Модельные предпосылки для вывода адсорбционного уравнения Дубинина-Радушкевича
А.В. Твардовский
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.409
Оригинальная статья
Аннотация: К настоящему времени предложено большое количество различных уравнений адсорбции и абсорбции, описывающие самые различные ситуации равновесий на однородных и неоднородных поверхностях адсорбентов, полимерах, микро-, мезо- и макропористых адсорбентах. Однако, наибольшую ценностьпредставляют те работы, в которых предпринимаются попытки построить общую теорию адсорбции (и абсорбции). Из такого общего уравнения должны в качестве частных случаев следовать, по крайней мере, известные классические адсорбционные уравнения. Так, в работе [1] такое уравнение было предложено и показано, что из него в качестве частных случаев следуют классические уравнения Генри, Лэнгмюра, Брунауэра – Эмметта – Теллера с константами, имеющими ясный физический смысл. Так, константа в уравнении Генри определяется температурой, удельной поверхностью адсорбента, размером молекул адсорбата, молярной массой адсорбата и изостерической теплотой адсорбции (энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента). В выведенном частном уравнении Брунауэра – Эмметта – Теллера, в отличие от классического варианта, впервые указана ясная зависимость константы уравнения от конкретных физических характеристик адсорбционной системы. Она определяется концентрацией молекул адсорбата в жидкой фазе при рассматриваемой температуре, концентрацией молекул адсорбата при образовании плотного монослоя на поверхности адсорбента, энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента и теплотой конденсации. Представленный в этой работе подход может служить основой для моделирования самых различных адсорбционных и абсорбционных явлений, включая адсорбцию на микропористых адсорбентах. В адсорбционной науке получило широкое практическое применение адсорбционное уравнение Дубинина-Радушкевича, являющееся эмпирическим. В настоящей работе на основе [1] проведен термодинамический анализ уравнения Дубинина-Радушкевича и выявлены модельные предпосылки для теоретического выводы этого уравнения в широком диапазоне температур (до критической температуры Tcrit).
Ключевые слова: адсорбция, адсорбент, абсорбция, термодинамика фазовых равновесий, уравнение Генри, уравнение Лэнгмюра, уравнение Брунауэра – Эмметта – Теллера, уравнение Дубинина-Радушкевича
- Твардовский Андрей Викторович – д.ф.-м.н., профессор, и.о. ректора, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
Ссылка на статью:
Твардовский, А.В. Модельные предпосылки для вывода адсорбционного уравнения Дубинина-Радушкевича / А.В. Твардовский // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 409-418. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.409.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Твардовский, А.В. Общий феноменологический подход для описания адсорбционных и абсорбционных равновесий / А.В. Твардовский // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 321-330. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.321.
2. Sanchez-Varretti, F.O. Adsorption of interacting binary mixtures on heterogeneous surfaces: theory, Monte Carlo simulations and experimental results / F.O. Sanchez-Varretti, F.M. Bulnes, A.J. Ramirez-Pasto // Adsorption. – 2019. – V. 25. – I. 7. – P. 1317-1328. DOI: 10.1007/s10450-019-00093-7.
3. Pérez-Chávez, N.A. Molecular theory of glyphosate adsorption to pH-responsive polymer layers / N.A. Pérez-Chávez, A.G. Albesa, G.S. Longo // Adsorption. – 2019. – V. 25. – I. 7. – P. 1307-1316. DOI: 10.1007/s10450-019-00091-9.
4. Abbasi, A. Adsorption of CO and NO molecules on Al, P and Si embedded MoS2 nanosheets investigated by DFT calculations / A. Abbasi, A. Abdelrasoul, J.J. Sardroodi // Adsorption. – 2019. – V. 25. – I. 5. – P. 1001-1017. DOI: 10.1007/s10450-019-00121-6.
5. Sladekova, K. The effect of atomic point charges on adsorption isotherms of CO2 and water in metal organic frameworks / K. Sladekova, C. Campbell, C. Grant et al. // Adsorption. – 2021. – V. 27. – I. 6. – P. 995-1000. DOI: 10.1007/s10450-021-00301-3.
6. Sastre, G.J. Surface barriers and symmetry of adsorption and desorption processes / G.J. Sastre, J. Kärger, D.M. Ruthven // Adsorption. – 2021. – V. 27. – I. 5 (Topical Issue: Diffusion in Nanoporous Solids. – V. 2). – P. 777-785. DOI: 10.1007/s10450-020-00260-1.
7. Van Assche, T.R.C. An explicit multicomponent adsorption isotherm model: accounting for the size-effect for components with Langmuir adsorption behavior / T.R.C. Van Assche, G.V. Baron, J.F.M. Denaye // Adsorption. – 2018. – V. 24. – I. 6. – P. 517-530. DOI: 10.1007/s10450-018-9962-1.
8. Dastani, N. Adsorption of Ampyra anticancer drug on the graphene and functionalized graphene as template materials with high efficient carrier / N. Dastani, A. Arab, H. Raissi // Adsorption. – 2020. – V. 26. – I. 6. – P. 879-893. DOI: 10.1007/s10450-019-00142-1.
9. Avijegon, G. Binary and ternary adsorption equilibria for CO2/CH4/N2 mixtures on Zeolite 13X beads from 273 to 333 K and pressures to 900 kPa / G. Avijegon, G. Xiao, G. Li, E.F. May // Adsorption. – 2018. – V. 24. – I. 4. – P. 381-392. DOI: 10.1007/s10450-018-9952-3.
10. Ghasemi, A.S. A DFT study of penicillamine adsorption over pure and Al-doped C60 fullerene / A.S. Ghasemi, F. Mashhadban, F. Ravari // Adsorption. – 2018. – V. 24. – I. 5. – P. 471-480. DOI: 10.1007/s10450-018-9960-3.
11. Berezovsky, V. Computational study of the CO adsorption and diffusion in zeolites: validating the Reed–Ehrlich model / V. Berezovsky, S. Öberg // Adsorption. – 2018. – V. 24. – I. 4. – P. 403-413. DOI: 10.1007/s10450-018-9948-z.
12. Henry, D.C. A kinetic theory of adsorption / D.C. Henry // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. Series 6. – 1922. – V. 44. – I. 262. – P. 689-705. DOI: 10.1080/14786441108634035.
13. Langmuir, I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum / I. Langmuir // Journal of the American Chemical Society. – 1918. – V. 40. – I. 9. – P. 1361-1403. DOI: 10.1021/ja02242a004.
14. Brunauer, S. Adsorption of gases in multimolecular layers / S. Brunauer, P.H. Emmett, E. Teller // Journal of the American Chemical Society. – 1938. – V. 60. – I. 2. – P. 309-319. DOI: 10.1021/ja01269a023.
15. Дубинин, М.М. Современное состояние теории объемного заполнения микропор адсорбентов при адсорбции газов и паров углеродными адсорбентами / М.М. Дубинин // Журнал физической химии. – 1965. – Т. 39. – Вып. 6. – С. 1305-1317.
16. Дубинин, М.М. Сорбция и структура активных углей. 1. Исследование адсорбции органических паров / М.М. Дубинин, Е.Д. Заверина, Л.В. Радушкевич // Журнал физической химии. – 1947. – Т. 21. – Вып. 11. – С. 1351-1362.
17. Hill, T.L. Physical adsorption and the free volume model for liquids / T.L. Hill // Journal of Chemical Physics. – 1949. – V. 17. – I. 6. – P. 590. DOI: 10.1063/1.1747341.
18. Hill, T.L. Extension of Fowler's treatment of surface tension to physical adsorption / T.L. Hill // Journal of Chemical Physics. – 1949. – V. 17. – I. 7. – P. 668-669. DOI: 10.1063/1.1747364.
19. Tompkins, F.C. Adsorption isotherms for nonuniform surfaces / F.C. Tompkins // Transactions of the Faraday Society. – 1950. – V. 46. – P. 580-586. DOI: 10.1039/TF9504600580.
20. Hobson, J.P. A new method for finding heterogeneous energy distributions from physical adsorption isotherms / J.P. Hobson // Canadian Journal of Physics. – 1965. – V. 43. – I. 11. – P. 1934-1940. DOI: 10.1139/p65-187.
21. Harris, L.B., Adsorption on a patchwise heterogeneous surface: II. Heats of adsorption from the condensation approximation / L.B. Harris // Surface Science. – 1969. – V. 13. – I. 2. – P. 377-392. DOI: 10.1016/0039-6028(69)90198-8.
22. Бакаев, В.А. Молекулярная теория физической адсорбции на неоднородистых поверхностях и в микропористых адсорбентах: автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук: 02.00.04 / Бакаев Виктор Александрович. – М.: МГУ, 1989. – 39 с.
23. Темкин, М.И. Адсорбционное равновесие и кинетика процессов на неоднородных поверхностях при взаимодействии адсорбированных молекул / М.И. Темкин // Журнал физической химии. – 1941. – Т. 15. – Вып. 3. – С. 296-332.
24. Ландау, Л.Д. Статистическая физика /Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Наука, 1976. – Том 5. – Часть 1. – 564 с.
25. Николаев, К.М. Об адсорбционных свойствах углеродных адсорбентов. Сообщение 3. Исследование изотерм адсорбции газов и паров на активных углях в широком интервале температур, включая критическую область / К.М. Николаев, М.М. Дубинин // Известия АН СССР. Отделение химических наук. – 1958. – Т. 7. – Вып. 10. – С. 1165-1174.