MAŁOTONAŻOWA PRODUKCJA CHEMIKALIÓW NIEORGANICZNYCH – ZARZĄDZANIE JAKOŚCIĄ I PROCESEM

Ćwiczenie 5

Technologia biosorpcji – ocena własności użytkowych produktu

Grupa B

29.05.015, 7:30

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem biosorpcji, jego charakterystyką i zastosowaniem, ocena właściwości użytkowych biomasy wzbogaconej mikroelementami oraz przeprowadzenie desorpcji z użyciem wody destylowanej i roztworu obojętnego cytrynianu amonu.

1. Przebieg ćwiczenia

Wyznaczanie krzywej standardowej dla roztworu wodnego

• wykonanie próby kontrolnej z użyciem EDTA;

• sporządzenie roztworów uwodnionego azotanu (V) chromu w wodzie o następujących stężeniach Cr ³⁺ : 25, 75, 100, 200, 300, 500 mg/l;

• dodanie EDTA do poszczególnych próbek, podgrzanie do jego rozpuszczenia;

• oznaczenie absorbancji roztworów przy użyciu spektrofotometru SPEKOL;

• wykreślenie krzywej standardowej jonów Cr³⁺.

Test wymywania w wodzie

• umieszczenie i zwilżenie 3,0026 g waty w kolumnie, wprowadzenie 5,000g biomasy i wody dejonizowanej;

• odbiór próbek o objętości 5ml;

• sporządzenie roztworu z próbek i EDTA, pomiar absorbancji za pomocą spektrofotometru.

Ekstrakcja biomasy wodą

• odważenie 3g biomasy i dodanie 100 ml wody;

• umieszczenie zaparafilmowanej kolby w wytrząsarce (T=65) i wytrząsanie przez 60 minut;

• przesączenie roztworu (odrzucono pierwsze 20 ml filtratu);

• dodanie 0,095g EDTA do 4 ml przesączu, ogrzanie do rozpuszczenia; pomiar absorbancji za pomocą spektrofotometru.

Wyznaczanie krzywej standardowej dla obojętnego cytrynianu amonu

• przygotowanie odpowiedniego roztworu cytrynianu amonu ( 185 g kwas cytrynowego, 600ml wody, zobojętnienie wodą amoniakalną, dopełnienie wodą do 1l, ogrzanie do 65);

• wykonanie próby kontrolnej z użyciem EDTA dla uzyskanego roztworu cytrynianu amonu;

• sporządzenie roztworu podstawowego uwodnionego azotanu (V) chromu w roztworze cytrynianu amonu (500 mg Cr³⁺/l) i roztworów o następujących stężeniach Cr³⁺: 25, 75, 100, 200, 300, 500 mg/l;

• dodanie EDTA do poszczególnych próbek, podgrzanie do jego rozpuszczenia;

• oznaczenie absorbancji roztworów przy użyciu spektrofotometru;

• wykreślenie krzywej standardowej jonów Cr³⁺;

Test wymywania w obojętnym cytrynianie amonu

• zwilżenie waty w kolumnie, wprowadzenie biomasy i roztworu cytrynianu;

• odbiór próbek o objętości 5ml;

• sporządzenie roztworu z próbek i EDTA, pomiar absorbancji za pomocą spektrofotometru;

Ekstrakcja biomasy roztworem obojętnego cytrynianu amonu

• odważenie 3g biomasy i dodanie 100 ml podgrzanego roztworu obojętnego cytrynianu amonu;

• umieszczenie zaparafilmowanej kolby w wytrząsarce (T=65) i wytrząsanie przez 60 minut;

• przesączenie roztworu (odrzucono pierwsze 20 ml filtratu);

• dodanie 0,095g EDTA do 4 ml przesączu, ogrzanie do rozpuszczenia; pomiar absorbancji za pomocą spektrofotometru.

1. Wyniki oznaczeń i obliczenia

c_Cr³⁺ −  stezenie jonow Cr³⁺ w probce wzorcowej

c_r.p. −  stezenie jonow Cr³⁺ w roztworze podstawowym

V_r.p. −  objetosc roztworu podstawowego zuzyta do stworzenia probki wzorcowej 

Wyznaczanie krzywej standardowej dla roztworu wodnego

L.p.	cCr^3+	cr.p.	Vr.p.	A
	$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$	$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$	cm^3
1	25	500	0, 5	0, 151
2	75		1, 5	0, 306
3	100		2, 0	0, 440
4	200		4, 0	0, 830
5	300		6, 0
6	500		10, 0	0, 987

Wykres 1 Zależność absorbancji roztworu wodnego od stężenia jonów Cr³⁺(krzywa wzorcowa)

Ekstrakcja w wodzie

Absorbancja próbki po ekstrakcji – 0,136
Stężenie jonów - Cr³⁺= $\frac{0,136}{0,004208} = 32,319\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Masa wyekstrahowanych jonów Cr³⁺ =$32,319\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}} \bullet 0,1\text{dm}^{3} = 3,2319mg$

Przyswajalność jonów $\text{Cr}^{3 +} = \frac{3,2319mg}{20\frac{\text{mg}}{g} \bullet 3,000g} \bullet 100\% = 5,39\%\ $

Test wymywania w wodzie

L.p.	V	Czas	Absorbancja	Stężenie
	cm^3	min		$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$
1	5	6	0,105	24, 95
2	10	14	0,093	22, 10
3	15	24	0,082	19, 49
4	20	37,5	0,113	26, 85
5	25	48,5	0,163	38, 74
6	30	59	0,101	24, 00
7	35	69,5	0,072	17, 11
8	40	78,5	0,062	14, 73
9	45	87,0	0,063	14, 97
10	50	96,0	0,058	13, 78

Wykres 2 Krzywa wymywania jonów Cr³⁺ z kolumny przez wodę od czasu

Wykres 3 Krzywa wymywania jonów Cr³⁺ z kolumny przez wodę od objętości zużytej wody

Wyznaczanie krzywej standardowej dla obojętnego cytrynianu amonu

L.p.	cCr^3+	cr.p.	Vr.p.	Absorbancja
	$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$	$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$	cm^3
1	25	500	0, 5	0, 018
2	75		1, 5	0, 054
3	100		2, 0	0, 127
4	200		4, 0	0, 115
5	300		6, 0	0, 078
6	500		10, 0	0, 258

Kolorem czerwonym oznaczono wyniki, których nie wzięto pod uwagę przy wyznaczaniu krzywej wzorcowej. Ich błędna wartość może wynikać z niewłaściwego wymieszania roztworu, niecałkowitego rozpuszczenia EDTA lub błędnego opisu próbek.

Wykres 4 Zależność absorbancji roztworu obojętnego cytrynianu amonu od stężenia jonów Cr³⁺

Ekstrakcja w obojętnym cytrynianie amonu

Absorbancja próbki roztworu po ekstrakcji w obojętnym cytrynianie amonu – 0,154

Stężenie jonów Cr³⁺= $\frac{0,154}{0,000528} = 291,67\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Masa wyekstrahowanych jonów Cr³⁺ = $291,67\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}} \bullet 0,1\text{dm}^{3} = 29,167mg$

Przyswajalność jonów $\text{Cr}^{3 +} = \frac{29,167mg}{20\frac{\text{mg}}{g} \bullet 3,000g} \bullet 100\% = 48,61\%\ $

Test wymywania w obojętnym cytrynianie amonu

L.p.	V	Czas	Absorbancja	stężenie
	cm^3	min		$$\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$$
1	5	10	0,098	185, 61
2	10	20	0,109	206, 44
3	15	30	0,121	229, 17
4	20	40	0,129	244, 32
5	25	50	0,117	221, 59
6	30	60	0,111	210, 23

Wykres 5 Krzywa wymywania jonów Cr³⁺ z kolumny przez roztwór obojętnego cytrynianu amonu od czasu

Wykres 6 Krzywa wymywania jonów Cr³⁺ z kolumny od objętości roztworu obojętnego cytrynianu amonu

1. Wnioski

	Woda	Obojętny cytrynian amonu
Przyswajalność	5, 4%	48, 6%
Krzywa wymywania CCr^3+ = f(V)

Na podstawie zestawiania zamieszczonego w powyższej tabeli można stwierdzić, że przyswajalność oznaczona w obojętnym cytrynianie amonu jest niemal dziewięciokrotnie większa niż w wodzie. Również maksymalne stężenie jonów wymywanych z kolumny roztworem cytrynianu amonu jest kilkukrotnie większe. Obojętny cytrynian amonu jest lepszym środkiem desorbującym niż woda.

Przebieg krzywych wymywania z kolumny dla wody może być zaburzony z powodu problemów z ustalaniem przepływu – pierwsze 3 próbki zostały zebrane przy wyłączonej pompie. Przy wyznaczaniu krzywych standardowych kilka pomiarów uznano za nieprawidłowe. Wynika to z problemów z niestabilnej pracy spektrofotometru oraz możliwości popełnienia błędu przy przygotowywaniu próbek do krzywej (pomiar w złej kolejności, niecałkowite rozpuszczenie EDTA, niecałkowita homogenizacja roztworu podstawowego).

Proces wymywania kationów z biomasy nie przebiega liniowo, co jest związane z wymywaniem się wody z waty. Stężenie rośnie do pewnej wartości, a następnie maleje – najwięcej jonów zostaje wymytych w początkowych etapach procesu.