형회귀를 하여 기울기 n 절편 ln k를 구할 수 있을 것이다.
참고문헌
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Adsorption equilibrium data handbook

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화학공학,   흡착,   실험