METODY SORPCYJNE W USUWANIU TOKSYCZNYCH ZANIECZYSZCZEŃ Z WODY

Ćwiczenie A-1

Wyznaczanie izotermy adsorpcji dla układu ciecz- ciało stałe

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy adsorpcji Freundlicha kwasu octowego na węglu aktywnym.

Zadanie to sprowadza się do wyznaczenia doświadczalnego współczynników k i
w równaniu Freundlicha dla konkretnego węgla aktywnego. Należy ustalić zależność ilości zaadsorbowanego kwasu na jednostkę masy, w zależności od stężenia tego kwasu.

Odczynniki i aparatura

• roztwór kwasu octowego (CH₃COOH) o stężeniu c=0,540mol/dm³

• roztwór wodorotlenku sodowego (NaOH) o stężeniu c=0,1mol/dm³

• fenoloftaleina- wskaźnik

• węgiel aktywny

• zestaw do miareczkowania

• wytrząsarka laboratoryjna

• szkło laboratoryjne:

- 4kolbek miarowych o pojemności 100 cm³

- 4 kolbek stożkowych ze szlifowanym korkiem

- 4 kolbek stożkowych do sączenia

• lejki, pipety, bagietki

- sączki z bibuły o średnie szybkości filtracji

Wykonanie ćwiczenia

W kolbach miarowych o pojemności 100 cm³ należy sporządzono cztery roztwory kwasu octowego o następujących stężeniach: 0,324; 0,216; 0,108; 0,054 mol/dm³ w ilości po 100 cm³ każdego (korzystając z roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,54 mol/dm³).

Korzystając z wagi technicznej a następnie analitycznej należy dokładnie odważyono na folii aluminiowej cztery odważki węgla (po około 2 g każda). Następnie odważki węgla wsypano kolejno do czterech kolbek ze szlifem. Później do tych kolbek dodano po 50 cm³ każdego z przygotowanych roztworów kwasu octowego. Kolbki zamknięto szczelnie korkiem i zawartość wytrząsano przez około 10 minut na wytrząsarce. Otrzymane zawiesiny przesączyono, z każdego przesączu pobrano do miareczkowania próbki o objętości 10 cm³, celem oznaczenia stężenia równowagowego kwasu octowego (niezaadsorbowanego). Wszystkie miareczkowania wykonano dwukrotnie.

Wyniki pomiarów

Obliczam wielkość naważek

Tabela 1. Wielkość naważek

Numer roztworu	Waga techniczna		Waga analityczna
		Naczyńko [g]	Naczyńko + węgiel [g]	Naczyńko + węgiel [g]	Węgiel [g]
1	1,8	3,8	3,6284	1,8284
2	1,8	3,8	3,7402	1,9402
3	2,3	4,3	4,4311	2,1311
4	1,6	3,6	3,7498	2,1498

Obliczam stężenie kwasu octowego w poszczególnych próbkach przed adsorpcją [mol/dm³]

C₁ = 0,54 * 60 / 100 = 0,324 [mol/dm³]

C₂ = 0,54 * 40 / 100 = 0,216 [mol/dm³]

C₃ = 0,54 * 20 / 100 = 0,108 [mol/dm³]

C₄ = 0,54 * 10 / 100 = 0,054 [mol/dm³]

Obliczam stężenie kwasu octowego w poszczególnych próbkach po adsorpcji [mol/dm³]

= 0,1 mol/dm³

= odpowiednio: 24,2; 14,1; 6,2; 1,8; cm³

=10 cm³

[mol/dm³]

C_{rów 1} = 24,2 * 0,1 / 10 = 0,242 [mol/dm³]

C_{rów 2} = 14,1 * 0,1 / 10 = 0,141 [mol/dm³]

C_{rów 3} = 6,2 * 0,1 / 10 = 0,062 [mol/dm³]

C_{rów 4} = 1,8 * 0,1 / 10 = 0,018 [mol/dm³]

Obliczam X [mg]

- objętość kwasu zużyta do adsorpcji (0,05 dm³)

60- masa molowa CH₃COOH

[mg]

X₁ = 1000 * 0,05 * (0,324 - 0,242) * 60 = 246

X₂ = 1000 * 0,05 * (0,216 - 0,141) * 60 = 225

X₃ = 1000 * 0,05 * (0,108 - 0,062) * 60 = 138

X₄ = 1000 * 0,05 * (0,054 - 0,018) * 60 = 108

Obliczam log X/m

log X/m₁ = log 246/1,8284= 2,1289

log X/m₂ = log 225/1,9402= 2,0643

log X/m₃ = log 138/2,1311= 1,8113

log X/m₄ = log 108/2,1498= 1,7010

Obliczam log C_rów

log C_{rów 1} = log 242 = 2,384

log C_{rów 2} = log 141 = 2,149

log C_rów3 = log 62 = 1,792

log C_{rów 4} = log 18 = 1,255

Tabela 2. Zestawienie wszystkich wartości

Numer roztworu	C0 [mol/dm^3]	Crów. [mol/dm^3]	m [g]	X [mg]	log [mg/m]	logCrów. [mmol/dm^3]
1	0,324	0,242	1,8284	246	2,1289	2,384
2	0,216	0,141	1,9402	225	2,0643	2,149
3	0,108	062,0	2,1311	138	1,8113	1,792
4	0,054	0,018	2,1498	108	1,7010	1,255

log X/m= 0,4009log C + 1,1667

Parametry izotermy: k= 14,679

n= 2,494

Wnioski

Przeprowadzone doświadczenie pozwoliło na wyznaczenie izotermy adsorpcji Freundlicha kwasu octowego na węglu aktywnym. Równanie izotermy jest następujące: log X/m= 0,4009log C + 1,1667. Wyznaczone parametry izotermy wynoszą k= 14,679, n= 2,494.

---