Isosteric heat of hydrogen adsorption is one of the most important parameters required to describe solid-state hydrogen storage systems. Typically, it is calculated from adsorption isotherms measured at 77K (liquid N2) and 87K (liquid Ar). This simple calculation, however, results in a high degree of uncertainty due to the small temperature range. Therefore, the original Sievert type setup is upgraded using a heating and cooling device to regulate the wide sample temperature. This upgraded setup allows a wide temperature range for isotherms (77K ~ 117K) providing a minimized uncertainty (error) of measurement for adsorption enthalpy calculation and yielding reliable results. To this end, we measure the isosteric heats of hydrogen adsorption of two prototypical samples: activated carbon and metal-organic frameworks (e.g. MIL-53), and compared the small temperature range (77~87K) to the wide one (77K ~ 117K).
Adsorption isotherms of water vapour for infant formula milk powders manufactured by P. M. and N company in Korea were measured at temperatures between 20, 30 and 40$^{\circ}C$ using COST-90 modified method. Results showed that the isotherms were sigmoidal in shape. The adsorption isotherms of milk powder were depending on the temperature and products. The BET-model were applied and analyzed to compare the experimental value. It was found that the BET-model is fitted with measuring data. Sample P showed the lowest monolayer value and sample N showed the highest. Isosteric heat obtained upon application of BET-model was calculated in this field of temperature using the Clausius-Clapeyron equation. It is suggested that the usage of the BET-model to estimate the heat of water sorption in infant formula milk powder should be in agreement with the results from COST-90 project.
The adsorption of crystal violet dyes from aqueous solution using the granular activated carbon was investigated. Adsorption experiments were carried out as a function of the adsorbent dose, initial concentration, contact time and temperature. The adsorption characteristic of crystal violet followed Langmuir isotherm. Based on the estimated Langmuir separation factor ($R_L=0.02{\sim}0.106$), this process could be employed as an effective treatment (0 < $R_L$ < 1). The adsorption kinetics followed the pseudo second order model. The values of Gibbs free energy (-1.61~-11.66 kJ/mol) and positive enthalpy (147.209 kJ/mol) indicated that the adsorption process is a spontaneous and endothermic reaction. The isosteric heat of adsorption decreased with increasing of surface loading by the limited adsorbent-adsorbate interaction due to increased surface coverage.
The adsorption of Rhodamine-B dye using granular activated carbon from aqueous solution was investigated. Adsorption experiments were carried out as a function of the adsorbent dose, pH initial concentration, contact time and temperature. The equilibrium adsorption data showed a good fit to Langmuir isotherm model. Based on the estimated Langmuir separation factor ($R_L$ = 0.0164~0.0314), our adsorption process could be employed as an effective treatment method. The kinetics of adsorption followed the pseudo first order model. Also, the negative values of Gibbs free energy (-4.51~-13.44 kJ/mol) and positive enthalpy (128.97 kJ/mol) indicated that the adsorption was spontaneous and endothermic process. The isosteric heat of adsorption increased with increase in the surface loading indicating lateral interactions between the adsorbed dye molecules.
Adsorption characteristics of 1,2-dichlorobenzene on the surface of heat treated silica gel were determined by the moment analysis. The heat treatment of the silica gel was performed at temperatures of 150, 500, and $800^{\circ}C$ and pulse-response of 1,2-dichlorobenzene was measured in a gas chromatograph equipped with thermal conductivity detector (TCD) using the packed column. Equilibrium adsorption constants and isosteric heat of adsorption were recorded the highest value at $500^{\circ}C$. This might be due to the increase of interaction between silica surface and 1,2-dichlorobenzene as the decrease of OH concentration and moisture by increase of heating temperature. Axial dispersion coefficient calculated by the moment method was about $0.046{\times}10^{-4}{\sim}1.033{\times}10^{-4}m^2/sec$ and pore diffusivity of heat treated silica gel at $500^{\circ}C$ measured the lowest value. Because heat treating at $800^{\circ}C$ caused the specific surface area to reduce, equilibrium adsorption constants and isosteric heat of adsorption were decreased.
The potential energy of interaction of alkanes C$_1$-C$_5$ and benzene with K$^+$ ion exchanged zeolite L was calculated by applying the atom-atom approximation. For benzene molecule, the atomic charges used for the potential energy calculations were derived from the experimental enthalpy of K+ ion-benzene interaction. The thermodynamic characteristics of the adsorption of the adsorbate molecules (the changes in the internal energy and the isosteric heats at very low coverages) and the potential maps of the adsorbate molecules were determined on basis of the calculated values of potential energy. The calculated values of the isosteric heats agreed fairly well with experimental data for alkanes C$_1$-C$_5$, whereas the calculated isosteric heat for benzene was somewhat greater than that for the experimental value.
The adsorption of methyl green dye using an activated carbon from an aqueous solution was investigated. Adsorption experiments were carried out as a function of the adsorbent dose, initial concentration, contact time and temperature. The Langmuir isotherm model showed a good fit to the equilibrium adsorption data. Based on the estimated Langmuir separation factor, ($R_L=0.02{\sim}0.106$), this process could be employed as the effective treatment (0 < $R_L$ < 1). It was found that the adsorption was a physical process with the adsorption energy (E) value range between 316.869 and 340.049 J/mol obtained using Dubinin-Radushkevich equation. The isothermal saturation capacity obtained from brunauer emmett teller (BET) model increased with increasing the temperature. The kinetics of adsorption followed a pseudo second order model. The free energy and enthalphy values of -5.421~-7.889 and 31.915 kJ/mol, respectively indicated that the adsorption process follows spontaneous endothermic reaction. The isosteric heat of adsorption increased with the increase of equilibrium adsorption amounts, and the total interaction of the adsorbent - adsorbate increased as the surface coverage increased.
The kinetic and thermodynamic parameters of Acid Red 66, adsorbed by granular activated carbon, were investigated on areas of initial concentration, contact time, and temperature. The adsorption equilibrium data were applied to Langmuir, Freundlich, Temkin, Redlich-Peterson, and Temkin isotherms. The agreement was found to be the highest in the Freundlich model. From the determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232), the adsorption of Acid Red 66 by granular activated carbon could be employed as an effective treatment method. Temkin's constant related to adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo-second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion equation showed that the inclination of the second straight line representing the intraparticle diffusion was smaller than that of the first straight line representing the boundary layer diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle diffusion was the rate-controlling step. From thermodynamic experiments, the activation energy was determined as 35.23 kJ mol-1, indicating that the adsorption of Acid Red 66 was physical adsorption. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -0.548 ~ -7.802 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = +109.112 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, respectively. The isosteric heat of adsorption increased with the increase of surface loading, indicating lateral interactions between the adsorbed dye molecules.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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