Kraków, 10.01.2016

Sprawozdanie z projektu w ramach przedmiotu

Sorbenty Mineralne w Inżynierii Środowiska

„Sorpcja ołowiu na smektycie naturalnym, modyfikowanym organicznie(HDTMA) i modyfikowanym kwasowo(HCl)”

Sprawozdanie przygotowali:

Andrzej Kałkowski, nr indeksu 254491

Damian Krupa, nr indeksu 254492

Adam Zuba, nr indeksu 248171

Inżynieria mineralna A, WGGiOŚ

Rok akademicki 2015/2016

Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie

1.     Wstęp

1.1. Wprowadzenie i cel badań

Rozpoznaje się wiele pierwiastków chemicznych, których wpływ na organizm ludzki może pociągać za sobą niepożądane reakcje. Znaczenie ołowiu, jako pierwiastka toksykologicznego  zostało w niedawnych latach ujęte większą uwagą. Wysoka zawartość ołowiu wpływa negatywnie w znaczącym stopniu na rośliny uprawne, które przy nadmiernej zawartości cechują się obniżoną odpornością, słabą aktywnością mikrobiologiczną i niższą produkcją plonów. Obecność ołowiu w normowych stężeniach jest wysoce pożądana i przyczynia się do utrzymania największej efektywności wykorzystania gleb rolnych. Zbadanie sorpcji ołowiu przez smektyt, pozwoli na zrozumienie znaczenia i wielkości tego procesu dla gleb zawierających minerały ilaste tej grupy. Do badań użyto smektytu występującego w formie zmodyfikowanej organicznie i kwasowo oraz naturalnej. Minerały ilaste stanowią kluczową rolę dla właściwości gleb. Stanowią one rezerwuar wody, dzięki właściwościom chłonnym wody oraz odgrywają istotną rolę w wymianie jonowej gleby. Aby zbadać właściwości kationowymienne, a zarazem potencjał wymiany jonów ołowiu w próbce użyto oznaczenia pojemności kationowymiennej CEC. W celu zbadania wielkości pochłaniania oraz uwalniania ołowiu ze smektytu wykonano analizy równowagi sorpcji oraz dersorpcji.

2. Metodyka badań

2.1 Modyfikacja sorbentu metodą organiczną i kwasową

Do dwóch zlewek naważono 5g smektytu naturalnego. W celu wykonania modyfikacji organicznej z HDTMA-Br, dodano roztwór 100cm³ z naważonym 5,467g HDTMA-Br. W celu wykonania modyfikacji kwasowej z HCl, dodano roztwór 50cm³ z naważonym 20,256g HCl. Zlewki odstawiono na mieszadło magnetyczne na 2h w temperaturze 60^oC. Sorbent modyfikowany HDTMA-Br filtrowano i płukano gorącą wodą redestylowaną przez sączek , aż do uzyskania negatywnego testu AgNO₃.

Sorbent modyfikowany HCl filtrowano i płukano wodą redestylowaną.

Ostatecznie próbki poddano suszeniu przez 24h w temperaturze 105^oC.

>opisać preparatykę BM o stężeniu 5mM < patrz instrukcja 1

2.2. Oznaczenie pojemności kationowymiennej CEC

Do probówek o objętości 10 ml naważono po 20 mg smektytu naturalnego, smektytu zmodyfikowanego kwasowo (HCl) i smektytu zmodyfikowanego organicznie (HDTMA-Br) (Tab. z naszymi naważonymi masami). Następnie zalano próbki 7.5 cm3 roztworu błękitu metylenowego o stężeniu 5 mM. Wszystkie próbki wykonano w duplikatach. Zawiesinę dokładnie wymieszano i pozostawiono na wytrząsarce na 1 godzinę.

W następnym kroku pobrano roztwory błękitu metylenowego po reakcji z danym sorbentem i przefiltrowano je do nowych probówek. Na potrzeby wykonania analizy UV-Vis, otrzymane roztwory rozcieńczono 100 razy w stosunku: 0,1 ml roztworu BM z danym smektytem do 9,9 ml wody redestylowanej.

Bazując na roztworze 5 mM BM przygotowano dwie serie (duplikaty o obj. 10 ml) wzorców do kalibracji o stężeniach:  

- 0,05 mM/L,

- 0,025 mM/L (5 ml wody redestylowanej + 5 ml 0,05 mM BM)

- 0,01 mM/L (8 ml wody redestylowanej + 2 ml 0,025 mM BM)

- 0,005 mM; (5 ml wody redestylowanej + 5 ml 0,05 mM BM)

Wyniki uśrednionio (średnia arytmetyczna) i zapisano w Tab. 1.

Wykonano pomiary absorbancji metodą spektrofotometrii UV-VIS (MODEL SPEKTROFOTOMETRU????) roztworów wzorcowych (Tab.1) oraz po reakcji z danym sorbentem (Tab.2).

Tab.1 Pomiar absorbancji (UV-Vis) roztworów wzorcowych BM.

Stężenie [mM/L]:	0,05	0,025	0,01	0,005
ABS (pomiary)	2,770	1,726	0,742	0,376
	2,658	1,640	0,668	0,343
ABS (średnia arytmetyczna)	2,714	1,683	0,7075	0,3595

Tab. 2 Pomiar absorbancji (UV-Vis) roztworu BM-Br z danym smektytem.

Materiał	Smektyt naturalny	Smektyt-HCl	Smektyt-HDTMA-Br
ABS (pomiary)	2,102	1,886	2,347
	2,000	1,996	2,420
ABS (średnia arytmetyczna)	2,051	1,941	2,3835

Jak myślicie - pisać jak robi się pomiar UV-VIs? To znaczy, że wlewaliśmy do kuwetek nasze roztwory kalibracyjne, następnie je umieszczaliśmy wewnątrz spektrofotmoetru, ustawaliśmy 660 nm długość fali itd? Wg mnie to nonsens. We wszystkich tych naukowych publikacjach z jakimi mielismy styczność jest napisane: “wykonano alanizę UV-ViS” i basta! Myślę zatem, że powinno wystarczyć to co powyżej naisałem.

2.3 Ekseryment sorpcji Pb(II)

Przygotowano roztwory Pb(NO3)2 o następujących stężeniach:  20,0; 10,0; 4,0; 2,0; 0,4 mM/L. W tym celu spreparowano najpierw 100 cm3 roztworu Pb(II) o stężeniu 20 mM/L poprzez naważenie 0,6242 g Pb(NO3)2 i dopełnienie wodą redestylowaną w kolbie miarowej do 100 cm3. Odlano 50 cm3 roztworu 20 mM Pb(NO3)2. Kolejne roztwory o objętościach 50 cm3 otrzymywano z rozcieńczania pozostałego 20 mM roztworu Pb(NO3)2 w następujący sposób:

• 10 mM/L - 25 ml 20 mM roztworu Pb(NO3)2 + 25 ml wody redestylowanej,

• 4 mM/L - 10 ml 20 mM roztworu Pb(NO3)2 + 40 ml wody redestylowanej,

• 2 mM/L - 5 ml 20 mM roztworu Pb(NO3)2 + 45 ml wody redestylowanej,

• 0,4 mM/L - 1 ml 20 mM roztworu Pb(NO3)2 + 49 ml wody redestylowanej.

Przygotowano serię roztworów kontrolnych  Pb(NO3)2 o następujących stężeniach: 10 mM; 5 mM; 2 mM; 1 mM; 0,2 mM poprzez dwukrotne rozcieńczenie uprzednio przygotowanych roztworów.

W zlewce o pojemność 50 ml naważono 1 g  naturalnego smektytu , po czym zalano go 25 ml wody redestylowanej. Uwaga! Ponieważ smektyt wykazuje intensywne własności pęczniejące utrudniające doprowadzenie go do zawiesiny, naważono wstępnie 0,3 g smektytu, zalano wodą redestylowaną, rozmieszano, po czym stopniowo dodano resztę sorbentu w odpowiednich porcjach (0,3 + 0,3 g + 0,4 g). Zlewkę z roztworem sorbentu mieszano na mieszadle magnetycznym przez 10 minut.

Do probówek wirówkowych pobrano po 2,5 ml zawiesiny smektytu naturalnego  i dodano 2,5 ml odpowiedniego roztworu wyjściowego Pb(II) otrzymując 5 probówek. Tak przygotowane próbki wytrząsano przez ok 30 minut, następnie odwirowano (5 minut, 14000 rpm).

Zdekantowano roztwory do nowych próbówek (10 ml).

Wychodzi na to, że eksperyment sorpcji dokonywano tylko na naturalnym?

3. Wyniki badań i dyskusja

3.1 Charakterystyka badanych sorbentów

3.2 Pojemność kationowymienna

2.4  Opis równowagi sorpcji
2.5 Ekeperyment desorpcji
3. Wyniki badań i dyskusja
3.1 Charakterystyka badanych sorbentów
3.2 Pojemność kationowymienna
3.3 Wyniki eksperymentu sorpcji Pb(II)
3.4 Modelowanie równowagi sorpcji
3.5 Wyniki eksprymentu desorpcji.
3.6 Zdolności sorpcyjne badanych materiałów na tle innych sorbentów
4. Wnioski

5. Bibliografia

5. Bibliografia

1. Pracownia studencka Katedry Analizy Środowiska - “Teoria do ćwiczeń laboratoryjnych”, Uniwersytet Gdański 2010