Multilayer adsorption of alcohols from benzene/n-heptane mixtures on silica gel

An equation for multilayer adsorption from multicomponent liquid mixtures on solid surfaces¹ has been examined. For this purpose experimental adsorption data for four alcohols from benzene/n-heptane mixture on silica gel have been measured. Average number of the adsorbed layers, heterogeneity parameter and capacity of the surface phase have been evaluated by using the equation mentioned above.

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Mehrschichten-Adsorption von Alkoholen aus Benzol/n-Heptan-Mischung an Silica Gel

Zusammenfassung Eine Gleichung für Mehrschichten-Adsorption an festen Oberflächen¹ aus Mehrkomponentenlösungen wurde getestet. Zu diesem Zweck wurden experimentelle Daten für die Adsorption von vier Alkoholen aus Benzol/n-Heptan-Mischung an Silica Gel herangezogen. Der Mittelwert für die Anzahl der Adsorptionsschichten, der Heterogenitätsparameter und die Kapazität der Oberflächenphase wurde aus dieser Gleichung berechnet.

     

A simple method for determining the multilayer effects in adsorption of alcohols on silica gel

The excess adsorption isotherms ofn-pentanol, pentan-2-ol and 2-methylbutan-2-ol from binary and ternary solutions in benzene andn-heptane were measured. Experimental adsorption data are discussed in terms of a multilayer model of the surface phase. The main assumption of this model is that the surface layers being near the solid surface contain the molecules of the preferentially adsorbed component only. The phase-exchange reaction of molecules between bulk phase and last surface layer has been taken into account.On the basis of this theory it has been established for the investigated systems that the surface phase contains three molecular layers. Simultaneously appropriate surface phase capacities were determined.

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Eine einfache Untersuchungsmethode für Mehrschicht-Effekte bei der Adsorption von Alkoholen an Kieselgel

Zusammenfassung Die Adsorptionsisothermen binärer und ternärer flüssiger Mischungen vonn-Pentanol, 2-Pentanol oder 2-Methyl-2-butanol in Benzol und/odern-Heptan wurden bezüglich Kieselgel gemessen. Die experimentellen Daten der Adsorption wurden mittels des Mehrschichts-Modells der Oberflächenphase diskutiert. Die Hauptvoraussetzung dieses Modells ist die Annahme, daß die Oberflächenschichten, die sich in der Nähe des Kieselgels befinden, nur Moleküle der bevorzugt adsorbierten Komponente enthalten. Es wurde auch die Phasen-Austauschreaktion von Molekülen zwischen Phaseninnerem und der letzten Oberflächenschicht in Betracht gezogen.Auf der Basis dieser Theorie wurde für die untersuchten Systeme festgestellt, daß die Oberflächenphase aus drei Molekülschichten besteht. Außerdem wurden die ermittelten Volumina der Oberflächenphase berechnet.

     

Application of a bilayer adsorption model for explaining the adsorption of esters fromn-heptane and benzene on silica gel

The adsorption isotherms of methyl, ethyl,n-propyl andn-butyl acetates from benzene andn-heptane on silica gel have been measured at 298 K. A bilayer model of surface phase has been used to interpret these experimental data. It has been shown that the chain length of the hydrocarbon part of the ester and the solvent affinity to the adsorbent influence the structure of the surface phase. Moreover, this structure is also determined by energetic heterogeneity of the adsorbent surface.

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Die Anwendung eines Zweischicht-Adsorptionsmodells zum Verständnis der Adsorption von Estern ausn-Heptan- und Benzollösungen auf Kieselgel

Zusammenfassung Es wurden die Adsorptionsisothermen der Methyl-, Ethyl-,n-Propyl undn-Butylacetate in Benzol undn-Heptanlösungen auf Kieselgel bei 298 K gemessen. Zur Interpretation der experimentellen Daten ist ein Zweischicht-Modell für die Oberflächenphase benutzt worden. Es wurde gezeigt, daß die Länge der Esterkohlenwasserstoffkette und die Aktivität des Lösungsmittels Einfluß auf die Struktur der Oberflächenform haben. Außerdem ist diese Struktur durch energetische Inhomogenität der Adsorbensoberfläche bestimmt.

     

Physico-chemical applications of liquid chromatography I. Investigation of the adsorption of cardiac glycosides from water-ethanol solutions on silanized silica

Summary Using the cardiac glycoside cymarin as the example the application of liquid chromatography for the study of adsorption from solutions and the determination of the corresponding thermodynamic characteristics was investigated. The adsorption isotherm of cymarin at small concentrations from a water-ethanol solvent on silica gel modified by dimethyldichlorosilane was measured under static conditions using analytical LC to determine the concentrations of solutions after adsorption. The values of the Henry constants were obtained by extrapolating the slope of the adsorption isotherm down to zero concentration. The specific retention volumes for different but small sample sizes of cymarin in the chromatographic column were measured, the adsorbent and the water-ethanol eluent being the same as in the static conditions. The specific retention volume for a small (zero) sample size determined by liquid chromatography experiment coincides with the Henry constant of cymarin adsorption determined in static conditions. In favourable cases liquid chromatography can be used to determine the equilibrium constants for adsorption from solution. The dependence of the Henry constants on temperature was investigated for several cardiac glycosides. The influence of the modification of the adsorbent surface on the separation of the cardiac glycosides was also studied.     

Multilayer adsorption from multicomponent liquid mixtures on solid surfaces

Multilayer adsorption of multicomponent liquid mixtures on homogeneous and heterogeneous solid surfaces is discussed. Heterogeneity effects of the adsorbent surface have been taken into account in calculation of mole fractions of the components in the first adsorbed layer. The model calculations, illustrating multilayer and heterogeneity effects, have been performed for adsorption of ternary liquid mixtures.

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Mehrschicht-Adsorption von flüssigen Mehrkomponentenmischungen auf festen Oberflächen

Zusammenfassung Es wird die Mehrschichtadsorption auf homogenen und heterogenen Oberflächen diskutiert. Bei der Berechnung der Molbrüche der Komponenten der ersten adsorbierten Schicht wurden Heterogenitäts-Effekte berücksichtigt. Die Modellrechnungen wurden an ternären flüssigen Mischungen vorgenommen.

     

A new isotherm equation for single-solute adsorption from dilute solutions on energetically heterogeneous solids

A new isotherm equation is proposed for describing single-solute adsorption from dilute solution on energetically heterogeneous solids. This equation comprises all isotherm equations being an extension of simpleLangmuir isotherm to single-solute adsorption on heterogeneous solids. The phenol adsorption data from dilute aqueous solutions on activated carbon are studied by using this new equation.

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Eine neue Isothermengleichung für die Adsorption aus verdünnten Einzelkomponentenlösungen auf energetisch heterogenen Festkörpern (Kurze Mitteilung)

Zusammenfassung Es wurde eine neue Isothermengleichung für die Adsorption aus verdünnten Einzelkomponentenlösungen auf energetisch heterogenen Festkörpern vorgeschlagen. Diese Gleichung schließt alle bisherigen Isothermengleichungen in sich ein, die Verallgemeinerungen der einfachenLangmuir-Isotherme für Adsorption auf heterogenen Festkörpern sind. Es wurden Daten der Adsorption von Phenol aus verdünnten Wasserlösungen auf aktivierte Kohle unter Verwendung der neuen Gleichung untersucht.

     

Adsorption from solutions of nonelectrolytes on heterogeneous solid surfaces: A four-parameter equation for the excess adsorption isotherm

A four-parameter single-solute adsorption isotherm equation is generalized to the adsorption of binary liquid mixtures of nonelectrolytes. This equation comprises all isotherms being a simple extension of theEverett isotherm to liquid adsorption on heterogeneous solid surfaces. The benzene—cyclohexane excess adsorption data on silica gel are studied by using this new equation.

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Adsorption aus Lösungen von Nichtelektrolyten an heterogenen festen Oberflächen: Eine Vierparametergleichung für die Excess-Adsorptions-Isotherme

Zusammenfassung Es wird eine Vierparameter-Isothermengleichung für binäre Lösungen von Nichtelektrolyten diskutiert. Diese Gleichung umfaßt alle Isothermen vom Typ der einfachen Erweiterung derEverett-Isotherme für Flüssig-Adsorption auf heterogenen festen Oberflächen. Die Daten für die Adsorption von Benzol—Cyclohexan werden mittels dieser neuen Gleichung behandelt.

     

Competitive adsorption from multicomponent non-electrolytic liquid mixtures on heterogeneous solid surfaces

Summary A simple model for competitive adsorption from multicomponent non-electrolytic liquid mixtures on energetically heterogeneous solid surfaces is discussed in terms of statistical thermodynamics. Integral equations are derived for the fundamental thermodynamic quantities that characterize competitive adsorption at the liquid-solid interface. Extensive model studies are presented in order to illustrate the influence of adsorbent heterogeneity on the behaviour of these thermodynamic quantities.on leave from Faculty of Chemistry, M. Curie-Sklodowska University, PL-20031 Lublin, Poland     

Theoretical studies on the adsorption from non-ideal binary liquid mixtures on heterogeneous surfaces involving difference in molecular sizes of components

An equation for the phenomenon of competetive adsorption from binary liquid mixtures onto solids has been derived using the kinetic approach. In this equation the difference of the molecular sizes, the non-ideality of both bulk surface phases, and the energetic heterogeneity of the solid surface have been taken into account.

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Theoretische Untersuchungen zur Adsorption aus nichtidealen binären Lösungsmittelgemischen an heterogene Oberflächen fester Körper unter Berücksichtigung der Unterschiede in den molekularen Größen der Komponenten

Zusammenfassung Auf Grund kinetischer Erwägungen wurde eine Gleichung, die die Konkurrenzadsorption aus binären Lösungsmittelgemischen an den Oberflächen fester Körper beschreibt, aufgestellt. In der Gleichung wurde der Größenunterschied der Teilchen, die Nichtidealität der Lösung in der Volumen- und Oberflächenphase, sowie die energetische Heterogenität der Oberfläche des festen Körpers berücksichtigt.

     

Global non-ideality effects in adsorption of organic substances from dilute aqueous solutions on activated carbon

Summary A method for the quantitative estimation of the global non-ideality of the adsorption of weak organic electrolytes on activated carbon from dilute aqueous solutions is presented. The method is based on the analysis of aGraham plot which reflects the adsorption isotherm deviations from ideality. Averaging these deviations over the whole range of adsorption, one gets a single value representing the global non-ideality of a system. The method also allows to estimate the contributions of heterogeneity and interactions in the adsorbed phase to the global non-ideality effect. The theoretical considerations are illustrated by some model calculations. The usefulness of the method is tested for experimental data of benzoic and salicyclic acid adsorption over a wide range ofpH and concentrations.

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Globaler Effekt der Nicht-Idealität bei der Adsorption organischer Substanzen aus verdünnten wässerigen Lösungen an Aktivkohle

Zusammenfassung Es wird eine Methode zur quantitativen Abschätzung der globalen Nicht-Idealität für die Adsorption schwacher organischer Elektrolyte aus verdünnten wässerigen Lösungen an Aktivkohle vorgestellt. Diese Methode basiert auf der Analyse der bekanntenGraham-Abhängigkeit, die die Abweichung der Adsorptionsisotherme von der Idealität zeigt. Bei Errechnung des Durchschnittwertes dieser Abweichung über den ganzen Asorptionsbereich erhält man einen Wert, der die globale Nicht-Idealität für ein Adsorptionssystem charakterisiert. Die Methode erlaubt auch, den Beitrag der Heterogenität und der Wechselwirkungen in der Adsorptionsphase zum globalen Effekt der Nicht-Idealität abzuschätzen. Die theoretischen Erörterungen werden an Hand von Modellberechnungen illustriert. Die Nutzbarkeit der Methode wurde mit experimentellen Daten der Benzoe- und Salicylsäureadsorption in einem weiten Bereich vonpH und Konzentration getestet.

     

Study of adsorption from solutions by frontal chromatography

Summary The automatic frontal chromatography installation was described. By this chromatographic method the adsorption isotherm of benzene from n-heptane solutions on hydroxylated surface of silica with various porosity has been determined. This investigation was performed at different flow rates of eluent and in a wide range of concentrations. The isotherm of adsorption obtained by this chromatographic method has been compared with the results of the static measurements. The coincidence of adsorption isotherms measured at the various flow rates are shown to be a criterion of proximity the chromatographic process to the equilibrium.     

An isotherm equation for adsorption from binary liquid mixtures on solids involving surface heterogeneity and differences in molecular sizes of components and its numerical verification

An equation derived previously¹⁴ for adsorption from binary liquid mixtures composed of molecules of different sizes on heterogeneous solids has been reexamined. Verification of this equation by means of numerical simulation showed its applicability for describing the liquid adsorption onto weakly and strongly heterogeneous surfaces.

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Eine Isothermen-Gleichung für die Adsorption aus binären flüssigen Gemischen an heterogenen Oberflächen fester Körper unter Berücksichtigung der Differenzen in den Molekülgröen der Komponenten und ihre numerische Verifikation

Zusammenfassung Es wurde die früher¹⁴ abgeleitete Isothermen-Gleichung der Adsorption aus binären flüssigen Gemischen an heterogenen Oberflächen fester Körper abermals untersucht. Durch Computersimulation wurde gezeigt, daß diese Gleichung den obengenannten Prozeß, der sich sowohl an schwach wie auch an stark heterogenen Oberflächen vollzieht, gut beschreibt.

     

Multilayer effects in liquid adsorption chromatography with mixed mobile phases

This paper describes the theory of liquid adsorption chromatography (LSC) with mixed mobile phase, involving formation of multilayer surface phases. An equation describing the dependence of the capacity ratio upon the mobile phase composition is derived and theoretical curves illustrating the same dependence are calculated accordingly by assuming different thicknesses of the surface phase.     

Adsorption from binary solvent mixtures onto silica gel by HPLC frontal analysis

Summary The chromatographic technique of frontal analysis is applied to measuring adsorption from binary liquid mixtures by silica gel. The complete adsorption isotherm of a solvent mixture is obtained by measuring the break-through curves for a series of small concentration steps of the mobile phase. This method offers a direct way to determine the composition of the stationary phase in liquid-solid chromatography with mixed mobile phases. The surface excess isotherms of all binary systems formed by benzene, cyclohexane, and 1,2-dichloroethane, at the solution-silica gel interface at 25 °C are presented. The data of the three systems are shown to be thermodynamically mutually consistent.     

Physical adsorption of gases on energetically heterogeneous solids II. Theoretical extension of a generalizedLangmuir equation and its application for analysing adsorption data

The generalizedLangmuir equation proposed in part I is extended to monolayer adsorption with lateral interactions and to multilayer adsorption on heterogeneous surfaces with random distribution of adsorption sites. New differential functions, useful for interpreting the adsorption data, are introduced to study the mathematical and physical properties of this equation. These functions are applied to study three gas adsorption systems available from the literature.

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Gasadsorption auf energetisch heterogenen Feststoffen, 2. Mitt.: Die theoretische Erweiterung einer generalisierten Langmuir-Gleichung und ihre Anwendung zur Analyse von Adsorptionsdaten

Zusammenfassung Die generalisierteLangmuir-Gleichung, die in der 1. Mitt. beschrieben wurde, wird für die einlagige Adsorption mit lateralen Wechselwirkungen und für die viellagige Adsorption auf heterogenen Oberflächen mit einer Zufallsverteilung von Adsorptionsplätzen erweitert. Es werden neue Differentialfunktionen zur Untersuchung der mathematischen und physikalischen Eigenschaften dieser Gleichung eingeführt, die sich als fruchtbringend zur Interpretation von Adsorptionsdaten erweisen. Diese Funktionen werden zur Untersuchung von drei Gasadsorptionssystemen aus der Literatur herangezogen.

     

Thermodynamics of adsorption of organic liquids on Ni-modified solid obtained from collodal silica

Summary In order to reduce the well known silica surface inhomogeneity and to get a material suitable for selective chromatographic separations, a modified variety of the material was prepared by a controlled sorption of Ni²⁺ ions at the solid surface; its adsorption properties were then investigated using the GSC method. Since the starting material was of very high purity, it was possible to follow the influence of Ni²⁺ ion on the adsorption of various organic liquids, including n-alkanes, cyclohexane, benzene and halomethanes. Adsorption experiments, spanning zero surface coverage and the finite concentration region, were performed in the temperature range from 333 to 443 K. Both the surface activity change resulting from the modification and the possible interactions between the organic substances and the prepared adsorbent were examined using the standard free energy change of adsorption in zero coverage conditions. The adsorption isotherms of all the adsorbates listed were obtained using the Elution by Characteristic Point (ECP) technique and the data were fitted to the BET equation. To get a better insight into the adsorption process in the finite concentration region, the thermodynamic parameters of adsorption were determined and are discussed in terms of surface coverage.     

A model of adsorption at liquid-solid interface involving association in the bulk phase

A model of monolayer adsorption of binary liquid mixtures on homogeneous and heterogeneous solid surfaces involving association of one component in the bulk phase is discussed. Suitable model calculations, illustrating association and heterogeneity effects, have been performed according to an equation derived for adsorption excess. This equation has been examined by using the experimental data of adsorption of alcohols from benzene andn-heptane on silica gel.

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Adsorptionsmodell für die Grenzfläche Feststoff-Flüssigkeit unter Berücksichtigung der Assoziation in der Flüssigkeitsphase

Zusammenfassung Es wird ein Adsorptionsmodell binärer, flüssiger Mischungen an homogenen und heterogenen Oberflächen von Feststoffen unter Beachtung der Assoziation eines der Bestandteile in der Flüssigkeitsphase diskutiert. Mit der aus dem Oberflächenüberschuß abgeleiteten Gleichung wurden entsprechende Modellberechnungen durchgeführt, die die mit Assoziation und Heterogenität verbundenen Effekte illustrieren. Die Gleichung wurde für die experimentellen Daten der Alkoholadsorption aus Benzol undn-Heptan an Kieselgel überprüft.

     

Chromatographic investigations of adsorption of some aromatic compounds on aluminium oxide and silica gel from solutions

Summary Using adsorption TLC R_M values were measured for a number of aromatic compounds on aluminium oxide and silica gels having different specific surface areas, using the following binary mobile phases: benzene+toluene, benzene+carbon tetrachloride and chloroform+carbon tetrachloride. The results are graphically presented and compared with theoretically calculated values. Generally, a good agreement was found between the calculated and measured R_M values. The agreement is valid both when the R_M values were calculated using experimentally (indirectly) determined partition coefficients or when the coefficients are obtained with help of Ocik's equation [cf. Roczn. Chem.34, 745 (1960) and Chromatographia4, 516 (1971)]. One can assume that in the case of systems in which strong intermolecular interactions are absent, the statically determined partition coefficients of the compounds may be used for the calculation of their R_M values.     

Application of kinetic investigations for interpretation ofn-hexane and benzene adsorption on active carbon

Differencies between the mechanism ofn-hexane and benzene adsorption on active carbon were investigated on the ground of kinetic measurements. As it has been stated, the kinetic measurements show fundamental differencies between the mechanism of adsorption in spite of analogy existing in the state of adsorption equilibrium. Within the range investigated, only the adsorption ofn-hexane follows the model of volume filling of micropores. Existence of those differencies is also confirmed by measurements of effective diffusion coefficient values as well as changes of activation energy of the diffusion—adsorption process.

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Anwendung kinetischer Untersuchungen zur Interpretation des Adsorptionsverhaltens vonn-Hexan und Benzol an Aktivkohle

Zusammenfassung Mittels kinetischer Messungen untersuchte man die Unterschiede im Mechanismus des Adsorptionsverlaufes vonn-Hexan und Benzol an Aktivkohle. Man stellte fest, daß trotz der Analogie im Adsorptionsgleichgewichtszustand die kinetischen Messungen auf prinzipielle Unterschiede im Adsorptionsmechanismus hinweisen. Im untersuchten Bereich verläuft nur die Adsorption vonn-Hexane nach dem Modell der Mikroporenvolumenausfüllung. Die auftretenden Unterschiede wurden auch durch die Berechnungen der Werte der effektiven Diffusionskoeffizienten sowie Änderungen der Aktivierungsenergie des Diffusions-Adsorptionsprozesses bestätigt.