Laboratorium

Technologii Uzdatniania Wody

Ćwiczenie nr 1

Temat ADSORPCYJNE ODBARWIANIE ROZTWORÓW WODNYCH NA WĘGLU AKTYWNYM

	Data	Ocena	Podpis
Kolokwium
Oddanie
Sprawdzenie
Zaliczenie
Nazwisko i imię		Termin (dzień tygodnia, godz.)	Nr grupy laboratoryjnej
Gralak Aleksandra Kubisiak Agnieszka Sypka Łukasz		Wtorek, 12.15-16.00	1

Rok studiów: III Rok akademicki 2015/2016

Semestr: V

Grupa dziekańska

1. Cel i zakres ćwiczenia.

Proces zastosowano do odbarwiania wodnych roztworów barwnika spożywczego przy użyciu granulowanego węgla aktywnego AG 5.

Zakres ćwiczenia:

• Doświadczalne wyznaczenie przebiegu izotermy adsorpcji barwnika z roztworu wodnego na węglu aktywnym.

• Doświadczalne wyznaczenie krzywej kinetycznej adsorpcji barwnika z roztworu wodnego na węglu aktywnym.

Cel ćwiczenia:

• Poznanie możliwości wykorzystania procesu sorpcji na węglach aktywnych w technologii uzdatniania i odnowy wody.

• Opisanie wyznaczonej krzywej równowagi adsorpcji za pomocą równań izotermy: równania Freundlicha i równania Langmuira.

• Określenie wpływu dawki węgla aktywnego na skuteczność odbarwiania roztworów wodnych.

• Określenie wpływu czasu kontaktu roztworu z węglem aktywnym na skuteczność odbarwiania.

2. Metodyka badań

Do kolbek rozlano 50ml roztworu barwnika zaczynając od numeru 1 kolejno do nr 16. Zanotowano czas zalania kolbki nr 16. Wszystkie kolbki umieszczono w uchwytach wytrząsarki z łaźnią wodną. Po włączeniu wytrząsarki, po czasach przypisanych numerom kolbek wyjmowano kolejno odpowiednie kolbki i zlewano roztwór znad węgla do przygotowanych zlewek z zachowaniem takiej numeracji jak oznaczenie kolbek.

Skuteczność odbarwiania była oceniana przez pomiar stężenia barwnika w wodzie przed procesem i po jego zakończeniu. Pomiar stężenia wykonano metodą spektrofotometryczną, przy długości fali charakterystycznej dla danego barwnika. Długość fali, równanie krzywej skalowania dla danego barwnika oraz zakres jej stosowania:

C_s = a*A ± b dla A_max = 1,2

λ = 456 nm

a = 0,0684

b = 0,00008

A - absorbancja roztworu odczytana na skali spektrometru

C_s - stężenie barwnika w wodzie z krzywej skalowania [g/dm³]

Przygotowano rozcieńczenie 1:100 wyjściowego roztworu barwnika i zmierzono jego absorbancję. Następnie zmierzono absorbancję roztworów zlewanych znad węgla.

3. Tabelaryczne zestawienie wyników w tabelach 1 i 2.

Tabela 1

Wpływ dawki węgla aktywnego na proces adsorpcji barwnika z roztworu wodnego.

Nr kolbki	Masa węgla m [g]	Czas kontaktu t [min]	Rozcieńczenie	Absorbancja A	Stężenie roztworu Cs [g/dm3]	Chłonność węgla q [g/g]	Skuteczność odbarwiania S [%]	Ck
0	0	-	20	1,677	0,1147868	0	0	2,295736
1	1,1746	120	20	0,158	0,0108872	0,0884553	90,51528573	0,217744
2	1,0045	120	20	0,290	0,019916	0,09444579	82,64957295	0,39832
3	0,8165	120	20	0,482	0,0330488	0,10010778	71,20853617	0,660976
4	0,6234	120	20	0,689	0,0472076	0,10840423	58,8736684	0,944152
5	0,4052	120	20	0,878	0,0601352	0,13487562	47,61139783	1,202704
6	0,2005	120	20	1,213	0,0830492	0,15829227	27,6491722	1,660984
7	0,1548	120	20	1,339	0,0916676	0,14934884	20,14099182	1,833352
8	0,1002	120	20	1,445	0,098918	0,15837126	13,8245861	1,97836
9	0,0509	120	20	1,685	0,115334	-0,0107505	-0,47670987	2,30668

Tabela 2

Wpływ czasu kontaktu z węglem aktywnym na proces adsorpcji barwnika z roztworu wodnego.

Nr kolbki	Masa węgla m [g]	Czas kontaktu t [min]	Rozcieńczenie	Absorbancja A	Stężenie roztworu Cs [g/dm3]	Chłonność węgla q [g/g]	Skuteczność odbarwiania S [%]	Ck
0	0	0	20	1,677	0,114787	0	0	2,295736
16	0,2010	1	20	1,648	0,112803	0,009869	1,728073	2,256064
15	0,1999	2	20	1,62	0,110888	0,019504	3,396558	2,21776
14	0,2009	5	20	1,568	0,107331	0,037111	6,495172	2,146624
13	0,2009	10	20	1,473	0,100833	0,069455	12,1561	2,016664
12	0,2010	20	20	1,421	0,097276	0,087116	15,25472	1,945528
11	0,2007	40	20	1,395	0,095498	0,096108	16,80402	1,90996
10	0,2000	60	20	1,335	0,091394	0,116964	20,37935	1,82788
6	0,2005	120	20	1,213	0,083049	0,158292	27,64917	1,660984

Przykładowe obliczenia dla kolbki 8:

Stężenie roztworu Cs [g/dm3]

Cs = 0,0684*A+0,00008 = 0,0684*1,445+0,00008 = 0,098918 [g/dm3]

Stężenie barwnika w roztworze wodnym z uwzględnieniem rozcieńczenia

Ck = Cs * R = 0,098918 * 20 = 1,97836 [g/dm3]

Chłonność węgla aktywnego

Procentowa skuteczność odbarwiania

4. Podanie równania Freundlicha i równania Langmuira dla wyznaczonej izotermy adsorpcji (wyznaczenie parametrów równań i współczynników korelacji średniokwadratowej)

równanie Freundlicha

K=0,12509501

n=0,288385

współczynniki K i n, wyznaczone metodą regresji liniowej przy wykorzystaniu funkcji REGLINP w programie MS Excel

równanie Langmuira

a=0,095617767

b=1,18809647

współczynniki a i b, wyznaczone metodą regresji liniowej przy wykorzystaniu funkcji REGLINP w programie MS Excel

5. Graficzne przedstawienie wyników

1. Zmiana stężenia barwnika w roztworze względem czasu kontaktu wg wyników z tabeli 2. C_k = f(t).

Czas kontaktu t[min]	Ck[g/dm3]
0	2,295736
1	2,256064
2	2,21776
5	2,146624
10	2,016664
20	1,945528
40	1,90996
60	1,82788
120	1,660984




2. Zmiana chłonności węgla względem czasu kontaktu z roztworem wg wyników z tabeli 2. q = f(t).




Czas kontaktu t[min]	Chłonność węgla q[g/g]
0	0
1	0,0098687
2	0,0195038
5	0,037111
10	0,0694555
20	0,0871164
40	0,0961076
60	0,116964
120	0,1582923

3. Skuteczność odbarwiania w funkcji dawki węgla aktywnego wg wyników z tabeli 1. S = f(m).




Masa węgla m [g]	Skuteczność odbarwiania S[%]
0	0
1,1746	90,5152857
1,0045	82,6495729
0,8165	71,2085362
0,6234	58,8736684
0,4052	47,6113978
0,2005	27,6491722
0,1548	20,1409918
0,1002	13,8245861

4. Skuteczność odbarwiania w funkcji czasu kontaktu roztworu z węglem wg wyników z tabeli 2. S = f(t).

Czas kontaktu t [min]	Skuteczność odbarwiania S [%]
0	0
1	1,728073263
2	3,396557792
5	6,495171919
10	12,15610157
20	15,2547157
40	16,80402276
60	20,37934675
120	27,6491722




5. Izoterma adsorpcji barwnika z naniesionymi punktami doświadczalnymi wg danych z tabeli 1, przebiegiem równania Freundlicha i równania Langmuira.

qF [g/g]	qL [g/g]
0,158973378	0,069966168
0,080596048	0,019652326
0,095929685	0,030714833
0,111015671	0,04205949
0,123038908	0,050552112
0,13193395	0,056251531
0,144807163	0,063460146
0,148989651	0,065532248
0,15229651	0,067079261

równanie Freundlicha: K=0,12509501 n=0,288385

równanie Langmuira: a=0,095617767 b=1,18809647




q=f(C) - wykres dla punktów doświadczalnych

qF=f(C) - wykres dla równania Freundlicha

qL=f(C) - wykres dla równania Langmuira

Wykres logq = f(logCk)

log(Ck)	log(q)
0,360921945
-0,6620538	-1,053276121
-0,39976789	-1,024817378
-0,17981431	-0,999532182
-0,02495808	-0,964953752
0,080158755	-0,870066556
0,220365449	-0,800540295
0,263245857	-0,825798154
0,296305323	-0,800323635




Wykres Ck/q = f(Ck)




6. Wnioski końcowe.

Z analizy sporządzonych na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia wykresów wynika, że stężenie barwnika w roztworze maleje w czasie przy tej samej ilości węgla aktywnego. Analizując przebieg krzywej na wykresie można wnioskować, że nie jest możliwe całkowite usunięcie barwnika z roztworu lecz tylko do pewnego określonego poziomu. Wynika to również z ograniczonej chłonności węgla, co widać na wykresie q=f(t). Z analizy wyników dotyczących skuteczności odbarwiania wynika, że zależy ona zarówno od czasu trwania odbarwiania, jak i od dawki węgla aktywnego. Skuteczność odbarwiania rośnie zarówno ze wzrostem czasu odbarwiania, jak i ze wzrostem dawki węgla, przy czym w obu wypadkach skuteczność odbarwiania rośnie asymptotycznie do pewnej określonej wartości, lecz zawsze poniżej 100%. Punkty, które wyznacza izoterma Freundlicha są zbliżone do danych doświadczalnych, więc to ta izoterma lepiej opisuje przebieg procesu adsorbcji.

2

		Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej

---