Определение формы, размеров и плотности кристаллов СaSO3*nH2O

Пипеткой нанесите каплю суспензии на чистое предметное стекло. Рассмотрите содержимое капли под микроскопом при небольшом увеличении (×120). Зарисуйте форму кристалликов и измерьте их размер d, используя измерительный окуляр (не менее 20 измерений). Определите средний размер <d> и доверительный интервал. Примите во внимание, что при общем увеличении микроскопа´120 поворот барабана измерительного окуляра на одно деление соответствует расстоянию в поле зрения, равному 0.00104 мм. Зная оценку v_s и среднего размера кристалликов, оцените их плотность r. В справочниках плотность кристаллогидратов сульфита кальция не приводится, по-видимому, из-за неопределенности их состава (неопределенно содержание воды в кристаллогидрате)

При определении плотности кристалликов используйте формулу Стокса, связывающую воедино скорость оседания одиночной сферической частицы, ее размер, плотность и вязкость жидкости (см. расчетные формулы к задаче 43 из [1]).

Дополнительное задание.

Составьте сводные таблицы условий проведения эксперимента и его результатов

Таблица 5

Итоговые сведения об условиях эксперимента

Дата
Время
Атмосферное давление
Температура воздуха (на улице)
Температура воздуха (в лаборатории)
Относительная влажность (на улице)
Относительная влажность (в лаборатории)
Осадки (дождь, снег)
Направление и скорость ветра (в баллах)
Солнечная активность (из интернета)
Магнитные бури (из интернета)
Раствор Na2SO3 приготовлен (дата)
Раствор CaCl2 приготовлен (дата)
Граница между суспензией СaSO3 и чистым раствором1):

¹⁾ Хорошо различимая, слабо различимая, отсутствует.

Таблица 6

Итоговые сведения о результатах определения v_s и β

	, м/с	b	C суспензии, мг/л
Исходная суспензия
После разбавления
Исходная суспензия (повтор)
После концентрирования

Таблица 7

Результаты измерения размеров кристалликов CaSO₃^. nH₂O

n				...
d

 

d = <d> ± Dd. r = … кг/м³

 

Литература

1. Задачи и вопросы по курсу «Техника защиты окружающей среды». – Обнинск, 1997.

 

Лабораторная работа №3. Адсорбция и ее использование для очистки воды от органических примесей

 

Цель работы. Экспериментальное исследование кинетики адсорбции метилового-оранжевого (МО) активированным углем из водного раствора.

Построение изотермы адсорбции МО из водного раствора на угле при комнатной температуре. Аппроксимация экспериментальных данных двухпараметрической изотермой Лэнгмюра и графическое определение параметров изотермы.

Использование полученных данных для расчета промышленного одноступен­чатого адсорбера периодического действия.

 

Общие сведения

Процесс поглощения какого-либо вещества поверхностью другого называют адсорбцией. Адсорбция является одним из наиболее эффективных физико-химических ме­тодов очистки промышленных сточных вод от вредных органических примесей до норм ПДК в водоемах культурно-бытового и рыбохозяйственного пользования, а также применяется при необходимости рекуперации (повторного использования) адсорбированных веществ. На практике адсорбция используется для очистки сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и т.д. В качестве адсорбентов могут служить все мелкодисперсные пористые материалы, обладающие развитой удельной поверхностью: древесные опилки, зола, торф, глины, коксовая мелочь и т.д. Од­нако наиболее эффективными адсорбентами являются изготавливаемые по особой технологии активные угли разных марок (АГ-3, БАУ, АР-3, СКТ, КАЛ-йодный, КАЛ-молотый). Активные угли являются пористыми материалами, поры которых по своему размеру могут быть подразде­лены на четыре вида: макропоры размером от 1000 до 20000 Å, переходные поры – от 40 до 1000 Å, супермикропоры – от 16 до 40 Å и микропоры – не более 16 Å. Эффективность активных углей обусловливается, главным образом, наличием в них микропор, а также, в определенной степени, и супермикропор.

Характеристиками активных углей являются объем микропор, см³/г; насыпная плотность, кг/м³; механи­ческая прочность (устойчивость к истиранию), %; диаметр зерен, мм; цена и т.д.

Справка: 1 Å = 10^-10 м =10^-4 мкм. Размер молекул воды 3.1 Å.

Теоретические основы процесса адсорбции. Адсорбция – самопроизвольно протекающий процесс, складывающийся из трех стадий:

- перенос вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента путем конвекции и диффузии – внешняя диффузионная область,

- процесс адсорбции на внешней поверхности зерен,

- перенос вещества внутрь зерен по порам – внутридиффузионная область.

Как правило, лимитирующими (ограничивающими скорость процесса) стадиями являются первая или третья, хотя в некоторых случаях процесс может лимитироваться одновременно этими двумя стадиями.

В зависимости от характера взаимодействия адсорбата и адсорбента различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Одной из характеристик адсорбционных свойств адсорбента является изотерма адсорбции, определяющая зависимость статической удельной адсорбции (активности) адсорбента а(Х) от концентрации С(Х) адсорбата Х в условиях равновесия при Т = const: a(X)= f(С(Х)|Т). При адсорбционной очистке сточных вод является важной также кинетика процесса, т.е. скорость адсорбции, от которой зависит выбор технологической схемы, размеры аппаратов.

Процесс адсорбционной очистки сточных вод проводят или при интенсивном перемешивании зерен адсорбента с водой, или при фильтровании сточной воды через неподвижный слой зерен адсорбента. Процесс проводят или периодически, или непрерывно в одну или в несколько ступеней (рис.1). На практике нашла наиболее широкое применение периодическая одноступенчатая ад­сорбция, особенно если адсорбент дешевый или является отходом производства. Более эффективно и при меньшем расходе адсорбента процесс протекает при использовании многоступенчатой адсорбции.

Расход адсорбента при периодическом одноступенчатом процессе определяется уравнением материального баланса

, (1)

Для многоступенчатой адсорбционной установки периодического действия с последовательным введением свежего адсорбента в воду на каждой ступени расчет проводят по формулам:

, (2)

,(3)

, (4)

где m – масса адсорбента, вводимого в воду на каждой из ступеней, кг или г; V – объем сточной воды в смесителе n-ой ступени, л; С₀ и С_n – концентрации адсорбируемого вещества в сточной воде перед очисткой и после очистки в n -ой ступени, мг/л; а – статическая удельная адсорбция, активность адсорбента, мг/г и т.д.; k – коэффициент распределения, определенный из изотермы адсорбции, k = а/С; n – число ступеней (или номер ступени).

Как можно догадаться, при выводе формул (1) – (4) предполагается, что

- на каждой ступени адсорбции достигается равновесие;

- изотерма адсорбции линейна (a = k× C).

Последнее предположение всегда выполняется для приближенно линейного начального участка любой изотермы.

При расчете по формуле (2) определяется концентрация вредного вещества в воде после n -ой ступени. Задаются масса адсорбента m, объем V сточной воды в емкости каждой ступени и число ступеней n, а также С₀ и k.

При расчете по формуле (3) определяется масса адсорбента, вводимого в смеситель каждой из n ступеней. Задаются концентрация вредного вещества C_n после n- ой ступени, объем сточной воды V смесителя каждой ступени, число n ступеней, а также С₀ и k.

При расчете по формуле (4) определяется число ступеней n. Задаются кон­центрация адсорбата С_n в очищенной воде после последней n -ой ступени очистки, доза адсорбента m, вводимого в смеситель каждой ступени установки, а также С₀ и k.

Для исследования динамики адсорбции используются «выходные кривые» (рис.2), которые апроксимируются экспонентой вида:

, (5)

где С(t) – концентрация загрязняющего вещества в растворе к моменту време­ни t при контакте раствора с адсорбентом, мг/л; С* – концентрация загрязняющего вещества в растворе, равновесная с загрязняющим веществом в фазе адсорбента при t ® ¥; a – кинетический коэффициент, 1/с:

, (6)

Каждой концентрации адсорбата в растворе соответствует определенная концентрация адсорбата в фазе адсорбента:

. (7)

При t → ∞ в системе устанавливается равновесие:

, (8)

Для приближенного определения числа ступеней в многоступенчатой адсорб­ционной установке периодического действия можно использовать графический метод (рис.3). Он заключается в построении в координатах (а, С) линии равновесия и рабочих линий для каждой ступени. Линией равновесия является изотерма адсорбции. Рабочие линии строятся по уравнению (7) и показывают зависимость между параметрами а и С на каждой ступени.

На рис.1 показана схема адсорбционной установки непрерывного действия. Схема установки периодического действия такая же, но тогда при расчетах величина скорости подачи угля в смеситель заменятся на m, а объемный расходсточной жидкости L – наобъем смесителя V.