활성탄을 이용한 회분식 흡착 실험보고서

소개글

활성탄을 이용한 회분식 흡착 실험보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 제 목

2. 실험 목적

3. 이 론
1) 흡착 이란?
2) 흡착제 란?
3) 활성탄 이란?
[활성탄의 세공구조 그림 포함]
4) 흡착의 원리
5) 흡착의 분류
6) 열역학적 평형에서의 흡착식
7) 흡착 등온선

4. 실 험
1) 기기 및 시약
2) 실험 순서
3) 실험 방법

5. 결 과
1) 메틸렌 블루 용액
① 측정값
② 파장에 따른 흡광도
③ 최대파장의 검량선 ( 660 nm에서 농도에 따른 흡광도)
2) 메틸렌블루 + 활성탄
① 측정값
② 계산값
③ 흡착등온식
- Fruendlich 등온식
- Langmuir 등온식
- 농도에 따른 흡착량

6. 결 과 요 약

7. 결론 및 고찰

본문내용

MB분자량×(초기농도-흡착평형 농도)×용액부피(180㎖/1000㎖)
C : 용액의 농도K, n : 실험 상수
MB분자량 : 373.9
그래프에서 얻은 함수 y=1.101x+2.114 를
log X/M = logk + 1/n*logC 에 맞추어 보면 다음의 값을 얻을 수 있다.
log k = - 2.144 , k = 139.3156803
1/n = 1.01
따라서, 실험을 통해 얻은 Fruendlich 등온식 은 다음과 같다.
- Langmuir 등온식
a, b : 상수
C : 용액의 농도
그래프에서 얻은 함수 y=0.007x+1043 을 식에 비교해보면,
1/ab = 0.007 이고, 1/b = 1043 이다.
따라서, a=149000 , b=0.00095877 이고,ab = 142.86이다.
실험을 통해 얻은 Langmuir 등온식은 다음과 같다.
- 농도에 따른 흡착량
몰농도가 증가할수록 흡착량이 증가함을 알수 있다.
6. 결 과 요 약
메틸렌 블루 10-5 M, 10-5, M10-6 M,10-7 M 로 측정한 최대파장은 660nm 이다.
메틸렌 블루와 활성탄을 이용한 흡착 등온식은 다음과 같다.
Fruendlich 등온식
Langmuir 등온식
또한, 몰농도가 증가할 수 록 흡착량이 증가함을 알수 있다.
7. 결론 및 고찰
이번 실험은 활성탄을 이용한 회분식 흡착에 관한 실험이였다. 총 2주에 걸쳐 진행한 실험이였는데, 제조해야 할 것도 많고, 측정해야 할 것도 많고, 시간도 많이 소요 되는 까다로운 실험 이였다. 먼저 첫 주에는 메틸렌 블루 10-5 M, 10-5, M10-6 M,10-7 M 로 제조하여 500nm~600nm 까지 10nm 단위로 흡광도를 측정하여 최대 파장을 찾아내야 했다. 그 결과 최대파장으로 660nm 로 확인 할 수 있었다. 처음에는 파장이 증가할수록 흡광도 값이 계속 증가 할 것이라 예상했었다. 하지만 최대파장을 도달하기 까지는 흡광도가 계속 증가 하였으나 그 이후에는 흡광도가 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 농도에 따른 흡광도의 변화는 몰농도가 증가할수록 흡광도 값이 증가하는 것을 그래프를 통하여 확일 할 수 있었다.
두 번째 실험에서는 메틸렌 블루를 10-4 M,10-4 M,10-4 M,10-5 M,10-6 M,10-7 M 로 제조하여 활성탄을 0.05g 씩 넣고 시간에 따른 흡광도를 측정하여야 했다. 그런데 메틸렌 블루를 각 농도 당 200ml씩 제조해야 했으나 농도가 초기 농도에서 일정량 만큼 씩 덜어 농도가 작은 메틸렌 블루를 제조하는 방식이라 모든 농도를 200ml로 제조하는 것이 매우 까다로웠다. 예를 들어 10-2 M 을 200ml 제조하면 거기에서 20ml 을 채취 하여 10-5 M 을 제조 해야 하기 때문에 10-4 M 은 180ml 만 남았었다. 그것을 모두 200ml 로 맞추기가 어려워 교수님께 문의 하였더니 180ml 로 제조 하여 실험을 진행하라고 말씀해 주셔서, 원활히 실험을 진행할 수 있었다.
10분 단위마다 각 농도에 대한 흡광도를 측정하였는데, 10-7M 의 경우에는 10분 측정 값 부터 음수 값이 나와 흡착이 완료된 것으로 판단하여 0 으로 놓고 계산하였다. 시간에 따른 흡광도를 보면 각 농도마다 특정한 경향이 있는 것이 아니라 흡광도가 증가하였다가 감소하였다 하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 1/2*10-4 M과 10-4M 의 경우에는 흡착 후 농도 계산값이 음수값이 나와 계산에서 제외하였다.
계산 과정에서 처음 접하는 이론이라 매우 낯설었다. 흡착실험은 처음이라 이론을 조사하는 과정에서도 생소한 용어들을 많이 접할 수 있었다. 또한, 실험데이터를 이용하여 흡착 등온식을 작성해야 했는데, Fruendlich 등온식과 Langmuir 등온식을 처음 다루어 보아서 매우 힘들었다. 계산해야 할 것도 많았을 뿐만 아니라 매우 복잡하여 하나라도 실수하면 최종 결과 값이 달라지기 때문에 여러 번의 검산을 통하여 계산을 진행할 수밖에 없었다. 이 과정에서 많은 시간이 소요 되었다. 쉽지 않은 계산 이였지만, 이론을 공부하고 실험 결과를 분석하여 원하는 데이터를 얻을 수 있었다.
흡착등온식 결과는 결과요약부분에 나타내었으며, 농도에 따른 흡착량 그래프를 통하여 몰농도가 증가할수록 흡착량이 증가함을 확인 할 수 있었다.
- 오차의 원인
메틸렌 블루 각각의 농도에 활성탄을 넣고 5분, 10분 ,20분, 30분 ,40분, 50분 마다 흡광도를 측정하여야 했는데, 이때 용액 그대로를 측정하는 것이 아니라 거름종이를 이용하여 한번 걸러낸 후의 용액의 흡광도를 측정하여야 했다. 그런데 용액이 거름종이에 걸러지는 시간이 생각보다 짧지 않았다. 시간에 맞추어 흡광도를 측정해야 했지만, 거름종이에 걸러지는 시간까지 미쳐 고려하지 못했던 까닭에 5분에서의 흡광도는 측정하지 못하였다. 그리하여, 10분 이후부터 흡광도를 측정 할 수 있었다. 또한 각 농도마다 거름종이에 걸러지는 시간이 비슷한 것이 아니라서 각 농도마다 몇 초~몇 분 정도의 차이가 발생하게 되었다. 여기서 오차가 발생했으리라 짐작 할 수 있다.
또한, 흡광도를 측정할 때 매번 증류수를 이용하여 영점 조절을 해주어야 했으며, 측정시마다 셀을 손으로 잡고 흡광 광도계 안에 넣어주는 동작을 반복하여야 했다. 손으로 셀을 집을 때는 빗살무늬가 있는 쪽을 집어야 했지만, 여러 번 반복되는 동작에서 실수로 한번이라도 무늬가 없는 쪽을 집었을 가능성을 배제 할 수 없다. 또한 거름종이로 거르는 과정에서 용액이 셀 내부로 바로 들어가는 것이 아니라 바닥과 겉에도 묻어서 이를 휴지를 이용하여 제거해야 했다. 이때 셀에 작은 흠집이 나거나 이물질이 묻어 흡광도 값이 정확히 측정되지 않았을 수도 있다. 실험 내용자체가 사람의 손이 많이 타는 과정이라 이러한 과정에서 오차가 발생했을 것으로 판단된다.
쉽지 않은 실험 이였지만 이번 실험을 통하여 흡착에 관한 이론을 공부 할 수 있었으며, 흡광도를 측정하는 방법을 배울 수 있었다. 또한, Fruendlich 등온식과 Langmuir 등온식을 학습하고 직접 그래프를 그리고 식을 계산해 볼 수 있는 좋은 경험 이였다.

키워드

회분식흡착,   활성탄,   흡착등온식,   Fruendlich,   Langmuir