Універсальні залежності рівноважних адсорбційних характеристик невпорядкованих середовищ - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукВсе це привело до необхідності інтенсивної розробки питань взаємодії молекул довільної конфігурації і властивостей з поверхнею, з урахуванням особливостей геометричної і хімічної будови поверхні. Ці питання розробляються як теоретично з використанням феноменологічної термодинаміки адсорбції (І.Ленгмюр, С.Брунауер, Я.де Бур, М.М.Дубінін, В.В.Серпинський, А.В.Кисельов), теорії інтегральних рівнянь (Я.Б.Зельдович, М.И.Темкін, Дж.Холсі, С.Сиркар), гратчастих моделей (В.В.Серпинський, У.Стіл, Ю.К.Товбін); теорії випадкових процесів (Г.В.Цицишвілі, Дж.Хониг, М.Кац); квантовохімічних (Х.Дункен) і числових методів (В.А.Бакаєв, Ю.К.Товбін, В.І.Шимуліс), так і за допомогою сучасних експериментальних методів. З цієї причини для опису поведінки невпорядкованих адсорбційних систем в умовах динамічної рівноваги вельми актуальним є побудова універсальних залежностей, що дозволяють проводити апріорний розрахунок термодинамічних характеристик сорбату і адсорбенту. В рамках термодинаміки рівноважної адсорбції, феноменологічної термодинаміки опуклих тіл і термодинамічної теорії подібності встановити універсальні закономірності в поведінці неврегульованих адсорбційних систем, що дозволяють прогнозувати основні характеристики рівноважної адсорбції - властивості сорбату і адсорбенту в умовах динамічної рівноваги. Адсорбційна система в умовах динамічної рівноваги - це невпорядкована адсорбційна система, будь-який проміжний стан якої може бути однозначно визначено на підставі визначального параметра адсорбційної системи - локальної константи рівноваги при нульовому заповненні (сприйнятливості) і параметра, що характеризує ступінь неврегульованості системи.При аналізі експериментальних даних по рівноважній адсорбції 45 різних адсорбційних систем на адсорбентах різної природи було встановлено, що відношення енергії взаємодії молекул в адсорбованому стані до енергії взаємодії молекул у вільному стані близько до постійної величини, яка не залежить від природи сорбату і визначається лише природою адсорбенту. Тоді на підставі формули (1) універсальну кореляційну залежність для константи Генрі при адсорбції молекул довільної конфігурації слід записати у вигляді: ,(2) де - мінімум потенційної ями молекул в адсорбованій фазі. Універсальна залежність константи Генрі при адсорбції різних органічних і неорганічних речовин в діапазоні температур Т = 212,7-515,2 К на різних зразках активного вугілля з питомою поверхнею S0 = 700-1440 м2/г була апроксимована в наступному вигляді: ln Her = 9,46 er - 0,32(3) Універсальна залежність (5) може бути використана для молекул будь-якої конфігурації окрім молекул, що містять цикли. Функція Грема чітко виділяє чотири види ізотерми першого типа: 1) ідеальний випадок адсорбції на енергетично однорідній поверхні без урахування латеральних взаємодій молекул; 2) адсорбція на однорідній поверхні з урахуванням латеральних взаємодій; 3) адсорбція на неоднорідній поверхні без урахування латеральних взаємодій і 4) адсорбція на неоднорідній поверхні з урахуванням латеральних взаємодій.У дисертаційній роботі сформульовані і вирішені теоретичні завдання, спрямовані на розробку нового наукового напряму - виявлення універсальних залежностей, що визначають поведінку невпорядкованих адсорбційних систем в умовах динамічної рівноваги. Адсорбційну систему, умови динамічної рівноваги якої описуються ізотермою І типу по класифікації IUPAC, вважати невпорядкованою і як міру невпорядкованості розглядати відхилення при збільшенні заповнення потенціалу Гіббса від його значення при заповненні, прагнучому до нуля. Поведінка невпорядкованої адсорбційної системи в умовах динамічної рівноваги у всьому діапазоні зміни заповнень повністю визначається сприйнятливістю невпорядкованої адсорбційної системи, параметром, що характеризує міру невпорядкованості і двовимірної густини сорбату у стані насичення. Для розрахунку приведеної енергії в мінімумі потенційної ями при адсорбції молекул довільної конфігурації на адсорбентах довільної природи, тобто у разі, коли експериментальні дані не задовольняють потенціалу (6-12), запропоновано модифікувати потенціал (6-12) у області мінімуму з використанням чинника Пітцера, чинників, що визначають дипольні і індукційні взаємодії, і одержаної на основі аналізу великого числа експериментальних даних поправки, визначуваної як відношення мінімуму потенційної ями для флюїда в збуреному і вільному стані. Для побудови універсальної залежності константи Генрі на підставі аналізу молекулярних графів методами топології і теорії графів запропонований визначальний параметр-індекс повної складності молекулярного графа, який визначає внесок параметру невпорядкованості адсорбційної системи окремо невпорядкованості структури молекулярного графа.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ