SZKOŁA GŁÓWNA SŁUśBY POśARNICZEJ

Transkrypt

1 SZKOŁA GŁÓWNA SŁUśBY POśARNICZEJ ZAKŁAD RATOWNICTWA CHEMICZNEGO WYKONAŁ: kpt. mgr inŝ. Jarosław Chodorowski mł. kpt. mgr inŝ. Zdzisław Salamonowicz st. kpt. mgr inŝ. Wojciech Jarosz

2 I. PODSTAWOWE POJĘCIA Sorpcja zjawisko pochłaniania gazów, par cieczy, par substancji stałych i ciał rozpuszczonych w cieczach przez ciała porowate, zwane sorbentami. Ciała porowate - ciała stałe, mające duŝą liczbę pustych przestrzeni o wielkości względnie małej w porównaniu z wymiarem charakterystycznym samego ciała. Przestrzenie takie, niezaleŝnie od ich kształtu, nazywamy porami. Adsorpcja zjawisko zewnętrznego pochłaniania par, gazów, par substancji stałych i ciekłych. Proces, w którym pochłonięty materiał jest rozmieszczony na powierzchni materiału adsorbującego. Absorpcja - zjawisko zewnętrznego i wewnętrznego pochłaniania par, gazów, par substancji stałych i ciekłych. Proces, w którym pochłonięty materiał jest rozmieszczony w całej masie materiału absorbującego. Adsorbent substancja na powierzchni której zachodzi zjawisko zewnętrznego przyłączania cząsteczek. Adsorbat substancja przylegająca do powierzchni adsorbentu. Sorbent - materiał uŝywany dla zatrzymania i pochłaniania róŝnego typu substancji niebezpiecznych. Sorbentami mogą być wszystkie substancje posiadające zdolność zatrzymywania toksycznych cieczy wewnątrz (proces absorpcji) lub na swojej powierzchni (proces adsorpcji), jak równieŝ wykorzystujące obydwa zjawiska jednocześnie. Niejednokrotnie wymienionym zjawiskom fizycznym mogą równieŝ towarzyszyć reakcje chemiczne, wspomagające proces neutralizacji. Sorbat substancja pochłaniana przez sorbent. II. ADSORPCJA FIZYCZNA I CHEMICZNA W zaleŝności od procesu cząsteczki i atomy mogą przyłączać się do powierzchni na dwa sposoby. Pierwszym jest fizysorpcja a drugim chemisorpcja. W procesie fizysorpcji (adsorpcji fizycznej) pomiędzy adsorbatem a adsorbentem istnieją oddziaływania van der Waalsa. Siły van der Waalsa mają długi zasięg, lecz są słabe. Taka niewielka ilość energii moŝe być z łatwością pochłonięta przez drgania sieciowe i ulec dysypacji w postaci ruchów termicznych. Cząsteczka, skacząc po powierzchni, stopniowo wytraca swą energię, by w końcu ulec adsorpcji w procesie zwanym akomodacją. Entalpię adsorpcji fizycznej moŝna wyznaczyć, mierząc wzrost temperatury próbki o znanej pojemności cieplnej. Typowe Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 1

3 wartości fizysorpcji wynoszą 20 kj/mol. Tak niewielka zmiana entalpii najczęściej nie wystarcza do zerwania wiązania, zatem zaadsorbowana fizycznie cząsteczka zachowuje swą toŝsamość, choć obecność powierzchni moŝe powodować jej odkształcenie. W procesie chemisorpcji (adsorpcji chemicznej) cząsteczki (lub atomy) łączą się z powierzchnią, tworząc wiązania chemiczne (najczęściej kowalencyjne). Entalpia chemisorpcji jest duŝo większa niŝ fizysorpcji, a typowe jej wartości wynoszą około 200 kj/mol. RównieŜ odległość pomiędzy powierzchnią i najbliŝszymi atomami adsorbatu jest zazwyczaj mniejsza w przypadku chemisorpcji niŝ adsorpcji fizycznej. Szybkość procesów powierzchniowych Stopień pokrycia powierzchni przez adsorbat zazwyczaj wyraŝamy jako ułamek zapełnienia powierzchni liczba zajętych centrów adsorpcyjnych θ = liczba dostępnych centrów adsorpcyjnych Stopień pokrycia często wyraŝamy poprzez objętość zaadsorbowanej substancji; wówczas wynosi θ = V/V, gdzie V jest objętością adsorbatu, która odpowiada jednocząsteczkowej warstwie. Szybkość adsorpcji dθ/dt jest szybkością zmian ułamka zapełnień powierzchni i moŝna ją wyznaczyć, mierząc zmiany stopnia pokrycia w czasie. Szybkość, z jaką powierzchnia pokrywa się adsorbatem, zaleŝy od zdolności substancji do przemiany energii bombardujących ją cząsteczek w ruch termiczny. Jeśli energia ta nie ulegnie szybkiemu rozproszeniu, cząsteczki migrują po powierzchni aŝ odpowiednie drganie wypchnie je z powrotem. Desorpcja jest zawsze procesem aktywowanym, poniewaŝ cząsteczka musi pokonać barierę potencjału, w którego minimum się znajduje. Dla cząsteczek zaadsorbowanych fizycznie minimum potencjału jest płytkie, drgając mogą się one oderwać po stosunkowo krótkim czasie. Temperaturowa zaleŝność desorpcji, która jest procesem pierwszego rzędu, powinna przebiegać zgodnie z zaleŝnością typu Arheniusa, przy czym wartość energii aktywacji desorpcji, E d jest tutaj porównywalna z entalpią fizysorpcji k d = A e Ei/RT. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 2

4 Zatem połowiczny czas desorpcji (czas połowicznego przebywania na powierzchni) zaleŝy od temperatury w następujący sposób: ln 2 E t1/ 2 = = τ 0e kd ln 2 τ 0 =. A Na rysunku pokazano zmiany energii potencjalnej cząsteczki w zaleŝności od jej odległości od powierzchni. Gdy cząsteczka zbliŝa się do powierzchni, jej energia obniŝa się na skutek adsorpcji fizycznej (jej energia wynosi c g B), która jest prekursorem (stanem wstępnym) adsorpcji chemicznej. Przesuwając się dalej w kierunku stanu odpowiadającego chemisorpcji, cząsteczka często ulega dysocjacji. W takim przypadku po chwilowym wzroście energii (odcinek c g B-A ), który jest związany z rozciąganiem wiązań, następuje ostry jej spadek (do punktu A), gdy oddziaływania zdysocjowanych fragmentów z powierzchnią osiągają swą maksymalną wartość (maksymalna wartość w punkcie A ). Nawet, gdy cząsteczka nie ulega fragmentacji, często zdarza się, Ŝe na krzywej energii obserwuje się początkowo jej wzrost, związany z dopasowywaniem się wiązań w miarę zbliŝania się cząsteczki do powierzchni. W większości przypadków moŝemy oczekiwać wystąpienia bariery energetycznej rozdzielającej stan prekursora od stanu cząsteczki zaadsorbowanej chemicznie. Bariera ta jednak moŝe być niewielka i moŝe nie przekraczać energii, jaką mają stabilne cząsteczki odległe od powierzchni (rys. 1). W takim przypadku chemisorpcja nie jest procesem aktywowanym i moŝe zachodzić szybko. WaŜnym wnioskiem wynikającym jest to, Ŝe szybkość adsorpcji nie stanowi dobrego kryterium do rozróŝniania adsorpcji fizycznej od adsorpcji chemicznej. Gdy energia aktywacji jest niewielka lub wręcz równa zero, chemisorpcja moŝe być procesem szybkim, jednak przy duŝej energii aktywacji zachodzi wolno. d / RT Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 3

5 Rys. 1 Adsorpcja na granicy faz. Izotermy adsorpcji Dwuskładnikowy układ składający się z dwóch faz objętościowych oddzielonych warstwą międzyfazową jest dwuzmienny (ma dwa stopnie swobody), a zatem podanie dwóch wielkości intensywnych, np. T i p w stanie równowagi określa wielkość adsorpcji. Zazwyczaj układ charakteryzuje się przez podanie zaleŝności miedzy dwiema z nich przy ustalonej trzeciej, np. izotermy, izobary. Według Brunauera istnieje pięć zasadniczych typów izoterm adsorpcji i są one przedstawione na rysunku. Rys. 2 Typy izoterm adsorpcji wg Brunauera. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 4

6 Izoterma Henry ego podaje liniową zaleŝność miedzy wielkością adsorpcji a ciśnieniem par, gazów bądź stęŝeniem. a = Kp b θ = K am pb = K pb Zatem stopień pokrycia jest proporcjonalny do ciśnienia lub stęŝenia. Izoterma ta opisuje adsorpcję w zakresie bardzo niskich ciśnień i stęŝeń stanowiąc graniczny przypadek dla izoterm z rysunku 2. Równanie izotermy Langmuira oparte jest na załoŝeniu, iŝ na powierzchni adsorbentu znajduje się określona liczba tzw. miejsc aktywnych. Na nich jedynie moŝe zaadsorbować się pojedyncza cząsteczka adsorbatu, która nie moŝe przemieszczać się po powierzchni. Utworzona warstwa jest jednocząsteczkowa. Przedstawione załoŝenia prowadzą do izotermy typu I w postaci: amkp a = b 1+ kpb gdzie: k stała, a m pojemność monowarstwy (jednocząsteczkowej). W modelu Brunauera, Emmetta i Tellera, opisującym adsorpcję wielowarstwową, przyjęto teorię Langmuira do kaŝdej z warstw. Równanie BET wynikające z opisanego modelu przedstawić moŝna za pomocą równania: a p b / p b = 1 C 1 p + b b m m ( 1 p / p ) a C a C p b b gdzie: a m pojemność monowarstwy, C stała, związana z róŝnicą ciepła kondensacji i ciepła adsorpcji pierwszej warstwy. Równanie BET opisuje izotermy typu I, II, III. Jest ono stosowane do wyznaczania powierzchni właściwej adsorbentu. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 5

7 Izoterma typu IV, V zwana izoterma Freundlicha została zaproponowana jako wyraŝenie empiryczne do jakościowego opisu adsorpcji w niezbyt szerokich zakresach ciśnień i stęŝeń: a = kp b 1/ n gdzie: k i n stałe (n>1). III. TEORIA BUDOWY I NASIĄKANIA CIAŁ KAPILARNO - POROWATYCH Specyficzną cechą ciał porowatych jest zdolność wchłaniania cieczy i gazów, a miarą tej zdolności jest porowatość ciała. Przestrzenie puste w ciele porowatym noszą nazwę przestrzeni porowatych (kapilarnych), a przestrzeń zajęta przez ciało stałe nazywana jest szkieletem lub nośnikiem. W zaleŝności od sposobu połączenia kapilar między sobą oraz z otoczeniem, rozróŝnia się kapilary przelotowe, nieprzelotowe (ślepe) i zamknięte. Przepływ cieczy i gazów moŝliwy jest tylko w porach otwartych. W porach takich przepływowi płynu moŝe towarzyszyć ustalona i nieustalona wymiana ciepła, filtracja, dyfuzja, sorpcja oraz reakcja chemiczna. Z tego powodu objętość porów połączonych nazywa się objętością aktywną porów (lub objętością efektywną). Objętość wszystkich porów nazywa się objętością całkowitą porów. IV. POROWATOŚĆ Podstawową cechą charakteryzującą wszystkie ciała porowate jest ich porowatość. WyróŜnia się: Porowatość całkowita ε objętość porów zawartą w jednostce objętości ciała porowatego. Porowatość rzeczywista ε rz stosunek objętości porów otwartych do całkowitej objętości ciała porowatego. Porowatość zamknięta ε z róŝnica porowatości całkowitej i rzeczywistej. W ciałach o małej zwartości porowatość całkowita i rzeczywista są zbliŝone lub nawet takie same. Porowatość i gęstość danego materiału związane są ze sobą następującymi zaleŝnościami: Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 6

8 ε = ρ ρ o ρ o gdzie: p ε rz ρk ρp = ρ ρ o gęstość rzeczywista, ρ p gęstość pozorna, ρ k gęstość wyznaczona piktometrycznie. W przypadku materiałów ziarnistych waŝną ich cechą jest porowatość międzyziarnowa ε m, którą definiuje się jako stosunek objętości międzyziarnowej do całkowitej objętości bryły. Miarą porowatości międzyziarnowej jest gęstość nasypowa. Gęstość nasypowa ρ n masa jednostki objętości swobodnie nasypanego materiału sypkiego. WiąŜe się z porowatością międzyziarnową następującą zaleŝnością: ε ρ ρ o n m = msorbentu kg ρ ρ n = [ 3 ] m p V sorbentu gdzie: ρ o gęstość rzeczywista, ρ n gęstość nasypowa, ρ p gęstość pozorna. Porowatość materiału jest uzaleŝniona od sposobu rozmieszczenia (sposobu upakowania) ziaren, które tworzą to ciało oraz od ich rozkładu granulometrycznego. Porowatość materiału zbudowanego z ziaren o tych samych rozmiarach zaleŝy tylko od sposobu ułoŝenia tych ziaren. W przypadku materiałów ściśliwych porowatość zaleŝy takŝe od wywieranego na nie ciśnienia. Przykładem takich materiałów są gliny, których porowatość zaleŝy od głębokości zalegania. k Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 7

9 V. PODZIAŁ MATERIAŁÓW SORPCYJNYCH Ze względu na pochodzenie sorbenty moŝemy podzielić na trzy podstawowe grupy: SORBENTY pochodzenia organicznego pochodzenia nieorganicznego pochodzenia chemicznego naturalne syntetyczne pływające niepływające Rys. 3 Podział sorbentów. SORBENTY ORGANICZNE Najbardziej dostępnym, ale i bardzo skutecznym typem sorbentów są sorbenty naturalne, które mogą być stosowane w postaci luźnej, snopków, mat, zapór, poduszek. Zatrzymana za pomocą nich ciecz, o ile jest palna moŝe być łatwo zniszczona poprzez spalenie. Sorbentów organicznych jest wiele. Mogą mieć pochodzenie: naturalne lub syntetyczne. Ogólnie, sorbenty organiczne naturalne - to produkty roślinne wykorzystywane w róŝnej postaci np.: sieczki, proszku, otręb, itp. Ich zaletami są dobre własności utrzymywania się na wodzie oraz po wykorzystaniu, moŝliwość łatwej utylizacji (spalenie). Zwykle są to sorbenty jednorazowego uŝytku. Z grupy sorbentów organicznych naturalnych najczęściej stosowane są: słoma zboŝowa, siano, trociny, roŝnego typu gleby, sieczka zboŝowa i inne. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 8

10 W grupie gleb, najlepszymi właściwościami sorpcyjnymi odznacza się tu torf, który po dodatkowej obróbce powiększania hydrofobowości odznacza się najwyŝszą skutecznością. Typowymi naturalnymi sorbentami organicznymi, wykorzystywanymi podczas nadzwyczajnych zagroŝeń, są lokalne zasoby surowców takie jak makulatura, skrawki materiałów i szmaty, skórzane wióry. Sorbenty organiczne syntetyczne - stosowane są w postaci pianek, pyłów, granulek, włókien i strzępek. Otrzymuje się je w procesie przerobu związków organicznych na drodze polimeryzacji, polikondensacji, poliaddycji lub przekształcania juŝ istniejących produktów chemicznych. Łatwo dają się konfekcjonować w róŝnej postaci np.: taśm, poduszek, trałów itp. Najczęściej stosowanymi sorbentami syntetycznymi są: pianki poliuretanowe, pianki polieterowe o róŝnych wymiarach porów, włókna nylonowe, polietylenowe, polipropylenowe i inne. SORBENTY NIEORGANICZNE Sorbenty pochodzenia nieorganicznego charakteryzują się większym od wody rzeczywistym cięŝarem właściwym. Niektóre jednak z nich, posiadające w swoich porach powietrze, posiadają zdolność pływania. W tej grupie wyróŝnić moŝemy: pumeks, wełnę mineralną, wełnę szklaną. Sorbenty nieorganiczne moŝna stosunkowo łatwo pozyskać z dziedziny budownictwa i ciepłownictwa. Stosuje się tam maty szklane, które moŝna stosować w naturalnej postaci, wełnę mineralną (maty, poduszki i taśmy), oraz pumeks stosowany do celów izolacyjnych w postaci granulek. Pozostałe sorbenty nieorganiczne najczęściej stosowane nie posiadają zdolności pływania. Sorbenty nieorganiczne (tonące) odznaczają się moŝliwością długoterminowego przechowywania, oraz szeroką dostępnością dla słuŝb ratowniczych. Bardzo duŝą podgrupę stanowią wśród nich minerały, skały i popioły. Ich dokładną charakterystykę przedstawiono w tabeli 1. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 9

11 Tabela 1 Przykładowe sorbenty nieorganiczne tonące. Lp. Nazwa Dostępność Główny składnik 1 łupana mika Sudety, Karpaty minerał - hydroglinokrzemiany magnezu, Ŝelaza i potasu 2 popiół powszechnie dostępny składniki mineralne zawarte w węglu, drewnie, łodygach roślin 4 glina powszechnie występująca skała osadowa iły z domieszką mułu i piasku 5 diatomit (ziemia okrzemkowa) powszechnie występująca skała osadowa pochodzenia organicznego opalowe szczątki okrzemek 6 piasek powszechnie dostępny kwarc 7 wermikulit minerał - Dolny Śląsk glinokrzemian magnezu, Ŝelaza i litu 8 talk minerał - Dolny Śląsk krzemian magnezu 9 wapno palone produkt wypalania surowca wapiennego - przemysł wapienny tlenek wapnia 10 zeolity grupa minerałów - Dolny Śląsk, okolice Krakowa, Pieniny 11 cement spoiwo hydrauliczne powszechnie dostępne glinokrzemiany sodu, magnezu i wapnia gliniany i glinokrzemiany wapnia Wśród minerałów moŝna wyróŝnić: wernikulit, łupna mika (łyszczki), węglan wapnia, talk, tlenek wapnia. Pochodzenie skalne mają: glina, piasek, diatomit, cement. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 10

12 SORBENTY POCHODZENIA CHEMICZNEGO Sorbenty chemiczne w większości przypadków powstają na drodze eksperymentalnej. Najbardziej znanymi i stosowanymi są: UNI-SAFE - pierwszy i jedyny środek wiąŝący chemikalia i oleje, który bez ograniczeń moŝe być zastosowany do wszystkich płynnych materiałów chemicznych. Jego skład wyklucza niebezpieczne i niekontrolowane reakcje chemiczne, takŝe w przypadku silnie reagujących i utleniających substancji). Jego głównym składnikiem jest polimer o ogromnej zdolności pochłaniania. Dzięki temu UNI-SAFE jest w stanie pochłaniać ciecze o cięŝarze większym od niego o 75 razy. Zdolność pochłaniania zaleŝy od zawartości wody w substancji chemicznej. Substancje niezawierające wody są pochłaniane poprzez reakcje fizyczne, natomiast wiązanie substancji uwodnionych odbywa się w procesach fizykochemicznych. Wynikiem jest galaretowata masa łatwa do zebrania; compact - idealny do absorpcji olejów, kwasów, zasad, szkodliwych toksycznych cieczy oraz palnych substancji płynnych. Granulat uzyskiwany z naturalnego minerału przez wielokrotną kalcynację; ekoperl 66 oraz ekoperl 99 - adsorbujące i neutralizujące kwasy; Aquaquick usuwa oleje, tłuszcze i smary pochodzenia mineralnego, zwierzęcego, roślinnego i syntetycznego. Jest to bezbarwny wysoce skoncentrowany płyn do usuwania rozlewów oleju, ropy i tłuszczy z powierzchni utwardzanych. W zaleŝności od potrzeby uŝycia wymaga rozcieńczenia wodą, co najmniej 1:50. Jest ekologiczny, biodegradowalny, zawiera tylko naturalne składniki. Jest płynem bezpiecznym dla ludzi i środowiska o ph ~7; dynasorb acidsafe - wchłania kwasy i zasady. VI. DOBÓR SORBENTÓW Przy doborze sorbentów do określonych zastosowań pomocne są kryteria praktyczne. Oprócz aspektu cenowego, do najwaŝniejszych z nich zaliczamy: chłonność sorbentu (sorpcja sorbentu)- miara praktycznej przydatności sorbentu. Jest to stosunek masy wchłoniętego substancji (sorbatu) do masy luźnego sorbentu, który go wchłonął. pływalność istotny parametr przy usuwaniu rozlewisk olejowych na akwenach wodnych, mniejsze znaczenie przy działaniach na lądzie. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 11

13 Sorbenty naturalne wraz z upływem czasu toną, dlatego w czasie akcji, bardzo często stosowane są wraz z elementami wypornościowymi, jak np.: komorami sorpcyjnymi. Sorbenty syntetyczne natomiast nie toną i mogą być stosowane samodzielnie. efektywność wykorzystania - stosunek masy zebranej substancji do faktycznie zuŝytego sorbentu. Wskaźnik ten w odniesieniu do sorbentów uŝywanych luzem jest miarą poprawności dawkowania. W przypadku przetworzonych form sorbentów (maty, poduszki, zapory) efektywność wykorzystania jest miarą ich przydatności do przewidywanych warunków rozlewu. zatrzymywanie oleju - ocena zagroŝenia wtórnym skaŝeniem środowiska wskutek uwalniania się związanej pierwotnie w sorbencie sorbentu, przykładowo pod wpływem wzrostu temperatury otoczenia lub składowania w warstwach). moŝliwość ponownego wykorzystania sorbentu moŝliwość niejednokrotnego wykorzystania sorbentu do działań. Maksymalna ilość uŝycia przy zachowaniu pierwotnych parametrów sorbentu. dostepność - kryterium mające znaczenie przy występowaniu duŝych rozlewisk. Dostępność znacznych ilości sorbentów w rejonie pola operacyjnego obniŝa znacznie koszty działań. oddziaływanie na środowisko - sorbenty lub ich mieszaniny z sorbatami nie mogą rozpuszczać się przy kontakcie z wodą, tworzyć zanieczyszczeń, tonąć czy uwalniać toksycznych związków. moŝliwość utylizacji nasyconego sorbentu - stopień trudności z neutralizacją zuŝytego podczas akcji sorbentu. Optymalnym rozwiązaniem jest spalenie, zuŝytych, nasączonych sorbentów na miejscu działań. W trakcie procesu spalania nie powinna jednak nastąpić generacja nadmiernego zadymienia oraz uwalniania lotnych, toksycznych związków do atmosfery. VII. ZASADY PRZY STOSOWANIU SORBENTÓW W stosowaniu sorbentów naleŝy się kierować następującymi zasadami: ze względu na konieczność krótkiego kontaktu z toksyczną cieczą szybko zbierać nasycony sorbent; do zbierania duŝych plam stosować mechaniczne urządzenia zbierające; do zbierania małych plam stosować środki podręczne - wiadra, szufle; w czasie silnych wiatrów nie stosować sorbentów sypkich; Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 12

14 sorbenty skonfekcjonowane (maty, taśmy, poduszki) rozkładać na powierzchni plamy; sorbenty skonfekcjonowane syntetyczne po wyciśnięciu stosować wielokrotnie; nie stosować sorbentów organicznych pochodzenia naturalnego do zbierania substancji Ŝrących, agresywnych chemicznie i utleniających ze względu moŝliwości gwałtownych reakcji i nieobliczalnych skutków; w przypadku nieznanych substancji stosować suchy, czysty piasek; w przypadku chlorowcowęglowodorów stosować obojętnie chemicznie sorbenty nieorganiczne oraz organiczne pochodzenia naturalnego; w przypadku rozlewu palnych rozpuszczalników niewęglowodorowych (estry, alkohole, aldehydy, ketony) nie stosować zbierania mechanicznego lecz palne sorbenty pochodzenia naturalnego; przy duŝych rozlewach sorbenty stosować jako środek pomocnicy i doczyszczający. VIII. SORPCJA W ŚRODOWISKU GLEBOWYM Nie zawsze podczas działań ratownictwa chemicznego, zwłaszcza na terenie niezabudowanym, dysponujemy profesjonalnym sorbentem. Bardzo często zdarza się, iŝ jedynym sorbentem, który jest w naszym zasięgu jest otaczająca przydroŝną drogę gleba czy ziemia. W takim przypadku, moŝemy takŝe skutecznie ograniczać i zwalczać powstające rozlewisko. Istnieje jednak duŝy problem po zakończeniu działań problem rekultywacji zuŝytej gleby. W trakcie sorpcji substancji w środowisku glebowym (zatrzymywanie jonów, cząsteczek zawiesin, gazów i mikroorganizmów przez część sorbującą gleby zwaną kompleksem sorpcyjnym - koloidy mineralne i próchnica glebowa - jeden z waŝniejszych czynników warunkujących Ŝyzność gleby), wyróŝnić moŝemy: - sorpcję biologiczną - zatrzymywanie składników chemicznych przy udziale drobnoustrojów glebowych i korzeni roślin. Organizmy Ŝywe na okres swojego Ŝycia (rośliny i drobnoustroje), pobierają i zatrzymują jony w swoich organizmach. Po obumarciu, w trakcie procesu rozkładu, uwalniają zatrzymane składniki. Jednak zbyt intensywny proces sorpcji doprowadzić moŝe do okresowego niedoboru pewnych składników np.: azotu. - sorpcję chemiczną - powstawanie w glebie nierozpuszczalnych związków wskutek reakcji chemicznych, polegających na wytrącaniu nierozpuszczalnych osadów z roztworów glebowych. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 13

15 - sorpcję fizyczną - osadzanie się drobin (gazów, mikroorganizmów itp.) na powierzchni stałych cząstek glebowych. - sorpcję mechaniczną - zatrzymywanie się cząstek zawiesin w mniejszych od nich przestworach glebowych. IX. LITERATURA 1. M. Attkinson Chemia fizyczna PWN E. Bądkowska, A. Bądkowski Zwalczanie awaryjnych skaŝeń wód powierzchniowych i gruntu PPU EKOS Gdańsk Marek Małaczyński Nadzwyczajne zagroŝenia środowiska cz. I ZagroŜenia środowiska rozlewami olejowymi" Kraków R. Bareła, A. Sporzyński, W. Ufnalski Chemia fizyczna ćwiczenia laboratoryjne OWPW Warszawa Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 14

16 I. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się: 1. ze zjawiskiem sorpcji, 2. podziałem, sposobem doboru i wykorzystania sorbentów oraz 3. porównanie skuteczności sorpcji wybranej grupy sorbentów. Ze względu na najwyŝszą częstotliwość występowania awarii zarówno drogowych jak i na akwenach wodnych z udziałem substancji ropopochodnych, nasze badania ograniczymy wyłącznie do tej grupy sorbatów. II. WYKONANIE ĆWICZENIA Stanowisko badawcze składa się z następujących elementów: 1. waga elektroniczna WPE 600, 2. stół antywibracyjny, 3. pojemnik pomiarowy, 4. taca z sorbatem. Stanowisko badawcze Rys. 1. Schemat stanowiska Wykonanie pomiarów sorpcji 1. Przygotować główną oraz roboczą tabelę pomiarową (rys.2). 2. Poprosić prowadzącego ćwiczenie o sorbenty i sorbat. 3. Wytarować wagę. 4. Zawiesić pojemnik badawczy (strzykawkę) i ponownie wytarować wagę. 5. Nasypać luźno 50 cm 3 wybranego przez wykładowcę sorbentu do pojemnika badawczego. 6. Zawiesić strzykawkę z sorbentem pod wagą. 7. ZwaŜyć sorbent, zapisać wagę sorbentu w głównej tabeli pomiarowej i wytarować wagę. 8. Nalać do tacy (płytki Petriego) sorbatu tak, aby zanurzenie pojemnika (strzykawki) w sorbacie wynosiło około 1 2 mm Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 15

17 9. Włączyć stoper. 10. Co 10 sekund zapisywać wartość odczytaną z wagi z dokładnością do 0,01 g w tabeli roboczej. 11. Badania sorpcji prowadzić do momentu trzykrotnego powtórzenia się tego samego wyniku. 12. Ostateczny wynik zapisać w głównej tabeli pomiarowej 13. Usunąć pojemnik pomiarowy oraz tacę z sorbatem spod wagi. 14. Powtórzyć kroki Obliczenie sorpcji dla kaŝdej próby: sorpcja 2. Obliczenie średniej sorpcji: sorpcja masa sorbatu g [ S] = masa sorbentu g S 1 + S 2 + S 3 g [ S ] śr = 3 g * - dla trzech pomiarów tych samych sorbentów i sorbatów. 3. Obliczenie gęstości nasypowej /dla kaŝdego z badanych sorbentów/: ρ n m kg m sorbentu = 3 Vsorbentu 4. Wynik zanotować w głównej tabeli pomiarowej. 5. Obliczyć gęstość sorbatu. Wykonanie obliczeń III. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA 1. Cel ćwiczenia. 2. Opisać sposób wykonania ćwiczenia. 3. Obliczyć: a) sorpcję, b) gęstość nasypową, c) gęstość sorbatu. 4. Wyniki obliczeń przedstawić na wykresach słupkowych. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 16

18 S [g/g] ρ [kg/m 3 ] nr nr 5. Wykonać wykres sorpcji w funkcji czasu. masa sorbatu [g] t [s] 6. Porównać wyniki obliczeń z wykreślonym wykresem. 7. Przedstawić wnioski z wykonanych badań. Autor: Jarosław Chodorowski, Zdzisław Salamonowicz, Wojciech Jarosz 17

19 Tabela 1 L.p. masa sorbentu [g] masa sorbatu [g] sorpcja [g/g] sorbent: sorbat: 1 sorbent: sorbat: 2 sorbent: sorbat: 3 Tabela 2 czas [s] masa [g] czas [s] masa [g] czas [s] masa [g]

20 Tabela 3 czas [s] masa [g] czas [s] masa [g] czas [s] masa [g] Tabela 4 czas [s] masa [g] czas [s] masa [g] czas [s] masa [g]