Ćwiczenie nr 1
Transkrypt
Ćwiczenie nr 1
Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych EKSTRAKCJA ROZPUSZCZALNIKOWA W UNIESZKODLIWIANIU ŚCIEKÓW CHROMOWYCH CHROM W ŚRODOWISKU NATURALNYM [1-3] Chrom powszechnie występuje w skorupie ziemskiej, a największe jego ilości przypadają na ultrazasadowe skały magmowe (1600-3400 ppm). Zawartość jego maleje stopniowo w kierunku skał kwaśnych i spada do poziomu 4-16 ppm w skałach wulkanicznych. W utworach osadowych gromadzi się przede wszystkim w skałach ilastych (60-120 ppm), a zawartość jego maleje w wapieniach i dolomitach (5-16 ppm). Stopień utlenienia chromu może zmieniać się od –2 do +6, jednak najpowszechniej występuje on na stopniu utlenienia +2, +3, +6. Najbardziej stabilny jest Cr(III) i on najczęściej tworzy połączenia kompleksowe i chelatowe oraz wchodzi w skład minerałów, w których zwykle podstawia żelazo(III) i glin(III). Znaczna część chromu występuje w postaci chromitu oraz spineli chromowych, bardzo odpornych na wietrzenie. W warunkach oksydacyjnych powstaje CrO42- i Cr2O72-, który jest mobilny i łatwo sorbowany przez minerały ilaste, wodorotlenki żelaza i glinu. Chrom nie podlega silnej fitoakumulacji, niemniej w specyficznych warunkach pobierany jest przez rośliny, co znajduje odbicie w jego nagromadzeniu: w pokładach węgli około 20 ppm, w ropie naftowej jest 0,7-4 ppm oraz w benzynach 0,001-,03 ppm. W glebach chrom występuje głównie na stopniu utleniania (+3) i wchodzi w skład struktury niektórych minerałów lub wytrąca się jako mieszanina tlenków chromu(III) i żelaza (III). Związki zawierające chrom(III) są słabo rozpuszczalne w zasadowej glebie, dość dobrze rozpuszczają się w kwaśnym środowisku. Przy pH 5,5 ulegają one całkowitemu wytrąceniu w postaci uwodnionych mieszanych tlenków, np. chromitu. Związki chromu(IV) są łatwo rozpuszczalne zarówno w glebach kwaśnych jak i alkalicznych. W zależności od stężenia jonów wodorowych w roztworze współistnieją różne formy jonów: żółte aniony chromianowe w środowisku obojętnym i alkalicznym oraz w środowisku kwaśnym pomarańczowe aniony dichromianowe oraz jon HCrO4-. 2CrO42-+2H+==Cr2O72-+H2O Występowanie chromu ogólnego (sumaryczna zawartość wszystkich form) w glebach oprócz naturalnego, ściśle związanego z jego zawartością w skałach macierzystych, jest związane z coraz to większą emisją zanieczyszczeń i składowaniem odpadów. Składowanie odpadów komunalnych na glebach o małej ilości chromu przez 80 lat, powoduje zwiększenie stężenia chromu z 43 do 113ppm, natomiast osady ściekowe i odpady wzbogacone w ten metal powodują wzrost stężenia nawet powyżej 700 ppm. W naturalnym środowisku wodnym chrom nie utrzymuje się długo w stanie rozpuszczonym, lecz podlega intensywnej bioakumulacji oraz wytrąceniu w postaci zawiesiny wodorotlenku. Występuje on zwykle na dwóch stopniach utleniania: Cr(+3) i Cr(+6), przy czym forma wysoko utleniona jest mniej trwała i utrzymuje się głównie w górnych warstwach wody. Wody zanieczyszczone ściekami, zwłaszcza przemysłowymi, wykazują podwyższoną zawartość chromu, ujawniającą się głównie w osadach dennych. Ilaste osady rzek, zanieczyszczonych ściekami przemysłowymi, zawierają średnio 242 ppm Cr. Stosunek zawartości chromu w osadach do jego stężenia w wodzie rzecznej wynosi dla Łaby 32, a w strefie największego zanieczyszczenia aż 118. Stężenie chromu w osadach jest wprost proporcjonalne do zawartości węgla organicznego, co wskazuje że obok sorpcji fizycznochemicznej także procesy bioakumulacji tego pierwiastka odgrywają istotną rolę (zwłaszcza fito- i zoooplankton absorbuje dużo tego metalu). Chrom w powietrzu atmosferycznym występuje w bardzo zmiennych stężeniach: w rejonie bieguna południowego wynosi ono średnio 0,005ng/m3, nad Oceanem Atlantyckim średnio 0,07ng/m3 a nad miastami Stanów Zjednoczonych powyżej 1000 ng/m3. Podwyższona ilość tego pierwiastka w powietrzu atmosferycznym wiąże się z techniczną działalnością człowieka, powodującą ogólny wzrost jego stężenia w okręgach miejskich i przemysłowych. Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 2 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych Globalną emisję chromu szacuje się na około 30000 ton, z czego znacząca ilość przypada na hutnictwo metali nieżelaznych. Dla przykładu emisja chromu z kompleksu hutniczego im. Sendzimira wyniosła w 1982 roku około 9 ton. Chrom to mikroelement odpowiedzialny za wiele procesów fizjologicznych oraz za aktywację niektórych enzymów, zwłaszcza z grupy oksydoreduktaz u roślin. Zarówno jego brak jak i nadmiar powodują zaburzenia we wzroście i fotosyntezie, a w szczególności wywołują spadek odporności roślin na patogeny. Zróżnicowanie zawartości chromu w roślinach zależy zarówno od zasobności gleb w ten pierwiastek, jak też od gatunku i rodzaju roślin oraz ich części. Rośliny pobierają najłatwiej jony Cr(III) i Cr(VI). Inne jony lub związki są trudno dostępne dla roślin, chociaż w niektórych warunkach Cr(IV) jest przyswajalny. Chrom w związkach kompleksowych jest słabo dostępny dla roślin, ale podlega łatwemu transportowi do części nadziemnych. Związki wielkocząsteczkowe są mało ruchome i akumulowane są najczęściej w korzeniach lub w starszych liściach. Przypuszczalnie rośliny pobierają chrom nieselektywnie i dlatego wykazują większą jego koncentrację w glebach o podwyższonej zawartości tego pierwiastka. Rośliny tego samego gatunku rosnące na glebach wytworzonych ze skał zasadowych (bogatych w Cr), zawierają przeciętnie około 10 razy więcej chromu niż rośliny występujące na glebach piaskowych lub wapiennych. CHROM W ORGANIZMACH ŻYWYCH [3] Chrom występuje we wszystkich tkankach zwierzęcych w ilościach od 0,02 do 2 ppm. Wykazano jednak, że niektóre niższe gatunki mogą gromadzić ten metal nawet o stężeniach przekraczających 100 ppm. Do tych organizmów zaliczamy np. osłonice i kraby. Oddziaływanie chromu na organizmy jest uzależnione od wielu czynników: - stopnia dostępności pierwiastka, - wartościowości pierwiastka (najważniejszy z czynników): sole chromu(III) nie wykazują toksyczności w przeciwieństwie do soli Cr(VI), który działa drażniąco na skórę, śluzówkę, a nawet oddziaływanie jego może być mutagenne czy kancerogenne, - stanu zdrowotnego organizmu. W organizmie człowieka chrom jest dość równomiernie rozmieszczony w poszczególnych tkankach i zawartość jego maleje stopniowo wraz z wiekiem i z różną intensywnością w zależności od narządu. Stwierdzono, że w niektórych organach takich jak: mózg, rdzeń pacierzowy czy też nerki, można zaobserwować nadmiar tego metalu. Duże stężenie chromu występuje także we włosach, skórze oraz zębach. Chrom jest pierwiastkiem niezbędnym w wielu procesach zachodzących w organizmach żywych, jednak w wyższych stężeniach staje się niebezpieczny dla zdrowia jak i życia zwierząt i ludzi. Jest on wchłaniany podczas oddychania, jedzenia i picia. Obecność chromu(VI) może być przyczyną różnego typu egzem, podrażnień np. zapalenia błon śluzowych oskrzeli, perforacji przegrody nosowej, a także przyczyną choroby wrzodowej. CHROM W ŚCIEKACH [4-7] W ostatnich latach zagadnienia gospodarki surowcami oraz ochrony środowiska wpłynęły na zmianę poglądów wobec spraw związanych z odzyskaniem substratów m.in. w galwanotechnice. Zmiany te powodowane są perspektywą uszczuplania zasobów surowców i troską o ich najefektywniejsze wykorzystanie. W obawie o środowisko przyrodnicze większość krajów zmienia istniejące przepisy, zaostrza wymagania stawiane wszelkiej działalności człowieka, pod kątem ochrony wód, gleby i powietrza. Powyższa sytuacja stwarza konieczność przeanalizowania odzysku surowców szczególnie związków chromu(VI) w galwanotechnice. Trwają poszukiwania nowych metod odzysku chromu i jego recyklingu. Źródłami zanieczyszczonych, niebezpiecznych ścieków zawierających chrom są: garbarnie, farbiarnie, galwanizernie: miedziownia, galwanizernia nakładająca powłoki ołowiowo - indowe, cynownia oraz chromownia itp. W chromowni odbywa się pokrywanie Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 3 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych wytwarzanego i regenerowanego oprzyrządowania oraz innych detali przeznaczonych do obróbki mechanicznej produktów końcowych zakładu warstwą chromu. Źródłami ścieków są przede wszystkim wody stosowane do procesów płukania oraz zużyte kąpiele galwaniczne, których główne składniki to: wodne roztwory NaOH, HCl, H2SO4 oraz jony metali Cr, Ni, Fe, Cu. Oczyszczanie ścieków zawierających Cr(VI), pochodzących z procesów powierzchniowej obróbki metali, zawarte jest w wielu opracowaniach. Nadal wysoka jego skuteczność pozostaje problemem nierozwiązanym. Brak jest bowiem prostej i skutecznej metody pozwalającej na oczyszczanie tego typu ścieków bezpośrednio w miejscu ich powstawania z jednoczesną możliwością zamykania obiegów wodnych i recyrkulacją chemikaliów. W technologii unieszkodliwiania ścieków galwanicznych najszerzej i niemal wyłącznie stosuje się metodę redukcji chromu Cr(VI) do Cr(III), w której następuje wytrącanie nierozpuszczalnego wodorotlenku chromowego Cr(OH)3. Odsączony wodorotlenek składuje się w mogilnikach na składowiskach odpadów stałych. PODSTAWY FIZYCZNO-CHEMICZNE EKSTRAKCJI Ekstrakcja jest fizyko-chemiczną metodą rozdziału mieszanin stałych i ciekłych. Rozdzielanie mieszaniny oparte jest na przejściu kilku wybranych lub tylko jednego składnika z mieszaniny pierwotnej – surówki ekstrakcyjnej do odpowiedniego rozpuszczalnika – ekstrahenta. Pozostałe składniki mieszaniny w przeważającej części pozostają w surówce i tworzą pozostałość poekstrakcyjną – rafinat. Rozpuszczalnik wraz z ekstrahowanym składnikiem nazywamy ekstraktem. Selektywność tej metody, w stosunku do niektórych tylko składników mieszaniny, związana jest z różną ich rozpuszczalnością w ekstrahencie. Efektywność procesu ekstrakcji zależy w dużej mierze od właściwego wyboru rozpuszczalnika. Na ogół wymagana jest selektywność rozpuszczalnika w odniesieniu do właściwości chemicznych substancji ekstrahowanych, a w ograniczonym zakresie do właściwości fizycznych. Takie właściwości rozpuszczalnika powodują, że w procesie ekstrakcji mamy do czynienia z dwiema fazami wzajemnie nierozpuszczalnymi, lub w ograniczonym stopniu, lecz współistniejącymi w jednym układzie. Najczęściej jedną z nich jest faza wodna, a drugą organiczna. Procesem ługowania nazywa się ekstrakcję typu ciecz – ciało stałe, a ekstrakcję typu ciecz-ciecz, nazywamy ekstrakcją rozpuszczalnikową. W ekstrakcji rozpuszczalnikowej uczestniczą dwie fazy ciekłe i substancja ekstrahowana. W takim układzie, w stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem, reguła faz przewiduje tylko jeden stopień swobody. Oznacza to, że stężenie substancji w jednej fazie ciekłej determinuje jej stężenie w drugiej. Ekstrakcję ciecz – ciecz przeprowadza się przede wszystkim w układzie roztwór wodny/rozpuszczalnik organiczny. Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem ogromnej liczby substancji nieorganicznych, które swoją rozpuszczalność zawdzięczają wysokiej stałej dielektrycznej tego rozpuszczalnika (ε=80). Znaczne obniżenie energii dysocjacji i jonizacji tych związków umożliwia im całkowite mieszanie się z wodą, zgodnie z zasadą, że podobne rozpuszcza podobne. W przypadku substancji nieorganicznych o charakterze nieelektrolitów rozpuszczalnik polarny jest niewskazany, gdyż dobrze rozpuszczają się one w nie polarnych rozpuszczalnikach organicznych. Stąd też, w procesie ekstrakcji substancji nieorganicznych z roztworów wodnych za pomocą rozpuszczalników organicznych, należy w pierwszej kolejności pozbawić jony ładunku elektrycznego, a następnie całkowicie lub częściowo usunąć cząsteczki wody hydratacyjnej. W tym celu stosuje się różnego rodzaju substancje kompleksujące. Niekiedy podczas ekstrakcji składnika roztworu wodnego rozpuszczalnikami organicznymi, może dojść do wytworzenia emisji. Jest to niepożądane zjawisko, ponieważ uniemożliwia dokładne rozdzielenie warstw. Emulsja tworzy się szczególnie łatwo, gdy roztwór wodny ma odczyn alkaliczny lub jeśli do ekstrakcji został użyty benzen lub chloroform. Emulsję Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 4 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych można w prosty sposób usunąć sposobami mechanicznymi. Skuteczne bywa też zwiększenie stężenia związków jonowych w wyniku dodania, np. chlorku sodu, siarczanu(VI) sodu lub węglanu(IV) potasu. W przypadku ekstrakcji z roztworów alkalicznych może okazać się pomocne dodanie rozcieńczonego kwasu siarkowego(VI), pod warunkiem, że nie doprowadzi to do zobojętnienia lub zakwaszenia roztworu, gdyż mogłoby to zmienić charakter chemiczny składników. Niekiedy emulsję likwiduje dodanie kilku kropli alkoholu lub innego, odpowiedniego rozpuszczalnika. Znacznych trudności przysparza ekstrakcja dwóch lub kilku substancji organicznych z roztworów wodnych. Małe różnice w budowie ekstrahowanych substancji uniemożliwiają ich selektywny rozdział. W takich przypadkach wymagane jest wielokrotne powtórzenie procesu ekstrakcji z odpowiednio dobranym układem rozpuszczalników. Przy wydzielaniu związków organicznych z roztworów wodnych pomocny okazuje się dodatek soli do warstwy wodnej, gdyż rozpuszczalność wielu substancji organicznych w wodzie ulega znacznemu obniżeniu w obecności rozpuszczonych soli nieorganicznych. Jest to tzw. efekt wysolenia. Ponadto w przypadku rozpuszczalników, które wykazują pewną rozpuszczalność w surówce, dodatek soli niweluje ten efekt. Rozpuszczalniki takie jak np. eter etylowy znacznie gorzej rozpuszczają się w wodnych roztworach soli niż w wodzie. Dodanie więc soli do warstwy wodnej zmniejsza straty rozpuszczalnika podczas wielokrotnie powtarzanej ekstrakcji. Proces ekstrakcji może być prowadzony w dwóch układach technologicznych: ekstrakcja i rozdzielanie faz mogą być przeprowadzone jednorazowo (ekstrakcja jednostopniowa) lub powtarzane wielokrotnie (ekstrakcja wielostopniowa), obie fazy utrzymywane są w stanie względnego przepływu w kolumnach ekstrakcyjnych (ekstrakcja kolumnowa). Biorąc pod uwagę kierunek przepływu faz rozróżnia się ekstrakcję współprądową i przeciwprądową. Reekstrakcja - to ponowny proces ekstrakcji, w którym surówkę stanowi ekstrakt uzyskany w poprzednim procesie ekstrakcji. RÓWNOWAGA EKSTRAKCYJNA Przenoszenie ekstrahowanych składników z surówki do rozpuszczalnika odbywa się wskutek różnicy stężeń i zaliczane jest do grupy zjawisk dyfuzyjnych. W procesie ekstrakcji przenoszenie masy zachodzi na granicy faz. Zwiększenie powierzchni kontaktu można osiągnąć przez mieszanie dwóch faz lub rozproszenie jednej fazy w drugiej. W drugim przypadku powierzchnia kontaktu faz jest znacznie większa niż w pierwszym, ponieważ równa jest sumarycznej powierzchni kropel. Przenoszenie masy trwa tak długo, aż stężenia w ekstrakcie i rafinacie osiągną pewne graniczne wartości, określane stanem równowagi. Warunkiem równowagi między mieszanymi roztworami jest równość potencjału chemicznego substancji ekstrahowanej w obu fazach: µ-R+RTlnX=µ-E+RTlnY gdzie: µ-R- standardowy potencjał chemiczny składnika ekstrahowanego w rafinacie, µ-E- standardowy potencjał chemiczny składnika ekstrahowanego w ekstrakcie, X- ułamek molowy składnika ekstrahowanego w rafinacie, Y- ułamek molowy składnika ekstrahowanego w ekstrakcie. Jest to również podstawowe założenie prawa podziału Nernsta, zgodnie z którym substancja rozpuszczona dzieli się między dwa nie mieszające się rozpuszczalniki tak, że w stanie równowagi stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w tych dwóch rozpuszczalnikach jest stały w danej temperaturze i nie zależy od ogólnego stężenia substancji: K(T)=[C0]/[Cw] Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 5 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych gdzie: K(T)-stała podziału, [C0]-równowagowe stężenie składnika ekstrahowanego w ekstrakcie(rozpuszczalniku organicznym) [Cw]-równowagowe stężenie składnika ekstrahowanego w rafinacie(w roztworze wodnym). Prawo podziału w tej postaci spełnione jest dla roztworów (ekstraktu i rafinatu) nieskończenie rozcieńczonych, czyli idealnych. Dla roztworów rzeczywistych obowiązuje natomiast równanie uwzględniające współczynniki aktywności substancji ekstrahowanej: K(T)=fE•[C0]/fR•[Cw] gdzie: fE,fR- współczynniki aktywności składnika ekstrahowanego w stanie równowagi, odpowiednio w ekstrakcie i rafinacie. Prawo podziału jest słuszne, a stała podziału K(T) ma wartość stałą tylko wtedy, gdy rozpuszczona substancja znajduje się w obydwu fazach w takiej samej postaci. W rzeczywistości poddawana ekstrakcji substancja może ulegać różnym reakcjom chemicznym, różnym w obu rozpuszczalnikach, np. w jednej z nich ulegać może dysocjacji, asocjacji, solwatacji, hydrolizie bądź reakcji chemicznej w drugiej zaś nie. Stała podziału zależy zarówno od temperatury jak i od stężenia, a zależność C0=K(T)•Cw nie jest linią prostą. Prawo podziału jest podstawą rozważań nad procesem ekstrakcji i pozwala określić jej najkorzystniejsze warunki oraz przewidzieć stopień rozdziału składników. Stan równowagi międzyfazowej procesu ekstrakcji charakteryzują także: stopień wyekstrahowania, stopień nie wyekstrahowania, współczynnik ekstrakcji i proces ekstrakcji. Stopień wyekstrahowania – W, zwany wydajnością ekstrakcji, jest stosunkiem ilości substancji wyekstrahowanej – mR do całkowitej ilości tego składnika w surówce – mS. W=(mR/mS)•100% Stopień nie wyekstrahowania – φ, to ilość substancji ekstrahowanej pozostającej w rafinacie po procesie ekstrakcji do całkowitej ilości zawartej w surówce. Współczynnik podziału – D określany jest stosunkiem sumy stężeń wszystkich form substancji w fazie organicznej (∑C0) do sumy stężeń wszystkich form w fazie wodnej (∑Cw). D=∑C0/∑Cw CEL I ZAKRES BADAŃ Celem ćwiczenia jest odzysk chromu(VI) ze ścieków metodą ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Ekstrakcja rozpuszczalnikowa pozwala na selektywne wyizolowanie chromu(VI) z mieszaniny jonów metali ciężkich obecnych w ściekach i jednocześnie oddzielanie go od chromu na +3 stopniu utleniania. APARATURA, SZKŁO, ODCZYNNIKI - spektrofotometr DR 2000 - rozdzielacze - kolbka miarowa o poj. 25 ml - cylindry miarowe o poj. 10 ml - pipeta o poj. 0,1 ml - roztwór chromu(VI) - triizooktyloamina chloroform chlorek potasu kwas siarkowy(VI) wodorotlenek sodu Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 6 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych WYKONANIE ĆWICZENIA Ćwiczenie wykonujemy zgodnie ze schematem zaprezentowanym w Załączniku 1: DR 1. Przed przystąpieniem do procesu ekstrakcji należy oznaczyć spektrofotometrycznie 2000 zawartość chromu(VI) w surówce według Załącznika 2. Wynik zamieścić w tabeli 1. 2. Z roztworu o znanej zawartości chromu(VI) (surówki) pobrać 10 ml i przenieść do rozdzielacza (E). Roztwór zakwasić dwoma kroplami stężonego kwasu siarkowego (VI) i dodać płaską łyżeczkę stałego KCl. 3. Do rozdzielacza z zakwaszoną surówką dodajemy 10 ml roztworu triizooktyloaminy w chloroformie (chloroformowy roztwór stanowi fazę cięższą od wody i dlatego będzie znajdował się na dnie rozdzielacza). 4. Zawartość rozdzielacza wstrząsamy przez 5 minut - proces ekstrakcji. Po wytrząsaniu odstawiamy na statyw, czekamy na rozdzielenie się dwóch faz. 5. Fazę organiczną (ekstrakt) przenosimy do drugiego rozdzielacza (R) a fazę wodną – roztwór chromu po ekstrakcji (rafinat) pozostawiamy w rozdzielaczu E, w którym prowadzono ekstrakcję. DR 6. Oznaczyć spektrofotometrycznie zawartość chromu(VI) w rafinacie (stanowiącym 2000 surówkę w kolejnym etapie ekstrakcji) według Załącznika 2. Wyniki zamieścić w tabeli 1. 7. Do rozdzielacza R dodajemy 10 ml 2 M roztworu wodorotlenku sodu i układ ten wytrząsamy aż do odbarwienia fazy organicznej. Jest to proces reekstrakcji. 8. Po chwili rozdzielamy fazy w rozdzielaczu R i zregenerowaną fazę organiczną zawracamy do rozdzielacza E gdzie pozostawiliśmy rafinat. DR 9. Oznaczyć spektrofotometrycznie zawartość chromu(VI) w reekstrakcie według 2000 Załącznika 2. Wyniki zamieścić w tabeli 1. UWAGA!!! Cały cykl ekstrakcji i reekstrakcji powtarzamy aż roztwór chromu(VI) (surówka) całkowicie odbarwi się co będzie znaczyło że chrom(VI) został całkowicie wyekstrahowany. Roztwór wodny chromu(VI) (surówkę) przed każdym stopniem ekstrakcji należy zakwasić kwasem siarkowym(VI) do pH~2. Nie wolno wylewać żadnych roztworów do studzienek kanalizacyjnych!!! Po zakończonym doświadczeniu roztwory przelać do odpowiednio przygotowanych pojemników!!! OPRACOWANIE WYNIKÓW I WNIOSKI: Sprawozdanie powinno być przygotowane według Załącznika 3 i ma obejmować: Cel ćwiczenia Schemat przebiegu doświadczenia Tabelaryczne zestawienie wyników (tabela 1) Przeliczenie stężenia chromu(VI) na jego zawartość [mg] w 10 ml roztworów (tabela 1), Obliczenie współczynnika podziału na każdym etapie ekstrakcji, Obliczenie stopnia wyekstrahowania i nie wyekstrahowania po zakończeniu ekstrakcji. Omówienie uzyskanych wyników pod względem zastosowania ekstrakcji rozpuszczalnikowej w odzysku chromu(VI) ze ścieków. Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 7 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych LITERATURA 1. Kabata-Pendias A., Pendias H., Biogeochemia pierwiastków śladowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999 2. Cieślak-Golonka M., Bębenek M., Związki chromu w środowisku naturalnym, Chemia i Inżynieria Ekologiczna, 5(8-9), 675, 1998 3. Indulski J., Kryteria zdrowotne środowiska. Chrom, Instytut Medycyny Pracy, Łódź, 1992 4. Anielak A.M., Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002 5. Kowalski Z., Krystek A., Nowe, bezpieczniejsze ekologicznie technologie produkcji związków chromu, Chemik, 2, 59, 1994 6. Bojanowska I., Śniegocka A., Ekstrakcja kwasów mineralnych, w tym chromowych, ze ścieków, LAB, 1, 18, 2000 7. Bojanowska I., Śniegocka A., Odzyskiwanie chromu(VI) ze ścieków z wykorzystaniem ekstrakcji chloroformem, Przemysł Chemiczny, 77(9), 343, 1998 Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 8 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych Załącznik nr 1 SCHEMAT PRZEBIEGU PROCESÓW EKSTRAKCJI I REEKSTRAKCJI CHROMU (VI) W PROWADZONYM DOŚWIADCZENIU DR 2000 SURÓWKA 10 ml roztworu chromu(VI) EKSTRAHENT (zakwasić stężonym kwasem siarkowym(VI) do pH~2) 10 ml roztworu aminy w chloroformie E 5 minutowy czas wstrząsania rozdział faz DR 2000 RAFINAT (faza wodna) EKSTRAKT (faza organiczna) REEKSTRAHENT 10 ml 2M NaOH (pozostawiamy w rozdzielaczu gdyż stanowi surówkę do drugiego etapu ekstrakcji R wstrząsanie do odbarwienia warstwy organicznej rozdział faz E - proces ekstrakcji R - proces reekstrakcji DR 2000 RAFINAT PO REEKSTRAKCJI (faza organiczna) REEKSTRAKT (faza wodna) roztwór Na2CrO4 DR 2000 kolorymetryczne oznaczenie stężenia chromu(VI) przy użyciu spektrofotometru DR 2000 (Załącznik 2) Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 9 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych Załącznik nr 2 OZNACZANIE STĘŻENIA CHROMU(VI) Stężenie chromu(VI) oznaczamy (rys. 1): DR 2000 1. W surówce przed rozpoczęciem ekstrakcji 2. W rafinacie i ługu sodowym (reekstrakcie) po kolejnych stopniach ekstrakcji W celu wykonania oznaczenia próbki należy rozcieńczyć 250 razy 2M roztworem NaOH!!! 1. Włączyć spektrofotometr przyciskiem z napisem POWER 2. Po pojawieniu się na ekranie napisu METHOD?, wpisać nr metody 954 i zaakceptować przez przyciśnięcie przycisku z napisem ENTER 3. Na ekranie pojawi się napis DIAL nm TO – obracając bocznym pokrętłem ustawić długość fali 400 nm, a następnie zaakceptować przez naciśnięcie przycisku z napisem READ/ENTER 4. Kuwetę z próbą odniesienia (2M roztwór wodorotlenku sodu) umieścić w gnieździe pomiarowym, przykryć pokrywą, a następnie nacisnąć przycisk z napisem CLEAR ZERO 5. Po ukazaniu się na ekranie 0,00 wyjąć próbę zerową i umieścić w adapterze badaną próbę i odczytać wynik Zakład Inżynierii Środowiska Wydział Chemii UG - Ćwiczenia Laboratoryjne z Inżynierii Środowiska 10 Ćwiczenie nr 5 Ekstrakcja Rozpuszczalnikowa w Unieszkodliwianiu Ścieków Chromowych Załącznik nr 3 – WZÓR – GRUPA.............. Imię i Nazwisko studenta 1. .............................. 2. .............................. DATA.............................. Sprawozdanie z ćwiczenia Nr 5 EKSTRAKCJA ROZPUSZCZALNIKOWA W UNIESZKODLIWIANIU ŚCIEKÓW CHROMOWYCH Cel ćwiczenia: Schemat, krótki opis doświadczenia: Wyniki: Tabela 1. Przebieg procesu ekstrakcji: stężenie chromu(VI) w surówce oraz w rafinacie i ekstrakcie po poszczególnych stopniach ekstrakcji Stężenie chromu(VI) w surówce:............mg Cr(VI)/dm3 Stężenie chromu(VI) Zawartość chromu(VI) [mg/dm3] [mg] n w rafinacie w ługu sodowym w rafinacie w ługu sodowym 1 2 3 : n gdzie n - stopień ekstrakcji Opracowanie wyników: 1. Współczynnik podziału na każdym etapie ekstrakcji Tabela 2. Współczynnik podziału na każdym etapie ekstrakcji Stężenie chromu(VI) Współczynnik [mg/dm3] l.p. podziału w rafinacie w reekstrakcie 1 2 3 2. Stopień wyekstrahowania i niewyekstrahowania po zakończeniu procesu ekstrakcji WNIOSKI: