본문내용
1. 흡착 실험
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 다음과 같다.
첫째, 일정한 농도에서 흡착제의 양을 변화시켜 흡착량을 측정하여 흡착평형정수와 흡착 기구를 규명함으로써 흡착 원리를 이해하고자 함이다. 흡착제의 양을 달리하여 흡착실험을 진행하고, 흡착량을 측정하여 흡착평형정수와 흡착 메커니즘을 분석할 것이다.
둘째, 농도를 달리한 CH3COOH 용액에서 활성탄 표면에서의 흡착성질을 알아보고 흡착 후 남은 농도와 용질의 무게 등을 측정하여 실험적으로 상수들을 구하고 흡착등온식에 부합하는지 확인하고자 함이다. 농도가 다른 용액에서의 흡착실험을 통해 흡착등온식 파라미터들을 도출하고자 한다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 흡착의 개요
흡착이란 고체와 액체, 고체와 기체, 액체와 액체 및 기체와 액체계면에서 혹은 액체 혼합물 중의 목적 성분을 제 3의 물질을 사용하여 분리하는 조작을 말한다. 흡착조작에서 제 3의 물질인 고체를 흡착제(adsorbent), 흡착되어지는 목적 성분을 흡착질(adsorbate), 흡착제와 흡착질을 조합한 것을 흡착계(adsorption system)라고 한다. 원자 또는 분자가 하나의 상으로 균일하게 확산하는 공정을 흡수(absorption)라 하여 흡착과 구별되며, 흡착과 흡수가 동시에 일어나는 것을 수착(sorption)이라고 한다. 이와 같이 흡착은 특정 물질을 다른 물질의 표면에 축적시키는 분리 조작으로, 화학공학 및 환경공학 분야에서 널리 활용되는 중요한 단위조작 중 하나이다."
1.2.2. 상에 따른 흡착의 종류
흡착에는 기상 흡착(vapor adsorption)과 액상 흡착(liquid adsorption)이 있다.
기상 흡착은 기체의 물리 흡착에 의해 일어나며, 탈습, 악취제거, 가스 중에 포함된 유용성분의 회수 등에 이용된다. 물리흡착은 고체 표면과 기체분자 사이의 반데르발스 힘에 의해 일어나며, 가역적이다. 온도 상승이나 압력 감소로 쉽게 탈착될 수 있다.
액상 흡착은 용액 중의 용질이 고체 표면에 흡착되는 것으로, 용액의 탈색, 이온교환, 방향족과 지방족 탄화수소 혼합물의 분리, 물의 탈취 등에 이용된다. 기상 흡착에 비해 액상 흡착은 용질과 용매의 물질 특성, 온도, pH 등 다양한 요인의 영향을 받는다.
이처럼 상태에 따른 흡착의 종류와 특징은 다르며, 이에 따라 각각의 목적으로 활용된다.
1.2.3. 물리흡착과 화학흡착
물리흡착은 흡착제와 흡착질 간의 van der Waals 형의 비교적 약한 힘의 작용으로 일어나는 가역현상이다. 평형상태에 있어서는 흡착량은 기체의 분압과 온도에 따라 변화하며 기체상의 분압이 내려가거나 온도가 상승하면 흡착된 기체는 간단히 탈착된다.
화학흡착은 흡착제와 흡착질 간의 화학작용에 의해 일어나며, 이 경우 흡착열이 크고 흡착량이 적다. 화학흡착은 촉매작용 등 극히 중요한 분리조작에 사용된다. 화학흡착은 비가역적이며 흡착질이 화학적으로 변화되어 흡착제 표면에 견고하게 결합되어 있다. 따라서 물리흡착과 달리 기체의 분압이나 온도 변화에 의해 탈착이 어렵다.
즉, 물리흡착의 경우 약한 결합력으로 인해 가역적이고 온도나 압력 변화에 따라 쉽게 흡착과 탈착이 일어나는 반면, 화학흡착은 강한 화학결합력으로 비가역적이며 흡착질이 화학적으로 변화되어 견고하게 결합되어 있어 탈착이 어렵다는 차이가 있다.
1.2.4. 흡착제
흡착제는 물리흡착 또는 화학흡착 과정을 통해 유체상의 물질을 고체상으로 옮기는 데 사용되는 고체 물질이다. 주요 흡착제로는 활성탄, 실리카겔, 활성 알루미나, 제올라이트 등이 있다.
활성탄은 가장 널리 사용되는 흡착제로, 주로 기상 및 액상 흡착에 사용된다. 활성탄은 복잡한 다공성 구조로 되어 있어 비표면적이 매우 크기 때문에 탁월한 흡착 성능을 가진다. 활성탄은 목재, 석탄, 코코넛 껍질 등의 원료를 고온에서 열처리하여 생산한다. 열처리 과정에서 다공성 구조가 발달하여 표면적이 증가하게 된다.
실리카겔은 이산화규소(SiO2)로 구성된 무기 흡착제이다. 실리카겔은 습기 흡착에 효과적이며, 다양한 화학물질에 대한 선택적 ...
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