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.
2
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
3
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
4
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]
5
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
6
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.
7
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
8
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)
9
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
10
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:

Ćwiczenie nr 1

Transkrypt

Podobne dokumenty

Wyniki testÃ³w na obecnoÅłÄ⁄ toksycznego chromu VI w butach â•ﬁ

KOLORYMETRIA - OZNACZANIE Cr(VI) METODĄ

Zakład Analizy Środowiska Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Jednostkowe procesy fizyczne. Ekstrakcja.