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phil
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  • diplomarbeit/Kapitel_2.tex

    r193 r195  
    1717\subsection{Messergebnisse} 
    1818 
    19 Die gemessenen Konzentration von gelöstem DNAPL in der leichten Phase lagen zwischen $15$ und $50$ g/l. Wobei das Solubilisierungspotential mit steigender Tensidkonzentration leicht abnahm.  
     19Die gemessenen Konzentration von gelöstem DNAPL in der leichten Phase lagen zwischen $15$ g/l und $50$ g/l. Wobei das Solubilisierungspotential mit steigender Tensidkonzentration leicht abnahm.  
    2020 
    21 Dieses wird berechnet, indem  die Masse an gelöster Schwerphase auf die Masse an Tensid bezogen wird: $S=m_{CDS}/m_{Surfactant}$. Im betrachteten Konzentrationsbereich fällt das Solubilisierungspotential  bei Zugabe von Tensid zunächst stark ab um dann abzuflachen. Der Verlauf lässt sich mit der Mizellbildung erklären. So lagern sich zunächst Tensidmoleküle an die Grenzfläche an, senken die Grenzflächenspannung und erhöhen die Solubilisierung sehr rasch. Dieser Effekt wird bereits durch kleinste Mengen eines Emulgators erreicht. Bei erreichen der CMC ändert sich die Oberflächenspannung nicht mehr und eine weitere Solubilisierung wird nur noch durch die Eilagerung in Mizellen erreicht. Da in einer Mizelle die NAPL-Moleküle nicht nur angelagert, sondern komplett von Tensidmolekülen umschlossen werden, sind hier mehr Tensidmoleküle notwendig. Der Verbrauch an Tensid steigt, im Verhältnis zur gelösten Schwerphase. 
     21Dieses wird berechnet, indem  die Masse an gelöster Schwerphase auf die Masse an Tensid bezogen wird: $S=m_{CDS}/m_{Surfactant}$. Im betrachteten Konzentrationsbereich fällt das Solubilisierungspotential  bei Zugabe von Tensid zunächst stark ab um dann abzuflachen. Der Verlauf lässt sich mit der Mizellbildung erklären. So lagern sich zunächst Tensidmoleküle an die Grenzfläche an, senken die Grenzflächenspannung und erhöhen die Solubilisierung sehr rasch. Dieser Effekt wird bereits durch kleinste Mengen eines Emulgators erreicht. Bei erreichen der CMC ändert sich die Oberflächenspannung nicht mehr und eine weitere Solubilisierung wird nur noch durch die Eilagerung in Mizellen erreicht. Da in einer Mizelle die NAPL-Moleküle nicht nur angelagert, sondern komplett von Tensidmolekülen umschlossen werden, sind hier mehr Tensidmoleküle notwendig. Der Verbrauch an Tensid steigt im Verhältnis zur gelösten Schwerphase. 
    2222 
    2323Die gemessene Oberflächenspannung fällt zunächst steil ab um dann auf einem konstanten Niveau zu bleiben. Sie lag für die Kontrollproben ohne Tensid bei $65$ mN/m, für alle anderen Proben  bei $40$ mN/m. %Dies erklärt sich so, dass bei erreichen der CMC sämtliche Grenzflächen mit Tensidmolekülen besetzt sind und sich die Tensidmoleküle in den thermodynamisch nächstgünstigsten Zustand begeben. Sie lagern sich im inneren des Lösemittels zu Mizellen zusammen. Die Grenzflächen bleiben unverändert, also bleibt die Grenz-/ bzw Oberflächenspannung konstant mit erreichen der CMC. 
    24 Wie beschrieben ist dies ein Effekt der bei Überschreiten der CMC auftritt.  
     24Wie beschrieben ist dies ein Effekt der bei Überschreiten der CMC auftritt. Die Differenz der Oberflächenspannung der Kontrollproben zur Oberflächenspannung von Wasser ($72,5$ mN/m) wird verursacht durch die geringen Menge an gelöstem CS$_2$. Dieses löst sich in reinem Wasser zu 2 g/L. Wobei die Löslichkeit durch das bivalente Salt Calciumchlorid leicht erhöht sein kann. 
    2525 
    2626Die Dichte war für alle Proben nur gering erhöht mit $1,02$ bis $1,03$ g/ml. Ebenso die Viskosität, die mit steigender Tensidkonzentration anstieg und ihr Maximum bei $1,6 m^{2}/s$ erreichte. 
    …… 
    4747\subsection{Messergebnisse} 
    4848 
    49 Die ermittelte Konzentration an gelöster Schwerphase erreichte ein Maximum bei einer Tensidkonzentration von rund $4\%$. Das maximale Solubilisierungspotential wurde bei $5\%$ Tensid erreicht. Allerding stieg die Viskosität ab 3\% Tensid an und überschritt war bei 5\% Tensid bereits bei  $5 m^{2}/s$. Oberhalb von $5 \% $Tensid stieg die Viskosität stark an, auf Werte über $40 m^{2}/s$. In diesen Bereichen war mit dem verwendeten Ubbelohde-Viskosimeter (Kappillare $20 µm$ ) kaum noch eine Messung durchführbar. Ein Messdurchgang dauerte hier zehn Minuten. Eine Mehrfachbestimmung der selben Probe war nicht möglich, da sich die Probe nicht ohne starkes Aufschäumen in die Kapillare drücken ließ. Aufgrund des beobachteten Fließverhaltens ist anzunehmen, dass hier keine Newtonsche Flüssigkeit mehr vorliegt. Somit sind die Messwerte bei hohen Tensidkonzentrationen sehr wahrscheinlich überbewertet.  Sie dürften aber dennoch sehr hoch liegen. 
     49Die ermittelte Konzentration an gelöster Schwerphase erreichte ein Maximum bei einer Tensidkonzentration von rund $5\%$. Das maximale Solubilisierungspotential wurde ebenfalls bei $5\%$ Tensid erreicht. Allerding stieg die Viskosität ab 3\% Tensid an und überschritt  bei 5\% Tensid bereits  $5 m^{2}/s$. Oberhalb von $5 \% $Tensid stieg die Viskosität stark an, auf Werte über $40 m^{2}/s$. In diesen Bereichen war mit dem verwendeten Ubbelohde-Viskosimeter (Kappillare $20 µm$ ) kaum noch eine Messung durchführbar. Ein Messdurchgang dauerte hier zehn Minuten. Eine Mehrfachbestimmung der selben Probe war nicht möglich, da sich die Probe nicht ohne starkes Aufschäumen in die Kapillare drücken ließ. Aufgrund des beobachteten Fließverhaltens ist anzunehmen, dass hier keine Newtonsche Flüssigkeit mehr vorliegt. Somit sind die Messwerte bei hohen Tensidkonzentrationen sehr wahrscheinlich überbewertet.  Sie dürften aber dennoch sehr hoch liegen. 
    5050 
    51 Die Oberflächenspannung lag für alle Tensid enthaltenden Proben  konstant bei $35 mN/m$, nur die Referenzproben ohne Tensid lagen über $60 mN/m$.  Das entspricht auch den Messwerten aus der CMC-Reihe.  
     51Die Oberflächenspannung lag für alle Tensid enthaltenden Proben  konstant bei $35 mN/m$, nur die Referenzproben ohne Tensid lagen über $60 mN/m$.  Das entspricht etwa den Messwerten aus der CMC-Reihe.  
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    5353Die Dichte stieg ab einer Tensidkonzentration von $2 \%$ an, bis auf Werte von $1,1 g/L$. Die Dichte und damit auch die Masse an gelöster Schwerphase war also deutlich erhöht. 
    …… 
    8383\section{Versuchsreihen zur definition eines Mikroemulsionssystems} 
    8484 
     85\subsection{Aussehen und Stabilität} 
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     87Bei Zugabe von Alkohol, vor allem Hexanol, zum Dreikomponentensystem Wasser-Tensid-CS$_2$, war zu beobachten, wie sich der Alkohol auf der Oberfläche anreicherte statt in die Emulsion einzudringen. Beim Verschütteln bildeten sich zunächst abgeschlossene Tropfen, die sich bevorzugt an der Gefäßwand anlagerten. Erst nach längerem, kräftigen Schütteln lösten sie sich. Abbildung \ref{pic:Hexanol} zeigt ein größeres Volumen Hexanol, das auf der Emulsion aufschwimmt. Dies ist auf die geringe Dichte von Hexanol von $0,82$ g/ml und der relativ geringen Löslichkeit in Wasser von $5,9$ g/L zurückzuführen. 
     88Decanol hat eine extrem niedrige Löslichkeit in Wasser von $37$ mg/L. Beim zutropfen sammelte es sich ebenfalls an der Oberfläche, wo es sich direkt rötlich färbte und das CS$_2$ förmlich aus der Lösung zu ziehen schien. Isopropanol vermischte sich problemlos mit der Emulsion und führte zur entstehung einer deulich ausgeprägten rosa gefärbten Mittelphase, wie auch Lutensol ON$60$ und Igepal CO-630 und in geringem Maße PEG. 
     89 
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     91\subsection{Messergebnisse} 
     92\subsection{Zusammenfassung und Bewertung} 
     93 
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     96 
    8597\begin{figure} 
    8698\centering