Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

SPRAWOZDANIE Z OCHONY ŚRODOWISKA LABORATORIUM

USUWANIE BARWY ŚCIEKU METODĄ

ADSORPCJI NA WĘGLU AKTYWNYM

WYKONALI:

…………………

…………………

…………………

…………………

…………………

Rok: III

Semestr: VI

PK Krosno

KRAKÓW 2005

WPROWADZENIE:

Proces adsorpcji ma zastosowanie w różnych dziedzinach techniki i dotyczy układów adsorbent stały - gaz oraz adsorbent stały - ciecz. Adsorpcja oznacza zjawisko zmian stężenia substancji na powierzchni graniczących ze sobą faz.

Adsorpcja - jest to zagęszczenie substancji na powierzchni ciała stałego lub w jego objętości mikroporów wskutek działania sił przyciągania.

W procesie adsorpcji uczestniczą co najmniej dwa składniki: ciało, na którego powierzchni lub w objętości jego porów następuje zagęszczenie substancji, nazywane adsorbentem i substancja zaadsorbowana, którą nazywa się adsorbatem.

W zależności od rodzaju oddziaływań pomiędzy adsorbentem a adsorbowanymi cząsteczkami rozróżnia się adsorbcję fizyczną i adsorbcję chemiczną. Ilościowo proces adsorpcji opisują tzw. izotermy adsorpcji.

ADSORPCJA FIZYCZNA:

W przypadku adsorpcji fizycznej pomiędzy adsorbentem i adsorbatem występują słabe oddziaływania międzycząsteczkowe zwane siłami van der Waalsa. Ciepło adsorpcji fizycznej zbliżone jest do ciepła kondensacji adsorbatu i nie przekracza zwykle 40-50 kJ/mol. Adsorpcja fizyczna jest na ogół procesem odwracalnym i przebiegającym stosunkowo szybko. Na powierzchni adsorbentu może powstać więcej niż jedna warstwa zaadsorbowanych cząsteczek.

ADSORPCJA CHEMICZNA:

Przy adsorpcji chemicznej występuje tylko jedna warstwa zaadsorbowanych cząsteczek. Adsorpcja chemiczna wymaga zazwyczaj dość wysokiej energii aktywacji i jest procesem stosunkowo powolnym. Szybkość jej może być zwiększona przez podwyższenie temperatury. Ciepło adsorpcji jest tego samego rzędu co ciepło reakcji chemicznych i zazwyczaj przyjmuje wartości kilkudziesięciu kilodżuli na mol. Maleje ono w miarę wzrostu stopnia pokrycia powierzchni adsorbenta.

RODZAJE ADSORBENTÓW:

Do najczęściej używanych w praktyce przemysłowej adsorbentów zaliczamy: żele kwasu krzemowego, węgle aktywne, aktywny tlenek glinu oraz zeolity.

Węgle aktywne (porowate adsorbenty węglowe) otrzymuje się z różnego rodzaju surowców takich jak: torf, węgiel brunatny i kamienny, antracyt, materiał drzewny. W produkcji węgli aktywnych stosuje się również substancje pochodzenia zwierzęcego, np. kości. Ze skorup kokosowych i innych orzechów oraz z pestek owoców produkowane są węgle odznaczające się znaczną wytrzymałością mechaniczną. Wytwarzanie węgla aktywnego polega na poddaniu surowca obróbce termicznej bez dostępu powietrza, wskutek czego uchodzą z niego części lotne (wilgoć, częściowo żywice). Następnie w celu uzyskania porowatej struktury, przeprowadza się aktywację gazem lub obróbkę cieplną. Kształt oraz wymiary porów są różne i zależą od surowca, z jakiego produkowany jest adsorbent, a także od sposobu jego otrzymywania. Powierzchnia węgla aktywnego jest elektroobojętna, dlatego adsorpcję na węglach aktywnych określają w zasadzie siły oddziaływań dyspersyjnych.

O przydatności węgli aktywnych w procesie adsorpcji decydują ich następujące cechy: pojemność adsorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej, wielkość porów i ich rozkład. Chemiczna natura powierzchni i uziarnienie.

Zużyty węgiel aktywny poddaje się regeneracji termicznej lub chemicznej.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA:

Przygotowujemy roztwory o stężeniach 0,75%, 0,5%, 0,25%, w kolbach na 100 cm³.

Długość fali = 733 nm dla której spełnione jest prawo Lamberta-Beera

Zmierzone wartości absorbancji roztworów o stężeniach:

• 
  roztwór 1% - 1,00

• roztwór 0,75% - 0,80

• roztwór 0,5% - 0,57 wartości absorbancji

• roztwór 0,25% - 0,30

• roztwór 0,1% - 0,12

Wykres krzywej wzorcowej (zależność stężenia roztworu od wartości absorbancji odczytanej ze spektofotometru)

Następnie odmierzamy do każdej kolby po 4g węgla aktywnego do każdego z roztworów i mieszamy 30 minut. Kolejne próby rozpoczynaliśmy co 5 minut - czas potrzebny na oddzielenie węgla aktywnego z zaadsorbowaną na nim substancją barwną od roztworu.

Kolejno, po zakończeniu wytrząsania, odsączamy roztwór i ponownie mierzymy jego absorbancję:

• 
  roztwór 1% - 0,405

• roztwór 0,75% - 0,373

• roztwór 0,5% - 0,341 wartości absorbancji po odsączeniu

• roztwór 0,25% - 0,196 węgla aktywnego

• roztwór 0,1% - 0,045

Kolejno w doświadczeniu obliczmy zawartość substancji barwnej po sorpcji w poszczególnych kolbkach korzystając z definicji stężenia procentowego.

Zgodnie z definicją stężenia procentowego:

w roztworze o stężeniu x% - 100 cm³ - xg substancji.

1% - 100 cm³ - 1g

po oczyszczeniu: 0,4% - 100 cm³ - 0,4g

0,75% - 100 cm³ - 0,75g

po oczyszczeniu: 0,37% - 100 cm³ - 0,37g

0,5% - 100 cm³ - 0,5g

po oczyszczeniu: 0,34% - 100 cm³ - 0,34g

0,25% - 100 cm³ - 0,25g

po oczyszczeniu: 0,19% - 100 cm³ - 0,19g

0,1% - 100 cm³ - 0,1g

po oczyszczeniu: 0,04% - 100 cm³ - 0,04g

Następnie z różnicy pomiędzy zawartością substancji przed i po sorpcji obliczamy ilość substancji zaadsorbowanej na danej dawce węgla kamiennego:

dla roztworu 1%: 1g - 0,4g = 0,6g

dla roztworu 0,75%: 0,75g - 0,37g = 0,38g

dla roztworu 0,5%: 0,5g - 0,34g = 0,16g

dla roztworu 0,25%: 0,25g - 0,19g = 0,06g

dla roztworu 0,1%: 0,1g - 0,04g = 0,06g

Obliczamy wartość sorpcji „a”:

gdzie: m_sz - masa substancji zaadsorbowanej [g]

m_a - masa węgla aktywnego użytego w danym procesie adsorpcji [g]

dla 1%: 0,6g/4g = 0,15

dla 0,75%: 0,38g/4g = 0,095

dla 0,5%: 0,16g/4g = 0,04

dla 0,25% 0,06g/4g = 0,015

dla 0,1%: 0,06g/4g = 0,015

Nr	c0 [%]	ms [g]	ck [%]	mp [g]	msz [g]	a [g/g]
1	1	1	0,4	0,4	0,6	0,15
2	0,75	0,75	0,37	0,37	0,38	0,095
3	0,5	0,5	0,34	0,34	0,16	0,04
4	0,25	0,25	0,19	0,19	0,06	0,015
5	0,1	0,1	0,04	0,04	0,06	0,015

c₀ - stężenie roztworu przed sorpcją

m_s - masa substancji w roztworze przed sorpcją

c_k - stężenie roztworu po sorpcji

m_p - masa substancji po sorpcji