BLM SLM ELM Rys 1. Możliwe konfiguracje membran ciekłych

Transkrypt

1 Membrany Ciekłe Membraną nazywa się półprzepuszczalną fazę, pełniącą rolę pasywnej bądź aktywnej bariery dla transportu masy pomiędzy rozdzielanymi przez nią roztworami ciekłymi lub gazowymi, przy czym transport masy przez membranę może być aktywny lub pasywny. Powyższa definicja pozwala rozciągnąć pojęcie membrany również na fazę ciekłą gdzie membraną ciekłą nazywamy ciecz niemieszającą się zarówno z roztworem zasilającym jak i odbiorczym, służącą, jako półprzepuszczalna bariera dla transportu masy pomiędzy nimi. Transport substancji z roztworu wodnego poprzez cienki film olejowy w wyniku gradientu stężeń zauważyli po raz pierwszy w 1906r F. Haber i Z. Klemensiewicz. Kolejne prace przedstawił P. F. Schollander pracujący nad zastosowaniem filtrów z octanu celulozy wysyconych roztworem hemoglobiny w transporcie ułatwionym tlenu. W 1967r N. Li wprowadził idee emulsyjnych membran ciekłych, która przyczyniła sie do gwałtownego wzrostu zainteresowania membranowymi metodami rozdziału w wielu gałęziach przemysłu Metody oparte na membranach ciekłych zyskują coraz większe zainteresowanie zarówno, jako metody rozdziału jak i zatężania. Publikowane prace potwierdzają zasadność zastosowania membran ciekłych w technologiach ochrony środowiska, biotechnologii, czy w metalurgii. Zainteresowanie to jest spowodowane zaletami procesów opartych na membranach ciekłych takimi jak: niskie zapotrzebowanie rozpuszczalników organicznych w porównaniu z procesami ekstrakcji, jak również niewielkie zużycie jonoforów, stosunkowo duży stumień masy w porównaniu do metod opartych na membranach polimerowych oraz dobra selektywność rozdziału wynikająca z możliwości zastosowania róznych rozpuszczalników organicznych oraz domieszkowania ich jonoforami. Metody Aplikacji Membran Ciekłych Proces transportu w membranach ciekłych jest analogiczny do ekstrakcji ciecz-ciecz w tym sensie, że w procesie ekstrakcji określona część substancji, zależna od współczynnika podziału, przechodzi do membrany, a następnie w procesie reekstrakcji przenoszona do drugiej fazy wodnej. Jednak transport przez membrany jest procesem jednoetapowym a ekstrakcja i reekstrakcja są w nim nierozdzielne. Membrany ciekłe realizowane są zazwyczaj w trzech podstawowych konfiguracjach (rys.1), jako membrany grubowarstwowe BLM (bulk liquid membranes), unieruchomione membrany ciekłe (inaczej podparte lub immobilizowane) SLM (supported liquid membranes) oraz membrany emulsyjne ELM (emulsion liquid membranes). BLM SLM ELM Rys 1. Możliwe konfiguracje membran ciekłych 1

2 Membrany grubowarstwowe (BLM- bulk liquid membrane) W membranach grubowarstwowych stosuje się niemieszający się z fazą wodną płyn zawierający ewentualnie dodatek nośnika. Główną zaletą układów z membraną grubowarstwową jest ich prosta budowa. Mają one najczęściej postać u-rurki (Rys 2a) na której dnie znajduje się ciekła membrana natomiast w ramionach zawiera fazy nadawczą i odbiorczą. Taka geometria stosowanych naczyń wymaga, aby faza organiczna charakteryzowała się większą gęstością od faz wodnych. Jednak możliwe modyfikacje konstrukcji uwzględniające różny sposób mieszania, gęstość membrany względem roztworów (rys 2b).Proponowano też układy z wirującymi dyskami w celu zwiększenia powierzchni międzyfazowej, wciągającymi fazę organiczną wgłąb faz wodnych (rys 2c) a) b) c) Rys 2. Konfiguracje układów z membraną grubowarstwową Układy z grubowarstwową membraną ciekłą są stosowane głównie w pracach badawczych dotyczących mechanizmu transportu i wpływu przenośnika na wydajność i selektywność transportu, natomiast brak jest możliwości wykorzystania ich w technologiach przemysłowych. Jest to spowodowane ich małą wydajnością wynikającą z ograniczonej powieżchni międzyfazowej i dużej grubości membrany. Obie główne wady grubowarstwowych membran ciekłych, tj. duża grubość membrany oraz trudna do powiększania powierzchnia międzyfazowa zostały usunięte dzięki zastosowaniu membran ciekłych osadonych na szkielecie polimerowym. Membrany immobilizowane (SLM supported liquid membranes) W membranach immobilizowanych faza membranowa wypełnia pory polimerowego podłoża (rys. 1b) i jest tam utrzymywana dzięki siłom kapilarnym. Konfiguracja taka zapewnia zwiększoną wytrzymałość mechaniczną, oraz możliwość łatwego zwiększania powierzchni międzyfazowej. Układy SLM charakteryzuje również mała objętość ciekłej membrany w stosunku do powierzchni, co w porównaniu do układów BLM jest ich ważną zaletą pozwalającą na stosowanie drogich i selektywnych przenośników. Zazwyczaj stosuje się folie polimerowe o grubości µm i wielkości porów 0,01-1um. Wykorzystywane są folie wykonane z polipropylenu (PP), polietylenu (PE), teflonu (PTFE), poliamidów (PA), czy sulfonowanych poliwęglowodorów (PS) (tab. 1) Membrany immobilizowane produkuje się w trzech głównych konfiguracjach tj. płaskich arkuszy, modułów spiralnych i włókien kapilarnych (hollow fibers). Płaskie arkusze (flat sheet) używane są najczęściej w pracach badawczych z powodu prostej budowy, lecz ograniczonej powierzchni. Zwiększoną powierzchnią kontaktu charakteryzują się moduły spiralne oraz moduły z włóknami kapilarnymi, dla których stosunek powierzchni do objętości może osiągać 10 4 m 2 /m 3 (włókna kapilarne) oraz 10 3 m 2 /m 3 (moduł spiralny). Budowa tych modułów jest analogiczna do modułów używanych w procesach ciśnieniowych. 2

3 Tabela 1. Folie polimerowe stosowane do immobilizowania membran ciekłych Nazwa Producent Polimer Grubość Porowatość µm % Celgard Celanese Średnica porów µm Celgard Celanese PP ,02 Celgard Celanese PP ,04 Accurel Enka PP ,1 FHLP Millipore PTFE ,5 Duragard Polyplastics PP 25-0,04 FP-DCH Flowpore PTFE ,45 FP-045 Sumimoto PTFE ,45 Millipore Millipore PTFE Goretex Gore PTFE ,2 Fluoropore FG Millipore PTFE/PE 60/ ,2 Spośród innych sposobów immobilizacji mebran ciekłych, wyróżnić należy również polimerowe membrany inkluzyjne (PIM polymer inclusion membranes). Są to membrany pseudociekłe otrzymane poprzez odparowanie mieszaniny roztworu polimeru, plastyfikatora i nośnika. W takim wypadku po odparowaniu, otrzymuje się roztwór nośnika w plastyfikatorze, immobilizowany w sieci polimeru. Problemem ograniczającym zastosowanie układów SLM jest ich ograniczona stabilność spowodowana stopnowym wymywaniem membrany ciekłej z porów szkieletu polimerowego. Wymywaniu może ulegać zarówno rozpuszczalnik organiczny jak i nośnik, a powoduje to zamiany strumienia transportu oraz selektywności membrany. Zjawisko to można ograniczać dzięki zastosowaniu rozpuszczalników o niskiej lotności i lepkości. Ponieważ muszą one mieć jednocześnie zdolność do rozpuszczania nośnika, rozpuszczalnikami najczęściej wykorzystywanymi są: węglowodory (alifatyczne i aromatyczne), długołańcuchowe etery i estry, ciężkie alkohole. Coraz częściej w układach SLM jako fazę membranową wykorzystuje sie ciecze jonowe. Tabela 2. Właściwości rozpuszczalników organicznych wykorzystywanych w membranyach ciekłych Rozpuszczalnik Temp. Gęstość Temp. Topnienia Lepkość 10 3 Rozpuszczalność Wrzenia w H g/cm3 C (Pa s) 2 0 C 10-3 (kg/m 3 ) Ftalan di butylu 1, ,4 8,91 dodekan 0, ,6 1,50 0,07 Heptan 0, ,38 - Toluen 0, ,54 - Eter o-nitrofenylo 198 1,04 oktylowy (11 mmhg) - 12,5 0,16 difenylometan 1, ,96 6,51 eterheksylowy 0, ,87-1-oktanol 0, ,47-3

4 Membrany emulsyjne (ELM emulsion liquid membranes) Membrany ELM to układy trójfazowe, składające się z emulsji dwóch niemieszających się ze sobą faz, zazwyczaj wody w rozpuszczalniku organicznym, zdyspergowanych w trzeciej, niemieszającej się z rozpuszczalnikiem fazie ciągłej (najczęściej wodnej). (rys 3) W rezultacie otrzymuje się tzw. Emulsję W/O/W (woda/olej/woda) w której, zdyspergowana wewnętrzna faza wodna (odbiorcza) oddzielona jest od ciągłej fazy zewnętrznej ( nadawy) fazą organiczną, stanowiącą właściwą membranę, przez którą może się odbywać transport substancji. W celach stabilizowania podwójnej emulsji do fazy organicznej (membranowej) wprowadza się środek powierzchniowo czynny (surfaktant). Główną zaletą membran emulsyjnych ELM jest ogromna powierzchnia fazy membranowej która, pozwala na dużą szybkość transportu substancji. Membrany ELM można stosować zarówno w Rys. 3. Schemat przygotowania membrany emulsyjnej. procesach okresowych jak i ciągłych. Do wad membran emulsyjnych należy niestabilność membrany związana z pęcznieniem i pękaniem, możliwość częściowego rozpuszczania fazy organicznej w fazie wodnej, oraz trudności z wydzieleniem produktu z emulsji. Mechanizm transportu Wydzielana substancja może być transportowana przez membranę wykorzystując różne zjawiska. Główne cztery mechanizmy transportu przez membrany ciekłe zostały przedstawione na rys 4. a. b. c. d. Rys 4. Mechanizm transportu przez membrany ciekłe: a) transport prosty b) transport wspomagany c) transport sprzężony przeciw-transport d) transport sprzężony współtransport Najprostszy mechanizm transportu membranowego przewiduje przenoszenie substancji przez membranę w dzięki jej rozpuszczalności w fazie membranowej (Rys 4a). Transport trwa tak długo aż stężenia w nadawie i fazie odbiorczej się wyrównają. Jeżeli w fazie odbiorczej będzie zachodzić reakcja chemiczna wykorzystująca transportowaną substancję, jako substrat to wyrównanie stężeń nie nastąpi i transport będzie trwał aż do całkowitego usunięcia substancji z nadawy. Drugim mechanizmem transportu jest tzw. transport wspomagany (Rys 4b), w którym substancja przenoszona jest przez fazę membranową dzięki obecnemu w membranie przenośnikowi (jonoforowi), który kompleksuje substancję przenoszoną umożliwiając jej rozpuszczenie w membranie. Obecność jonoforu zwiększa szybkość eksterakcji substancji z nadawy oraz szybkość jej dyfuzji w membranie, zapewnia też dużą selektywność transportu odpowiadającą selektywności kopleksowania przez jonofor. Możliwy jest też proces wykorzystujący jednocześnie mechanizm transportu prostego i wspomaganego. Podobnie jak w przypadku transportu prostego, proces trwa aż do wyrównania stężeń po obu stronach membrany lub do wyczerpania substancji w nadawie, jeśli po stronie odbioru zachodzi reakcja zużywająca substancję transportowaną. Transport substancji 4

5 wbrew gradientowi stężeń jest możliwy również dzięki wykorzystaniu mechanizmu przeciwtransportu (Rys 4c). W mechanizmie tym jonofor transportuje substancję S w kierunku Nadawa Odbiór oraz substancję B (zazwyczaj jon wodorowy) w kierunku Odbiór Nadawa. Proces trwa aż to wyrównania stężeń substancji B. Dzięki odpowiedniemu dobraniu stężenia początkowego substancji B w fazie odbiorczej można uzyskać pełną ekstrakcję substancji A z nadawy. Przykładem procesu wykorzystującego mechanizm przeciw transportu może być transport srebra z użyciem pochodnych monoazapolitioeterowych (Rys 5). Rys 5. Transport jonu srebra przez membranę zawierającą pochodne monoazapolitioeterowe jako przykład sprzężonego przeciw-transportu Obok przeciw-transportu najczęściej spotykanym mechanizmem transportu substancji przez membranę ciekłą jest współtransport. W przypadku tym transportowana substancja ekstrahowana jest do membrany wraz ze składnikiem towarzyszącym (Rys 4d), przy czym właściwości chemiczne towarzysza mają znaczący wpływ na parametry procesu transportu. Dobrą ilustracją tego mechanizmu jest transport jonu uranylowego za pomocą amin trzeciorzędowych (Rys 6a) czy też ekstrakcja jonów metali z użyciem neutralnych jonoforów (Rys 6b) Rys 6. Przykłady sprzężonego współ-transportu membranowego Proces transportu trwa aż to wyrównania stężeń substancji A. W niektórych przypadkach gradient stężeń substancji współ-transportowanej może być siłą napędową procesu, co prowadzić może do pełnego wydzielenia substancji A. W przypadku transportu jonu uranylowego pełne jego wydzielenie uzyskuje się dzięki podwyższeniu ph po stronie odbioru. Jonofory Użycie odpowiedniego jonoforu jest kluczowe dla procesu transportu wspomaganego. Właściwości jonoforu decydują o selektywności procesu, jego szybkości oraz trwałości membrany. Tabela 3 zawiera zestawienie różnych komercyjnych jonoforów oraz ich zastosowanie. Badania rozwojowe skierowane są na dobór właściwych jonoforów do konkretnych procesów technologicznych oraz syntezę nowych rodzajów jonoforów dopasowanych do specyficznych potrzeb tj. ph procesu czy obecnych jonów przeszkadzających. 5

6 Tabela 3. Jonofory stosowane w procesach przemysłowych Kompleksowany Nazwa (Nazwa Handlowa,Producent) Wzór chemiczny metal 8-hydroksy 7(1 metylo 5etylo nonylo) chinolina ( Kelex 100) Tri-oktyloamina (Alamine 336) (2-hydroxy-5-nonylbenzaldehyde oxime Acorga M5640 Tlenek trioktylo fosfiny (TOPO, Cyanex 921, Cytec, Cognis) Oksym 2-hydroksy-5- nonylobenzofenonu (LIX 65, Henkel) Cu(II), Co(II), Ni(II) Cr(VI), U(VI), Cd(II) Cu(II) Co(II), Zn(II), U(VI) Cu (II) Siarczek Triisobutylofosfiny (Cyanex 471X, Cytec, Cognis) Ag(I), Pd(II) kwas bis(2,4,4-trimethylpentylo) fosfinowy (Cyanex 272, Cytec, Cognis) Kwas Bis(2,4,4-trimetylopentylo di tiofosfinowy (Cyanex 301, Cytec, Cognis) Tlenek oktylo(fenylo)- N,N-diisobutylo-karbamoilo fosfiny CMPO Kwas bis(2-etyloheksylo) fosforowy DEHPA Tetrathia-12-korona-4 Co(II), Zn(II) Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II) Eu, Am Pb(II), Cd(II), Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II) Au(III) Etery koronowe Li(I), Na(I), K(I), Cs(I) 6

7 Parametry Charakteryzujące Transport Membranowy Proces transport substancji przez membranę ciekłą charakteryzowany jest przez szybkość przenoszenia substancji pomiędzy fazami, oraz współczynnik selektywności membrany. Szybkość transportu membranowego opisywana jest wielkością strumienia przenoszenia substancji (J). Wielkość ta zdefiniowana jest jako liczba moli substancji (n) przechodząca przez jednostkę powierzchni membrany (D) w jednostce czasu i opisywana wzorem: d d d d [ ] Jeżeli transport membranowy możemy opisać równaniem kinetycznym pierwszego rzędu, w którym logarytm ilorazu stężenia substancji w fazie zasilającej (c) po czasie t oraz stężenia początkowego substancji w fazie zasilającej (c 0 ) równy jest ujemnemu iloczynowi stałej szybkości (k) i czasu Z równań powyższych można wyznaczyć zarówno stałą szybkości (k) jak i początkowy strumień transportu (J 0 ) dla czasu t = 0: Gdzie V objętość fazy zasilającej (m 3 ) D powierzchnia membrany (m 2 ) c 0 stężenie w chwili początkowej (mol/m 3 ) [ ] Zdolność membrany ciekłej do rozdzielenia substancji w procesie transportu membranowego charakteryzowana jest przez współczynnik selektywności (S A1/A2 ) wyrażany, jako iloraz strumieni początkowych dwóch substancji A1 oraz A2: Gdzie: J 0,A1 strumień początkowy dla substancji A 1 J 0,A2 strumień początkowy dla substancji A 2 Zastosowanie membran ciekłych Jakkolwiek znanych jest wiele publikacji dotyczących zastosowania membran ciekłych do rozdziału i wydzielania zarówno związków nieorganicznych, jak i organicznych, to w dalszym ciągu niewiele można znaleźć przykładów zastosowania tych układów w praktyce przemysłowej. Z drugiej strony technologie pozwalające na uzyskanie membran o wysokiej trwałości i selektywności w połączeniu z coraz bardziej rygorystycznymi normami dotyczącymi zawartości substancji ubocznych w produktach i ściekach, pozwalają na coraz szersze zastosowania membran w procesach przemysłowych i półprzemysłowych. Ta rosnąca popularność technik membranowych pozwala na obniżenie kosztów inwestycyjnych związanych z tymi technologiami czyniąc je bardziej dostępnymi. Pierwsze próby przemysłowego wykorzystania membran ciekłych dotyczyły zastosowania emulsyjnych membran ciekłych do wydzielania fenolu ze ścieków. Jako pierwsze zastosowanie przemysłowe znalazły emulsyjne membrany ciekłe, stosowane przede wszystkim do wydzielania fenolu i jonów metali ze ścieków. W przypadku wydzielania jonów metali, a szczególnie dla uzyskania wysokiej selektywności, konieczne jest zastosowanie specyficznego przenośnika. Przykładem może być selektywne wydzielanie jonów srebra ze ścieków fotograficznych. Stosując Cyanex 302 jako przenośnik można efektywnie wydzielić srebro z mieszaniny uzyskując ponad 80-proc. selektywność względem jonów innych metali zawartych w mieszaninie. 7

8 Pojawia się też coraz więcej opracowań dotyczących przemysłowego wykorzystania kontaktorów membranowych i unieruchomionych membran ciekłych do wydzielania i rozdziału jonów metali i związków organicznych. Unieruchomione membrany SLM znalazły szerokie zastosowanie w chemii analitycznej, jako metoda przygotowania próbek do analizy. Podniesienie stabilności układów SLM do kilku miesięcy, pozwoliło na podjęcie prób ich zastosowania na skalę przemysłową np. do wydzielania miedzi ze ścieków. Unieruchomione membrany ciekłe próbuje się również zastosować do wydzielania na skalę przemysłową związków organicznych. Obiecujące wyniki uzyskano stosując kwasy boronowe, jako przenośniki w membranach SLM do wydzielania fruktozy z mieszaniny cukrów produkcji przemysłowej. Proces ten wymaga jednak optymalizacji pod kątem efektywności i stabilności (P.J. Duggan, Australian J. Chem. 2004, 57, 291.). Ciekawą propozycją jest zastosowanie SLM do usuwania dwutlenku węgla z mieszaniny przemysłowych gazów wylotowych przy wykorzystaniu amin oraz cieczy jonowych, jako przenośników. 8

9 ĆWICZENIE 1: KINETYKA TRANSPORTU PRZEZ GRUBOWARSTWOWE MEMBRANY CIEKŁE (BLM) Cel ćwiczenia: Wprowadzenie i omówienie podstaw transportu wspomaganego substancji przez membranę ciekłą grubowarstwową (BLM). Kinetyka transportu KSCN wspomaganego przez DC-18-koronę-6; wyznaczenie krzywej C II (t) = f (t); wyznaczyć stałą szybkości procesu K korzystając z wykresu C II (t) = f (t) C II (t) = f (t); obliczyć strumień masy oraz wydajność procesu transportu. Transport wspomagany Warunkiem koniecznym transportu jest zdolność fazy organicznej do ekstrakcji transportowanej substancji. W przypadku KSCN, którego używamy w doświadczeniu transport przez membranę ciekłą (chloroform lub chlorek metylenu) jest bardzo mały. Natomiast dodatek do fazy organicznej nośnika jonów (eteru koronowego DC18-6) ułatwia transport. Ma to związek ze zdolnością eteru koronowego DC18-6 do ekstrakcji KSCN w postaci kompleksu. K + (aq) + SCN - (aq) + L (org) = KLSCN (org) Membrana ciekła jest rozpatrywana jako podwójna warstwa statyczna. Powierzchnie międzyfazowe S1 i S2 są równe. W przypadku braku nośnika jonów w fazie organicznej KSCN praktycznie nie jest transportowany z fazy I do fazy II. 9

10 Instrukcja postępowania Transport Schemat pokazuje układ doświadczalny używany do badania transportu KSCN przez membranę ciekłą z dodatkiem liganda DC18-6. Jako pierwszy do naczynia wprowadzamy chloroformowy (lub w chlorku metylenu) roztwór jonoforu DC18-6 o objętości V m = 150 ml i c= mol/dm 3. Do lewego naczynia wlewamy ostrożnie wodny roztwór KSCN o C I = 0,3 mol/dm 3 i V I = 50 ml. Do prawego naczynia wlewamy V II =50 ml wody. C II = 0 Fazy mieszamy delikatnie z prędkości 100 obr/min jednakowo w obu ramionach. Mieszadła powinny być zanurzone tak, aby powierzchnie międzyfazowe znajdowały się w połowie dystansu dzielącego rotory. Doświadczenie trwa 3-4 h. Wyznaczenie krzywej kinetycznej: C II (t) = f (t) W czasie trwania doświadczenia pobiera się co pół godziny od 6-8 próbek fazy II, każda o objętości 5 ml. Pierwszą próbkę pobieramy przed rozpoczęciem mieszania faz (C II ). Uwaga: Aby zachować stałe położenie powierzchni międzyfazowej należy pobrać taką samą objętość fazy I. Analiza spektrofotometryczna Próbki pobrane w czasie procesu transportu kontrolujemy spektrofotometrycznie w obecności roztworu azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ) oraz potencjometrycznie elektrodami selektywnymi na jon rodankowy. Z próbki 5ml pobieramy 1 ml roztworu fazy II i rozcieńczamy 5 ml wody demineralizowanej. Po dokładanym wymieszaniu pobieramy 1,5 ml rozcieńczonej próbki i dodajemy 1,5 ml roztworu azotanu żelaza(iii). Mierzymy absorbancję dla λ=480 nm (ε 0 = 4474 mol -1 cm -1 ) Pozostałe 5 ml próbki wykorzystujemy do oznaczenia potencjometrycznego wg wskazówek prowadzącego. Wyznaczenie linii bazowej Do 3 ml roztworu azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ) dodajemy 3 ml wody demineralizowanej. Roztwór ten umieszczamy w kuwecie odniesienia. Wykonanie krzywej kalibracyjnej Wykonujemy pomiary dla trzech roztworów o znanym stężeniu (10-2, , 5*10-5, 5 *10-6 M KSCN) wykonując pomiary spektrofotometrycznie, analogicznie jak wyżej tzn, rozcieńczając również 2-krotnie roztworem azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ). Wyniki eksperymentu przedstawiamy na wykresie C II(t) = f (t) 10

11 Wsprawozdaniu umieszczamy: 1. Wykres zależności C II =f(t) 2. Obliczamy strumień przepływu soli do fazy akceptorowej, korzystając z wykresu C II =f(t) i wzoru: VII dcii J [mol dm -2 s -1 ] S dt dla S= 0,0961 dm 2 ( d w =3,5 cm) 3. obliczamy wydajność procesu po 3 h C W C II ( t) I (0) 100% 11

12 ĆWICZENIE 2: KINETYKA TRANSPORTU PRZEZ GRUBOWARSTWOWE MEMBRANY CIEKŁE (SLM) Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zaobserwowanie selektywnego transportu substancji przez pseudociekłe membrany zawierające jonofor. Rys 1. Układ doświadczalny widok ogólny i sposób montażu Wykonanie ćwiczenia: 1. Przygotowanie membrany 2. Zamontować membranę w układzie doświadczalnym zachowując kolejność montażu (patrz rys 1). Po prawidłowym zamontowaniu membrany w układzie eksperymentalnym powstają dwie komory oddzielone od siebie membraną półprzepuszczalną. 3. Do każdej z komór włożyć mieszadełko. Do pierwszej komory nalać 75 cm 3 roztworu 1M KSCN. Natomiast do drugiej komory nalać 75 cm 3 wody redestylowanej. Gotowy układ ustawić na mieszadle magnetycznym a następnie włączyć mieszadło. 4.Po uruchomieniu mieszadła magnetycznego pobrać 1 cm 3 frakcji odbiorczej. Kolejne próbki o tej samej pojemności pobierać co 30 min mieszania. 5. Próbki pobrane w czasie procesu transportu kontrolujemy spektrofotometrycznie w obecności 1 cm 3 roztworu azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ). Mierzymy absorbancję dla λ=480 nm (ε 0 = 4474 mol -1 cm -1 ) Wyznaczenie linii bazowej Do 3 ml roztworu azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ) dodajemy 3 ml wody demineralizowanej. Roztwór ten umieszczamy w kuwecie odniesienia. Wykonanie krzywej kalibracyjnej Wykonujemy pomiary dla trzech roztworów o znanym stężeniu (5*10-4, 5*10-5, 5 *10-6 M KSCN) wykonując pomiary spektrofotometrycznie, analogicznie jak wyżej tzn, rozcieńczając również 2-krotnie roztworem azotanu żelaza (III) w kwasie azotowym ( 0,02 M Fe (NO 3 ) 3, 0,2 M HNO 3 ). Wyniki eksperymentu przedstawiamy na wykresie C II(t) = f (t) 12

13 Wsprawozdaniu umieszczamy: 1. Wykres zależności C II =f(t) 2. Obliczamy strumień przepływu soli do fazy akceptorowej, korzystając z wykresu C II =f(t) i wzoru: VII dcii J [mol dm -2 s -1 ] S dt dla S= 0,0961 dm 2 ( d w =3,5 cm) 3. obliczamy wydajność procesu po 3 h C W C II ( t) I (0) 100% 13