Ćwiczenie 5 A-2, p Podstawowe procesy jednostkowe w technologii chemicznej Studia I stopnia (inżynierskie), stacjonarne, Rok III, semestr V

Podobne dokumenty
Utylizacja i neutralizacja odpadów Międzywydziałowe Studia Ochrony Środowiska

Wykład 2. Wprowadzenie do metod membranowych (część 2)

ĆWICZENIE 2. Usuwanie chromu (VI) z zastosowaniem wymieniaczy jonowych

ODWRÓCONA OSMOZA. Separacja laktozy z permeatu mikrofiltracyjnego serwatki

ODWRÓCONA OSMOZA ODSALANIE SOLANKI

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

Wykład 1. Wprowadzenie do metod membranowych

ĆWICZENIE 2 KONDUKTOMETRIA

TWARDOŚĆ WODY. Ca(HCO 3 ) HCl = CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2. Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2

Część laboratoryjna. Sponsorzy

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORGANICZNEGO

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1)

Ćwiczenie 8 Wyznaczanie stałej szybkości reakcji utleniania jonów tiosiarczanowych

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

POLITECHNIKA GDAŃSKA

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI MANGANU W GLEBIE

LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ WYZNACZANIE STAŁEJ SZYBKOŚCI REAKCJI UTLENIANIA POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

I BIOTECHNOLOGIA. 3-letnie studia stacjonarne I stopnia

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH WYMIANA JONOWA

Spektrofotometryczne wyznaczanie stałej dysocjacji czerwieni fenolowej

Klasyfikacja procesów membranowych. Magdalena Bielecka Agnieszka Janus

Laboratorium Podstaw Biofizyki

Inżynieria Środowiska

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI p-nitrofenolu METODĄ SPEKTROFOTOMETRII ABSORPCYJNEJ

Wykład 9. Membrany jonowymienne i prądowe techniki membranowe (część 1) Opracowała dr Elżbieta Megiel

ĆWICZENIE 2 WSPÓŁOZNACZANIE WODOROTLENKU I WĘGLANÓW METODĄ WARDERA. DZIAŁ: Alkacymetria

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

ĆWICZENIE NR 4 PEHAMETRIA. Poznanie metod pomiaru odczynu roztworów wodnych kwasów, zasad i soli.

LABORATORIUM Z PODSTAW BIOFIZYKI ĆWICZENIE NR 4 1. CEL ĆWICZENIA

Wykład 8. Dyfuzyjne techniki membranowe (część 3) Opracowała dr Elżbieta Megiel

II. ODŻELAZIANIE LITERATURA. Zakres wiadomości obowiązujących do zaliczenia przed przystąpieniem do wykonania. ćwiczenia:

TECHNIKI ROZDZIELANIA

Ćwiczenie 8 (studenci biotechnologii) Potencjometria Potencjometryczne wyznaczanie PK miareczkowania słabego kwasu

TECHNOLOGIA OCZYSZCZANIA WÓD I ŚCIEKÓW. laboratorium Wydział Chemiczny, Studia Niestacjonarne II

Odpowiedź:. Oblicz stężenie procentowe tlenu w wodzie deszczowej, wiedząc, że 1 dm 3 tej wody zawiera 0,055g tlenu. (d wody = 1 g/cm 3 )

Potencjometryczna metoda oznaczania chlorków w wodach i ściekach z zastosowaniem elektrody jonoselektywnej

Utylizacja i neutralizacja odpadów Międzywydziałowe Studia Ochrony Środowiska. Ćwiczenie 14. Zastosowanie metod membranowych do oczyszczania ścieków

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

ANALIZA MIARECZKOWA. ALKACYMERIA

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Kinetyka chemiczna jest działem fizykochemii zajmującym się szybkością i mechanizmem reakcji chemicznych w różnych warunkach. a RT.

Ciągły proces otrzymywania bikarbonatu metodą Solvay a

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

Ćwiczenie 1. Technika ważenia oraz wyznaczanie błędów pomiarowych. Ćwiczenie 2. Sprawdzanie pojemności pipety

Procesy membranowe (membrane processes)

SZYBKOŚĆ REAKCJI JONOWYCH W ZALEŻNOŚCI OD SIŁY JONOWEJ ROZTWORU

ĆWICZENIE B: Oznaczenie zawartości chlorków i chromu (VI) w spoiwach mineralnych

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

CHEMIA BUDOWLANA ĆWICZENIE NR 2

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wpływ stężenia kwasu na szybkość hydrolizy estru

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

WYKAZ NAJWAŻNIEJSZYCH SYMBOLI

Ć W I C Z E N I E 5. Kinetyka cementacji metali

ODWADNIANIE OSADU NA FILTRZE PRÓŻNIOWYM

3. Badanie kinetyki enzymów

ANALIZA OBJĘTOŚCIOWA

Sporządzanie roztworów buforowych i badanie ich właściwości

1 Kinetyka reakcji chemicznych

Mikrofiltracja, ultrafiltracja i nanofiltracja. Katarzyna Trzos Klaudia Zięba Dominika Stachnik

Wyznaczanie stałej dysocjacji pk a słabego kwasu metodą konduktometryczną CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA. Tabela wyników pomiaru

Analiza miareczkowa. Alkalimetryczne oznaczenie kwasu siarkowego (VI) H 2 SO 4 mianowanym roztworem wodorotlenku sodu NaOH

Materiały polimerowe laboratorium

Roztwory elekreolitów

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I NAWOZÓW MINERALNYCH. Ćwiczenie nr 6. Adam Pawełczyk

RÓWNOWAGI KWASOWO-ZASADOWE W ROZTWORACH WODNYCH

Materiały dodatkowe do zajęć z chemii dla studentów

1. SEDYMENTACJA OKRESOWA

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Ćwiczenie 2: Właściwości osmotyczne koloidalnych roztworów biopolimerów.

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

Opracował dr inż. Tadeusz Janiak

Laboratorium Podstaw Biofizyki Pomiar potencjału dyfuzyjnego i błonowego 4

Ćwiczenie 1. Sporządzanie roztworów, rozcieńczanie i określanie stężeń

Miareczkowanie potencjometryczne

Utylizacja osadów ściekowych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

VI. ZMIĘKCZANIE WODY METODĄ JONOWYMIENNĄ

Ć W I C Z E N I E 4. Reekstrakcja miedzi z roztworu ciekłego wymieniacza jonowego do roztworów H 2 SO 4

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. DYSOCJACJA JONOWA. REAKTYWNOŚĆ METALI

PRASA FILTRACYJNA. płyta. Rys. 1 Schemat instalacji prasy filtracyjnej

OCENA CZYSTOŚCI WODY NA PODSTAWIE POMIARÓW PRZEWODNICTWA. OZNACZANIE STĘŻENIA WODOROTLENKU SODU METODĄ MIARECZKOWANIA KONDUKTOMETRYCZNEGO

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII I GOSPODARKA ODPADAMI STUDIA STACJONARNE

ELEKTRODIALIZA. Karina Rolińska Aleksandra Sierakowska Beata Ulmaniec r.

Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - roztwory i sposoby wyrażania stężeń roztworów, rozcieńczanie i zatężanie roztworów, zadania z rozwiązaniami

Utylizacja osadów ściekowych

HODOWLA PERIODYCZNA DROBNOUSTROJÓW

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Kierunek i poziom studiów: chemia poziom pierwszy Sylabus modułu: Podstawy Chemii B 0310-CH-S1-010

SPECJALNE TECHNIKI ROZDZIELANIA W BIOTECHNOLOGII. Laboratorium nr1 ODSALANIE I ZATĘŻANIE ROZTWORU BIAŁKA W PROCESIE FILTRACJI STYCZNEJ

Część I. TEST WYBORU 18 punktów

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Odwadnianie osadu na filtrze próżniowym

Transkrypt:

Ćwiczenie 5 A-2, p. 110 Podstawowe procesy jednostkowe w technologii chemicznej Studia I stopnia (inżynierskie), stacjonarne, Rok III, semestr V Separacje membranowe wydzielanie produktu reakcji z mieszaniny reagentów Opracowała: dr inż. G. Poźniak UWAGA! Ćwiczenie podzielone jest na dwa ćwiczenia UF i DD, proszę przygotować się z obu procesów. Ćwiczenie A Ultrafiltracja (UF) jest procesem membranowym, w którym siłą napędową jest różnica ciśnień po obu stronach membrany. Ciśnienia stosowane w UF zwykle nie przekraczają 1 MPa, ponieważ ciśnienie osmotyczne roztworów makrocząsteczkowych jest małe i może być pomijane przy obliczeniach. Istota procesu UF polega na przenikaniu przez membranę strumienia filtratu zawierającego wodą oraz substancje o wymiarze cząsteczek mniejszych od wymiarów porów membrany (permeat), a zatrzymywaniu części strumienia zawierającego substancje p porównywalnym i większym wymiarze cząsteczek (retentat). Zatem jest to metoda oczyszczania i zatężania makrocząsteczek i suspensji koloidalnych. W procesie UF stosowane są membrany polimerowe o asymetrycznej strukturze porowatej, tzn. o zmiennym wymiarze porów wzdłuż przekroju poprzecznego membrany. Membrany takie składają się z bardzo cienkiej warstwy naskórka o grubości 0,1 0,5 µm (o małym wymiarze porów) i znacznie grubszego ok. 50 500 µm porowatego podłoża (z dużymi porami). Membrany tego typu otrzymywane są metodą inwersji faz typu zol żel. Polega to na doborze mieszalnych ze sobą rozpuszczalnika i nierozpuszczalnika wybranego polimeru. Z roztworu polimeru (o dużej lepkości) formuje się na płytce szklanej film polimerowy, a następnie płytkę zanurza się do łaźni z nierozpuszczalnikiem. W wyniku wypierania rozpuszczalnika przez nierozpuszczalnik zachodzi wytrącanie polimeru, a miejsca w polimerze wypełnione nierozpuszczalnikiem stanowią pory. Wielkość porów zależy od szybkości wytrącania polimeru ( regulacja stężeniem roztworu polimeru, czasem wstępnego odparowania rozpuszczalnika na powietrzu lub dodatkiem czynników zmieniających szybkość wytrącania). Do charakterystyki membran UF stosuje się oznaczanie średniego wymiaru porów metodą przepływu hydraulicznego lub metodą wyznaczania ciężaru cząsteczkowego związku przy którym 90 % substancji zostanie zatrzymane (ang. molecular weight cut-off MWCO). Wykonanie ćwiczenia: Pomiar strumienia wody a. Krążek membrany umieścić w aparacie ciśnieniowym (naskórkiem do góry), b. Aparat napełnić 100 cm 3 wody destylowanej, c. Włączyć sprężarkę, regulując manostatem ciśnienie na poziomie 0,1 MPa, d. Mierzyć czas przepływu trzech kolejnych porcji 10 cm 3 porcji wody, na tej podstawie obliczyć przepuszczalność hydrauliczną, e. Wyłączyć manostat i sprężarkę, wylać wodę z celki nie wyjmując membrany. Pomiar stopnia zatrzymania barwnika

f. Wlać do celki filtracyjnej ok. 40 cm 3 barwnika azowego (oranż metylowy, czerwień Kongo, czerń bezpośrednia) g. Włączyć sprężarkę, regulując manostatem ciśnienie na poziomie 0,1 MPa, h. Mierzyć czas przepływu dwóch kolejnych porcji barwnika, z drugiej porcji filtratu (permeatu) barwnika pobrać próbkę do oznaczenia stężenia metodą spektroskopii UV/VIS. Z wyznaczonej ekstynkcji obliczyć stężenie (krzywa kalibracyjna). Stężenia te posłużą nam do określenia stopnia zatrzymania danego barwnika. i. Wyłączyć manostat i sprężarkę, j. Następnie postępować podobnie z każdym z barwników k. Po skończonym procesie filtracji każdego, rozmontować aparat i wyjąć membranę l. Zmierzyć powierzchnię czynną membrany (suwmiarka). Przygotowanie krzywych kalibracyjnych barwników: a. Z roztworu wyjściowego danego barwnika (oranż metylowy, czerwień Kongo, czerń bezpośrednia) o stężeniu początkowym 0,1 g/dm 3, przygotować w kolbkach miarowych o pojemności 50 cm 3 roztwory o stężeniu 0,01; 0,02 oraz 0,03 g/dm 3 dla każdego z barwników, b. Następnie dla każdego z barwników zmierzyć absorbancję metodą spektroskopii UV/Vis, przy danej długości fali oranż metylowy: λ=465 nm, czerwień Kongo: λ=497 nm, czerń bezpośrednia: λ=580 nm, c. Wyznaczyć krzywe kalibracyjne, które posłużą do określania stężenia barwników w poszczególnych filtratach. Obliczenia: 1. Przepuszczalność hydrauliczną (J) obliczyć wg wzoru: 3 V cm J [ ], (1), 2 S t cm s V objętość filtrowanej wody, cm 3, S powierzchnia czynna membrany, cm 2, t czas pomiaru, s. 2. Stopień zatrzymania barwnika (R) ze wzoru: c p R ( 1 ) 100%, (2), co co stężenie początkowe barwnika, g/dm 3, cp stężenie barwnika w permeacie (filtracie), g/dm 3. Sprawozdanie: - cel ćwiczenia, - krótki wstęp teoretyczny, (proszę nie kopiować instrukcji), - wyniki pomiarów w tabeli, - wszystkie obliczenia, - wnioski. Literatura:

1. J. F. Rabek, Podstawy fizykochemii polimerów, Wyd. Politechnika Wrocławska, Wrocław, 1977. 2. M. Bodzek, J. Bohdziewicz, K. Konieczny, Techniki membranowe w ochronie środowiska, Wyd. Politechnika Śląska, Gliwice 1997. Zagadnienia do kolokwium: 1. Jakie znasz procesy membranowe, w których siłą napędową jest różnica ciśnień? 2. Zalety porowatej struktury asymetrycznej membran. 3. Jak tworzy się warstwa naskórka w membranie asymetrycznej? 4. Charakterystyka i zastosowanie procesu UF. 5. Właściwości polimeru (wzór, otrzymywanie), z którego uformowano badaną membranę porowatą. UWAGA! Membrana w UF będzie wykonana z polisulfonu UDEL 1700, proszę zapoznać się z informacjami na temat tego polimeru. Ćwiczenie B: Separacja membranowa, wydzielenie produktu reakcji z mieszaniny reagentów Opracowała dr inż. Gryzelda Poźniak Procesy membranowe, przy których zachodzą przemiany fazowe, nie wymagają dużych nakładów energetycznych. Z tych względów skutecznie konkurują z konwencjonalnymi procesami rozdzielczymi. Membranę stanowi faza rozdzielająca dwie inne fazy i przez nią odbywa się selektywny transport masy lub energii. Jednym z typów membran jest membrana jonowymienna, tzn. membrana z grupami zdolnymi do dysocjacji elektrolitycznej. Membrana taka wykazuje selektywne właściwości w stosunku do jonów o określonym ładunku elektrycznym. I tak, membrana anionowymienna za związanymi trwale grupami o ładunku dodatnim wyklucz kationy (współjony) poprzez elektrostatyczne odpychanie, a przyciąga aniony (przeciwjony). Transport anionów poprzez membranę anionową spowodowany jest reakcją wymiany przeciwjonów pomiędzy roztworem a membraną. W układzie: kwas // membrana anionowymienna // woda przez membranę dyfundują zarówno aniony kwasowe (jako przeciwjony), jak i kationy wodorowe (ze względu na bardzo dużą dyfuzyjność, nieporównywalną z innymi kationami, a przede wszystkim w wyniku proton-jump poprzez wiązania wodorowe wody zawartej w membranie). Taki proces umożliwia rozdział kwasu od soli, co ma szczególne znaczenie w procesach hydrometalurgicznych. Interpolimerowa membrana anionowymienna to układ: polietylen// poli(styren-co-diwinylobenzen) z podstawionym chemicznie pierścieniem benzenowym w polistyrenie grupą aminową: -[ -CH2-N + -H2-R]Cl -

Wykonanie ćwiczenia: a. zamontować membranę w dializerze, b. sporządzić mieszaninę (1:1 obj.) 1 M HCl + 1 M CuCl2 (lub 1 M H2SO4 + 1 M CuSO4) w zlewce o pojemności 50 cm 3, (sporządzić 40 cm 3 mieszaniny), c. napełnić prawą komorę dializera wodą destylowaną (37 cm 3 pipetą), d. napełnić lewą komorę dializera mieszaniną kwasu i soli (37 cm 3 pipetą), e. pomiar prowadzić od jednej do dwóch godzin (czas podaje prowadzący), f. po zakończeniu pomiaru pobrać strzykawką do zlewki cały roztwór z komory prawej: 1. 1 cm 3 roztworu, przenieść do kolbki miarowej i dopełnić do kreski do objętości 50 cm 3. zmierzyć stężeie miedzi metodą ASA (uzyskany wynik pomiarowy w mg/dm 3 przeliczyć na mol/dm 3 ), 2. 10 cm 3 roztworu (pipeta) przenieść do kolbki erlenmajerki i miareczkować 0,05 M roztworem NaOH wobec błękitu bromotymolowego do zmiany barwy z żółtej na zieloną, g. rozmontować dializer i przemyć go wodą destylowaną, h. zmierzyć powierzchnię czynną membrany. Obliczenia: 1. Strumienie kwasu (Jk) i soli (Js) ze wzoru: Ct mol J, [ ] (3) 2 A t cm s Ct stężenie jonu wodoru i miedzi, odpowiednio po czasie t w komorze prawej, (liczba moli w 1 dm 3 ), mol/dm 3, t czas trwania pomiaru, s, A powierzchnia czynna membrany, cm 2. 2. Selektywność membrany (S) ze wzoru: J k S, (4) J Sprawozdanie: - cel ćwiczenia, - krótki wstęp teoretyczny, (proszę nie kopiować instrukcji), - wyniki pomiarów w tabeli, - wszystkie obliczenia, - wnioski. Literatura: 1. T. Winnicki, Polimery czynne w inżynierii ochrony środowiska, Arkady, Wa-wa 1978. 2. M. Bodzek, J. Bohdziewicz, K. Konieczny, Techniki membranowe w ochranie środowiska, wyd. Politechnika Śląska, Gliwice 1997. Zagadnienia: 1. Definicja membrany i rodzaje membran. s

2. Podział procesów membranowych ze względu na szereg kryteriów, np. siłę napędową, pochodzenie, wielkość porów. 3. Ogólna charakterystyka dializy dyfuzyjnej. 4. Zastosowanie procesu dializy dyfuzyjnej. 5. Definicja polimeru, podać przykłady polimerów mających zastosowanie w formowaniu membran. 6. Proces wymiany jonowej podstawowe informacje (włącznie z schematycznym zapisem procesu wymiany jonowej na grupach jonowymiennych polimeru). 7. Interpolimery ogólne informacje. 8. Charakterystyka materiały, z którego wykonano membranę do DD, (wzór strukturalny, właściwości, grupa jonowymienna itp.).