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phil
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  • diplomarbeit/Ausarbeitung.tex

    r119 r140  
    1010\usepackage[ngerman]{babel} 
    1111\usepackage[T1]{fontenc} 
     12\usepackage{prettyref} 
     13\usepackage{titleref} %Kapitel zitieren mit Überschrift 
    1214 
    1315\newcommand{\machverz}{1} % erzeuge Verzeichnisse (ToC,LoF,LoT,LoL,Idx) ? 

  • diplomarbeit/Kapitel_1.tex

    r139 r140  
    44\section{Eruierung der Ergebnisse aus vorangegangenen Versuchen} 
    55 
    6 Im Vorfeld dieser Arbeit wurden bereits Batchversuche durchgeführt. Mittels dieser wurde das Tensid $Brij97$ wegen seiner sehr guten Solubilisierungseigenschaften für den vorliegenden DNAPL und der geringen Querempfindlichkeit gegen Fremdionen aus fünfzehn getesteten anionischen und nichtionische Tensiden ausgewählt. Um die dort bestimmten Messergebnisse abzusichern und zu erweitern, wurden zwei weitere Batchreihen mit dem ausgewählten Tensid durchgeführt. Hier ging es nun zum Einen darum einen großen Konzentrationsspanne abzudecken (\ref{subsec:grosse}). Zum Anderen wurde der Konzentrationsbereich rund um die kritische Mizellkonzentration (CMC-critical micell concentration) genauer betrachtet(\ref{subsec:kleine}). Bei beiden Messreihen wurde eine Dreifachbestimmung durchgeführt und die erhaltenen Messwerte mit denen aus älteren Versuchen verglichen. 
     6Im Vorfeld dieser Arbeit wurden bereits Batchversuche durchgeführt. Mittels dieser wurde das Tensid $Brij97$ wegen seiner sehr guten Solubilisierungseigenschaften für den vorliegenden DNAPL und der geringen Querempfindlichkeit gegen Fremdionen aus fünfzehn getesteten anionischen und nichtionische Tensiden ausgewählt. Um die dort bestimmten Messergebnisse abzusichern und zu erweitern, wurden zwei weitere Batchreihen mit dem ausgewählten Tensid durchgeführt. Hier ging es nun zum Einen darum einen großen Konzentrationsspanne abzudecken (vgl. Kapitel \ref{subsec:grosse}). Zum Anderen wurde der Konzentrationsbereich rund um die kritische Mizellkonzentration (CMC-critical micell concentration) genauer betrachtet(vgl. Kapitel \ref{subsec:kleine}). Bei beiden Messreihen wurde eine Dreifachbestimmung durchgeführt und die erhaltenen Messwerte mit denen aus älteren Versuchen verglichen. 
    77 
    88\subsection{Vorgehen} 
    …… 
    5858 
    5959Cotenside %welche Eigenschaften müssen sie haben, was/wie genau wirken sie? 
     60sollten sich allgemein besser als das Haupttensid in der Ölphase lösen, also einen etwas kleineren HLB haben.  
    6061 
    6162 
    …… 
    7778In der Literatur besteht Uneinigkeit darüber, ob die Reihenfolge der Komponentenzugabe bei der Erstellung einer Mikroemulsion eine Rolle spielt oder nicht. Da die erste Versuchsreihe nicht den gewünschten Erfolg zeigte, wurde daher der Prozess geändert. Es wurde zunächst ein Dreikomponentensystem aus Tensid, Wasser und Cotensid/Linker hergestellt und dann das CS2 zugegeben. Die Überlegung hierbei war, möglichst bereits ein Mikroemulsionssystem zu erzeugen, welches dann die weitere hydrophobe Komponente aufnehmen kann. Auch einer verminderte Eindringung des Linkers in die schon bestehenden Mizellen durch Abschirmwirkung des Tenisids sollte so entgegengewirkt werden. 
    7879 
    79 In wiederum acht Vials wurde die zweiprozentige Tensidstammlösung vorgelegt. Der Linker bzw das  Cotensid wurde langsam zugetropft und die Lösung immer wieder durch Schütteln vermischt. Dabei wurde darauf geachtet, ob sich eine leichte Trübung einstellte. Diese ist ein Zeichen dafür, dass eine Makromolekulsre Emulsion entsteht, oder die Löslichkeit der Komponenten inneinander überschritten wird. An diesem Punkt muss wieder Tensidlösung zugegeben werden, um ins Mikroemulsionsystem zurückzugelangen. %Das macht aber nur Sinn wenn echt MO vorliegt, sonst tut das net 
     80In wiederum acht Vials wurde die zweiprozentige Tensidstammlösung vorgelegt. Der Linker bzw das  Cotensid wurde langsam zugetropft und die Lösung immer wieder durch Schütteln vermischt. Dabei wurde darauf geachtet, ob sich eine leichte Trübung einstellte. Diese ist ein Zeichen dafür, dass entweder eine makromolekulare Emulsion entsteht, oder die Löslichkeit der Komponenten inneinander überschritten wird. An diesem Punkt muss wieder Tensidlösung zugegeben werden, um ins Mikroemulsionsystem zurückzugelangen. %Das macht aber nur Sinn wenn echt MO vorliegt, sonst tut das net 
    8081Eine solche Trübung stellte sich nur bei den beiden langkettigen Alkoholen ein. Alle anderen Lösungen blieben auch bei mehr als $10\%$ Linker noch klar, sodass die Zugabe abgebrochen wurde. 
    8182Zu der Dreikomponentenmischung wurde das CS2 unter mehrmaligem verschütteln zugetropft. Das CS2 sollte sich vollständig lösen, maximal wurden jedoch $50\%$ zugegeben. 

  • diplomarbeit/Kapitel_3.tex

    r134 r140  
    22\label{Material} 
    33 
    4 Um das Phasenverhalten der Emulsion unter realistischeren Bedingungen zu untersuchen, wurden Versuche mit einer eindimensionalen Strömung im porösen Medium durchgeführt. Hierzu wurden Glassäulen Sand gepackt und ein künstlicher Sanierungsfall kreiert. Durch eine Tensidspülung sollte die Verunreinigung beseitigt werden. 
     4Um das Phasenverhalten der tensidstabilisierten Emulsion unter realistischeren Bedingungen zu untersuchen, wurden Versuche mit einer eindimensionalen Strömung im porösen Medium durchgeführt. Hierzu wurden Glassäulen mit Sand gepackt und ein künstlicher Sanierungsfall erzeugt. Durch eine Tensidspülung sollte die Verunreinigung beseitigt werden. 
    55 
    6 Durch die Versuche sollte zum einen gezeigt werden, wie Effizient die Tensidspülung ist. Zum anderen sollte die Gefahr einer vertikalen Mobilisierung untersucht werden. Hierzu wurden x Säulenexperimente durchgeführt, wobei bis zu vier Säulen gleichzeitig betrieben werden konnten. Die einzelnen Versuchsreihen unterschieden sich im verwendeten Sand der Tensidkonzentration, sowie der Fließrate. 
     6Durch die Versuche sollte zum einen gezeigt werden, wie Effizient die Tensidspülung ist. Zum anderen sollte die Gefahr einer vertikalen Mobilisierung untersucht werden. Hierzu wurden fünf Säulenexperimente durchgeführt, wobei bis zu vier Säulen gleichzeitig betrieben werden konnten. Die einzelnen Versuchsreihen unterschieden sich im verwendeten Sand der Tensidkonzentration, sowie der Fließrate. 
    77 
    88 
    …… 
    1616 
    1717%hier soll ein Photo und eine Exeltabelle zur beschreibung hin 
    18 Die verwendeten Glassäulen hatten einen Innendurchmesser von xx und waren xx lang.  
     18Die verwendeten Glassäulen hatten einen Innendurchmesser von xx und waren xx lang. Die Verwendung von Glas als Säulenmaterial ermöglicht die optische Überwachung der Strömung. Eigenschaften wie z.B. "Fingering" und Mobilisation können leicht erkannt und photografisch dokumentiert werden. 
     19Das weitere Säulenzubehör ist in Abbildung % Foto Säule  
     20vollständig für eine Säule zu sehen und in Tabelle %Tabelle bla bla 
     21aufgeführt. 
    1922%Einzelteile beschreiben und ihre Funktion  
    2023%Beschreiben wie man die Säule zusammenbaut 
    …… 
    2326\section{Poröses Medium} 
    2427 
    25 Es wurden zwei Sande der Firma Dorfner als poröses Medium verwendet. Diese wurden zunächst noch aufbereitet. Um  
    26 Feinanteile die eventuell durch den Transport entstehen können, sowie grobe Anteile und sonstige Verunreinigungen zu  
    27 entfernen wurde der Sand gesiebt, gewaschen und getrocknet.  
     28Es wurden zwei Sande der Firma Dorfner als poröses Medium verwendet. Diese wurden vor dem Einbau noch weiter aufbereitet.  Um Feinanteile die durch den Transport entstehen können, sowie gröbere Anteile und sonstige Verunreinigungen zu entfernen wurde der Sand gesiebt, gewaschen und getrocknet.  
    2829Der Mittelsand (Dorfner Dorsilit No.$8$) wurde mit Sieben der Maschenweite xxx sowie yyy gesiebt. Für den Feinsand  
    2930(Dorfner GEBA) wurden Siebe der Maschanweite zzz und aaa verwendet.  
    …… 
    4950Die Porosität n ergibt sich als: $n=1-\frac{\rho}{\rho_0}$. Wobei $\rho_0$ die Reindichte von Quarzsand ist. 
    5051 
    51 Die fertig gepackten Säulen wurden einer Dichtigkeitskontrolle unterzogen. Dazu wurden der obere Ausslass verschlossen und die Säule von unten mit einer Stickstoffleitung verbunden. Es wurde ein Druck von $200 mba$ angelegt und fünf Minuten gewartet, um diesen Druck in der Säule zu gewährleisten. Dann wurde ein Lecksuchspray auf alle kritischen Stellen aufgebracht und beobachtet ob sich Blasen bildeten. 
     52Die fertig gepackten Säulen wurden einer Dichtigkeitskontrolle unterzogen. Dazu wurden der obere Ausslass verschlossen und die Säule von unten mit einer Stickstoffleitung verbunden. Es wurde ein Druck von $200 mbar$ angelegt und fünf Minuten gewartet, um diesen Druck in der Säule zu gewährleisten. Dann wurde ein Lecksuchspray auf alle kritischen Stellen aufgebracht und beobachtet ob sich Blasen bildeten. 
    5253 
    5354\section{Aufsättigen der Säulen} 
    …… 
    5758Die mit Sand gepackten verschlossenen Säulen wurden Zehn Minuten lang mit Kohlendiioxid ($CO_2$) gespült. Hierzu wurde 
    5859eine Druckflasche von unten an die Säule angeschlossen und die obere Verschlusskappe nur locker verschraubt, so dass die Luft 
    59 nach oben entweichen konnte. An der Flasche wurde ein Vordruck von $0,3mbar$ eingestellt und die Säule mindestens 10 min  
     60nach oben entweichen konnte. An der Flasche wurde ein Vordruck von $0,3bar$ eingestellt und die Säule mindestens 10 min  
    6061durchströmt. Dies dient dazu die Luft aus der Säule zu entfernen und durch das besser Wasserlösliche $CO_2$ zu ersetzten 
    6162und so störenden Luftblasen in der Säule vorzubeugen. 
    …… 
    8485befüllt. Dabei wurde  mindestens ein Porenvolumen in die Säule gepumpt mit einer Fließrate von 3ml/min. 
    8586Anschließend wurde mit drei bis vier Porenvolumen Wasser nachgespült. Dabei wurde sowohl aufwärts, als auch abwärts  
    86 gespült. Dadurch sollte überschüssiger DNAPL aus der Säule entfernt werden. Der Vorgang wurde beendet, sobald sich keine zusmmengelagerten Tropfen der Schwerphase mehr in der Leitung hinter der Säule befanden.  
     87gespült. Dadurch sollte überschüssiger DNAPL aus der Säule entfernt werden. Der Vorgang wurde beendet, sobald sich keine zusammengelagerten Tropfen der Schwerphase mehr in der Leitung hinter der Säule befanden.  
    8788Die Restsättigung in der Säule wurde durch eine Massenbilanzierung bestimmt. Die Auffangflaschen wurden gewogen, die  
    8889Schwerphase entfernt und wieder gewogen. Das Volumen in der Säule nach dem Aufsättigen wurde wie folgt ermittelt:  
    …… 
    9596Waagen für Vorratsflaschen um den tatsächlichen Fluss zu bestimmen. 
    9697 
    97 Auffangflaschen mit PTFE-SChraubverschluss mit Schlauchdurchführung (TT, Omnifit??) 
     98Auffangflaschen mit PTFE-Schraubverschluss mit Schlauchdurchführung (TT, Omnifit??) 
    9899 
    99100Nadelventile (??) für kontrollierten Druckabfall nach der Säule.  
    …… 
    102103Das Umschalten auf Wasser erfolgte erst nach dem keine weiße Emulsion mehr in der Säule Sichtbar war und die Aufgefangene Flüssigkein in den Flaschen nicht mehr getrübt war.  
    103104 
     105Um Versuche bei niedrigerer Fließrate fahren zu können und dabei Unterbrechungen zu vermeiden, wurde für weitere Versuche eine automatisierte Umschaltung eingeführt. Mit einem  Schrittmotor wurde zu vorprogramierten Zeiten zwischen acht möglichen Ventilstellungen umgeschalten. Kleine Fraktionen bis $60 ml$ wurden in Vials mit passenden, den ??-Deckeln nachgebauten Schraubkappen aufgefangen. De kleinen Flaschen gectalten den Aufbau mit insgesamt $32$ Schläuchen übersichtlicher und verringern die Verluste durch ausdampfen, aufgrund des hier kleinen Luftraums. 
     106 
     107 
    104108Messgrößen 
    105 Konzentration (HPLC) 
    106 Dichte 
    107 Oberflächenspannung 
     109 
     110Die Konzentration  an $CS_2$ wurde mittels HPLC bestimmt und mittels UV(-VIS)-Detektor bei $210 nm$ bzw $315 nm$ gemessen, abhängig von der Konzentration. Zur Auswertung standen vier Methoden mit unterschiedlichen Kalibrierungen zur Verfügung, um Messungenauigkeiten hier gering zu halten. Proben mit einer Konzentration am Randbereich einer Kalibrierung wurden außerdem noch der zweiten passenden Methode gemessen. Die Proben wurden unmittelbar vor der Messung mit $1/100$ in Methanol verdünnt. Falls Makroemulsion gemessen werden sollte, wurden die Probe in zwei Schritten verdünnt. Im ersten Schritt wurden $2 ml$ in $20 ml$ Methanol gelöst und daraus wiederum $1/10$ weiterverdünnt. 
     111 
     112Die Dichte wurde durch Wägung eines definierten Volumens für alle Proben bestimmt. Kleine Gläschen wurden mit einem Gummistopfen versehen und gewogen. Dann wurden mittels einer Gasdichten Spritze $2,5 ml$ Probe zugegeben und wieder gewogen. Aus der Massendiverenz geteilt durch das zugegebene Volumen ergibt sich die Dichte der Probe. 
     113 
     114Die Oberflächenspannung (OFS) wurde mittels einem Blasendrucktensiometer durchgeführt. Im Verwendeten "Fast-Scan-Modus" des Geräts dauerte die Messung bis zu zehn Minuten, daher wurden nicht alle Proben gemessen. Die Messung erfolgte parallel zum Versuch da sie darüber aufschluss gibt, wann die maximal gelöste Konzentration (niedrigste OFS) vorliegt und wann die Sanierung beendet ist (OFS entspricht der von Wasser: $72,75 mN/m$). 
    108115Druck: Druckaufnehmer (Sitrans-P DS$3$, Siemens, Karlsruhe) wurden über T-Stücke (Swagelog) an die Zu- und Ausleitung der Säulen angeschlossen um die Druckunterschiede in der Säule bei Änderung des Fluids zu messen. Kalibrierung über Piezometer. Simatic PDM. HART.