odreĐivanje molne mase metodom victora meyera

MOLEKULSKE SEPARACIJE

Laboratorijske vježbe

Interna skripta za studente

Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije

Priredio: doc. dr. sc. Davor Dolar

Zagreb, 2019.

Interna skripta namijenjena studentima Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije

Sveučilišta u Zagrebu za kolegij Molekulske separacije (diplomski studij Primijenjena

kemija).

Studenti se pozivaju da jave sve primjedbe, nejasnoće i pogreške na [email protected] ili

osobno doc. dr. sc. Davoru Dolaru.

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

SADRŽAJ

Sigurnost u laboratoriju 4

Adsorpcija 5

Vježba 1. Adsorpcija – određivanje adsorpcijskih izotermi 7

Vježba 2. Adsorpcija – šaržni proces 14

Vježba 3. Adsorpcija – u koloni 20

Membranske separacijske operacije 26

Vježba 4. Tlačne membranske operacije 28

Prilozi 35

Prilog 1. Radni list za vježbu tlačne membranske operacije 36

Prilog 2. Ovisnost korekcijskog faktora viskoznosti o temperaturi 37

Prilog 3. Baždarni dijagram za NaCl 48

Prilog 4. Baždarni dijagram za CaCl2 49

Prilog 5. Upute za rad s automatskom biretom Solarus 40

Prilog 6. Upute za rad s termostatom Julabo ED 41

Dostupne kemikalije u laboratorijima 42

Sigurnost u laboratoriju

− obavezno je nošenje zaštitne odjeće (kuta, odgovarajuća obuća), dugu kosu treba

vezati da ne smeta pri radu

− posjete nisu dopuštene

− pušenje u laboratoriju strogo je zabranjeno

− konzumiranje hrane i pića za vrijeme rada u laboratoriju nije dozvoljeno,

pogotovo ne iz laboratorijskog suđa

− sve kemikalije moraju biti označene; prije uporabe obavezno provjeriti oznaku

na boci

− kemikalije nakon uporabe treba vratiti na njihovo mjesto, a ne držati na radnoj

površini

− pri razrjeđivanju koncentriranih kiselina treba uvijek dodavati kiselinu u vodu,

uz miješanje

− otpadna organska otapala zabranjeno je izlijevati u slivnik, tomu su

namijenjene posebne boce

− o svakoj ozlijedi treba obavijestiti voditelja vježbi i tražiti prvu pomoć

− voditelja treba obavijestiti o razbijenom posuđu, svim kvarovima na

instrumentima, pucanju gumenih cijevi za plamenike itd.

− razbijeno staklo treba odmah ukloniti

Molekulske separacije Adsorpcija

ADSORPCIJA

TEORIJSKI UVOD

Adsorpcija je nagomilavanje molekula, atoma ili iona na graničnoj površini

dviju faza. Molekule, atomi ili ioni u plinu ili tekućini difundiraju na površinu krute

tvari, gdje se stvaraju veze s površinom krutine ili su zadržani sa slabim

međumolekulskim silama. Adsorpcija se događa na svakoj granici faza, no

najzanimljiviji s tehničkog stajališta su granica faza tekuće-čvrsto i plinovito-čvrsto.

Adsorpcija je uzrokovana privlačnim silama između površine adsorbensa i

molekula u plinu ili otopini koje se adsorbiraju (adsorbat), i stoga je popraćena

oslobađanjem topline. Postoji više vrsta adsorpcije, ovisno o privlačnim silama kojima

se tvari vežu na adsorbens. Kod kemisorpcije molekule se na površinu adsorbensa vežu

jakim kovalentnim kemijskim vezama. Pri tomu se oslobađa dosta topline, a ravnoteža

se razmjerno sporo postiže. Kemisorpcija je ireverzibilna i adsorbirane molekule gube

svoj „identitet“. Kod ionske adsorpcije nastaju ionske veze (djelovanje elektrostatskog

naboja) pa se ne oslobađa toliko topline. Kad među adsorbensom i adsorbiranom tvari

postoje samo Van der Waalsove sile, riječ je o reverzibilnoj fizikalnoj adsorpciji. Tada

se adsorpcijska ravnoteža postiže vrlo brzo, uz malo oslobođene topline i adsorbirane

molekule zadržavaju svoj „identitet“. U stvarnim slučajevima javljaju se elementi sve tri

vrste adsorpcije, pri čemu jedna više ili manje prevladava.

Adsorbensi su krutine koje na svojoj površini mogu vezati molekule plina ili

otopljene tvari. To svojstvo je posebice izraženo za porozne tvari čija je specifična

aktivna površina vrlo velika, znatno veća od geometrijske površine. Najčešće

upotrebljavani adsorbensi su aktivni ugljen, silikagel, zeoliti i sl. Tipični komercijalni

adsorbensi (granule, sfere, cilindri i prah) veličine 50 µm do 1,2 cm imaju specifičnu

aktivnu površinu od 300 do 1200 cm2 g-1. Velika specifična aktivna površina moguća je

zbog velike poroznosti koja iznosi 30 – 85% s prosječnim promjerom pora od 10 do

200 Å.

Tijekom adsorpcije uspostavlja se dinamička ravnoteža za otopljene tvari

između kapljevine i površine krute tvari. To se može izraziti kao koncentracija (za

kapljevine) ili parcijalni tlak (za plinove) adsorbata. Opterećenje otopljene tvari na

adsorbensu izražen je kao masa, mol ili volumen adsorbata po jedinici mase ili po

površini adsorbata. Količina adsorbirane tvari na površini adsorbensa ovisi o

specifičnim svojstvima površine, o svojstvima molekula koje se adsorbiraju, o

Molekulske separacije Adsorpcija

koncentraciji otopine odnosno tlaku plina i o temperaturi. Uobičajeno je prikazivati

ravnotežnu količinu adsorbirane tvari po jedinici mase adsorbensa u ovisnosti o

ravnotežnoj koncentraciji odnosno tlaku pri određenoj temperaturi. Taj prikaz, u obliku

jednadžbe ili grafički, naziva se adsorpcijskom izotermom.

Adsorpcija se primjenjuje često i u razne svrhe, najviše u postupcima

pročišćavanja tvari (čišćenje vode i drugih kemikalija, obezbojivanje, rafiniranje naftnih

derivata i sl.). Adsorpcija iz plinske faze (B.E.T. izoterma) služi za određivanje aktivne

površine praškastih katalizatora. Važno svojstvo nekih adsorbensa jest selektivnost kod

adsorpcije koja može poslužiti za razdvajanje komponenata smjese. Na tom svojstvu

zasniva se i analitička metoda kromatografije.

Molekulske separacije Adsorpcija: Vježba 1

VJEŽBA 1: Adsorpcija – Određivanje adsorpcijskih izotermi

1. ZADATAK: Odrediti Freundlichovu i Langmuirovu izotermu za adsorpciju organske

kiseline zadanih koncentracija pri zadanoj temperaturi te ispitati slaganje

eksperimentalnih podataka i modela.

2. TEORIJSKI UVOD:

Za adsorpciju (vrlo složen slijedni proces) nema prihvatljive teorije koja bi

opisala ravnotežu kapljevina-krutina, tj. vrlo je mala vjerojatnost da se jednostavno

opiše. Zbog toga je potreban empirijski pristup, tj. empirijski pristup objašnjavanja

adsorpcijskih pojava. Ako podaci vrijede za određeni rang koncentracije kapljevine pri

konstantnom tlaku i nacrta se grafički prikaz ovisnosti količine adsorbirane tvari (a) o

koncentraciji otopljene tvari ili parcijalnom tlaku dobivamo adsorpcijske izoterme.

Postoji 5 osnovnih tipova adsorpcijskih izotermi koje su prikazane na Slici A1.

Tip I vrijedi za monoslojnu adsorpciju s obzirom da je karakteriziran maksimalnom

količinom adsorbirane tvari (am ili Vm) odnosno platoom koji je paralelan s tlakom ili

koncentracijom na osi x. Tip I najčešće vrijedi za kemisorpciju, međutim može i za neke

fizikalne adsorpcije kao što su one za jako mikroporozne aktivne ugljene.

Višeslojna adsorpcija opisuje se adsorpcijskom izotermom Tipa II. Srednji dio, koji

predstavlja stvaranje monosloja, može biti i ravan kao što je prikazano na izotermi Tip I.

Entalpija adsorpcije prvog adsorbiranog sloja veća je od entalpija adsorpcije narednih

slojeva.

Tip III je primjer konveksne i nepoželjne izoterme zbog toga što povećanjem tlaka

višestruko se povećava volumen plina i tek pri visokim tlakovima doseg adsorpcije je

relevantan. Kod takvih primjera entalpija adsorpcije prvog sloja manja je od entalpije

narednih slojeva.

Kod izotermi Tip IV i Tip V pri višeslojnoj adsorpciji pojavljuje se histereza. Također

može se primijetiti da Tip IV odgovara kapilarnoj kondenzaciji Tip II, a TIP V

kapilarnoj kondenzaciji Tip III.


Slika A1. Osnovni tipovi adsorpcijskih izotermi.

Izoterme se nazivaju imenima autora, a među najpoznatijima su empirijska

Freundlichova izoterma, te teorijski izvedene Langmuirova i B.E.T. (Brunauer, Emmet i

Teller) izoterma koje su prikazane u Tablici A1. Langmuirova izoterma izvedena je uz

pretpostavke da adsorpcija prestaje zasićenjem površine monomolekulnim slojem

adsorbirane tvari, adsorbirane molekule ne mogu se slobodno gibati na površini


adsorbensa, svako mjesto pripada samo jednoj adsorbiranoj tvari, itd. Dakle,

Langmuirova izoterma ograničena je na izotermu Tip I. B.E.T. izoterma izvedena je uz

pretpostavke da se nakon zasićenja površine monomolekulnim slojem adsorpcija

nastavlja stvaranjem više adsorbiranih slojeva (odgovara Tip-u III), adsorbirane

molekule ne migriraju na površini, neki sloj ne treba biti popunjen prije početka

formiranja novog sloja.

Tablica A1. Prikaz Freundlichove, Langmuirove i B.E.T. izoterme.

Freundlichova Langmuirova B.E.T.

Teorijske izoterme najtočnije su za adsorpciju iz plinske faze, ali nisu dovoljno

točne za složenije slučajeve adsorpcije u otopinama. Stoga je iz eksperimentalne

ovisnosti količine adsorbirane tvari iz otopine, a, o njezinoj ravnotežnoj koncentraciji, c,

empirijski izvedena Freundlichova izoterma pri čemu se količina adsorbirane tvari

izražava po gramu adsorbensa. Freundlichova izoterma i njezine konstante (Kf i n)

mogu poslužiti za usporedbu više sustava adsorbens – adsorbendum, ili za

uspoređivanje rezultata unutar istog sustava za razne uvjete rada. Konstanta Kf govori o

kapacitetu, a 1/n o intenzitetu adsorpcije.

3. APARATURA:

Upotrebljava se standardno laboratorijsko posuđe i termostat koji održava

temperaturu adsorpcijske ravnoteže.

4. OPIS RADA:

Zbog tromosti zagrijavanja vode u termostatu, treba ga uključiti i namjestiti

zadanu temperaturu na samom početku vježbe, te prema potrebi nadopuniti vodu u kadi

do oznake. Prirede se zadane otopine organskih kiselina u odmjernim tikvicama od

250 cm3 iz matičnih otopina koncentracije 4 mol dm-3. U posudici za vaganje važe se

pet odvaga aktivnog ugljena (zadano zadatkom) s točnošću od 0,01 g. Ugljen se

lijevkom za krutine prebaci u reagens boce, pazeći da pri tom bude što manje rasipanja.

nf cKa

1

= cK

cKaa

A

Am

+

=

1

pb

pbVV m

+

=

1

−+−

=

S

Bs

Bm

c

cKcc

cKaa

)1(1)(


U reagens boce se odmjernom (trbušastom) pipetom otpipetira alikvot od 100 cm3

kiseline, dobro se pomiješa s aktivnim ugljenom pazeći da ugljen ne ostane na

stijenkama, i stavi u termostat u kojemu je postignuta zadana temperatura. Svih pet

otopina kiseline moraju biti jednako dugo u doticaju s aktivnim ugljenom. Zato treba

zabilježiti vrijeme stavljanja boce u termostat i pričekati barem 5 min prije dodavanja

kiseline u iduću bocu, jer će filtriranje ugljena nakon adsorpcije toliko potrajati.

Tijekom termostatiranja smjese kiseline i ugljena potrebno je povremeno

promiješati (otprilike svakih 15-ak min).

NAPOMENA: Sve otopine moraju biti u doticaju s aktivnim ugljenom jednako dugo

pri zadanoj temperaturi! Zato se boce stavljaju u termostat čim se kiselina pomiješa s

ugljenom. Ako termostat još nije postigao zadanu temperaturu, pričeka se s

dodavanjem kiseline u boce dok temperatura nije postignuta.

Budući da se adsorpcijska ravnoteža postupno uspostavlja, potrebno je boce

držati u termostatu što je dulje moguće (oko 90 min). Za to vrijeme kontrolira se i

bilježi promjena temperature u termostatu pomoću kontrolnog živinog termometra.

Nakon ustaljenja temperature zapisuje se 4 - 5 temperatura u razmacima ~20 min.

Dok boce sa smjesama stoje u termostatu, određuje se početna koncentracija

pripravljenih otopina kiseline. U Erlenmeyerovu tikvicu odmjernom (trbušastom)

pipetom otpipetira se alikvot kiseline, koji se odabire tako da utrošak NaOH kod

titracije bude blizu optimalnih 5 – 15 cm3. Preporuča se da se počne od najrazrijeđenije

smjese i za nju uzme veći alikvot. Titrira se 0,5 mol dm-3 otopinom NaOH, uz

fenolftalein kao indikator, do promjene boje u ružičastu. Svaka otopina se titrira tri

puta. Na kraju se odmjerne tikvice isprazne i isperu, jer će se u njih filtrirati kiselina

nakon adsorpcije.

Nakon adsorpcije boce se jedna po jedna vade iz termostata, pri čemu se

zabilježi vrijeme vađenja radi provjere ukupnog vremena provedenog u termostatu.

Smjesa se filtrira u opranu odmjernu tikvicu. Nakon što su sve smjese filtrirane, na

prethodno opisani način određuje se ravnotežna koncentracija kiseline nakon adsorpcije.

5. MJERNI PODACI:

c(NaOH) = 0,5 mol dm-3

f(NaOH) = 0,948

m1 = 19,73 g (masa posudice za vaganje, nije potrebno ako se vaga tarira)


Octena kiselina t = 29,90 ± 0,05 °C

m2 / g V1(kis.) / cm3 V1(NaOH) / cm3 V2(kis.) / cm3 V2(NaOH) / cm3

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

50 50 25

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

11,37 10,20 5,36

15,56 15,58 15,63

10,48 10,44 10,40

14,54 14,52 14,64

9,40 9,39 9,39

50 25 10

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

9,38 4,70 2,00

14,69 14,70 14,71

9,93 9,97 9,97

13,99 14,08 14,06

9,12 9,08 9,16

6. RAČUN:

Octena kiselina

7,413

255050(kis.)/cm 3

1 =++

=V

98,83

36,520,1037,11(NaOH)/cm3

1 =++

=V

3,283

102550(kis.)/cm 3

2 =++

=V

36,53

00,270,438,9(NaOH)/cm3

2 =++

=V

3

-333-

(kis.)/cm

(NaOH)dm (NaOH)/mol(NaOH)/cmdm (kis.)/mol

V

fcVc

=

1021,07,41

948,05,098,8dm mol/ 3-

1 =

=c

0897,03,28

948,05,036,5dm mol/ 3-

2 =

=c

x / mmol = V(kis.) / cm3 · (c1 – c2) / mol dm–3 · (1000 cm3 dm-3 · 0,001 mmol mol-1)

x / mmol = 100·(c1 – c2) / mol dm–3 = 100·(0,1021 – 0,0897) = 1,24

24,100,1

24,1

/g

mmol/g mmol/

2

1- ===m

xa


0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

CH3COOH

a /

mm

ol

g-1

c / mol dm-3

Slika A2. Prikaz Freundlich-ove izoterme za octenu kiselinu.

Parametri Kf i 1/n dobivaju se linearizacijom Freundlich-ove izoterme.

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.00.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

log a

HAc

y = 0,341x + 0,446

R2=0,9678

log c2

Slika A3. Linearizacija Freundlichove izoterme.

Ispitivanje slaganja eksperimentalnih podataka i Freundlich-ovog modela

Pomoću izračunatih parametara Kf i 1/n odredi se količina adsorbirane tvari pri

ravnoteži dobivena modelom (am) pomoću formule:

𝑎𝑚 = 𝐾𝑓 ∙ (𝑐2)1

𝑛⁄

npr. 𝑎𝑚,1 = 2,79 ∙ (0,0897)0,342 = 1,223

Na identičan način odrede se am,2, am,3, am,4 i am,5.

Normalizirana standardna devijacija (Δq) izračuna se pomoću jednadžbe:

∆𝑞(%) = 100 ∙ √∑(𝑎−𝑎𝑚

𝑎)

2

𝑁−1= 4,85,


gdje je N broj mjerenja, a eksperimentalno određena količina adsorbirane tvari pri

ravnoteži, a am količina adsorbirane tvari pri ravnoteži dobivene modelom. Dakle, Δq

pokazuje odstupanje eksperimentalno određenih i modelom predviđenih količina

adsorbirane tvari pri ravnoteži, dok linearni korelacijski koeficijent (R2) pokazuje

slaganje eksperimentalnih podataka i linearnog oblika izotermnih jednadžbi. Što je veća

vrijednost R2 i manja vrijednost Δq, bolje je slaganje eksperimenta i modela.

Potrebno je grafički prikazati usporedbu izoterme dobivene eksperimentalnim podacima

te Freundlich-ovim i Langmuir-ovim modelom (Slika A4).

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

eksperimentalni podaci

Freundlich model

a /

mm

ol

g-1

c / mol L-1

Slika A4. Usporedba eksperimentalnih podataka s Freundlich-ovim modelom.

Slaganje Langmuir-ovog modela računa se na identičan način koristeći Langmuir-ovu

izotermu.

7. REZULTAT:

Grafički prikaz Freundlich-ove izoterme (primjer Slika A2).

Octena kiselina: a / mmol g–1 = 2,79·(c / mol dm–3)0,342

1/n Kf R2 Δq (%)

Freundlich 0,342 2,79 0,9678 4,85

Langmuir

8. ZAKLJUČAK:

Prokomentirati dobivene rezultate.


VJEŽBA 2: Adsorpcija – šaržni proces

1. ZADATAK: Napisati Freundlichove izoterme za adsorpciju organskih kiselina

zadanih koncentracija pri određenim uvjetima (različite organske kiseline,

koncentracije, temperature, vrsta adsorbensa, količine adsorbensa), te ih usporediti.

2. TEORIJSKI UVOD:

Šaržni proces provodi se u posudi u kojoj se određena količina adsorbensa

izvjesno vrijeme miješa s određenim volumenom tekućine (Slika A5). Vrijeme potrebno

da se postigne ravnoteža ovisi o koncentraciji otopljene tvari, količini adsorbensa,

veličini čestica adsorbensa i intenzitetu miješanja. U svrhu što bržeg postizanja

ravnoteže adsorbens je obično u praškastom obliku veličine 10 – 50 µm, tj. < 1 mm. To

povećava površinu kontakata s otopinom, a istovremeno smanjuje difuzijski otpor.

Intenzivnije miješanje suspenzije poboljšava kontakt čestica s kapljevinom i smanjuje

otpor prijenosu mase do površine adsorbensa. Pretpostavlja se da je mulj savršeno

miješan u turbulentnom režimu radi stvaranja fluidiziranog sloja adsorbensa.

Slika A5. Šaržni reaktor.

Iskustvo je pokazalo da se primjenom praškastog aktivnog ugljena ravnoteža

postiže već za 10 – 60 min. Nakon postizanja ravnoteže ugljen se odijeli od otopine i

regenerira za ponovnu upotrebu. Odjeljivanje praškastog ugljena (vrlo male čestice) od

otopine nije uvijek jednostavno provesti, tako da se pri izboru optimalne veličine čestica

adsorbensa i o tome mora voditi računa. Ukoliko se koncentracija otopljene tvari, koju


adsorpcijom treba ukloniti, ne može sniziti do željene razine jednim postupkom

adsorpcije, šaržni se proces vodi u nekoliko stupnjeva i to u pravilu protustrujno.

3. APARATURA:

Upotrebljava se standardno laboratorijsko posuđe i termostat koji održava

temperaturu adsorpcijske ravnoteže.

4. OPIS RADA:

Zbog tromosti zagrijavanja vode u termostatu, treba ga uključiti i namjestiti

zadanu temperaturu na samom početku vježbe, te prema potrebi nadopuniti vodu u kadi

do oznake. Prirede se zadane otopine organskih kiselina u odmjernim tikvicama od

250 cm3 iz matičnih otopina koncentracije 4 mol dm-3. U posudici za vaganje važe se

pet odvaga aktivnog ugljena (vrsta i količina zadana zadatkom) s točnošću od 0,01 g.

Ugljen se lijevkom za krutine prebaci u reagens boce, pazeći da pri tom bude što manje

rasipanja. U bocu se odmjernom (trbušastom) pipetom otpipetira alikvot od 100 cm3

kiseline, dobro se pomiješa s aktivnim ugljenom pazeći da ugljen ne ostane na

stijenkama, i stavi u termostat u kojemu je postignuta zadana temperatura. Svih pet

otopina kiseline moraju biti jednako dugo u doticaju s aktivnim ugljenom. Zato treba

zabilježiti vrijeme stavljanja boce u termostat i pričekati barem 5 min prije dodavanja

kiseline u iduću bocu, jer će filtriranje ugljena nakon adsorpcije toliko potrajati.

Tijekom termostatiranja smjese kiseline i ugljena potrebno je povremeno

promiješati (otprilike svakih 15-ak min).

NAPOMENA: Sve otopine moraju biti u doticaju s aktivnim ugljenom jednako dugo

pri zadanoj temperaturi! Zato se boce stavljaju u termostat čim se kiselina pomiješa s

ugljenom. Ako termostat još nije postigao zadanu temperaturu, pričeka se s

dodavanjem kiseline u boce dok temperatura nije postignuta.

Budući da se adsorpcijska ravnoteža postupno uspostavlja, potrebno je boce

držati u termostatu što je dulje moguće (oko 90 min). Za to vrijeme kontrolira se i

bilježi promjena temperature u termostatu pomoću kontrolnog živinog termometra.

Nakon ustaljenja temperature zapisuje se 4 - 5 temperatura u razmacima ~20 min.

Dok boce sa smjesama stoje u termostatu, određuje se početna koncentracija

pripravljenih otopina kiseline. U Erlenmeyerovu tikvicu odmjernom (trbušastom)

pipetom otpipetira se alikvot kiseline, koji se odabire tako da utrošak NaOH kod

titracije bude blizu optimalnih 5 – 15 cm3. Preporuča se da se počne od najrazrijeđenije


smjese i za nju uzme veći alikvot. Titrira se 0,5 mol dm-3 otopinom NaOH, uz

fenolftalein kao indikator, do promjene boje u ružičastu. Svaka otopina se titrira po

mogućnosti tri puta, i najbolje je napraviti jednak broj titracija za svaku otopinu kako bi

pogreška bila jednaka. Na kraju se odmjerne tikvice isprazne i isperu, jer će se u njih

filtrirati kiselina nakon adsorpcije.

Nakon adsorpcije boce se jedna po jedna vade iz termostata, pri čemu se

zabilježi vrijeme vađenja radi provjere ukupnog vremena provedenog u termostatu.

Smjesa se filtrira u opranu odmjernu tikvicu. Nakon što su sve smjese filtrirane, na

prethodno opisani način određuje se ravnotežna koncentracija kiseline nakon adsorpcije.

5. MJERNI PODACI:


f(NaOH) = 0,948

m1 = 19,73 g (masa posudice za vaganje, nije potrebno ako se vaga tarira)

Octena kiselina t = 29,90 ± 0,05 °C


1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

50 50 25

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

11,37 10,20 5,36

15,56 15,58 15,63

10,48 10,44 10,40

14,54 14,52 14,64

9,40 9,39 9,39

50 25 10

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

9,38 4,70 2,00

14,69 14,70 14,71

9,93 9,97 9,97

13,99 14,08 14,06

9,12 9,08 9,16

Mravlja kiselina t = 29,85 ± 0,05 °C


1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

50 50 25

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

11,35 10,42 5,22

15,58 15,66 15,68

10,46 10,48 10,47

14,63 14,62 14,64

9,41 9,45 9,40

50 25 10

25 25 25

10 10 10

10 10 10

5 5 5

9,87 4,96 2,13

15,00 14,98 14,99

10,08 10,13 10,16

14,23 14,29 14,18

9,15 9,18 9,14


6. RAČUN:

Octena kiselina

7,413

255050(kis.)/cm 3

1 =++

=V

98,83

36,520,1037,11(NaOH)/cm3

1 =++

=V

3,283

102550(kis.)/cm 3

2 =++

=V

36,53

00,270,438,9(NaOH)/cm3

2 =++

=V

3

-333-

(kis.)/cm


V

fcVc

=

1021,07,41

948,05,098,8dm mol/ 3-

1 =

=c

0897,03,28

948,05,036,5dm mol/ 3-

2 =

=c log c2 = –1,05


x / mmol = 100 (c1 – c2) / mol dm–3 = 100·(0,1021 – 0,0897) = 1,24

24,100,1

24,1

/g

mmol/g mmol/

2

1- ===m

xa log a1 = 0,095

Linearizacija Freundlich-ove jednadžbe: log a / mmol g-1 = log Kf + 1/n log c2 / mol dm–3

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,00,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

log a

HAc

y = 0,341x + 0,446

log c2

Odsječak pravca:

log Kf = 0,446

Kf = 2,79

Nagib pravca:

342,0/1 =n

Slika A6. Linearizacija Freundlich-ove izoterme za octenu kiselinu.


Mravlja kiselina

7,413

255050(kis.)/cm 3

1 =++

=V

00,93

22,542,1035,11(NaOH)/cm3

1 =++

=V

3,283

102550(kis.)/cm 3

2 =++

=V

65,53

13,296,487,9(NaOH)/cm3

2 =++

=V

3

-333-

(kis.)/cm


V

fcVc

=

1023,07,41

948,05,000,9dm mol/ 3-

1 =

=c

0946,03,28

948,05,065,5dm mol/ 3-

2 =

=c log c2 = –1,02


x / mmol = 100·(c1 – c2) / mol dm–3 = 100·(0,1023 – 0,0946) = 0,78

777,000,1

78,0

/g

mmol/g mmol/

2

1- ===m

xa log a1 = -0,110

Linearizacija Freundlich-ove jednadžbe: log a / mmol g-1 = log Kf + 1/n log c2 / mol dm–3

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

log a

HCOOH

y=0,502x + 0,386

log c2

Odsječak pravca:

log Kf = 0,386

Kf = 2,432

Nagib pravca:

502,0/1 =n

Slika A7. Linearizacija Freundlich-ove izoterme za mravlju kiselinu.


Usporedba dobivenih rezultata:

S obzirom na dobiveni zadatak rezultati se moraju usporediti radi lakšeg

objašnjavanja rezultata.

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

HAc (y = 0,342x + 0,446)

HCOOH (y = 0,502x + 0,386)

log a

log c2

Slika A8. Usporedba linearizirane Freundlichove izoterme za HCOOH i CH3COOH.

7. REZULTAT:

Octena kiselina: a / mmol g–1 = 2,79·(c / mol dm–3)0,342

Mravlja kiselina: a / mmol g–1 = 2,43·(c / mol dm–3)0,502

8. ZAKLJUČAK:



VJEŽBA 3: Adsorpcija – u koloni

2. ZADATAK: Nacrtati krivulje proboja za adsorpciju organske kiseline zadane

koncentracije pri određenim uvjetima (visina i promjer kolone, brzina strujanja, različite

organske kiseline), te ih usporediti.

3. TEORIJSKI UVOD:

Kontinuirani procesi preferiraju se za velike količine fluida. Karakteristično za

taj tip procesa je da je kontakt otopine i adsorbensa kontinuiran te da adsorpcija nikada

ne postiže ravnotežno stanje. Moguća je izvedba na tri načina: u koloni s mirujućim

slojem adsorbensa, u koloni s ekspandiranim slojem i u koloni s fluidiziranim slojem.

Pri obradi voda najčešće se primjenjuje prvi način i protok vode može biti odozgo

prema dolje ili obratno.

Adsorpcija u koloni je sustav u kojem dolazi do adsorpcije pri prvim slojevima

aktivnog ugljena gdje se brže zasićuju. Što se otopina više spušta prema izlazu kolone,

to je adsorpcija veća te dolazi do potpunog zasićenja. Koncentracija otopine u početku

eksponencijalno pada na nulu prije nego što dospije do kraja adsorbensa. Prilikom

daljnjeg prolaska otopine kroz adsorbens, otopini koncentracija postepeno raste. U

trenutku potpunog zasićenja, izlazna otopina imati će istu koncentraciju kao početna.

Tada govorimo o ravnoteži ovog sustava. Ovisnost tih koncentracija o vremenu iskazuje

se krivuljom proboja. Ovaj profil koncentracije i krivulja proboja prikazani su na Slici

A9. Područje u kojem se događa većina promjene koncentracije naziva se

adsorpcijskom zonom. Te vrijednosti c/c0 (koncentracija izlazne otopine / koncentracija

ulazne otopine) najčešće budu između 0,05 i 0,95. Adsorpcijska zona doseže do točke

probijanja (tb, cb) te točke zasićenja (ts, cs). Do proboja u realnim slučajevima dolazi

prije potpunog zasićenja te krivulja proboja ima karakterističan „S“ oblik, dok u

idealnim slučajevima, u trenutku proboja, zasićena je cijela površina adsorbensa, a

krivulja proboja ima oblik „Z“ (zelena krivulja na Slici A9).


Slika A9. Prikaz adsorpcijske zone i krivulje proboja gdje je c0 početna koncentracija,

cb koncentracija izlazne otopine, tb vrijeme proboja i Z visina kolone.

4. APARATURA:

Za adsorpciju u koloni koristi se kolona s ručnim regulatorom protoka visine

60 cm i unutarnjeg promjera 3 ili 4 cm, granulirani aktivni ugljen, organska kiselina

(octena ili mravlja), natrijev hidroksid (0,5 mol dm-3), indikator fenolftalein, plastične

čaše od 1 L, pamučna vata, posudice za vaganje od 20 mL, automatska bireta, analitička

vaga s točnošću 0,0001 g.

5. OPIS RADA:

Na početku eksperimenta otopina zadane organske kiseline titrira se s NaOH

(0,5 mol dm-3) radi određivanja početne koncentracije. Iz matične otopine kiseline

pripremi se 5 L otopine zadane koncentracije. Na dno kolone postavi se komadić vate

kako aktivni ugljen ne bi začepio otvor na dnu kolone (Slika A10 desno). Složi se

aparatura tako da se kolona učvrsti na stalak (Slika A10 lijevo). Zatim se pomoću

plastičnog lijevka usipa aktivni ugljen na vatu na visinu zadanu zadatkom. Visina stupca

mjeri se ravnalom. Ispod otvora kolone postavi se plastična čaša u koju se propušta

otopina te se na taj način mjeri ukupni volumen propuštene otopine. Izvaže se čista

posudica za vaganje i zapiše se dobivena masa te se za svako mjerenje brzine strujanja


koristi ista posudica. U kolonu se ulije otopina pripremljene kiseline do malo ispod vrha

te se regulacijom ventila propušta kroz kolonu. Brzina strujanja mjeri se ručno tako da

se povremeno uzimaju uzorci, u trajanju od 15 s (mjereno štopericom), te se važu na

analitičkoj vagi. Iz razlike masa posudice s efluentom i prazne posudice dobije se masa

efluenta koja se skupi u vremenu od 15 s. Dobivene vrijednosti preračunaju se u

mL min-1. Nakon vaganja, uzorak se vraća u graduiranu posudu kako bi se mogao

očitati točan volumen koji je prošao kroz kolonu te kako ne bi došlo do pogreške pri

mjerenju volumena. Tijekom rada potrebno je izmjeriti minimalno četiri puta protok

(npr. jednom u svakoj propuštenoj litri otopine) te izračunati srednju vrijednost i

standardnu devijaciju. Za vrijeme protjecanja potrebno je održavati visinu otopine u

koloni konstantnom.

Slika A10. Prikaz kolone napunjene adsorbensom.

Tijekom propuštanja pripremljene otopine kroz kolonu uzimaju se uzorci. Do

prve litre otopine, uzorci se uzimaju svakih 200 mL zbog veće brzine adsorpcije, a

nakon litre uzimaju se svakih 500 mL. Automatskom pipetom uzme se određena

količina uzorka (2 ili 5 cm3 ovisno o zadanoj koncentraciji ulazne otopine) i stavi u

Erlenmeyerovu tikvicu. Kapaljkom se dodaju tri kapi fenolftaleina koji u točki završetka

titracije boji otopinu u ružičasto. Svi uzeti uzorci tokom protjecanja titriraju se s

vata

Visina stupca

adsorbensa


0,5 mol dm-3 NaOH. Svaki uzorak se titrira minimalno dva puta. Podaci se bilježe te se

crta graf.

Tijekom rada potrebno je očitati tri puta sobnu temperaturu na termometru 1/100 ℃.

6. MJERNI PODACI:


f(NaOH) = 0,948

m1 = 19,73 g (masa prazne posudice za vaganje)

m2 = 39,54 g (masa s uzorkom otopine)

Tablica. Volumen utrošenog NaOH nakon određene količine propuštene otopine

V (otopine) / mL V (NaOH) / mL

0

200 9,31 9,36

400 5,99 5,96

600 8,00 7,95

1000 8,47 8,46

1500 8,84 8,81

2000 8,96 8,94

2500 8,98 9,01

3000 9,07 9,07

3500 9,07 9,06

4000 9,05 9,07

V0(NaOH)=9,28 i 9,31 mL (volumen utrošenog NaOH za početnu otopinu organske

kiseline)

7. RAČUN:

Izračun brzine strujanja: 𝑚2−𝑚1

𝑡=

39,54 𝑔−19,73 𝑔

0,25 𝑚𝑖𝑛= 73,24 𝑔 𝑚𝑖𝑛−1 = 73,24 𝑚𝐿 𝑚𝑖𝑛−1

Izračun početne koncentracije organske otopine:


𝑐0 =𝑉(𝑁𝑎𝑂𝐻) ∙ 𝑓(𝑁𝑎𝑂𝐻) ∙ 𝑐(𝑁𝑎𝑂𝐻)

𝑉(𝑢𝑧𝑜𝑟𝑘𝑎)=

9,28 𝑚𝐿 ∙ 0,987 ∙ 0,5 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1

5 𝑚𝐿

= 0,916 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1

Na isti način određuje se koncentracija organske otopine nakon propuštanja kroz kolonu

te se izračuna c/c0.

V (otopine) /

mL

Vsr (NaOH) /

mL

c (org. otopine) /

mol L-1

c/c0

0

200 9,335 0,921 0,640

400 5,975 0,589 0,854

600 7,975 0,787 0,907

1000 8,465 0,835 0,945

1500 8,825 0,871 0,959

2000 8,950 0,883 0,964

2500 8,995 0,888 0,972

3000 9,070 0,895 0,971

3500 9,065 0,895 0,970

4000 9,060 0,894 0,974

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

c/c 0

V (obrađene otopine) / mL

Slika A11. Krivulja proboja za zadanu organsku kiselinu pri zadanim uvjetima.


8. REZULTAT:

Usporediti rezultate s obzirom na zadane uvjete rada.

Slika A12. Krivulje proboja za zadanu organsku kiselinu pri različitim promjerima

kolone.

9. ZAKLJUČAK:


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1000 2000 3000 4000 5000

c/c 0

V / mL

kolona 3 cm

kolona 4 cm

Molekulske separacije Membranske separacijske operacije

MEMBRANSKE SEPARACIJSKE OPERACIJE

Membranske separacijske procese možemo definirati kao postupke koji pomoću

membrane ulaznu struju (pojnu kapljevinu) dijele u dvije struje: permeat i retentat

(koncentrat) kao što je prikazano na Slici M1.

Slika M1. Shematski prikaz membranskog separacijskog procesa.

Permeat predstavlja struju oslobođenu od tvari prisutnih u otopini, najčešće čistu

vodu, a retentat predstavlja dio ulazne struje u kojoj su otopljene tvari zadržane i na taj

način višestruko koncentrirane. Membrana je srce svake membranske operacije i

definira se kao tanki film (međufaza) koja dijeli dvije faze i/ili djeluje kao aktivna ili

pasivna tanka fizikalna pregrada prijenosu tvari između faza. Ova se definicija odnosi

na permselektivne membrane i podrazumijeva da postoji razlika kemijskog potencijala

između dviju faza. Dakle, membrana je funkcionalan, aktivan, rjeđe pasivan materijal.

Do separacije dolazi jer membrana ima sposobnost da prenese jednu komponentu pojne

kapljevine, smjese mnogo lakše nego ostale komponente zbog razlika u fizičkim i/ili

kemijskim svojstvima između membrana i permeabilnih komponenata. Prijenos kroz

membranu događa se kao rezultat pokretačke sile koja djeluje na komponente u ulaznoj

struji, tj. fazi 1 kao što je prikazano na Slici M2. U mnogim je slučajevima brzina

permeacije kroz membranu proporcionalna pokretačkoj sili, tj. veza fluks-pokretačka

sila može se opisati fenomenološkom jednadžbom (1).

dt

dXAJ −= , (1)

Molekulske separacije Membranske separacijske operacije

gdje je A fenomenološki koeficijent, a dX/dx pokretačka sila izražena kao gradijent X

(temperatura, koncentracija, tlak) duž koordinate x okomite na transportnu barijeru.

Slika M2. Shematski prikaz dvofaznog sustava separiranog membranom.

Performansa ili učinkovitost dane membrane određena je s dva važna parametra.

To su selektivnost i protok (fluks, brzina permeacije, koji ima jedinicu L m-2 h-1,

L m-2 h-1 bar-1, gal ft-2 day-1, itd.). Selektivnost membrane najčešće se izražava s

faktorom zadržavanja, R:

f

p

f

pf

c

c

c

ccR −=

−= 1 , (2)

gdje je cf koncentracija ulazne otopine, a cp koncentracija permeata.

U svim slučajevima membranski procesi dizajnirani su tako da omogućavaju

fizikalno ili fizikalno-kemijsku separaciju odabranih komponenata potaknutu

odgovarajućom pokretačkom silom. Pokretačka sila može biti razlika koncentracija

(Δc), tlakova (Δp), temperature (ΔT) ili električnog potencijala (ΔE) s obje strane

membrane. Ovisno o pokretačkoj sili membranske operacije nazivaju se osmotske,

tlačne, termičke i električne.

permeat ulazna

otopina

Pokretačka sila

Δc, Δp, ΔT, ΔE

Molekulske separacije Membranske separacijske operacije: Vježba 4

VJEŽBA 4: Tlačni membranski procesi

2. ZADATAK: Odrediti protoke i faktore zadržavanja određenih reverzno osmotskih i

nanofiltracijskih membrana pri različitim uvjetima rada (u vježbi se mogu mijenjati

tlakovi, vrsta anorganskih soli ili organskih tvari, te njihove koncentracije).

3. TEORIJSKI UVOD:

U industrijskom mjerilu najviše se koriste tlačni membranski postupci obrade

voda kojima je pokretačka sila gradijent tlaka. Navedena pokretačka sila uzrokuje da

otapalo i različite molekule otopljenih tvari prolaze kroz membranu, dok druge

molekule ili čestice ne prolaze, tj. budu odbijene do određenog stupnja, ovisno o

strukturi membrane. S obzirom na veličinu pogonske sile i vrsti upotrijebljenih

membrana razlikujemo 4 tlačne operacije: mikrofiltracija (MF), ultrafiltracija (UF),

nanofiltracija (NF) i reverzna osmoza (RO). Nanofiltracija i RO koriste se kada treba od

otapala separirati niskomolekulske tvari kao što su anorganske soli, ili male organske

molekule kao što su šećeri, glukoza i sukroza. Radi se praktički o istom procesu

(prikazan na Slici M3), budući da su temeljni principi isti, iako postoje razlike.

Slika M3. Princip rada osmoze i reverzne osmoze.

Idući od MF do RO veličina separiranih čestica ili molekula se smanjuje, a time

i veličina pora u membranama mora biti manja. Prema tome, pri NF i RO potrebne su

gušće membrane, koje time pružaju puno veći hidrodinamički otpor prolasku fluida. To


pak znači da otpor prijenosu tvari, koje pružaju membrane, raste, a radni tlak koji treba

primijeniti mora biti veći da se dobije isti fluks. Razlike između MF, UF, NF i RO

prikazane su na Slici M4.

Slika M4. Razlike između MF, UF, NF i RO.

Membrana je permeabilna za molekule otapala (vode), ali ne i za sol. Da bi voda

prošla kroz membranu, primijenjeni tlak mora biti veći od osmotskog tlaka. Kao što se

vidi iz Slike M3 i M5, voda teče iz razrijeđene otopine (čista voda) u koncentriranu

otopinu ako je primijenjeni tlak manji od osmotskog tlaka. Kada je primijenjeni tlak

veći od osmotskog tlaka, voda teče iz koncentrirane otopine u razrijeđenu otopinu.

Nanofiltracijske membrane su iste kao i reverzno osmotske, ali im je mrežasta

struktura više otvorena. To implicira slabije zadržavanje monovalentnih iona, ali je

retencija bivalentnih iona npr. Ca2+ ili CO22- vrlo visoka.

Microfiltracija

Ultrafiltracija

Nanofiltracija

Reverzna osmoza

Povećanje tlaka

Sm

anje

nje

vel

ičin

e pora

Voda

Ion

i

(Na

+, Cl -)

Org

ansk

e tvari

Višev

alentn

i ion

i

(Ca

2+, M

g2

+, SO

42

-)

Mali

ko

loid

i

Viru

si

Čestice

Sed

imen

t

Bak

terije


Slika M5. Shematski prikaz protoka vode Jw kao funkcija primijenjenog tlaka.

Također je vrlo veliko zadržavanje mikropolutanata i mikrootopljenih tvari kao što su

herbicidi, insekticidi, pesticidi te ostale niskomolekulne tvari kao što su boje i šećeri.

Primjeri za RO, guste i rahle NF i UF membrane prikazani su u Tablici M1.

Tablica M1. Usporedba faktora zadržavanja RO, NF i UF membrana

RO

(%)

„guste“ NF

(%)

„rahle“ NF

(%)

UF

(%)

NaCl 99 70-95 0-70 0

Na2SO4 99 80-95 99 0

CaCl2 99 80-95 0-90 0

MgSO4 >99 95-98 >99 0

H2SO4 98 80-90 0-5 0

HCl 90 70-85 0-5 0

Fruktoza >99 >99 20-99 0

Saharoza >99 >99 >99 0

Hum. kiseline >99 >99 >99 30

Virusi 99,99 99,99 99,99 99

Proteini 99,99 99,99 99,99 99

Bakterije 99,99 99,99 99,99 99

ΔP

ako je ΔP < Δπ Jw

Jw ako je ΔP > Δπ

0

Jw

Jw

ΔP

Δπ

gdje je: ΔP – radni tlak

Δπ – osmotski tlak

Jw – fluks vode

membrana

Jw


4. APARATURA:

Na Slici M6 i M7 prikazana je slika odnosno shematski prikaz RO/NF

laboratorijskog uređaja.

Slika M6. Slika RO/NF laboratorijskog uređaja.

Slika M7. Shematski prikaz reverzno osmotskog uređaja sa svojim sastavnim

dijelovima: H-spremnik za pojnu smjesu, VP-visokotlačna pumpa, M-manometar, RO-

reverzno osmotska jedinica i BPR-regulator tlaka (ventil).


5. OPIS RADA:

Laboratorijski RO/NF uređaj (Slika M6 i M7) korišten na vježbama sastoji se od

šest paralelno spojenih membranskih jedinica, a u svakoj od njih nalaze se membrane

površine 11,0 cm2. Iz spremnika se u svaku od jedinica kontinuirano uvodi pojna smjesa

vode ili otopine (brzina strujanja 750 mL min-1) potiskivanjem pomoću visokotlačne

pumpe aksijalno preko površine membrane uz stalni prolaz permeata.

Na samom početku membrane se izrežu na odgovarajuću veličinu i smjeste u

membranske jedinice. Koristi se šest različitih reverzno osmotskih i nanofiltracijskih

membrana. Membrane se prvo isperu s oko 7 L demineralizirane vode radi uklanjanja

konzervansa. Slijedi tlačna obrada na tlaku većem od radnog tlaka (praksa u laboratoriju

je 15 bar ukoliko je radni tlak 8 – 12 bar) u trajanju 2 – 3 h. Nakon tlačne obrade tlak se

spusti na radni (ovisno o zadanim radnim uvjetima). Prije svake otopine (anorganske ili

organske) voda mora cirkulirati 1 h i odredi se protok vode (Jw / L m-2 h-1). Nakon toga

membrane se ispituju s otopinama zadanima zadatkom u određenoj koncentraciji. Prije

uzimanja uzoraka permeata otopina mora cirkulirati u sustavu 30 min. Tada se u

posudice za vaganje skupljaju uzorci koji će se koristiti za određivanje protoka otopine i

koncentracije anorganskih i organskih otopljenih tvari. Ukoliko se koriste anorganske

soli mjeri se provodnost (κ, µS cm-1), a ukoliko se koriste organske mjeri se ukupni

organski ugljik (TC, mg C L-1).

Mjerenje protoka vode i otopine:

Za svaku membranu uzima se uzorak određeno vrijeme (npr. 5 min) i važno je

da se za svih 6 membrana uzorak vode ili otopine uzima isto vrijeme. Trajanje pokusa

zapisuje se u rubriku Vrijeme pokusa u min. Nakon uzorkovanja posudice s uzorcima se

važu na analitičkoj vazi s preciznosšću od 0,01 g i zapisuje se pod Težina posudice +

uzorak u gramima. U rubriku Temperatura/faktor zapisuje se temperatura otopine koja

se u tom trenutku koristi, a faktor se izračuna prema ovisnosti korekcijskog faktora

viskoznosti o temperaturi prikazan u Prilogu 2.

6. MJERNI PODACI:

Radni list se nalazi u prilogu i mjerni podaci se upisuju kao što je prikazano u

ovom primjeru.


Radni tlak / bar 9

Otopina NaCl, 500 mg dm-3

Tip membrane BW30 XLE NF90 NF UTC-

70HA

NF270

VODA

Posudica broj 01 02 03 04 05 06

Težina posudice + uzorak / g 21,51 23,15 27,55 25,47 28,30 31,08

Težina posudice / g 18,89 19,26 23,36 19,59 25,02 19,69

Težina uzorka / g 2,62 3,89 4,19 5,88 3,28 11,39

Vrijeme pokusa / min 5 5 5 5 5 5

Temperatura/faktor / ºC 22,4 / 1,061556

OTOPINA

Posudica broj G1 G2 G3 G4 G5 G6

Težina posudice + uzorak / g 28,04 28,70 32,40 31,01 21,19 39,79

Težina posudice / g 25,55 25,02 28,81 25,22 18,52 28,56

Težina uzorka / g 2,49 3,68 3,59 5,79 2,67 1,20

Vrijeme pokusa / min 5 5 5 5 5 5

Temperatura/faktor / ºC 22,4 / 1,061556

Vodljivost / µS cm-1 25,0 19,0 50,8 480 85,1 730

Vodljivost ulazne otopine

/ µS cm-1 1091

7. RAČUN:

Protok vode i otopine:

m (uzorka) / g = m (težina posudice+uzorka) / g – m (težina posudice) / g

= 21,51 g – 18,89 g = 2,62 g

12min 5

min 60

min / pokusa vrijeme

min 60 jemefaktor vri ===


Faktor temperatura = 1,061556 (Prilog 2 – izmjerenu temperaturu uvrstiti u jednadžbu)

34,30m 101,1

L10h g 33,37

m / membrane površina

h g / h m L /

37,33h /

1,061556 12 2,62

peraturafaktor tem jemefaktor vri/)(uzorkah g/

23

31-

2

1-

w1-2-

1

w

1

=

==

=

=

=

−

−

−

−

JJ

gJ

gmJ

w

w

Na isti način se izračunava protok otopine.

Faktor zadržavanja

71,97%100L mg 346,3

L mg 94,7L mg 346,3%100%/

1-

-1-1

=−

=−

=ul

izlul

c

ccR

Koncentracija klorida u otopini izračuna se pomoću baždarnog dijagrama (Prilog 3 i 4

ovisno o zadanoj otopini).

8. REZULTATI:

Tip membrane BW30 XLE NF90 NF UTC-

70HA

NF270

Fluks vode / L m-2 h-1 30,34 45,05 48,52 68,09 37,98 131,90

Fluks otopine / L m-2 h-1 28,84 42,62 41,57 67,05 30,92 130,05

Koncentracija Cl- / mg L-1 7,94 6,03 16,13 152,3 27,02 231,7

Ulazna konc. Cl- / mg L-1 346,3

Factor zadržavanja (R) / % 97,71 98,26 95,34 56,00 92,20 33,09

9. ZAKLJUČAK:

Dobivene rezultate prikazati tablično i/ili grafički i prokomentirati.

Molekulske separacije Prilozi

PRILOZI

Prilog 1. Radni list za vježbu tlačne membranske operacije

Prilog 2. Ovisnost korekcijskog faktora viskoznosti o temperaturi

Prilog 3. Baždarni dijagram za NaCl

Prilog 4. Baždarni dijagram za CaCl2

Prilog 5. Upute za rad s automatskom biretom Solarus

Prilog 6. Upute za rad s termostatom Julabo ED


Prilog 1. Radni list za vježbu tlačne membranske operacije

Datum

Aktivna površina membrana / cm2

Radni tlak / bar

Otopina i dobava

Topl. obrada / ºC

Tip membrane

VO

DA

Posudica broj

Težina posudice + uzorak / g

Težina posudice / g

Težina uzorka / g

Vrijeme pokusa / min

Temperatura/faktor / ºC

Fluks vode / L m-2 h-1

OT

OP

INA

Posudica broj

Težina posudice + uzorak / g

Težina posudice / g

Težina uzorka / g

Vrijeme pokusa / min

Temperatura/faktor / ºC

Fluks otopine / L m-2 h-1

Otpor otopine / ohm

Vodljivost / μS cm-1

Koncentracija / mg L-1

Faktor zadržavanja, R (%)

UL

AZ

NA

OT

OP

INA

Otpor ulazne otopine

Vodljivost ulazne otopine / μS cm-1

Koncentracija ulazne otopine / mg L-1


Prilog 2. Ovisnost korekcijskog faktora viskoznosti o temperaturi

18 20 22 24 26 28 30 32 340,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

kore

kci

jski

fakto

r vis

kozn

ost

i

T / C

y = 1,79934 - 0,04136T/C + 0,000376031(T/C)2


Prilog 3. Baždarni dijagram za NaCl

0 200 400 600

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

S cm

-1

/ mg Cl- L

-1

y = 3,14995 x


Prilog 4. Baždarni dijagram za CaCl2

0 100 200 300 400 500 600

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

S cm

-1

/ mg Cl- L

-1

y = 3,19749 x


Prilog 5. Upute za rad s automatskom biretom Solarus

Automatska bireta Solarus predviđena je za rad u temperaturnom području 4 – 50 °C.

Ne smije se puniti jako koncentriranim kiselinama, lužinama i otopinama soli, kao ni

fluorovodičnom kiselinom.

NAPOMENA: Prije titriranja obavezno se skida poklopac s pipca. Nikad se ne smiju

okretati kotačići ili pritiskati klip dok je poklopac na pipcu.

Punjenje birete

Ventil pokraj pipca okrene se prema stražnjem dijelu birete. Pritiskanjem tipke MODE

namjesti se na displeju strelica prema gore. Bireta se puni okretanjem kotačića pokraj

zaslona prema stražnjem dijelu birete. Zatim se okrene ventil prema prednjem dijelu

birete, i polako okreće kotačić pokraj zaslona koji pokazuje volumen dok se pipac birete

ne ispuni kapljevinom.

NAPOMENA: Nikako ne primjenjivati silu!

Titriranje

Na početku se provjeri je li bireta puna i ventil pokraj pipca okrenut prema naprijed.

Pritiskanjem tipke MODE namjesti se na displeju strelica prema dolje. Na početku nove

titracije volumen se namjesti na nulu pritiskom na tipku CLEAR. Titriranje počinje

okretanjem kotačića pokraj zaslona prema naprijed. Dešnjaci tikvicu za titriranje drže

desnom rukom a titriraju lijevom, dok ljevaci titriraju desnom rukom a tikvicu drže

lijevom. Treba dobro miješati kapljevinu u tikvici tijekom cijelog titriranja.

Kraj rada

Ventil pokraj pipca okrene se prema natrag, i pritiskom na klip i okretanjem kotačića

pokraj zaslona u potpunosti se isprazni biretu. Na kraju se pipac zatvori poklopcem.


Prilog 6. Upute za rad s termostatom Julabo ED

Termostat Julabo predviđen je za zagrijavanje kapljevine/medija u kadi u

temperaturnom području 20 – 100 °C, s postojanošću ±0,1 °C. Radi pri temperaturi

okoline 5 – 40 °C i relativnoj vlažnosti do 50 % pri 40 °C.

NAPOMENA: U kadu se ne smiju ulijevati zapaljive ili nagrizajuće kapljevine, a kao

medij preporuča se isključivo deionizirana voda.

NAPOMENA: Nikad ne paliti termostat ako kada nije puna kapljevine.

Termostat se uključuje na prekidaču. Digitalni displej pokazuje trenutnu temperaturu

medija (vode). Programirana temperatura se na displeju prikazuje kratkim pritiskom na

strelice prema gore ili dolje. Duljim pritiskom na strelicu zadana temperatura se mijenja.

Da bi se promjena potvrdila, pritisne se tipka ENTER (savijena strelica). Dok termostat

grije, stalno svijetli žuta lampica, a kad počne treptati znači da je postignuta zadana

temperatura.

Kotačićem ispod prekidača može se zadati maksimalna dozvoljena temperatura koju

termostat tijekom rada ne smije prijeći.

NAPOMENA: Ako se zagrijava na temperature iznad 50 °C, treba biti oprezan radi

mogućih opekotina.

U slučaju sljedećih pogrešaka pali se crvena lampica i javlja alarm:

- temperatura u termostatu prelazi maksimalnu dozvoljenu temperaturu,

- u kadi ima premalo kapljevine,

- termostat se nedovoljno puni – moguće curenje crijeva,

- kvar u temperaturnom senzoru termostata.


Dostupne otopine u laboratorijima (Laboratorij fizikalno kemijski i Laboratorij za

membransku obradu voda).

CH3COOH 4 mol dm–3

HCOOH 4 mol dm–3

NaCl

CaCl2

Etanol

1,3-dioksolan

1,4-dioksan

odreĐivanje molne mase metodom victora meyera

Documents