Studia stacjonarne

1 rok gr. IV

Rok akademicki: 2011/2012

semestr 1 - zimowy

Osowski Mikołaj Popłońska Agata Prochera Alicja Raczyński Adrian

Data: 24.11.2011r.

Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu

Sprawozdanie

Z ĆWICZEŃ

Laboratorium badawcze

Kierunek:

Inżynieria Naftowa i Gazownicza

Przedmiot:

Ochrona Środowiska w górnictwie naftowym

Temat: Usuwanie barwy ścieku metodą adsorpcji na węglu aktywnym.

Wstęp:

Adsorpcja – jest to zagęszczenie substancji na powierzchni ciała stałego lub w jego objętości mikroporów wskutek działania sił przyciągania. W procesie adsorpcji uczestniczą co najmniej dwa składniki: ciało, na którego powierzchni lub w objętości jego porów następuje zagęszczenie substancji, nazywane adsorbentem i substancja zaadsorbowana, którą nazywa się adsorbatem. W zależności od rodzaju oddziaływań pomiędzy adsorbentem, a adsorbowanymi cząsteczkami rozróżnia się adsorbcję fizyczną i adsorbcję chemiczną:

a) fizyczna - pomiędzy adsorbentem i adsorbatem występują słabe oddziaływania międzycząsteczkowe , czyli siły van der Waalsa. Ciepło adsorpcji fizycznej zbliżone jest do ciepła kondensacji adsorbatu i nie przekracza zwykle 40-50 kJ/mol. Adsorpcja fizyczna jest na ogół procesem odwracalnym i przebiegającym stosunkowo szybko. Na powierzchni adsorbentu może powstać więcej niż jedna warstwa zaadsorbowanych cząsteczek.

b) chemiczna - przy adsorpcji chemicznej występuje tylko jedna warstwa zaadsorbowanych cząsteczek. Adsorpcja chemiczna wymaga zazwyczaj dość wysokiej energii aktywacji i jest procesem stosunkowo powolnym. Szybkość jej może być zwiększona przez podwyższenie temperatury. Ciepło adsorpcji jest tego samego rzędu co ciepło reakcji chemicznych i zazwyczaj przyjmuje wartości kilkudziesięciu kilodżuli na mol. Maleje ono w miarę wzrostu stopnia pokrycia powierzchni adsorbenta.

Najczęściej stosowanymi adsorbentami są: żele kwasu krzemowego, węgle aktywne, aktywny tlenek glinu oraz zeolity.

Węgle aktywne (porowate adsorbenty węglowe) otrzymuje się z różnego rodzaju surowców takich jak: torf, węgiel brunatny i kamienny, antracyt, materiał drzewny. W produkcji węgli aktywnych stosuje się również substancje pochodzenia zwierzęcego, np. kości. Ze skorup kokosowych i innych orzechów oraz z pestek owoców produkowane są węgle odznaczające się znaczną wytrzymałością mechaniczną. Wytwarzanie węgla aktywnego polega na poddaniu surowca obróbce termicznej bez dostępu powietrza, wskutek czego uchodzą z niego części lotne (wilgoć, częściowo żywice). Następnie w celu uzyskania porowatej struktury, przeprowadza się aktywację gazem lub obróbkę cieplną. Kształt oraz wymiary porów są różne i zależą od surowca, z jakiego produkowany jest adsorbent, a także od sposobu jego otrzymywania. Powierzchnia węgla aktywnego jest elektroobojętna, dlatego adsorpcję na węglach aktywnych określają w zasadzie siły oddziaływań dyspersyjnych. O przydatności węgli aktywnych w procesie adsorpcji decydują ich następujące cechy: pojemność adsorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej, wielkość porów i ich rozkład. Chemiczna natura powierzchni i uziarnienie. Zużyty węgiel aktywny poddaje się regeneracji termicznej lub chemicznej.

Przebieg ćwiczenia:

1) Mierzymy długość fali dla absorbancji w roztworze 1%.

• Długość fali dla absorbancji roztworu 1% wynosi 714 nm.

2) Przygotowujemy w 5 kolbach roztwory o odpowiednim stężeniu 0,75%; 0,6%; 0,5%; 0,3% i 02%.

3) Określamy wartość absorbancji dla wcześniej przygotowanych roztworów oraz wykreślamy krzywą wzorcową dla długości fali równej 714 nm.

• roztwór 0,75% - 0,751

• roztwór 0,6% - 0,626

• roztwór 0,5% - 0,509

• roztwór 0,3% - 0,329

• roztwór 0,2% - 0,210

4) Odmierzamy 2g węgla aktywnego na wadze i dodajemy go do 3 kolb. Następnie do każdej kolby dodajemy przygotowany roztworów: 0,75%; 0,6% i 0,5%. Powstałe roztwory wytrząsamy przez 25 minut, z przerwą ok. 8 min między wytrząsaniem następnego roztworu.

5) Po wytrzaśnięciu roztworów zanosimy próbki do prasy, w celu odfiltrowania.

6) Ponownie mierzymy absorbancję.

• roztwór 0,75% - 0,451

• roztwór 0,6% - 0,260

• roztwór 0,5% - 0,208

Opracowanie wyników:

1) Zgodnie z definicją stężenia procentowego: w roztworze o stężeniu x % – 100 cm³ – x g substancji, dlatego:

• 0,75 % – 100 cm³ – 0,75 g

• 0,6 % – 100 cm³ – 0,6 g

• 0,5 % – 100 cm³ – 0,5 g

2) Obliczamy stężenie roztworu po sorpcji na podstawie otrzymanych wyników absorbancji.

0,75 % – 100 cm³ – 0,75 g

po odprasowaniu: 0,451 % – 100 cm³ – 0,451 g

0,6 % – 100 cm³ – 0,6 g

po odprasowaniu: 0,260 % – 100 cm³ – 0,260 g

0,5 % – 100 cm³ – 0,5 g

po odprasowaniu: 0,208 % – 100 cm³ – 0,208 g

3) Obliczamy masę substancji zaadsorbowanej z różnicy pomiędzy zawartością substancji przed i po sorpcji.

• roztwór 0,75 %: 0,75 g – 0,451 g = 0,299 g

• roztwór 0,6 %: 0,6 g – 0,260 g = 0,34 g

• roztwór 0,5 %: 0,5 g – 0,208 g = 0, 292 g

4) Obliczamy wartość sorpcji „a”, ze wzoru:

gdzie: m_sz – masa substancji zaadsorbowanej [g]

m_a – masa węgla aktywnego użytego w danym procesie adsorpcji [g]

• roztwór 0,75 %: 0,299 g / 2 g = 0,1495

• roztwór 0,6 %: 0,34 g / 2 g = 0,17

• roztwór 0,5 %: 0, 292 g / 2 g = 0,146

c₀ – stężenie roztworu przed sorpcją

m_s – masa substancji w roztworze przed sorpcją

c_k – stężenie roztworu po sorpcji

m_p – masa substancji po sorpcji

Wnioski:

Węgiel aktywny jest bardzo popularnym adsorbentem, ze względu na jego łatwy sposób otrzymywania i rozpowszechnienie w przemyśle. Duża powierzchnia sorpcyjna powoduje, że proces adsorpcji zachodzi stosunkowo szybko i łatwo. Wartości adsorbancji znacznie zmniejszyły się, co ewidentnie wskazuje na skuteczność metody z użyciem węgla aktywnego.