РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ /

__________ _____________ 2011 г.

СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020100.62 « Химия»

Профиль подготовки «Физическая химия»

Форма обучения очная

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Авторы работы _____________________________/ /

«______»___________2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры

неорганической и физической химии от «__» ____________ 2011 г. протокол № ____

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 15 стр.

Зав. кафедрой ______________________________/ /

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК

ИМЕНИТ от «__» ____________ 2011 г. протокол № ____

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________/ /

«______»_____________2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________/ /

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук, информационных технологий

Кафедра неорганической и физической химии

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020100.62«Химия»

Профиль подготовки «Физическая химия»

Форма обучения очная

Тюменский государственный университет

2011

ЛАРИНА процессы. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020100.62 «Химия», профиль подготовки «Физическая химия» форма обучения очная. Тюмень, 2011, 15 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Сорбционные процессы [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой неорганической и физической химии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: ,

заведующий кафедрой неорганической и физической химии, д-р хим. наук

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

1.  Пояснительная записка

Рабочая программа дисциплины «Сорбционные процессы» составлена в соответствии с требованиями к результатам, условиям и структуре подготовки бакалавров по направлению 020100 «Химия» Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

1.1.  Цели и задачи дисциплины

Цель обучения - формирование представлений о научных основах процессов сорбции.

Задачи обучения:

- изучение основных закономерностей, теорий, описывающих сорбционные процессы;

- рассмотрение методов исследования сорбционных процессов;

- формирование представлений о химии поверхности и адсорбционных свойствах неорганических и органических адсорбентов;

- формирование представлений о прикладных задачах процессов сорбции.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Сорбционные процессы» относится к дисциплинам по выбору профессионального цикла дисциплин направления 020100.62 «Химия».

Для изучения курса требуются предварительные знания физической химии.

Материал, излагаемый в данном курсе необходим для освоения ряда специальных дисциплин, таких как физико-химические методы водоочистки, а также при выполнении научно-исследовательской работы.

1.3.  Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО

В соответствии с ФГОС ВПО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:

- общекультурных:

ОК-6 - использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

ОК-9 - владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией;

- профессиональных:

ПК-1 - понимает сущность и социальную значимость профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности;

ПК-2 - владеет основами теории фундаментальных разделов физической химии;

ПК-3 - способен применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных;

ПК-4 - владеет навыками химического эксперимента, основными методами исследования химических веществ и реакций;

ПК-6 - владеет навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;

ПК-7 - имеет опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях;

ПК-8 - владеет методами регистрации и обработки результатов химически экспериментов.

В области воспитания личности целью подготовки является формирование социально-личностных качеств студентов: целеустремлен-ности, организованности, коммуникативности.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать основные понятия, закономерности, теории, описывающие процессы сорбции.

Уметь: ориентироваться в особенностях процессов сорбции и использовать полученные знания для решения научных и прикладных задач.

Владеть: основами методов исследования сорбционных процессов, методиками представления результатов эксперимента.

2.  Структура и трудоемкость дисциплины.

Семестр 7. Основной материал курса излагается в цикле лекций. Методы решения конкретных задач изучаются в ходе семинарских занятий.

Контроль за развитием перечисленных знаний, навыков и умений осуществляется с помощью нескольких форм.

Для текущего контроля предусмотрены коллоквиумы и контрольные работы.

Итоговый контроль осуществляется посредством:

- рейтинг-листа, суммирующего показатели по всем видам текущего контроля;

- семестрового зачета.

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

3.  Тематический план

Таблица 1.

№

Тема

недели семестра

Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.

из них в интерактивной форме, в час.

Итого часов по теме

Итого количество баллов

Лекции

Семинарские занятия

Самостоятельная работа

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Модуль 1

1.

Введение

1-2

2

2

4

-

8

0-5

2.

Теории адсорбции газов и паров на однородной и неоднородной поверхности

3-6

4

4

10

4

18

0-28

Всего

6

6

14

4

26

0-33

Модуль 2

1.

Адсорбция из растворов

7-12

6

6

10

4

22

0-33

Всего

6

6

10

4

22

0-33

Модуль 3

1.

Хемосорбция

13- 14

2

2

4

-

8

0-5

2.

Адсорбенты

15- 18

4

4

8

4

16

0-29

Всего

6

12

12

4

24

0-34

Итого (часов, баллов):

18

18

36

72

0 – 100

из них часов в интерактивной форме

6

6

12

Таблица 2.

Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля

№

Название темы

Формы текущего контроля

(баллы)

Итого

баллов

Ответ на семинаре

Собеседование

Тестирование

Контроль-ные

работы

Модуль 1

1.

Введение

0-5

-

-

-

0-5

2.

Теории адсорбции газов и паров на однородной и неоднородной поверхности

0 -10

0-5

0-3

0-10

0-28

Всего

0 - 15

0 - 5

0-3

0-10

0-33

Модуль 2

1.

Адсорбция из растворов

0-15

0 – 5

0 - 3

0-10

0-33

Всего

0 - 15

0-5

0-3

0-10

0-33

Модуль 3

1.

Хемосорбция

0 – 5

-

-

-

0-5

2

Адсорбенты

0 – 10

0 – 5

0-4

0-10

0-29

Всего

0-15

0-5

0-4

0-10

0-34

ИТОГО:

0-45

0-15

0-10

0-30

0-100

Таблица 3.

Планирование самостоятельной работы студентов

№

Модули и темы

Виды СРС

Неделя семестра

Объем часов

Кол-во баллов

обязательные

дополнительные

Модуль 1

1.

Введение

Работа с учебной литературой.

Работа с вопросами для самоконтроля.

1-2

4

0-5

2.

Теории адсорбции газов и паров на однородной и неоднородной поверхности

Подготовка к теоретическо­му опросу, собеседованию

Работа с вопросами для самоконтроля.

Подготовка к контрольной работе.

3-6

10

0-28

Всего по модулю 1:

14

0-33

Модуль 2

1

Адсорбция из растворов

Подготовка к теоретическо­му опросу, собеседованию

Работа с вопросами для самоконтроля. Подготовка к контрольной работе.

7-12

10

0-33

Всего по модулю 2:

10

0-33

Модуль 3

1

Хемосорбция

Подготовка к теоретическо­му опросу.

Работа с вопросами для самоконтроля.

13-14

4

0-5

2

Адсорбенты

Подготовка к теоретическо­му опросу, собеседованию

Работа с вопросами для самоконтроля. Подготовка к контрольной работе.

15-18

8

0-29

Всего по модулю 3:

12

0-34

ИТОГО:

36

0-100

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Теории адсорбции газов и паров на однородной и неоднородной поверхности

Адсорбция из растворов

Адсорбенты

1.

Физико-химические методы водоочистки

+

+

2.

Научно-исследовательская работа

+

+

+

5.  Содержание дисциплины

Модуль 1.

ТЕМА 1. Введение

Основные понятия. Сорбционные процессы. Абсорбция. Сущность абсорбции. Условия проведения процессов абсорбции. Применение абсорбционных процессов.

Адсорбция, физическая адсорбция, хемосорбция, адсорбент, адсорбат. Типы адсорбционных взаимодействий: дисперсионное, индукционное, электростатическое ориентационное, кулоновское, водородная связь, донорно-акцепторное.

ТЕМА 2. Теории адсорбции газов и паров на однородной и неоднородной поверхности

Однородные и неоднородные поверхности адсорбентов. Теории локализованной адсорбции газов и паров на однородной поверхности. Изотермы адсорбции газов. Закон Генри. Мономолекулярная адсорбция. Изотерма адсорбции Ленгмюра. Адсорбция смеси газов. Зависимость адсорбции от температуры. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ.

Делокализованная адсорбция на однородной твердой поверхности. Уравнение состояния монослоя. Уравнение Хилла-де-Бура. Уравнение Фольмера. Изотермы делокализованной адсорбции.

Адсорбционное уравнение Гиббса. Метод избытков Гиббса: достоинства и проблемы. Метод полного содержания. Интегральные и дифференциальные термодинамические характеристики адсорбции, связь между ними.

Адсорбция газов и паров на пористых телах. Влияние размеров пор на адсорбцию паров. Адсорбция паров в тонких порах сорбентов. Потенциальная теория Поляни. Применение теории Поляни для расчета изотерм при различных температурах и для разных паров. Коэффициенты афинности. Уравнение Дубинина-Радушкевича.

Теория капиллярной конденсации. Теория объемного заполнения микропор.

Основные понятия и уравнения кинетики и динамики адсорбции. Модели динамики сорбции.

Модуль 2.

ТЕМА 1. Адсорбция из растворов

Взаимное вытеснение компонентов раствора с поверхности адсорбента. Конкурирующая адсорбция. Закон Ребиндера. Уравнения изотерм адсорбции из растворов. Константа адсорбционного равновесия. Изотермы гиббсовской адсорбции и полной адсорбции (адсорбции, выраженной в мольных долях) для сильно и слабо адсорбирующихся компонентов раствора. Адсорбционная азеотропия. Селективность адсорбции. Влияние на адсорбцию из растворов природы поверхности, размеров пор адсорбента, температуры. Адсорбция поверхностно-активных веществ. Адсорбция неионогенных поверхностно-активных веществ. Адсорбция электролитов. Адсорбция ионогенных поверхностно-активных веществ. Изотермы адсорбции ионов. Ионообменная адсорбция. Методы изучения адсорбции из растворов.

Модуль 3.

ТЕМА 1. Хемосорбция

Критерии отличия физической и химической адсорбции. Силы химической адсорбции. Изотермы хемосорбции. Энергетическая диаграмма и схема диссоциативной хемосорбции. Барьеры хемосорбции. Равновесная хемосорбция. Хемосорбционная связь.

Теории химической адсорбции. Хемосорбция на металлах. Ряды активности металлов. Хемосорбция на полупроводниках. Эффекты, вызываемые хемосорбцией. Электронная теория .

Методы исследования химической адсорбции.

ТЕМА 2. Адсорбенты

Классификация адсорбентов по химической природе и геометрической структуре. Классификация адсорбентов по способности к разным видам межмолекулярного взаимодействия. Получение сорбентов, их свойства. Простейший неспецифический адсорбент с однородной твердой поверхностью – графитированная термическая сажа (ГТС). Другие углеродные сорбенты: карбохромы, карбосита, активированные угли.

Ионные адсорбенты: непористые соли, цеолиты.

Адсорбенты на основе кремнезема. Аморфные кремнеземы: аэросилы, силохромы, силикагели, пористые стекла. Влияние условий синтеза и обработок на структурные характеристики кремнеземных сорбентов.

Пористые полимерные адсорбенты. Регулирование пористости. Адсорбционное и химическое модифицирование поверхности адсорбентов.

Методы регенерации адсорбентов. Десорбция. Методы проведения десорбции. Термическая, вытеснительная, вакуумная десорбция. Десорбция комбинированными способами.

6.  Темы семинарских занятий

1.  Абсорбция газов.

2.  Изотермы адсорбции газов и паров на однородной поверхности.

3.  Адсорбция газов и паров на пористых телах.

4.  Теории хемосорбции.

5.  Адсорбция из растворов.

6.  Ионообменная адсорбция.

7.  Методы исследования сорбционных процессов.

8.  Адсорбенты. Классификация. Регенерация адсорбентов.

9.  Применение сорбционных процессов.

7.  Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Рабочей программой дисциплины «Сорбционные процессы» предусмотрена самостоятельная работа студентов в объеме 36 часов.

Студентам предлагаются следующие формы самостоятельной работы: подготовка к семинарским занятиям, собеседованиям, контрольным работам, зачету.

Вопросы для самоконтроля и подготовки к зачету

1.  Дайте определения понятиям: сорбция, абсорбция, адсорбция, адсорбент, адсорбат.

2.  Какова сущность процессов абсорбции?

3.  Запишите и проанализируйте основное уравнение массопередачи абсорбционного процесса.

4.  Какие факторы влияют на коэффициенты массоотдачи и массопередачи при абсорбции?

5.  Расскажите о методах экспериментального исследования кинетики абсорбции.

6.  Каковы условия проведения процессов абсорбции?

7.  Какова природа сил, вызывающих физическую адсорбцию?

8.  В чем заключается движущая сила адсорбции? Как количественно характеризуют адсорбцию?

9.  Метод избытков Гиббса. Приведите основные соотношения этого метода.

10.  В чем различие между полной (абсолютной) адсорбцией и избыточной адсорбцией? Назовите размерности этих характеристик.

11.  Приведите вывод уравнения изотермы Ленгмюра. При каких допущениях оно применимо?

12.  При каких условиях уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра переходит в уравнение Генри?

13.  Какой вид будет иметь уравнение изотермы адсорбции компонента из смеси в предположении, что выполняется изотерма Ленгмюра?

14.  Что такое полимолекулярная адсорбция?

15.  Как выглядят изотермы полимолекулярной адсорбции?

16.  Какие допущения были использованы при выводе уравнения БЭТ?

17.  В чем физический смысл констант в уравнении БЭТ, как их можно определить?

18.  В чем преимущества уравнения БЭТ перед другими уравнениями изотерм адсорбции?

19.  Расскажите о методах определения адсорбции газов и паров.

20.  Приведите формулу для расчета удельной поверхности адсорбента с использованием величины предельной адсорбции и поясните характеристики, входящие в нее.

21.  В чем заключаются различия между адсорбцией в двух предельных состояниях, характеризующие переход от однородной поверхности к неоднородной?

22.  Запишите уравнение Хилла-де-Бура. Что оно описывает?

23.  В каких случаях уравнение Хилла-де-Бура переходит в уравнение Фольмера?

24.  Какой вид имеют изотермы делокализованной адсорбции?

25.  Назовите критерии соответствия модельных изотерм адсорбции экспериментальным изотермам.

26.  Как форма изотермы адсорбции влияет на динамику сорбции?

27.  К каким адсорбентам применима теория Поляни? В чем ее сущность и каковы основные положения?

28.  Каковы особенности характеристической кривой адсорбента? Что означает аффинность характеристических кривых?

29.  Капиллярная конденсация и особенности ее протекания в пористых адсорбентах.

30.  В каких случаях необходимо учитывать капиллярную конденсацию при адсорбционных процессах?

31.  Уравнение изотермы адсорбции в теории объемного заполнения пор.

32.  Выведите адсорбционное уравнение Гиббса. Укажите области его применения.

33.  Поясните термины «изотерма адсорбции», «изобара адсорбции» и «изостера адсорбции». Какие зависимости они выражают?

34.  Как определяют изостерическую, чистую, интегральную, дифференциальную теплоты адсорбции? Как они связаны между собой?

35.  Из каких зависимостей рассчитывают энергетические параметры адсорбции (изменение энергии Гиббса, энтальпии, энтропии)?

36.  Как изменяется при адсорбции свободная энергия системы?

37.  Запишите выражения для интегральной и дифференциальной энергии при адсорбции.

38.  Получите общее уравнение изотермы адсорбции из бинарных растворов. Проанализируйте данное уравнение.

39.  Какой вид имеют изотермы гиббсовской адсорбции и полной адсорбции для сильно и слабо адсорбирующихся компонентов раствора?

40.  Какое явление называют адсорбционной азеотропией?

41.  Какие факторы влияют на адсорбцию из растворов?

42.  Какие уравнения описывают изотермы адсорбции неионогенных поверхностно-активных веществ?

43.  Какие особенности имеют изотермы адсорбции ионогенных поверхностно-активных веществ?

44.  В чем сущность ионообменной адсорбции? Каково ее практическое значение?

45.  Какие вещества называются катионитами и анионитами? Приведите примеры ионообменных адсорбентов. Назовите их активные группы.

46.  Какие экспериментальные методы применяют для изучения адсорбции из растворов?

47.  Назовите основные критерии, которые позволяют установить особенности и различия физической и химической адсорбции.

48.  Каков характер зависимости адсорбции от температуры?

49.  Объясните причины проявления энергетического активационного барьера при диссоциации в процессе хемосорбции.

50.  Какие силы вызывают химическую адсорбцию?

51.  Какие типы хемосорбционных связей Вы знаете?

52.  В чем заключаются особенности хемосорбции на металлах, полупроводниках?

53.  Расскажите об основных результатах электронной теории .

54.  Классификация адсорбентов, предложенная

55.  Классификация адсорбентов, предложенная

56.  Расскажите о методах получения и свойствах углеродных сорбентов.

57.  Приведите примеры адсорбентов на основе кремнезема. Как условия синтеза и обработок влияют на их структурные характеристики?

58.  Охарактеризуйте ионные адсорбенты. Что влияет на адсорбцию цеолитами?

59.  В чем заключается модифицирование поверхности сорбентов?

60.  Какие методы проведения десорбции Вы знаете? Дайте их краткое описание.

61.  Приведите примеры применения сорбционных процессов.

8. Образовательные технологии

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Сорбционные процессы» используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий:

·  лекции;

·  семинарские занятия;

·  собеседование.

Кроме того используются дополнительные формы обучения по отдельным темам:

·  текущая проверка знаний;

·  взаимный контроль студентов по разработанным ими тестам.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

9.1.  Основная литература:

1.  Киселев взаимодействия в адсорбции и хроматографии. М.: Высшая школа, 1986. – 360 с.

2.  Лопаткин основы физической адсорбции. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. - 344 с.

3.  Клюни Дж. и др. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел: Пер. с англ. / Под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. М.: Мир, 1986. – 488 с.

4.  Кельцев адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. – 592 с.

5.  Апельбаум Дж. и др. Теория хемосорбции. М.: Мир, 1983. - 336 с.

9.2.  Дополнительная литература:

1.  , Анцыпович адсорбентов. Л.: Химия, 1983. – 216 с.

2.  Фролов коллоидной химии. М.: Химия, 1988. – 464 с.

3.  и др. Курс физической химии. М.: Госхимиздат, 1969. Т.1. - 624 с.

4.  Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984 – 310 с.

5.  Адсорбция органических веществ из воды. Ленинград: Химия, 1990 – 256 с.

6.  Рамм газов. М.: Химия, 1966. – 768 с.

7.  , Щербаков органических соединений на твердой поверхности. Киев: Наукова думка, 1996. – 162 с.

8.  Ролдугин поверхности. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008. – 568 с.

9.  Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. / Под ред. . М.: Мир, 1973. – 653 с.

10.  Волькенштейн -химия поверхности полупроводников. М.: Наука, 1973. – 399 с.

10.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины

В учебном процессе для освоения дисциплины используется мультимедийное оборудование.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 2014/ 2015 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

пересмотрена рекомендуемая литература

Основная: 
1.Адсорбенты и носители катализаторов. Научные основы регулирования пористой структуры: Монография [Электронный ресурс] / , . - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. – 203 с. – Режим доступа: http:///bookread. php? book=448449#none (дата обращения 27.08.2014).
2.Мягченков, явления и дисперсные системы / . - 2-е изд., перераб.. - Москва: КолосС, 2007. - 187 с.
Дополнительная:
1.Киселев взаимодействия в адсорбции и хроматографии. М.: Высшая школа, 1986. – 360 с. 
2.Лопаткин основы физической адсорбции. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. - 344 с. 
3.Апельбаум Дж. и др. Теория хемосорбции. М.: Мир, 1983. - 336 с.
4., Анцыпович адсорбентов. Л.: Химия, 1983. – 216 с. 
5. Клюни Дж. и др. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел: Пер. с англ. / Под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. М.: Мир, 1986. – 488 с. 
6.Адсорбция органических веществ из воды. Ленинград: Химия, 1990 – 256 с. 
7.Кельцев адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. – 592 с. 
8.Лыгина, -химические и адсорбционные методы исследования неорганических природных минеральных сорбентов: учебное пособие [Электронный ресурс]. / , - Казань: КГТУ, 2009. - 79 с. - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=258968 (дата обращения 27.08.2014).

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры неорганической и физической химии протокол № 1 от «26» августа 2014 г.

Заведующий кафедрой ___________________//