ĆW. 7 BIOSPRPCJA. 4. Materiały

Podobne dokumenty
Zjawiska powierzchniowe

ADSORPCJA PARACETAMOLU NA WĘGLU AKTYWNYM

OCHRONA ŚRODOWISKA W TECHNOLOGII CHEMICZNEJ Ćw. II Usuwanie jonów chromu ze ścieków CZĘŚĆ II Usuwanie Cr(III) ze ścieków metodą biosorpcji.

Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności acetonu

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

Rzeszów, 16 kwietnia, 2018 r. RECENZJA

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Materiały polimerowe laboratorium

Ćwiczenie 8 Wyznaczanie stałej szybkości reakcji utleniania jonów tiosiarczanowych

KATALIZA I KINETYKA CHEMICZNA

Usuwanie i odzyskiwanie metali ciężkich z użyciem drobnoustrojów

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

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

KATALITYCZNE OZNACZANIE ŚLADÓW MIEDZI

Laboratorium Podstaw Biofizyki

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH ADSORPCJA

ĆWICZENIE 4. Oczyszczanie ścieków ze związków fosforu

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

Spis treści. Wstęp... 9

GOSPODARKA ODPADAMI. Oznaczanie metodą kolumnową wskaźników zanieczyszczeń wymywanych z odpadów

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

GOSPODARKA ODPADAMI. Oznaczanie metodą kolumnową wskaźników zanieczyszczeń wymywanych z odpadów

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 7

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Wykład 5. Anna Ptaszek. 9 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 5. Anna Ptaszek 1 / 20

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywnym. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

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

POLITECHNIKA GDAŃSKA

XLVII Olimpiada Chemiczna

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

Laboratorium 5. Wpływ temperatury na aktywność enzymów. Inaktywacja termiczna

Wykład 5. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemiczne podstawy procesów przemysłu

KINETYKA HYDROLIZY SACHAROZY

Grawitacyjne zagęszczanie osadu

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI MANGANU W GLEBIE

3. Badanie kinetyki enzymów

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

ROZPORZĄDZENIA. (4) Środki przewidziane w niniejszym rozporządzeniu są zgodne z opinią Komitetu ds. Wspólnej Organizacji Rynków Rolnych, Artykuł 1

Laboratorium 3 Toksykologia żywności

VI. ZMIĘKCZANIE WODY METODĄ JONOWYMIENNĄ

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH WYMIANA JONOWA

XXIII KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2015/2016

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ Z HIGIENY, TOKSYKOLOGII I BEZPIECZEŃSTWA ŻYWNOŚCI

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana. Argentometryczne oznaczanie chlorków w mydłach

REDOKSYMETRIA ZADANIA

Oznaczanie żelaza i miedzi metodą miareczkowania spektrofotometrycznego

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Zadania laboratoryjne

ĆWICZENIE NR 1 Analiza ilościowa miareczkowanie zasady kwasem.

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

K1. KONDUKTOMETRYCZNE MIARECZKOWANIE STRĄCENIOWE I KOMPLEKSOMETRYCZNE

ĆW. 2. PODATNOŚĆ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA BIODEGRADACJĘ (2 a)

d[a] = dt gdzie: [A] - stężenie aspiryny [OH - ] - stężenie jonów hydroksylowych - ] K[A][OH

WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA CHEMICZNEGO ORAZ MASY ATOMOWEJ MAGNEZU I CYNY

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

Wykład 13. Anna Ptaszek. 4 stycznia Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Fizykochemia biopolimerów - wykład 13.

Badanie kinetyki katalitycznego rozkładu H 2 O 2

Oznaczanie SO 2 w powietrzu atmosferycznym

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

OZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWYCH WÓD

SPRAWOZDANIE 2. Data:... Kierunek studiów i nr grupy...

EFEKT SOLNY BRÖNSTEDA

Ćwiczenie 7. Wyznaczanie stałej szybkości oraz parametrów termodynamicznych reakcji hydrolizy aspiryny.

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

Ćwiczenie 1. Zależność szybkości reakcji chemicznych od stężenia reagujących substancji.

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 9

XXIV KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2016/2017

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

XI Ogólnopolski Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2018/2019. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (10 pkt)

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 5

ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ

PRACOWNIA ANALIZY ILOŚCIOWEJ. Analiza substancji biologicznie aktywnej w preparacie farmaceutycznym kwas acetylosalicylowy

KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2012/2013

Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

imię i nazwisko, nazwa szkoły, miejscowość Zadania I etapu Konkursu Chemicznego Trzech Wydziałów PŁ V edycja

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

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

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

1. SEDYMENTACJA OKRESOWA

OTRZYMYWANIE ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH: PREPARATYKA TLENKÓW MIEDZI

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

KINETYKA HYDROLIZY SACHAROZY (REAKCJA ENZYMATYCZNA I CHEMICZNA)

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

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

SORPCJA WILGOCI SORPCJA WILGOCI

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

Transkrypt:

ĆW. 7 BIOSPRPCJA. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest ocena możliwości wykorzystania biosorbentów do usuwania metali ze ścieków. Wyznaczenie stałych występujących w równaniach opisujących równowagę i kinetykę procesu biosorpcji, określenie maksymalnej ilości miedzi związanej przez biosorbent. 2. Literatura Klimiuk E., Łebkowska M. (2005). Biotechnologia w ochronie środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN. Kotrba P., Mackova M., Macek T., (20). Microbial Biosorption of Metals. Springer Dordrecht Heidelberg London New York Aksu Z., (200). Equilibrium and kinetic modelling of cadmium(ii) biosorption by C. vulgaris in a batch system: effect of temperature Separation and Purification Technology, Volume 2, Issue 3, January, 285 294 3. Zakres wymaganych wiadomości Podstawowe definicje: sorpcja, adsorpcja, absorpcja, biosorpcja, biosorbent, sorbat; Czynniki wpływające na zdolność wiązania metali przez biosorbent, mechanizmy usuwania metali ze ścieków (wymiana jonowa, adsorpcja, mikroprecypitacja, kompleksowanie i chelatowanie, miejsca wiążące); modelowanie biosorpcji (izoterma Langmuira i Freundlicha), model kinetyki adsorpcji. 4. Materiały Biosorbenty wraz sugerowanymi ilościami wykorzystywanymi w ćwiczeniu ( biosorbent na zespół): osad czynny (zawiesina 0 lub 20 cm 3 ) od prowadzącego otrzymać suchą masę; zawiesina drożdży żywych Saccharomyces cerevisiae (0 lub 20 cm 3 ) od prowadzącego otrzymać suchą masę zawiesina martwej biomasy drożdży Saccharomyces cerevisiae (0 lub 20 cm 3 ) od prowadzącego otrzymać suchą masę otręby kukurydziane Corn-Mix ( lub 2 g) torf mchowy lub kora dębu ( g) zrębki bukowe (2 g) inny dostępny biosorbent (właściwości biosorbentu podaje prowadzący) Sprzęt lab.: dwie zlewki l, 2 cylindry miarowe 00 ml, 5 kolbek > 00 ml, 0 probówek szklanych, sączki, statyw na probówki, lejki do probówek, pipeta 0 ml, waga Oznaczenie miedzi Tiosiarczan sodowy roztwór 0,0N Bufor octanowy ph ok. 4,3 Jodek potasowy 50% roztwór Skrobia 0,5% roztwór Sprzęt lab.: kolbka do miareczkowania, biureta

Wprowadzenie Biosorpcja jest procesem polegającym na wiązaniu i akumulacji metali na powierzchni komórek. Składniki chemiczne również martwej biomasy są zdolne do pobierania metali z roztworów. Proces ten jest szybki i łatwo jest odzyskać metal i ponownie wykorzystać zregenerowany biosorbent. Proces biosorpcji nie jest jednoznacznie zdefiniowany i jest wynikiem następujących procesów jednostkowych i mechanizmów: adsorpcji jonowymiennej (wymiana jonów metali z jonami zajmującymi miejsca aktywne osłon komórkowych mikroorganizmów), powierzchniowego wytrącania metali (mikroprecypitacji), reakcji chemicznych z metabolitami wydzielanymi na zewnątrz komórki i gromadzenia i krystalizacji powstałych produktów w obrębie osłon komórkowych, kompleksowania, chelatowania. Proces ten polega na wzajemnym oddziaływaniu sorbat-sorbent, substancja rozpuszczonarozpuszczalnik, warunkowanym przez oddziaływanie sił elektrostatycznych, kowalencyjnych i van der Waalsa. W procesie biosorpcji może być wykorzystywana biomasa komórek mikroorganizmów (grzybów, bakterii, drożdży) stanowiąca produkt uboczny w przemyśle farmaceutycznym czy fermentacyjnym, biomasa w procesach oczyszczania ścieków, mikroorganizmy hodowane i namnażane na specjalnych podłożach i wykazujące zdolność do bardzo efektywnego wiązania metali czy ich biotransformacji, biopreparaty, np.: AMT-BIOCLAM, sorbenty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego np.: kora bogata w taniny, rośliny morskie, humus, torf mchowy, modyfikowana bawełna, wełna, chityna, chitosan, alginian. Biosorpcja metali przebiega w złożony sposób. Do celów interpretacji wyników badań usuwania metali z roztworów wodnych oraz optymalizacji procesu wielu autorów wykorzystywało modele izotermy adsorpcji Freundlicha lub Langmuira. Izotermy adsorpcji przedstawiają równowagową zależność między masą zaadsorbowanego metalu (Q) na jednostkę masy adsorbentu, a równowagowym stężeniem metalu w roztworze (C). Wg teorii Freundlicha liczba zaadsorbowanych molekuł przy całkowitym pokryciu powierzchni adsorbentu nie może być większa od liczby miejsc aktywnych, a powstała warstwa izoluje działanie sił adsorpcyjnych, uniemożliwiając powstawanie następnych warstw teoria sorpcji monomolekularnej. Równanie Freundlicha przedstawia się następująco: n Q e = kc e () Q e - masa sorbowanego metalu [mg/g s.m.] C e - stężenie równowagowe adsorbowanej substancji w roztworze [mg/dm 3 ] k stała adsorpcji Freundlicha określająca ilość adsorbowanej substancji na jednostkę masy adsorbenta n stała Freundlicha powiązana z powinowactwem lub siłą wiązania. Model Freundlicha jest modelem empirycznym. Oznacza to, że nadawanie znaczenia jego parametrom powinno być unikane. Wyznaczenie parametrów modelu wymaga przekształcenie równania do postaci liniowej: logq e = n logc e + logk (2) Wg teorii Langmuira, na powierzchni adsorbentu znajdują się miejsca aktywne, w których adsorbują się cząsteczki adsorbatu. Po przyłączeniu adsorbatu powstaje jednocząsteczkowa warstwa adsorpcyjna

zwana monowarstwą. Ilość zaadsorbowanej substancji zależy od pojemności adsorpcyjnej monowarstwy oraz powinowactwa adsorpcyjnego adsorbatu do adsorbentu. Równanie izotermy adsorpcji Langmuira ma postać: Q e = Q max b C e +b C e (3) Q e - masa zaadsorbowanego metalu w stanie równowagi [mg/g s.m. ], b - stała równowagi (określa siłę wiązania metalu przez biomasę) [dm 3 /g s.m. ], C e równowagowe stężenie adsorbowanego metalu w stanie równowagi [mg/dm 3.], Q max - maksymalna pojemność adsorpcyjna monowarstwy biosorbentu (maksymalna ilość związanych jonów metalu na jednostkę masy biosorbentu) [mg/g s.m. ]. Wyznaczenie parametrów modelu również wymaga przekształcenia równania do postaci liniowej: C e Q e = Q max C e + Q max b (4) Pojemność adsorpcyjna jest głównym miernikiem przydatności mikroorganizmów do usuwania metali przez biosorpcję. Inne ważne czynniki: łatwość flokulacji bądź unieruchomienia mikroorganizmów, stała efektywność usuwania metali w szerokim zakresie odczynu, sprawność usuwania metali, łatwość desorpcji i możliwość wielokrotnego użycia biosorbentów, koszty procesu. Optymalny odczyn sorpcji zależy zarówno od rodzaju metalu jak i adsorbentu. Kinetyka biosorpcji - model pseudo-i-rzędowy Model kinetyczny opisuje proces sorpcji, a w szczególności proces w układach ciało stałe ciecz. Szybkość zajmowanych miejsc wiążących jest proporcjonalna do ilości miejsc niezwiązanych. Równanie ma postać: dq = k(q dt e Q) (5) k stała szybkości (pseudopierwszorzędowej reakcji biosorpcji [/min] Q e ilość zaadsorbowanych jonów metalu na powierzchni biosorbentu w stanie równowagi [mg/g s.m. ] Q (t) ilość zaadsorbowanych jonów metalu na powierzchni biosorbentu po czasie t trwania procesu [mg/g s.m. ] Rozwiązanie modelu przybiera postać: Postać zlinearyzowana: Q(t) = Q e ( e kt ) ln (Q e Q) = kt + lnq e (5a) (5b)

5. Wykonanie ćwiczenia Zadanie. Określenie równowagi biosorpcji (temperatura pokojowa) Przygotowanie roztworów soli miedzi (CuSO 4 5H 2 O) masa cząsteczkowa 249,6 [g/mol] poszczególne zespoły przygotowują po 500 cm 3 roztworu o stężeniach w przeliczeniu na Cu: zespół 00 mg Cu 2+ /dm 3 zespół 2 50 mg Cu 2+ /dm 3 zespół 3 200 mg Cu 2+ /dm 3 zespół 4 250 mg Cu 2+ /dm 3 zespół 5 300 mg Cu 2+ /dm 3 Następnie każdy z zespołów zostawia sobie 50 cm 3 roztworu przez siebie zrobionego, a od pozostałych zespołów przejmuje po 50 cm 3 roztworów o pozostałych stężeniach. Natomiast do zadania 2 powinno zostać 250 cm 3 roztworu. Znane masy biosorbentu (przydzielonego przez prowadzącego/lista w dziale Materiały ) wprowadzić do 5 zlewek/kolbek o pojemności > 00 cm 3, a następnie do poszczególnych zlewek wprowadzić 50 cm 3 roztworu zawierającego sól CuSO 4 5H 2 O o powyższych stężeniach. Szkło należy ponumerować i podpisać. Tak przygotowane zlewki wstawić na 60 minut na wytrząsarkę. Po tym czasie przesączyć na sączku po ok. 20 cm 3 zawiesiny do probówek. Z klarownego przesączu pobrać do analizy 0 cm 3 roztworu i oznaczyć stężenie Cu 2+. Obliczyć zawartość miedzi w roztworze i ilość miedzi zaadsorbowanej na biosorbencie w mg/g adsorbentu. Opracować wyniki eksperymentu korzystając z modelów izoterm Langmuira lub Freundlicha (sporządzić wykres). Zadanie 2. Określenie kinetyki biosorpcji (temperatura pokojowa) Kinetykę biosorpcji określić rejestrując zmiany stężenia miedzi w czasie trwania procesu. Do zlewki o objętości >300 cm 3 z naważką sorbentu (masa biosorbentu wyrażona na l roztworu powinna być identyczna z tą w zadaniu ) wprowadzić 250 cm 3 roztworu Cu o stężeniu początkowym jak w przygotowywanym roztworze w zadaniu. Zawiesinę mieszać na wytrząsarce lub w łaźni ultradźwiękowej (zależnie od rodzaju biosorbentu). Pobierać próbki w określonych odstępach czasu w ilościach takich, aby otrzymać po filtracji 0 cm 3 roztworu do analizy. Filtrat zbierać do probówek ustawionych w statywie metalowym. Należy pamiętać, że początkowy okres biosorpcji jest najważniejszy, bowiem w ciągu pierwszych 0 5 minut sorpcji w przypadku osadu czynnego ma miejsce usunięcie około 85 90% ilości metalu. Proponowane czasy pomiaru: 5, 0, 5, 20, 45, 60, 80 minut. (Porównywać ilość cm 3 tiosiarczanu sodu zużywanego w poszczególnych czasach. Jeżeli ta ilość jest zbliżona można prowadzić analizę w większych odstępach czasowych). Jedna z osób zespołu prowadzi pobór próbek i filtrację, natomiast druga tylko miareczkowanie.

Wykonanie oznaczenia miedzi Związki miedziowe w zbuforowanym środowisku kwaśnym o ph ok. 4 wydzielają jod z jodku potasowego, redukując się do soli miedziawych. Równoważną ilość wydzielonego jodu oznaczamy miareczkowo za pomocą roztworu tiosiarczanu sodowego: Cu 2+ + 2J - = CuJ + J J 2 + 2S 2 O 3 2- = 2J - + S 4 O 6 2- Miareczkowanie: Do 0 cm 3 badanej próbki dodać 5 cm 3 buforu octanowego, cm 3 50% KJ oraz 0,5 cm 3 0,5% roztworu skrobi. Miareczkować tiosiarczanem sodowym do odbarwienia (kolor biały). Obliczenia wyników miareczkowania X = (a b 000)/V [mg Cu/l] X zawartość Cu w cm 3 próbki [mg] a ilość roztworu tiosiarczanu użyta do miareczkowania b współczynnik przeliczeniowy dla cm 3 roztworu tiosiarczanu 0,025 N, który wynosi,589 mg Cu lub 0,6356 mg Cu dla roztworu 0,0 N V objętość miareczkowanej próbki [cm 3 ] Wyniki Należy wyznaczyć parametry Freundlicha i Langmuira oraz równania kinetyki biosorpcji. Wyniki przedstawić na wykresie wg zaleceń prowadzącego.