Matuszczak Marcin Molińska Dagmara Puka Krzysztof	Badanie efektywności usuwania jonów metali za pomocą ekstrakcji	27.10.2009
Ocena:	dr inż. Katarzyna Staszak	Grupa 5

Badanie efektywności usuwania jonów metali za pomocą ekstrakcji.

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest sprawdzenie efektywności ekstrakcji jonów cynku z roztworu kwasu solnego za pomocą ekstrahenta solwatującego: fosforanu tributylu (TBP) podczas ekstrakcji wielostopniowej oraz wyznaczenie składu kompleksu z cynkiem fazie organicznej.

1. Przebieg ćwiczenia:

1. Wyznaczanie składu kompleksu w fazie organicznej:

Trzy rozdzielacze napełniliśmy surówką i ekstrahentami według danych z tabeli 1

Tabela 1. Dane do przygotowania prób do ekstrakcji

Nr rozdzielacza	Objętość surówki	Objętość 40% TBP	Objętość 50% TBP	Objętość 60% TBP
1	5 cm^3	5 cm^3	-	-
2	5 cm^3	-	5 cm^3	-
3	5 cm^3	-	-	5 cm^3

Następnie wytrząsaliśmy rozdzielacze przez 15 minut. Po wytrząsaniu odstawiliśmy je, poczekaliśmy na rozdzielenie faz i dolną fazę zlaliśmy do fiolki. Zmierzyliśmy stężenie Zn(II) w rafinacie przez miareczkowanie EDTA wobec czerni eriochromowej.

1. Badanie ekstrakcji trójstopniowej

Do rozdzielacza wlaliÅ›my surówkÄ™ i ekstrahent w stosunku objÄ™toÅ›ciowym fazy wodnej do organicznej równym 1:1 i wytrzÄ…saliÅ›my przez 15 minut. Po rozdzieleniu faz zlaliÅ›my rafinat do fiolki, oznaczyliÅ›my stężenie Zn(II) i pobraliÅ›my do drugiego rozdzielacza 8 cm³. Dodać 8 cm³ Å›wieżego ekstrahenta i znowu powtórzyliÅ›my procedurÄ™ ekstrakcji i oznaczania Zn(II) w rafinacie. NastÄ™pnie pobraliÅ›my z rafinatu 5 cm³ do trzeciego rozdzielacza, dodaliÅ›my 5 cm³ Å›wieżego ekstrahenta i powtórzyliÅ›my procedurÄ™ ekstrakcji i oznaczania.

1. Wyniki:

1. Surówka:

Ilość EDTA zużytego do miareczkowania	Wartość średnia	Stężenie jonów Zn(II)
9,8 ml 10 ml	9,9 ml	0,05 mola EDTA – 1000 cm^3 X – 9,9 cm^3 X = 0,000495 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 0,000495mola Zn(II) – 0,5 cm^3 X – 1000 cm^3 X = 0,99 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 1 mol Zn(II) – 65,4 [g] 0,99 mola – x X = 64,746 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]

1. Rafinaty ekstrakcji jednostopniowych:

Stężenie użytego TBP	Ilość EDTA zużytego do miareczkowania	Wartość średnia	Stężenie jonów Zn(II)
40%	8,2 ml 8,25 ml	8,225 ml	Obliczone jak wyżej X = 0,8225 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 53,7915 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
50%	7,5 ml 7,6 ml	7,55 ml	X = 0,755 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 49,377 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
60%	6,8 ml 5,6 ml	6,2 ml	X = 0,62 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 30,61374 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]

1. Rafinaty kolejnych etapów ekstrakcji trójstopniowej:

Stopień ekstrakcji	Ilość EDTA zużytego do miareczkowania	Wartość średnia	Stężenie jonów Zn(II)
I	8,1 ml 8,5 ml	8,3 ml	X = 0,83 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 54,282 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
II	7,4 ml 7,5 ml	7,45 ml	X = 0,745 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 48,723 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
III	6,9 ml 6,95 ml	6,925 ml	X = 0,6925 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] X = 45,2895 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]

1. Opracowanie wyników:

1. Obliczenie dla ekstrakcji jednostopniowej i wielostopniowej stężenia cynku(II) w fazie organicznej z bilansu masowego:

C_wp∙V_w+C_o∙V_o=C_w^*∙V_w+C_o^*∙V_o

Korzystając z faktu, że stężenie jonów Zn(II) w fazie organicznej jest równe 0, korzystamy z wzoru:

C_o^*= (C_wp-C_w^*)∙$\frac{V_{w}}{V_{o}}$

gdzie:

C_wp – wyjściowe stężenie Zn(II) w surówce [g/dm3],

C_o^* – stężenie Zn(II) w fazie organicznej po ekstrakcji [g/dm3],

C_w^* – stężenie Zn(II) w fazie wodnej po ekstrakcji [g/dm3],

V_o – objętość fazy organicznej [cm3],

V_w – objętość fazy wodnej [cm3].

Stężenie użytego TBP w ekstrakcji jednostopniowej	Stężenie Zn(II) w fazie organicznej
40%	0,1675 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 10,9545 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
50%	0,235 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 15,369 [$\frac{g}{{dm}^{3}}$]
60%	0,37 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 24,198 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]

Stopień ekstrakcji	Stężenie Zn(II) w fazie organicznej
I	0,16 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 10,464 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
II	0,085 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 5,559 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
III	0,0525 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$] 3,4335 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]

1. Obliczenie procentu ekstrakcji (%EZn) oraz współczynników podziału (DZn) według następujących wzorów:

$$\% E = \ \ \frac{C_{o}^{*} \bullet V_{o}}{C_{\text{wp}} \bullet V_{w}}$$

$$D = \ \frac{C_{o}^{*}}{C_{w}^{*}}$$

Stężenie użytego TBP w ekstrakcji jednostopniowej	Procent ekstrakcji	Współczynnik podziału
40%	%E = 0,165825	DZn = 0,203647416
50%	%E = 0,237373737	DZn = 0,311258278
60%	%E = 0.373737373	DZn = 0,596774193

Stopień ekstrakcji	Procent ekstrakcji	Współczynnik podziału
I	%E = 0,161616161	DZn = 0,192771084
II	%E = 0,247474747	DZn = 0,32885906
III	%E = 0,30050505	DZn = 0,42960288

1. Wyznaczenie składu kompleksu z zależności log D od log [TBP]:

Stężenie użytego TBP w ekstrakcji jednostopniowej	log[TBP]o	Współczynnik podziału	logD
40% 0,979g – 1cm^3 X – 1000 cm^3 X = 979g 40g TBP – 100g X – 979g X = 391,6 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	2,593	DZn = 0,203647416	-0,691
50% Obliczenia jak wyżej 489,5 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	2,690	DZn = 0,311258278	-0,507
60% 587,4 [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	2,769	DZn = 0,596774193	-0,224

n = 2,6251 ≈ 3

wiÄ™c sklad kompleksu można przedstawić jako (H₂ZnCl₄∙3TBP).

1. Wykonanie wykresu izotermy ekstrakcji dla danych przedstawionych w tabeli:

Cw^* [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	Co^* [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]
40,83	16,07
33,33	14,64
24,17	13,93
16,94	12,85
9,44	9,71
3,06	8,21
0,56	1,07
0,00001	0,00001

oraz przedstawienie na nim ekstrakcji wielostopniowej:

1. Przedstawienie wyników ekstrakcji trójstopniowej w tabeli:

Nr stopnia	Cwp [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	Cw^* [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	Co^* [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	Est [%]	Esum [%]	Dst
1	64,746	54,282	10,464	0,161616161	0,161616161	0,192771084
2	54,282	48,723	5,559	0,102409638	0,247474747	0,32885906
3	48,723	45,2895	3,4335	0,070469798	0,30050505	0,42960288

1. Wnioski:

- w przypadku ekstrakcji jednostopniowej im bardziej stężonego TBP używaliśmy tym stężenie jonów cynku w warstwie organicznej się zwiększało, a warstwie wodnej zmniejszało;

- po każdym stopniu ekstrakcji trójstopniowej stężenie jonów cynku w warstwie wodnej malało;

- ekstrakcja jednostopniowa 60% TBP daje lepsze wyniki niż ekstrakcja trójstopniowa 30% TBP, w przypadku TBP o stężeniach 40% i 50% lepsze wyniki daje nam reakcja trójstopniowa;

- im mniej jonów cynku znajdowało się w surowce tym mniej ich przechodziło do warstwy organicznej;

- procent ekstrakcji wzrasta wraz z użyciem bardziej stężonego ekstrahenta, tak samo jest z współczynnikiem podziału;\

- po każdym stopniu ekstrakcji sumaryczny jej procent i współczynnik podziału wzrasta;

- w wyniku przeprowadzonych obliczeÅ„ wynika, że skÅ‚ad kompleksu w fazie organicznej ma postać: (H₂ZnCl₄∙3TBP)