Politechnika Gdańska Wydział Cheiczny Katedra Technologii Cheicznej Bezpieczeństwo Środowiskowe: Badanie chłonności sorbentów Przygotował: Dr inż. Andrzej P. Nowak
Część teoretyczna y są to rozdrobnione ciała stałe, których cząstki charakteryzują się dużą powierzchnią i chłonnością. Skutkuje to wykorzystanie ich przy usuwaniu zanieczyszczeń powstałych na skutek działalności człowieka. Działanie sorbentu polega na wykorzystaniu procesów fizycznych takich jak absorpcja i adsorpcja. Absorpcja polega na zatrzyaniu szkodliwego ediu we wnętrzu por substancji wiążącej. Adsorpcja to proces, w który ediu zatrzyywane jest na powierzchni ateriału chłonącego. W zależności od źródła pochodzenia sorbenty dzieliy na: 1) ineralne 2) organiczne naturalne 3) polierowe y ineralne należą do grupy sorbentów sypkich. Mają one postać ałych granulek o różnej wielkości ziarna. W zależności od wielkości granulatu sorbenty są stosowane do użytku wewnętrznego (ałe ziarna) lub zewnętrznego (duże ziarna). Materiał o gruboziarnisty jest cięższy i bardziej odporny na zjawiska atosferyczne (np. wiatr). Za ałe ziarna uważa się granule o średnicy od 0,1 do 1. o średnicy 1 3 traktowany jest jako gruboziarnisty. y ineralne otrzyuje się na drodze rozdrobnienia ateriału skalnego i jego obróbce tericznej. Obróbka tericzna a na celu zwiększenie powierzchni chłonnej sorbenta. Chłonność sorbentów ineralnych jest w granicach od 30 do 300 %. y organiczne naturalne otrzyuje się z kory drzew, trocin, torfu odpadów przeysłu papierniczego i włókienniczego. Charakteryzują się one chłonnością od 70 do 400%. Z uwagi na pochodzenie nie stosuje się ich przy usuwaniu agresywnych cieczy jak kwasy, zasady, substancje utleniające. y te są z reguły bardzo lekkie co powoduje, że stosowane są w warunkach bezwietrznych. Ponadto niewielki ciężar sorbenta oże wydłużyć czas wchłania rozlanej cieczy. Aby uniknąć tego probleu stosuje się dociążanie sorbentów. y polierowe są wykonane z włókniny polipropylenowej, zielonej i twardej pianki poliuretanowej. Charakteryzują się bardzo dużą chłonnością ponad 100%. y te działają jak chłonne aty, które pochłaniają ciecz całą swoją powierzchnią. W zależności od ediu wiążącego dzielą się na: a) uniwersalne b) hydrofobowe 2
y uniwersalne stosowane są do absorpcji olejów, wody, rozpuszczalników, cheikaliów, płynów chłodząco-sarujących. y hydrofobowe wykorzystują zjawisko sorpcji wybiórczej przy usuwaniu zanieczyszczeń olejowych i substancji ropopochodnych niezależnie od ich gęstości. Powierzchnia Ziei to ponad 510 ln k 2, z czego 29,2 % stanowi ląd a 70,8 % woda. Stąd też jedny z kryteriów podziału sorbentów jest rodzaj obszaru ich działania. Na obszarze wodny stosowane są sorbenty hydrofobowe, które chłoną ciecze nie ieszające się z wodą. Na lądzie stosuje się sorbenty uniwersalne (chłoną wszystkie ciecze), sorbenty hydrofobowe lub sorbenty chłonące, które bezpiecznie reagują z niektóryi cieczai. Inny podział sorbentów związany jest z ich gęstością. y dzieliy na: a) lekkie b) ciężkie. y lekkie to ateriały pochodzenia organicznego. y ciężkie to najczęściej substancje nieorganiczne pochodzenia ineralnego. Różnica w składzie cheiczny a wpływ na reaktywność sorbentów. y lekkie ulegają degradacji w reakcjach z silnie działającyi związkai cheicznyi, np. kwasy, zasady, utleniacze itp. y ciężkie są natoiast bierne cheicznie. Istną rolę w procesie sorpcji/desorpcji odgrywa budowa strukturalna sorbenta. y lekkie są niej wytrzyałe echanicznie i nie zatrzyują zaabsorbowanej cieczy w swojej strukturze. Niewielki nacisk powoduje, że bardzo łatwo oddają one wchłonięte ediu. Wyagania stawiane sorbento są następujące: ekonoiczny (tani w zakupie i utylizacji), bierny cheicznie, antypoślizgowy, łatwy w zebraniu niezależnie od stosowanego rozlewiska, o wysokiej chłonności (> 100%), selektywny w działaniu lekki (rozlewisko wodne) ciężki i twardy (rozlewisko lądowe) niepalny Kluczowe znaczenie przy wyborze sorbentu a chłonność oraz koszty utylizacji rozlewiska. Chłonność ówi o zdolności zebrania cieczy przez 1 kg sorbentu. 3
C = cieczy sorbentu 100% Przykłady usunięcia olejowego sorbente o różnej chłonności przedstawia Rys. 1. Chłonność 210% 31 kg Chłonność 150% 25 kg Chłonność 90% 19 kg Chłonność 40% 14 kg Rys. 1. Usuwanie w zależności od chłonności sorbentu. Ilość usuniętego zależy od chłonności sorbentu. Ma to wpływ na koszta związane z zakupe sorbentu oraz utylizacją rozlewiska. Otrzyany odpad należy traktować jako substancję niebezpieczną zgodnie z Ustawą o ach *. Ustawa określa zasady postępowania z odpadai w sposób zapewniający ochronę życia i zdrowia ludzi oraz ochronę środowiska zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju. * Dz.U. 2001 Nr 62 poz. 628 4
Ćwiczenie Cele ćwiczenia jest określenie właściwości sorpcyjnych wybranych ateriałów pochodzenia naturalnego i syntetycznego. Odczynniki i aparatura: - siatka na sorbent - sorbent (rodzaj i ilość poda prowadzący) - naczynie z zanieczyszczenie olejowy - waga szkło laboratoryjne - statyw z łapą Wykonanie ćwiczenia: 1) Zważyć suchą siatkę 2) wyspać do siatki ok 10 g sorbentu ( sprzed ) 3) zanurzyć siatkę z sorbente w zlewce z oleje na okres 10 inut 4) uieścić siatkę ponad pozioe oleju i odczekać 30 inut 5) zważyć siatkę z nasączony sorbente ( spo ) 6) wyniki przedstawić w forie tabelarycznej wraz z wnioskiai końcowyi Chłonność (C) sorbentu obliczyć z wzoru: spo C = sprzed sprzed 100% Rodzaj sorbentu Masa sorbentu przed nasączanie ( sprzed ) Masa sorbentu po nasączeniu ( spo ) Masa cieczy wchłoniętej przez sorbent Chłonność sorbentu (C) [%] 5