Adsorption of N₂, O₂, CO₂ and H₂ on Hydrotalcite-Like System: Mg²⁺-Al³⁺-(Fe(CN)₆)⁴⁻

Abstract

The compound Mg²⁺-Al³⁺-(Fe(CN)₆)⁴⁻, with a structure similar to hydrotalcite Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃ ·4H₂O, is prepared by a coprecipitation method. Chemical, thermal, and X-ray analysis of the compound lead to the formula: $(Mg_{0.741}Al_{0.259}(OH)_{2})((Fe^{II}(CN)_{6})_{0.067}(CO_{3})_{0.002}(H_{2}O)_{1.05})$

The compound is dehydrated at 100° to 250°C, and the adsorption of N₂, O₂, CO₂, and H₂ on it is measured at −196°C to room temperature by the volumetric method. The water is removed reversibly from 100° to 200°C, and the interstices after dehyration act as sites of adsorption. When dehydration is carried out at 150°C, the adsorptive activity reaches a maximum. Adsorption isotherms of N₂ and O₂ at −196°C and of CO₂ at room temperature are of the Langmuirtype, and the saturated amounts of N₂, O₂, and CO₂ adsorbed are 96.3, 65.2, and 91.8 ml (STP)/g, respectively.

Adsorption isotherms of N₂ and O₂ at room temperature are of the Henry type. The amount of O₂ adsorbed is about 67% of that of N₂. The isosteric heats of adsorption at room temperature of N₂, O₂, and CO₂ are 5.1, 4.8, and 11.0 kcal/mol, respectively. A dehydrated product of a Mg²⁺-Al³⁺-CO₃²⁻ compound does not permit adsorption of CO₂ at room temperature, but permits the adsorption of H₂O. Hence, it has a molecular sieve effect. No adsorption of H₂ is observed in any of the compounds tested.

Резюме

Соединение Mg²⁺-А¹³⁺-[Fe(CN)₆]⁴⁻, со структурой подобной гидроталь-киту Mg₆Аl₂(OH)₁₆CO₃·4Н₂O приготавливается методом соосаждения. Химический, термальный и рентгеновский анализы соединения позволили вывести формулу: $[Mg_{0.741}Al_{0.259}(OH)_{2}][[Fe\;(CN)_{6}]_{0.067}(CO_{3})_{0.002}(H_{2}O)_{1.05}]$

Соединение обезвоживается при температуре от 100°С до 250°С,а адсорбция им N₂,O₂/СO₂ и Н₂ измеряется при температуре от −19б°С до комнатной объемным методом. Вода удаляется реверсивно при температуре от 100° до 200°С и промежутки после дегидратации ведут себя как места адсорбции. Адсорбционная активность достигает максимума,когда дегидратация проводится при 150°С. Изотермы адсорбции N2 и O2 при −196°C и СO2 при комнатной температуре являются изотермами типа Лангмуира и адсорбированные количества N₂,O₂ и СO₂ составляют 96,3;65, 2 и 91, 8 мл (С.Т.Д.)/г соответственно.

Изотермы адсорбции N₂ и O₂ при комнатнои температуре являются изотермами типа Генри. Количество адсорбированного О₂ составляет примерно 67% от количества адсорбированного N₂.

Изостерическая теплота адсорбции N₂,O₂ и СO₂ при комнатной температуре соответственно равна 5,1; 4,8 и 11,0 ккал/мол. Продукт дегидратации соединения Mg²⁺-Аl³⁺-СО ²₃ не адсорбирует СO2 при комнатной температуре, но адсорбирует Н₂O. Следовательно, он обладает эффектом молекулярного сита.

Все исследованные соединения не адсорбировали Н₂.

Kurzreferat

Die Substanz Mg(II)-Al(III)-[Fe(CN)₆]⁴⁻, mit einer Struktur, die Hydrotalkit Mg₆Al₂(OH)₁₆ CO₃4H₂O ähnelt, wird via einer Mitausfällungs-methode präpariert. Chemische, thermische und Röntgenanalyse der Substanz wies auf die folgende Formel hin: $\left\{Mg_{0,741}Al_{0,259}(OH)_{2}\right\}\left\{[Fe(II)(CN)_{6}]_{0,067}(CO_{3})_{0,002}(H_{2}O)_{1,05}\right\}$

Die Probe wird dehydratisiert bei 100°C bis 200°C und die Adsorption von N₂, O₂, CO₂ und H₂ auf der Probe wird bei −196°C bis Zimmertemperatur durch die volumetrische Methode gemessen. Das Wasser ist umkehrbar entfernt bei 100–200°C und nach der Dehydratisierung wirken die Zwischenräume als Adsorptionsplätze. Wenn die Dehydratisierung bei 150°C ausgeführt wird, erreicht die adsorptive Aktivität ein Maximun. Adsorptionsisothermen von N₂ und O₂ bei 196°C und von CO₂ bei Zimmertemperatur gehören zu dem Langmuirtyp und die gesättigten Mengen von N₂,O₂ und CO₂ sind in Reihenfolge: 96,3 65,2, 91,8 ml (S.T.P.) /g.Adsorptionsisothermen von N₂ und O₂ bei Zimmertemperatur gehören zu dem Henrytyp. Die Menge des adsorbierten O₂ ist ungefähr 67 % des N₂. Die isosterische Hitze der Adsorption bei Zimmertemperatur von N₂, O₂ und CO₂ sind 5,1 4,8 und 11,0 kcal/mol. Ein dehydratisiertes Produkt einer Mg(II)Al(III)CO₃²⁻ Substanz erlaubt keine Adsorption bei Zimmertemperatur erlaubt jedoch die Adsorption von Wasser. Daher hat es einen Effekt wie ein Molekularsieb. Adsorption von H₂ wird in keinen der getesteten Proben gefunden.

Résumé

Le composé Mg²⁺-Al³⁺-[Fe(CN)₆]⁴⁺, d’une structure pareille à l’hydrotalcite Mg Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O est préparé par une méthode de co-précipitation. Des analyses chimiques,thermales et aux rayons-X de ce composé mènent à la formule: $\left\{Mg_{0.741}Al_{0.259}(OH)_{2}\right\}\left\{[Fe^{II}(CN)_{6}]_{0.067}(CO_{3})_{0.002}(H_{2}O)_{1.05}\right\}$

Le compose est deshydraté de 100 à 250 C et l’adsorption de N₂,O₂, CO₂ et H₂ est mesurée de −196°C à la température ambiante par la méthode volumétrique. L’eau est retirée réversiblement de 100° à 200°C, et les interstices après désydratation agissent comme des sites d’adsorption. Lorsque la déshydratation se fait à 150°C, l’activité d’adsorp-tion atteint un maximum. Les isothermes d’adsorption de N₂ et de O₂ à −19 6°C,et de CO₂ à température ambiante sont du type Langmuir, et les quantités saturees de N₂,O₂ et de CO₂ adsorbées sont respectivement de 96.3, 65.2 et 91.8 ml (S.T.P.)/g.

Les isothermes d’adsorption de N₂ et O₂ à température ambiante sont du type Henry. La quantité d’O₂ adsorbée est à peu près 67% de celle de N. Les chaleurs isostérigues d’adsorption de N₂,O₂ et de CO₂ à température ambiante sont respectivement de 5.1, 4.8, et 11.0 Kcal/mol. Un produit déshydraté d’un composé Mg²⁺-Al³⁺-CO₃²⁻ ne permet pas l’adsorption de CO₂ à température ambiante, mais permet l’adsorption d’H₂O.L’ effet est donc celui d’un tamis moléculaire. L’adsorption d’H₂ n’a été observé dans aucun des composés testés.