Changeset 88
- Timestamp:
- 05/24/11 22:17:40 (14 years ago)
- Files:
-
- studiarbeit/Ausarbeitung.bbl (modified) (4 diffs)
- studiarbeit/Ausarbeitung.tex (modified) (3 diffs)
- studiarbeit/Theoretische.tex (modified) (10 diffs)
- studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex (modified) (7 diffs)
- studiarbeit/biblio.bib (modified) (1 diff)
Legend:
- Unmodified
- Added
- Removed
- Modified
- Copied
- Moved
studiarbeit/Ausarbeitung.bbl
r83 r88 1 \begin{thebibliography}{ {Der}94}1 \begin{thebibliography}{Mem07} 2 2 3 3 \bibitem[{Ber}]{Aha} … … 18 18 \newblock {\em Journal of Contaminant Hydrology 71 (2004)}, (71):27--45, 2004. 19 19 20 \bibitem[{Der}94]{Young}21 {Derek R. Young}.22 \newblock Salt precipitation for proteins: Introduction to biochemical23 engineering, 1994.24 25 20 \bibitem[DH]{Danzer} 26 21 J{\"o}rg Danzer and Mike Herbert. … … 40 35 for napl remediation. 41 36 \newblock {\em Ground Water Monitoting Remediation}, pages 94--102. 37 38 \bibitem[{Han}]{Stupp} 39 {Hans Dieter Stupp}. 40 \newblock Dnapl in boden und grundwasser verhalten von lckw und pak-{\"o}len. 42 41 43 42 \bibitem[Hed04]{Hedinger} … … 72 71 \newblock Sicherheitsdatenblatt cs2. 73 72 \newblock 2011. 74 75 \bibitem[{Nei}08]{Saunders}76 {Neil Saunders}.77 \newblock What is the mechanism of 'salting-out' or 'salting in', Sun Apr 1378 18:04:09 2008.79 73 80 74 \bibitem[Pro]{EPA} studiarbeit/Ausarbeitung.tex
r83 r88 47 47 \include{Einführung} 48 48 \include{Theoretische} 49 \include{Experimentelle}49 %\include{Experimentelle} 50 50 \include{Versuchsbeschreibung} 51 \include{Ergebnisse} 51 52 52 53 %%%\appendix … … 55 56 %%\include{chap.app.formulae} 56 57 57 58 \backmatter 58 59 59 60 \include{bib} … … 75 76 \nocite{Lachler} 76 77 \nocite{Memminger} 77 %\nocite{Stupp}78 %\nocite{Saunders} 79 %\nocite{Young} 78 \nocite{Stupp} 79 80 80 81 81 82 %%\include{chap.glossar} studiarbeit/Theoretische.tex
r87 r88 1 \chapter{Theoretische Grundlagen} 2 \label{Theoretische Grundlagen} 3 4 \section{Grundwasserkontaminationen} 1 \chapter{Grundlagen} 2 \label{Grundlagen} 3 4 \section{Theoretische Grundlagen} 5 6 \subsection{Grundwasserkontaminationen} 5 7 6 8 Unterschieden nach der Art des Eintrags von Kontaminationen in Boden und Grundwasser können diese … … 63 65 64 66 65 \s ection {Sanierungsverfahren}67 \subsection {Sanierungsverfahren} 66 68 67 69 Das Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) nennt in § 2 Abs. 7 zur Sanierung technischer Natur Maßnahmen … … 90 92 Schadstoff im Untergrund entfernt oder unschädlich gemacht. 91 93 92 \subs ection {Ex-Situ-Verfahren}94 \subsubsection {Ex-Situ-Verfahren} 93 95 94 96 Ex-Situ-Verfahren sind nur dann geeignet, wenn eine eher kleinräumige und oberflächennahe … … 99 101 100 102 101 \subs ection {In-Situ-Verfahren}103 \subsubsection {In-Situ-Verfahren} 102 104 103 105 Für Verunreinigungen, die weit in den Boden eingedrungen sind, bereits das Grundwasser verunreinigt … … 121 123 entfernen. 122 124 123 \subs ection{Mobilisierung und Solubilisierung}125 \subsubsection{Mobilisierung und Solubilisierung} 124 126 125 127 Mobilisiert wird ein Schadstoff dann, wenn die Grenzflächenspannung zwischen Schadstoff und Wasser … … 156 158 %folgend in tiefere Schichten absinkt. (Altlastenforum) 157 159 158 \subs ection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme}160 \subsubsection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme} 159 161 160 162 Das Drei-Komponenten-System Wasser-NAPL-Tensid bildet bei niedrigen Tensidkonzentrationen zwei … … 229 231 230 232 231 \s ection{Tenside}233 \subsection{Tenside} 232 234 233 235 Tenside zeichnen sich durch charakteristische Eigenschaften aus. Die wichtigste ist, dass sie … … 293 295 294 296 295 \subs ection{Aufbau}297 \subsubsection{Aufbau} 296 298 297 299 Tenside setzen sich aus einem polaren (hydrophilen) und einem unpolaren (hydrophoben) Teil … … 312 314 Häufig ist eine Carboxylatgruppe kombiniert mit einer quartären Ammoniumgruppe. 313 315 314 \subs ection{Einfluss auf die Eigenschaften}316 \subsubsection{Einfluss auf die Eigenschaften} 315 317 316 318 Die Löslichkeit von Tenside wird bei abnehmender Temperatur vom sogenannten Krafft-Punkt bestimmt. … … 354 356 355 357 %\subsektion{Grundwasserchemie} 358 359 \section{Experimentelle Grundlagen} 360 361 \subsection{Batchversuche} 362 363 Batchversuche sind stark vereinfachte Modelle und simulieren die Idealbedingungen für eine 364 bestimmte Reaktion in einem abgeschlossenen System. Die Ansätze erfolgen in einem geschlossenen 365 Gefäß. Externe Einflüsse werden weitgehend ausgeblendet, da nur die einzelnen Chemikalien (hier 366 Tensid, Schadstoff, Wasser und Salz) gemischt werden. Die Mischungsanteile der Ansätze werden 367 während der Gleichgewichtseinstellung der Reaktion nicht verändert und auch die Temperatur wird 368 konstant gehalten. 369 Batchversuche bieten den Vorteil, zunächst alle äußeren Einflüsse auszublenden. So lassen sich 370 komplexe Vorgänge schrittweise betrachten und verstehen. Es können nach und nach verschiedene 371 Einflussgrößen weitgehend unabhängig voneinander untersucht werden. So wurde hier zunächst die 372 allgemeine Eignung verschiedener Tenside untersucht, als zweites die optimale Tensidkonzentration 373 bei ansonsten festen Massenanteilen für ausgewählte Tenside bestimmt und schließlich für ein Tensid 374 der Einfluss der Salinität untersucht. Die Resultate werden zur Auswahl von geeigneten Tensiden zur 375 die Sanierung der Schwefelkohlenstoffkontamination benötigt. Darüber hinaus schaffen sie aber auch 376 eine Grundlage zum Verständnis der bei der Sanierung im Untergrund relevanten Prozesse. 377 Batchversuche stellen die Grundlage für alle weiteren Versuche dar, wenngleich die Ergebnisse die 378 aus Batchversuchen erhalten werden nicht eins zu eins auf die Sanierung eines Grundwasserleiters 379 übertragen werden. Dies liegt daran, dass der Einfluss von Strömung und Grundwasserchemie, sowie 380 die Wechselwirkung mit der Bodenmatrix nicht in Batchversuche dargestellt werden können. Lediglich 381 der Einfluss einer erniedrigten Temperatur lässt sich, mit allerdings entsprechendem Mehraufwand 382 betrachten. Diese weiteren Einflüsse können dann, aufbauend auf das durch die Batchversuche 383 geschaffenen Basiswissen, zum Beispiel mit Säulenversuchen untersucht werden. 384 385 386 \subsection{Material und Chemikalien} 387 388 \subsubsection{Schwefelkohlenstoff} 389 390 Schwefelkohlenstoff mit der Summenformel $CS_2$ und der molaren Masse 76,13 g/mol ist eine farblose 391 Flüssikeit. In Reinform ist sie geruchsneutral, aufgrund von Verunreinigungen jedoch häufig 392 unangenehm richend. Der Schmelzpunkt liegt bei -111,6 °C der Siedepunkt bei 46,5 °C. Der Stoff ist 393 leicht entzündlich und bei einem Volumenanteil in Luft von 1\% - 60\% auch explosiv. Wegen des 394 hohen Dampfdrucks von 398 hPa ist er leicht flüchtig, wobei die Dämpfe schwerer sind als Luft. Die 395 Dichte beträgt 1,264 g/L bei 20°C. Schwefelkohlenstoff gehört zu den DNAPLs. Die maximale 396 Löslichkeit in Wasser ist mit 2,1 g/L bei 20°C sehr gering. 397 398 Schwefelkohlenstoff ist nach dem Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Chemikaliengesetz, 399 ChemG) ein gesundheitsschädlicher und umweltgefährlicher Stoff. %Für den Umgang gelten die R-Sätze 400 R11 - 36, 38 - 48, 23,62,63 und die S-Sätze S16, 33, 36, 37 - 45 der Gefahrstoffverordnung. 401 Nach der Verwaltungsvorschrift wassergefährdenter Stoffe (VwVwS) ist Schwefelkohlenstoff in 402 Kategorie 2, wassergefährdend eingestuft. 403 404 Schwefelkohlenstoff ist giftig, er reizt Haut und Schleimhäute und gilt als 405 fortpflanzungsgefährdend. Die Aufnahme erfolgt leicht über die Atemwege und die Haut. 406 \cite{Merck} 407 Schwefelkohlenstoff ist relativ gut biologisch abbaubar (80\% in 28 Tagen) und aufgrund des eher 408 mäßig hohen $log P_ow$ ist nicht mit einer starken Bioakkumulation, also der Anreicherung im 409 Organismus, zu rechnen. \cite{Hedinger} 410 411 Verwendung findet Schwefelkohlenstoff in großen Mengen in der Herstellung von Cellulosefasern, als 412 Lösemittel für Fette und in der tertiären Erdölförderung. 413 414 \subsubsection{Salze} 415 416 Es wurden zwei unterschiedliche Salze verwendet. Zum einen das bivalente Salz 417 Calciumchlorid($CaCl_2$) und zum anderen das monovalente Salz Natriumchlorid ($NaCl$). 418 419 Die Zugabe von Salz setzt die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Tensid und Wasser herab. 420 Nach der Debye-Hückel-Theorie werden die aktiven Zentren der Tensidmoleküle von den umgekehrt 421 geladenen Ionen umgeben. Dadurch wird deren Ladung gegenüber den Wassermolekülen abgeschirmt. Als 422 Effekt werden weniger Wassermoleküle zur Interaktion mit dem Tensid benötigt. Man sagt, die 423 Aktivität des Lösungsmittels (Wasser) nimmt zu und damit steigt das Lösungsvermögen. Die Theorie 424 sagt weiter, dass der Logarithmus der Löslichkeit proportional der Wurzel der Ionenstärke ist. Das 425 heißt je größer die Ionenstärke, umso mehr wird das Lösungsvermögen gesteigert. %cite\Saunders 426 %cite\Young 427 428 Bei weiter steigender Salzkonzentration kehrt sich der Effekt allerdings um, die Löslichkeit nimmt 429 wieder ab. Dies kann man sich so vorstellen, dass sich keine weiteren Ionen mehr um die Tenside 430 anlagern können und daher verstärkt mit dem Lösungsmittel (Wasser) in Wechselwirkung treten. 431 Dadurch stehen nun weniger ''freie'' Wassermoleküle zur Verfügung und die Aktivität des 432 Lösungsmittels sinkt. Dies kann bis zum Ausfallen der Tensidmoleküle aus der Lösung führen. 433 434 435 Der Bereich in dem die Löslichkeit durch ein Salz beeinflusst werden kann, wird als Salzfenster 436 bezeichet. Die veränderte Löslichkeit lässt sich auch durch die Änderung des HLB-Wertes ausdrücken. 437 Dieser nimmt bei steigender Salzkonzentration ab. Ein niedriger HLB-Wert bedeutet, dass sich das 438 Tensid besser im unpolaren löst. Es bilden sich also mit steigendem Salzgehalt zunehmend inverse 439 Mizellen (siehe Abbildung 3.1). 440 441 \begin{figure}[h] 442 \includegraphics[trim=2.5cm 16cm 0cm 2cm]{bilder/Salzfenster} 443 \caption[Salzfenster]{Salzfenster nach Sabatini, 2000} 444 \end{figure} 445 446 447 448 449 %Initial salting in at low concentrations is explained by the Debye-Huckel theory. Proteins are 450 %surrounded by the salt counter ions (ions of opposite net charge) and this screening results in 451 %decreasing electrostatic free energy of the protein and increasing activity of the solvent, which 452 %in turn, leads to increasing solubility. This theory predicts the logarithm of solubility to be 453 %proportional to the square root of the ionic strength. 454 %http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/PRECIP/precpsalt.html 455 %%In effect, this means that less water molecules are required to interact with the protein surface 456 %and the concentration of "free" water is increased. We say that the "activity" of the water has 457 %increased. The net effect is that the protein becomes more soluble. 458 %%At higher concentrations of salt we see the reverse effect, "salting-out". What's happening now is 459 %that all the binding sites on the protein surface for the salt ions have become occupied and so the 460 %ions begin to interact with the solvent. The concentration of "free" solvent molecules decreases as 461 %they are used to solvate the salt ions. Protein molecules therefore move closer together and begin 462 %to interact with one another via the hydrophobic or charged patches on their surfaces. At some salt 463 %concentration (which depends on the salt and the size/charge characteristics of the protein), the 464 %protein molecules aggregate and come out of solution. 465 %http://www.madsci.org/posts/archives/2008-04/1208150541.Bc.r.html 466 467 \subsubsection{Verwendete Tenside} 468 469 Für ein erstes Screening wurden 15 verschiedene nicht-ionische und anionische Tenside, welche 470 nachfolgend mit den wichtigsten Parametern aufgelistet sind untersuht.Kationische Tenside wurden 471 aufgrund ihres generell geringen Lösungsvermögens und ihrer erhöhten Affinität zur Sorption an 472 negativ geladene Bodenteilchen nicht eingesetzt. 473 474 475 476 %Tabellenüberschrift 477 478 \vspace{12 pt} 479 \noindent 480 %\begin{flushleft} 481 \begin{tabular}{|c|c|l|l|l|l|c|c|} \hline 482 \bf Nr.&\bf CAS&\bf Handelsnahme&\bf Typ&\bf Chemische Klasse&\bf Molmasse&\bf HLB\\ \hline 483 1&301-02-0&Lutensol FSA10&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\ \hline 484 2&9005-00-9&Brij S20&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&314,55&15\\ \hline 485 3&9004-98-2&Brij 98&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&1149,53&15,3\\ \hline 486 4&9002-93-1&Igepal&nicht-ionischðoxylierte Alkylphenole&617&13\\ \hline 487 5&9004-98-2&Brij 97&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&709&12,4\\ \hline 488 6&9004-95-9&Brij 58&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&1124&16\\ \hline 489 7&9005-64-5&Tween 20&nicht-ionisch&Polysorbate&346,46&13,3\\ \hline 490 8&9005-65-6&Tween 80&nicht-ionisch&Polysorbate&604,81&15\\ \hline 491 9&9043-30-5&Uniperol LE&nicht-ionischðoxylieres Öl&-&-\\ \hline 492 10&-&Brij 35&nicht-ionisch&Polysorbate&1198,57&16,9\\ \hline 493 11&-&BASF-Mischung:&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\ 494 &&Lutensol FSA 10 (73\%)&anionisch&dialkylierte Sulfosuccinate&&\\ 495 && Lutensol ON 60 (27\%)&&&&\\ \hline 496 12&151-21-3&Shell Enordet&anionisch&-&-&-\\ \hline 497 13&577-11-7&SDS (Sodiumlaurylsulfate)&anionisch&alkylierte Sulfate&288,4&40\\ \hline 498 14&-&Aerosol AOT (DSSS)&anionisch&Sulfosuccinate&444,56&10,2\\ \hline 499 15&-&Lutensol ON 60&anionisch&dialkylierte Sulfosuccinate&-&-\\ \hline 500 \end{tabular} 501 %\end{flushleft} 502 \vspace{12 pt} 503 504 505 506 507 \subsubsection{Material} 508 509 Die Batchansätze der verschiedenen Versuchsreihen erfolgten in unterschiedlichen Vials aus Klarglas 510 mit jeweils passendem Schraubverschluss mit Mininert-Ventil. Für den ersten Versuch, das Screening 511 der Tenside, wurden 40 ml-Vials mit flachem Boden und einem Durchmesser von rund 26 mm verwendet, 512 die mit insgesamt 20 ml Chemikalien gefüllt wurden. Problematisch war hier zum einen das große 513 Volumen und der somit hohe Chemikalienverbrauch und zum anderen, die geringe Höhe im Verhältnis 514 zum Volumen, wodurch es schwierig war, die Trennung der Phasen exakt zu dokumentieren. Für den 515 zweiten Versuch wurden Vials mit einem Volumen von 25 ml und einem Durchmesser von nur rund einem 516 Zentimeter verwendet. Auch hier trat wieder das Problem auf, das in den nicht vollständig gefüllten 517 Vials ein großer Gasraum vorhanden war. Der flüchtige Schwefelkohlenstoff diffundiert zu einem 518 nicht bekannten Teil in diese Gasphase und verändert so das Phasengleichgewicht. Daher wurden in 519 den weiteren Versuchen noch kleinere Vials mit nur 15 ml Volumen und einem Durchmesser von rund 520 einem Zentimeter verwendet und diese nahezu randvoll befüllt. 521 Für nötige Verdünnungsschritte vor der Konzentrationsbestimmung wurden wieder 40 ml-Vials 522 verwendet. Diese wurden mit einem PTFE-beschichteten Septum und Schraubkappe verschlossen. 523 Die Zugabe der Chemikalien in die Vials und die Probenentnahme wurde mit gasdichten 524 Hamilton-Glasspritzen durchgeführt. Da die Vials entlüftet werden mussten um Überdruck bei der 525 Zugabe des Schwefelkohlenstoffs bzw. Unterdruck bei der Probenahme zu verhindern wurde zusätzlich 526 eine zweite Kanüle mit nur 0,4 mm Durchmesser zur Belüftung verwendet. Um ein Steckenbleiben im 527 Hals der Mininert-Ventile zu verhindern, wurden diese feinen Kanülen vorher mit einem Schleifstein 528 abgerundet. 529 530 531 \subsection{Grundsätzliches Vorgehen und Messmethoden} 532 533 Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und dabei 15 Tenside hinsichtlich 534 ihrer Eignung zur Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff untersucht. 535 Ein erstes Screening, diente einer Vorauswahl. Für die hier ausgesuchten Tenside wurde anschließend 536 der Einfluss der Tensidkonzentration und schließlich der Einfluss von ein- und zweiwertigen 537 Kationen untersucht. 538 539 Das grundsätzliche Vorgehen war immer gleich: Tensid, Salz und Wasser wurden in definierten 540 Massenverhältnissen gemischt und der mit Oil Red angefärbte Schwefelkohlenstoff im Überschuss 541 zugegeben. Die Ansätze wurden gut vermischt und in einem auf 20 °C temperierten Wasserbad bis zur 542 Gleichgewichtseinstellung stehen gelassen. 543 Aus der leichten Phase wurde eine Probe abgenommen und in Methanol im Verhältnis 1/100 verdünnt. 544 Die Auftrennung und Konzentrationsmessung erfolgte mittels HPLC-UV/VIS. Des weiteren wurde die 545 Dichte, die Oberflächenspannung und das Gesamtvolumen der leichten Phase ermittelt. Außerdem wurde 546 das äußere Erscheinungsbild der Proben zu einer ersten optischen Bewertung herangezogen. Dabei 547 wurde die Ausbildung einer Mittelphase, Trübung der leichten Phase und Abgrenzung der entstandenen 548 Phasen zueinander betrachtet. 549 550 \subsubsection{Messmethoden} 551 552 Um beurteilen zu können, wie viel des vorgelegten Schwefelkohlenstoffs in die leichte Phase 553 partitionierte, wurde das Volumen der leichten Phase bestimmt. Hierzu wurden mit einem 554 Höhenanreißer jeweils die Höhe der unteren Phasengrenze (Grenzfläche schwere Phase - leichte Phase) 555 und der oberen Phasengrenze (Grenzfläche leichte Phase - Luft) gemessen. Zudem musste der 556 Durchmesser der Vials bestimmt werden. Dies erfolgte für den ersten Versuch durch abschätzen des 557 Innendurchmesser durch messen des Außendurchmessers der Vials mit einer Schieblehre. Für die 40 558 ml-Vials war dies, aufgrund des relativ großen Durchmessers, hinreichend genau. Die wesentlich 559 schmaleren Vials der weiteren Versuche wurden mit Wasser kalibriert. Das heißt die Vials wurden bis 560 zum Ende der Bodenrundung mit Wasser gefüllt und die Höhe des Wasserspiegels mit dem Höhenanreißer 561 gemessen. Dann wurde ein definiertes Volumen Wasser mit der Mikroliterspritze zugegeben, das Vial 562 zur Dichtekontrolle gewogen, und wieder die Höhe des Wasserspiegels gemessen. Aus der Differenz der 563 gemessenen Höhen und dem zugegeben Volumen lässt sich aus der Formel für das Zylindervolumen der 564 Innendurchmesser der Vials berechnen. Dies wurde mit je drei Vials eines Typs durchgeführt und der 565 Mittelwert der so bestimmten Durchmesser als Kalibrationsergebniss erhalten. 566 Mit dem Durchmesser aus der Kalibrierung und der gemessenen Phasenhöhe kann nun das Volumen der 567 leichten Phase wiederum über die Zylinderformel bestimmt werden. 568 569 570 Die Konzentrationsbestimmung des in der leichten Phase gelösten Schwefelkohlenstoffs wurde mittels 571 Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (engl. High Performance Liquid Chromatography = HPLC) 572 durchgeführt und mittels UV-VIS-Detektor bei einer Wellenlänge von 315 nm detektiert. Aufgrund der 573 hohen Konzentration mussten die Proben verdünnt werden, damit die Messung im lineraren Bereich der 574 HPLC blieb. Um gleichzeitig den Einfluss der Dichtekontraktion zu reduzieren und den Einfluss des 575 Tensids auf die Laufzeit der Messung klein zu halten, wurde um den Faktor 100 mit Methanol 576 verdünnt. 577 578 579 Die Dichte der Proben wurde bestimmt durch wiegen eines definierten Probevolumens. Hierzu wurden 580 3,5 ml-Gläschen mit Gummistopfen zuerst leer gewogen, dann 2 ml der leichten Phase der Probe 581 mittels einer Mikroliterspritze in die Gläschen überführt und wieder gewogen. Aus der 582 Massendifferenz und dem zugegebenen Volumen lässt sich dann die Dichte berechnen: Dichte [g/mL] = 583 Masse [g] / Volumen [ml]. 584 585 586 Die Messung der Oberflächenspannung wurde mit einem Blasendrucktensiometer (BPA-1P, Sinterface) 587 durchgeführt. Das Gerät bietet einen Schnelltest, bei dem innerhalb von rund fünf Minuten eine 588 komplette Messkurve über verschiedene Blasen-Lebensdauern aufgenommen werden kann. Allerdings wurde 589 hier keine komplette Messkurve aufgezeichnet, sondern der Versuch abgebrochen, sobald sich das 590 Messergebnis einem konstanten Wert annäherte. Der zuletzt gemessene, niedrigste Wert wurde dann als 591 Ergebnis vermerkt. 592 593 594 Die Viskosität wurde mit Hilfe eines Mikro-Ubbelohde-Viskosimeters (SI-Analytics) gemessen. 595 Der Aufbau des verwendeten Ubbelohde-Viskosimeters ist in Abbildung \ref{ubbelohde} dargestellt. Die Probe wird 596 über Rohr C eingefüllt und sammelt sich an dessen unterem Ende in einem Vorratsgefäß. Dieses ist über 597 ein U-Rohr mit dem Niveaugefäß (D) verbunden, an das zum einen die Kapillare(I) und zum anderen 598 ein Belüftungsrohr (A) angeschlossen sind. Oberhalb der Kapillare befindet sich das Messgefäß (E). 599 Oberhalb und unterhalb de Messgefäßes befindet sich eine Markierung. Die Probe wird in der Regel 600 durch anlegen eines Unterdruckes an Rohr B in das Messgefäß gesaugt. Dann wird das Belüftungsrohr 601 geöffnet, sodass der Flüssigkeitsfilm unterhalb der Kapillare abreißt, es entsteht das sogenannte 602 hängende Niveau. Die Probe wird durch die Kapillare ablaufen gelassen und die Zeit gestoppt, die 603 die obere Grenzfläche benötigt um den Weg zwischen oberer und unterer Markierung des Messgefäßes 604 zurückzulegen. 605 Der kinematische Viskositätskoeffizient $\nu$ ergibt sich dann aus der Kapillarkonstante k mal der 606 gemessenen Zeit t. 607 Um auch den dynamischen Viskositätskoeffizienten $\eta$ zu erhalten, wird die Dichte $\rho$ der 608 Probe mit dem kinematische Viskositätskoeffizient multipliziert. 609 610 \begin{equation} 611 \nu= k*t=\frac{\eta}{\rho} 612 \end{equation} 613 \vspace{0,5cm} 614 615 Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Schwefelkohlenstoffs, wurde die Flüssigkeit nicht wie normal 616 üblich durch Anlegen eines Unterdruckes an Rohr B nach oben gesaugt, sondern durch Erzeugen eines 617 Überdrucks an Rohr C in das Messgefäß gedrückt. 618 619 %Bild Ubbelohde aus Viskosität Uni-Siegen 620 \begin{figure} 621 \centering 622 \includegraphics[scale=0.55]{bilder/Ubbelohde} 623 \caption[Viskosimeter]{Ubbelohde-Viskosimeter} 624 \label{ubbelohde} 625 \end{figure} 626 627 Zunächst wurde die Kapillarkonstante bestimmt. Hierzu wurden zunächst mehrere Messungen 628 mit bidestilliertem Wasser durchgeführt. Die dynamische Viskosität von Wasser beträgt 1 Pa*s 629 (Pascalsekunde, ebenfalls gebräuchlich ist $Ns/m^2$). 630 Für die Messung wurden rund drei Milliliter Probe benötigt. Die Messung wurde jeweils dreimal 631 wiederholt und der Mittelwert zur Berechnung der Viskosität verwendet. 632 633 Diese Messmethode ist streng genommen nur für Newton'sche Fluide geeignet. Bei Tensiden ist jedoch 634 häufig eine Abhängigkeit der Viskosität von den Scherkräften vorhanden. Da die Tenside hier aber 635 verdünnt in Lösung vorlagen, wurden angenommen, dass sie sich newtoinsch verhalten. 636 637 studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex
r87 r88 2 2 \label{Versuchsbeschreibung} 3 3 4 Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und dabei 15 Tenside hinsichtlich 5 ihrer Eignung zur Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff untersuch. 6 Ein erstes Screening, diente einer Vorauswahl. Für die hier ausgesuchten Tenside wurde anschließend 7 der Einfluss der Tensidkonzentration und schließlich der Einfluss von ein- und zweiwertigen 8 Kationen untersucht. 9 10 Das grundsätzliche Vorgehen war immer gleich: Tensid, Salz und Wasser wurden in definierten 11 Massenverhältnissen gemischt und der mit Oil Red angefärbte Schwefelkohlenstoff im Überschuss 12 zugegeben. Die Ansätze wurden gut vermischt und in einem Wasserbad bis zur 13 Gleichgewichtseinstellung stehen gelassen. 14 Aus der leichten Phase wurde eine Probe abgenommen und in Methanol im Verhältnis 1/100 verdünnt. 15 Die Auftrennung und Konzentrationsmessung erfolgte mittels HPLC-UV/VIS. Des weiteren wurde die 16 Dichte, die Oberflächenspannung und das Gesamtvolumen der leichten Phase ermittelt. Außerdem wurde 17 das äußere Erscheinungsbild der Proben zu einer ersten optischen Bewertung herangezogen. Dabei 18 wurde die Ausbildung einer Mittelphase, Trübung der leichten Phase und Abgrenzung der entstandenen 19 Phasen zueinander betrachtet. 4 20 5 21 6 … … 40 25 wurden die Vials mehrere Tage im Wasserbad stehen gelassen, um eine Trennung der Phasen bzw. ein 41 26 Absetzen der ungelösten Schweranteile zu erreichen. 42 Nach rund einer Woche wurden die Ansätze beprobt und untersucht. Zunächst wurde die Höhe der43 leichten Phase gemessen und daraus das Volumen bestimmt. Dann wurden Proben genommen und mittels44 HPLC-Analyse die Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff bestimmt. Schließlich wurde eine45 weitere Probe genommen um die Dichte und die Oberflächenspannung zu messen.27 Nach rund einer Woche wurden die Ansätze beprobt und untersucht. %Zunächst wurde die Höhe der 28 %leichten Phase gemessen und daraus das Volumen bestimmt. Dann wurden Proben genommen und mittels 29 %HPLC-Analyse die Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff bestimmt. Schließlich wurde eine 30 %weitere Probe genommen um die Dichte und die Oberflächenspannung zu messen. 46 31 47 32 \subsubsection{Herstellen der Salzlösung} … … 116 101 Aufgrund dieser negativen Effekte mit der Calciumchloridlösung wurden diese drei Tenside 117 102 versuchsweise in Natriumchloridlösung gelöst. Doch auch hier traten wieder die selben Effekte auf. 118 SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weiter n Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich103 SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weiteren Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich 119 104 ohne Salz in Reinstwasser angesetzt. 120 105 … … 124 109 15 ml der Tensid-Salzlösungen wurden in 40 ml-Vials pipettiert. Die Vials wurden mit 125 110 Mininert-Ventildeckeln fest verschraubt. Dann wurden jeweils 2,5 ml des angefärbten 126 Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Mi croliterspritze verwendet und das Vial111 Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Mikroliterspritze verwendet und das Vial 127 112 mit einer zweiten dünnen Nadel entlüftet. Durch das Entlüften wird ein Überdruck im Vial vermieden 128 113 und eine verlustarme Überführung des Schwefelkohlenstoffs ermöglicht. … … 172 157 %wurde eine gasdichte 100 µl-Spritze bzw. für die Dichtebestimmung eine 2,5 ml-Spritze verwendet. 173 158 174 \subsection{Ergebnisse} 175 176 \subsubsection{Auswertung der Proben mit 0,2\% Tensid im Ansatz} 177 178 Zum Zeitpunkt der Probenahme, eine Woche nach dem Ansetzen, hatten sich die Phasen teilweise noch 179 nicht eindeutig getrennt. Dies erschwerte die Messung der Phasenhöhe, die zur Ermittlung des 180 Volumens benötigt wurde. Bei Lutensol FSA10 war die leichte Phase noch sehr von trüben Schlieren 181 durchsetzt, so dass die untere Phasengrenze nicht bestimmt werden konnte. Bei Brij 97 war die 182 leichte Phase milchig weiß. Da es nicht sicher war ob die Lösung noch klar werden würde, wurde hier 183 auf die Beprobung verzichtet und abgewartet wie sich die später angesetzte Probe mit 2\% Tensid 184 entwickeln würde. Auch andere Tenside zeigten eine leichte Trübung, die sich allerdings nach unten 185 absetzte. Hier erfolgte die Höhenmessung an der oberen Grenze der Trübung. 186 Wegen der durch die Trübung verursachten Ungenauigkeit bei der Höhenmessung und des durch messen 187 des Außendurchmessers abgeschätzten Innendurchmessers ist die Angabe des Volumens nicht als exakter 188 Wert zu verstehen. 189 190 Die Konzentrationsbestimmung ergab Schwefelkohlenstoffgehalte zwischen 3,91 g/L und 6,52 g/L. Der 191 niedrigste Wert wurde bei der BASF-Tensidmischung, der höchste bei Brij 98 gefunden. Wobei die 192 gemessenen Konzentrationen nur unwesentlich über der Löslichkeit von Schwefelkohlenstoff in reinem 193 Wasser (2 g/L bei 20°C) liegen. 194 195 Die gemessene Dichte der Proben Lagen zwischen 0,997 g/L bei Lutensol FSA10 und 1,084 g/L bei Brij 196 98. Zum Vergleich wurde die Dichte der jeweils für die Ansätze verwendeten Tensid-Salzlösung 197 gemessen. Der Vergleich ergab, dass die Dichte der Proben etwas über der Dichte der zugehörigen 198 Tensid-Salzlösung lag. 199 200 Auch bei der Oberflächenspannung wurden die Proben und die entsprechenden Tensid-Salzlösungen 201 miteinander verglichen. Erwünscht ist eine deutlich Abnahme der Oberflächenspannung in der Probe. 202 Am Besten war das Verhältnis von der Oberflächenspannung von Probe zu Tensid-Lösung bei Brij 58, am 203 schlechtesten bei der BASF-Tensidmischung. Bei der BASF-Tensidmischung lag die Oberflächenspannung 204 in der Probe bei 57,38 mN/m, was im Vergleich sehr hoch ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 205 \ref{tab:V1_0,2} zusammengefasst. 206 207 208 \subsubsection{Auswertung der Proben mit 2\% Tensid im Ansatz} 209 210 Fast alle Proben waren mehr oder weniger trüb, Brij 97 war wieder milchig weiß und blieb auch so, 211 Uniperol EL war leuchtend Gelb aber nicht trüb. 212 Bei der Probenahme für die Konzentrationsmessung wurden die trüben Schlieren bei Lutensol ON 60 so 213 stark aufgewirbelt, dass keine repräsentative Probe mehr zu entnehmen war. Daher wurde hier auf die 214 Konzentrationsbestimmung verzichtet. Die niedrigste $CS_2$- Konzentration wurde mit 4,79 g/L bei 215 der BASF-Tensidmischung gefunden, die höchste mit 103,06 g/L bei Brij 97. Diese Konzentration ist 216 im Vergleich zu den anderen Proben extrem hoch, der Mittelwert aller untersuchter Proben lag bei 217 32,05 g/L. 218 219 Die Dichte der Proben lag zwischen 1,013 g/L und 1,051 g/L. Anders als bei den Proben mit 0,2\% 220 Tensid im Ansatz war die Dichte der Proben hier im Durchschnitt etwas niedriger als die Dichte der 221 zugehörigen Tensid-Salzlösungen. 222 223 Beim Vergleich der Oberflächenspannung von Proben und Tensidlösungen wurde der niedrigste Wert für 224 Brij S20 ermittelt, gefolgt von Brij 98 und Uniperol EL. Auffällig war, dass die 225 Oberflächenspannung der BASF-Tensidmischung in der Probe wieder deutlich an anstieg im Vergelich 226 zur Tensid-Lösung und auch absolut wieder den fast gleichen Wert von 57,54 mN/m erreicht wie auch 227 schon bei den Ansätzen mit 0,2\% Tensid. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Tabelle 228 \ref{tab:V1_2,0} zusammengefasst. 229 230 \input{V1_Tabelle0,2} 231 \input{V1_Tabelle2,0} 232 233 %\begin{flushleft} 234 %\begin{figure} 235 %\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 3cm 0cm 0cm]{bilder/V1_Tabelle_0,2} 236 %\caption[Tabelle_V1]{Messwerte von Versuch 1: Screening von 15 verschiedenen Tensiden} 237 %\end{figure} 238 %\end{flushleft} 239 240 \subsection{Bewertung der Ergebnisse} 241 242 Dieser erste Versuch sollte die grundsätzliche Eignung verschiedener Tenside für die 243 Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff zeigen und diente so einer Vorauswahl für weiterführende 244 Versuche. 245 Als erstes schieden die Tenside aus, die sich nicht wie gewünscht in der Salzlösung lösen ließen. 246 Dies galt für SDS, welches sich trotz Wärmezufuhr und langem Rühren nicht löste, und für DSSS, 247 welches auf die Anwesenheit von Kationen mit Gelbildung reagierte. Zwar war auch Enordet 248 problematisch, da die Tensid-Salzlösung stark getrübt und viskos war, es wurde aber zunächst nicht 249 von weiteren Versuchen ausgeschlossen, sondern ohne Salz in reinem Wasser angesetzt. Die genannten 250 Effekte waren schon bei der geringen Tensidkonzentration von nur 0,2\% sichtbar und wurden bei der 251 höheren Konzentration von 2\% noch verstärkt. 252 %Von den mit Schwefelkohlenstoff angesetzten Proben wurden einige nicht vollständig untersucht 253 %werden aufgrund ihres Verhaltens oder Aussehens. Bei den Proben mit 0,2\% Tensid wurde Brij 97 254 %aufgrund der milchig-weißen Farbe der leichten Phase auf eine beprobung verzichtet und bei Lutensol 255 %FSA10 konnte das Volumen und die Oberflächenspannung auf Grund der starken Inhomogenität der Probe 256 %nicht gemessen werden. 257 Die gemessenen Konzentrationen an gelöstem Schwefelkohlenstoff lagen bei den Proben mit 0,2\% 258 Tensid mit 3,91 g/L - 6,53 g/L erwartungsgemäß kaum über der Löslichkeit in reinem Wasser, welche 2 259 g/L beträgt. 260 Die Oberflächenspannung der Probe blieb im Vergleich mit der Oberflächenspannung der 261 Tensid-Salzlösung ungefähr konstant. 262 263 Bei der Untersuchung der Proben mit 2\% Tensid im Ansatz traten deutliche Unterschiede zwischen den 264 unterschiedlichen Tensiden hinsichtlich der Konzentration von gelöstem Schwefelkohlenstoff auf. Die 265 gemessenen Konzentrationen reichten von 4,79 g/L (BASF-Tensidmischung) bis 103,06 g/L(Brij 97). 266 Dies war allerdings mit Abstand die höchste Konzentration, denn die zweithöchste gemessene 267 Konzentration lag bei gerade 51,43 g/L (Lutensol FSA10). 268 Nach Betrachtung der Konzentration war Brij 97 mit Abstand das effizienteste Tensid, gefolgt von 269 Lutensol FSA10 mit 51,43 g/L, Uniperol EL mit 48 55 g/L, Igepal mit 47,51 g/L und Enordet in 270 destilliertem Wasser mit 41,7 g/L. Alle weiteren Tenside wiesen ein deutlich schlechteres 271 Solubilisierungspotential auf. 272 Sortiert nach dem Oberflächenspannungsverhältnis zwischen Probe und Tensid-Salzlösung ergibt sich 273 eine andere Reihenfolge. Diese lautet dann Brij 98, Brij S20, Uniperol EL, Brij 97 und Enordet in 274 destilliertem Wasser. Bei Lutensol FSA10 und Igepal lag die Oberflächenspannung der Probe über der 275 der Tensid-Salzlösung. Allerdings sind die Messergebnisse für die Oberflächenspannungen kritisch zu 276 bewerten, da die Proben wärend der Messung schäumten. Durch den Schaum ist möglicherweise ein 277 Gegendruck entstanden, so dass möglicherweise zu hohe Werte gemessen wurden. 278 Die Ergebnisse sind in Abbildung 4.2 grafisch dargestellt. 279 280 281 \begin{figure} 282 \includegraphics{bilder/V1_uebersicht0,2} 283 284 \includegraphics{bilder/V1_uebersicht2,0} 285 \caption[bilder_V1]{Vergleich der Messwerte der untersuchten Tenside bei 0,2\% und bei 2\% Tensid im Ansatz} 286 \end{figure} 287 288 \section {Versuchsreihe 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration} 289 290 Aus den von im ersten Versuch untersuchten Tensiden sollten einige ausgewählt und für diese die 291 optimale Tensidkonzentration ermittelt werden, also die Konzentration bei der am meisten 292 Schwefelkohlenstoff gelöst werden kann. 293 Hierzu wurde eine Verdünnungsreihe hergestellt, wobei die Tensidkonzentration variierte und die 294 Konzentration an Salz und Schwefelkohlenstoff konstant gehalten wurde. 159 295 160 296 161 \subsection{Versuchsdurchführung} … … 358 223 leichten Phase, Dichte und Konzentration. Die Untersuchung und Beprobung erfolgte analog zum 359 224 vorigen Versuch. 360 361 Zu einem späteren Zeitpunkt wurde zudem die Messung der Viskosität für Brij 97 durchgeführt. 362 Der Aufbau des verwendeten Ubbelohde-Viskosimeters ist in Abbildung 4.3 dargestellt. Die Probe wird 363 über Rohr C eingefüllt und sammelt sich an desen unterem Ende in einem Voratsgefäß. Dieses ist über 364 ein U-Rohr mit dem Niveaugefäß (D) verbunden, an das zum einen die Kapillare(I) und zum anderen 365 ein Belüftungsrohr (A) angeschlossen sind. Oberhalb der Kapillare befindet sich das Messgefäß (E). 366 Oberhalb und unterhalb de Messgefäßes befindet sich eine Markierung. Die Probe wird in der Regel 367 durch anlegen eines Unterdruckes an Rohr B in das Messgefäß gesaugt. Dann wird das Belüftungsrohr 368 geöffnet, sodass der Flüssigkeitsfilm unterhalb der Kapillare abreißt, es entsteht das sogenannte 369 hängende Niveau. Die Probe wird durch die Kapillare ablaufen gelassen und die Zeit gestoppt, die 370 die obere Grenzfläche benötigt um den Weg zwischen oberer und unterer Markierung des Messgefäßes 371 zurückzulegen. 372 373 Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Schwefelkohlenstoffs, wurde die Flüssigkeit nicht wie normal 374 üblich durch Anlegen eines Unterdruckes an Rohr B nach oben gesaugt, sondern durch Erzeugen eines 375 Überdrucks an Rohr C in das Messgefäß gedrückt. 376 377 \noindent Zunächst wurde die Kapillarkonstante bestimmt. Hierzu wurden zunächst mehrere Messungen 378 mit bidestilliertem Wasser durchgeführt. Die dynamische Viskosität von Wasser beträgt 1 Pa*s 379 (Pascalsekunde, ebenfalls gebräuchlich: $Ns/m^2$). 380 Für die Messung wurden rund drei Milliliter Probe benötigt. Die Messung wurde jeweils dreimal 381 wiederholt und der Mittelwert zur Berrechnung der Viskosität verwendet. Die dynamische Viskosität 382 berechnet sich aus Kapillarkonstante mal Zeit. 383 384 %Bild Ubbelohde aus Viskosität Uni-Siegen 385 \begin{figure} 386 \centering 387 \includegraphics[scale=0.55]{bilder/Ubbelohde} 388 \caption[Viskosimeter]{Ubbelohde-Viskosimeter} 389 \end{figure} 390 391 392 \subsection{Ergebnisse} 393 394 Die Bestimmung des Volumens ist bei diesem zweiten Versuch genauer als beim vorangegangenen 395 Versuch, da das Volumen der Vials kalibriert wurde und das Verhältnis von Höhe zu Duchmesser 396 größer ist. Somit wirkt sich der Messfehler durch die Höhenmessung geringer aus. 397 398 \subsubsection{Auswertung der Reihe mit Brij S20} 399 400 Für Brij S20 wurden Konzentrationen an gelöstem $CS_2$ von 7,38 g/L bis 72,72 g/L gemessen. Die 401 höchste Konzentration wurde bei der Probe mit knapp 3 \% Tensid im Ansatz gefunden. 402 Die Dichte lagen zwischen 1,05 g/L und 1,11 g/L. Mit steigender Tensidkonzentration im Ansatz nahm 403 die Dichte der leichten Phase ab. 404 Hier wurden nun nicht die Oberflächenspannungen von Probe und Stammlösung verglichen wie in Versuch 405 1, sondern die Oberflächenspannung wurde mit der Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff in 406 der leichten Phase verglichen. Dies ist nachfolgend in Diagramm 407 % \Ref{Fig:XX} 408 XXXXXX dargestellt. 409 Die Oberflächenspannung nimmt ab, während die Konzentration steigt und umgekehrt. Die Messwerte 410 dieses Versuchs sind in Abbildung 4.4 tabellarisch aufgeführt. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind 411 in Tabelle \ref{tab:V2_BrijS20} zusammengefasst. 412 413 %Tabelle mit den Messergebnissen von Brij S20 414 415 \input{V2_TabelleBrijS20} 416 417 %\begin{flushleft} 418 %\begin{figure} 419 %\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Tabelle_BrijS20} 420 %\caption[Tabelle V2_BrijS20]{Messergebnisse von Versuch 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration für Brij S20} 421 %\end{figure} 422 %\end{flushleft} 423 424 \subsubsection {Auswertung der Reihe mit Brij97} 425 426 Für Brij 97 wurden deutlich höhere Konzentrationen als für Brij S20 gefunden. Diese lagen zwischen 427 110,98 g/L und 893,12 g/L. Auch hier wurde die höchste Konzentration in der Probe mit rund 3 \% 428 Tensid im Ansatz gefunden. 429 Die Dichte der leichten Phase lagen zwischen 1,05 g/L und 1,09 g/L also im gleichen Bereich wie die 430 Dichte von Brij S20. Hier war allerdings der Effekt zu beobachten, dass die Dichte mit steigender 431 Tensidkonzentration zunahm. 432 Beim Vergleich von Oberflächenspannung und Gelöst-Konzentration war der Effekt der steigenden 433 Konzentration bei abnehmender Oberflächenspannung deutlicher und eindeutiger ausgeprägt als bei 434 Brij S20. Die Messwerte sind tabellarisch in Tabelle \ref{tab:V2_Brij97} verzeichnet. 435 436 %Tabelle mit den Messergebnissen mit Brij 97 437 438 %\input{V2_TabelleBrij97} 439 440 %\begin{flushleft} 441 %\begin{figure} 442 %\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Tabelle_Brij97} 443 %\caption[Tabelle V2_Brij97]{Messergebnisse von Versuch 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration für Brij 97} 444 %\end{figure} 445 %\end{flushleft} 446 447 448 \subsection{Bewertung der Ergebnisse} 449 450 Der Verlust der zwei Proben von Brij 97 stellte kein größeres Problem dar, da es sich hier um die 451 Probe 1 mit 0,1 \% Tensid und Probe 6 mit 2,5\% Tensid handelt, also zum einen nicht um benachbarte 452 Proben und zum anderen sind diese Konzentrationen vergleichbar mit denen aus dem ersten Screening 453 (0,2\% und 2\%). 454 455 Im Vergleich zum ersten Screening wurde hier die extrem gute Solubilisierung des 456 Schwefelkohlenstoffs durch Brij 97 nochmals deutlicher. Durch die steigende Tensidkonzentration, 457 steigt auch die Anzahl der Mizellen und somit die Solubilisierungskapazität. Bei weiter steigender 458 Tensidkonzentration löst sich das Tensid auch verstärkt in der schweren Phase und bildet inverse 459 Mizellen und schließlich bildet sich Mittelphase. Die gemessenen Höchstkonzentration lag bei Brij 460 97 zehnfach über der höchsten Konzentration, die für Brij S20 gefunden wurde. 461 Trägt man die gemessene Konzentration von gelöstem Schwefelkohlenstoff gegen die 462 Tensidkonzentration auf, wie in Grafik 4.6 und 4.7 dargestellt, lässt sich gut erkennen, dass die 463 maximale Solubilisierung bei der Probe mit knapp 3\% Tensid im Ansatz vorliegt. Danach fällt die 464 Kurve wieder. Mehr Tensid hat hier keine zusätzliche lösungsvermittelnde Wirkung. Zu beachten ist, 465 dass die gefundenen Werte nicht dem kritischen Punkt und damit der maximal Möglichen Konzentration 466 gleichgesetzt werden können, denn die Proben wurden aus dem Zweiphasengebiet entnommen. Die 467 dargestellte Kurve liegt daher unterhalb der Binodalkurve. Der kritische Punkt dürfte in der Nähe 468 der ermittelten Konzentration liegen, lässt sich aber durch diesen Versuch nicht exakt finden. 469 Hierzu müsste eine exakte Mischungkurve durch schrittweises zutitrieren der einzelnen Komponenten 470 aufgenommen werden und die Konoden durch chemische Analyse aller Komponenten in beiden Phasen 471 bestimmt werden. 472 473 474 %Grafiken möglichst als Viererblock zusammenfassen 475 476 %\begin{figure} 477 %\includegraphics[width=0.48\textwidth]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} 478 %\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an Brij S20} 479 %\end {figure} 480 %\begin{figure} 481 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_OFS_BrijS20} 482 %\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an Brij S20} 483 %\end {figure} 484 %\begin{figure} 485 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} 486 %\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an Brij S20} 487 %\end {figure} 488 %\begin{figure} 489 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Solub_BrijS20} 490 %\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij S20} 491 %\caption[Messwerte Brij S20]{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Tensidkonzentration im Ansatz} 492 %\end{figure} 493 494 495 %Das mit dem hinscalieren tut net so wirklich und die erste Grafik ist anders als die anderen 496 \begin{figure} 497 \centering 498 \mbox 499 {\subfigure 500 { 501 \includegraphics[scale=0.257, trim=0cm 14.5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} 502 \quad 503 \subfigure{\includegraphics[width=8.3cm, trim=0cm 17cm 0cm 0cm]{bilder/V2_OFS_BrijS20} } 504 } 505 } 506 {\subfigure 507 { 508 \includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 0cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} 509 \quad 510 \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0.5cm 0cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Solub_BrijS20} } 511 } 512 } 513 \caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von Brij S20} 514 \label{fig12} 515 \end{figure} 516 517 \begin{figure} 518 \centering 519 \mbox 520 {\subfigure 521 { 522 \includegraphics[width=8cm, trim=0cm 15cm 0cm 5cm]{bilder/V2_Konzentration_Brij97} 523 \quad 524 \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0cm 15cm 0cm 5cm]{bilder/V2_OFS_Brij97} } 525 } 526 } 527 {\subfigure 528 { 529 \includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Dichte_Brij97} 530 \quad 531 \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Solub_Brij97} } 532 } 533 } 534 \caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von Brij 97} 535 { 536 \begin{flushleft} 537 \includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 5cm]{bilder/V2_Viskos_Brij97} 538 \caption{Verlauf der Viskosität über die Konzentration von Brij 97} 539 \end{flushleft} 540 } 541 \label{fig13} 542 \end{figure} 543 544 545 546 547 %\begin{figure} 548 %\centering 549 550 %\begin{tabular}{cc} 551 %\includegraphics[scale=0.257, trim=0cm 14.5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} & 552 %\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_OFS_BrijS20} 553 %\end{tabular} 554 %\caption{bla bla} 555 556 %\begin{tabular}{cc} 557 %\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} & 558 %\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Solub_BrijS20} 559 %\end{tabular} 560 %\caption{bla bla 2} 561 %\label{eis1} 562 563 %\end{figure} 564 565 566 567 568 %\begin{figure} 569 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Konzentration_Brij97} 570 %\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an Brij 97} 571 %\end {figure} 572 %\begin{figure} 573 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_OFS_Brij97} 574 %\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an Brij 97} 575 %\end {figure} 576 %\begin{figure} 577 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Dichte_Brij97} 578 %\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an Brij 97} 579 %\end {figure} 580 %\begin{figure} 581 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Solub_Brij97} 582 %\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij 97} 583 %\end {figure} 584 %\begin{figure} 585 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Viskos_Brij97} 586 %\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij 97} 587 %\end{figure} 588 589 225 Zu einem späteren Zeitpunkt wurde zudem die Messung der Viskosität für Brij 97 durchgeführt. 590 226 591 227 … … 630 266 die Dichte und die Oberflächenspannung mit den gleichen Methoden wie in den Versuchen zuvor. 631 267 632 \subsection{Ergebnisse} 633 634 Die gemessenen $CS_2$ Konzentrationen lagen zwischen 561,56 g/L und 745,78 g/L, wobei die 635 Konzentration mit steigendem Salzgehalt zunächst anstieg, die Maximalkonzentration bei 1,2 \% 636 Calciumchlorid im Ansatz (Probe 4) erreichte und danach wieder abfiel. 637 Die Dichte lagen zwischen 1,09 g/L und 1,16 g/L, der Trend war leicht ansteigend mit der 638 Konzentration. 639 Die Oberflächenspannungen wurden wieder mit der Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff 640 verglichen. Zwar ergaben die Messwerte von Oberflächenspannung und Konzentration keinen so 641 eindeutigen Zusammenhang wie beim Versuch zur Einstellung der optimalen Tensidkonzentration bei 642 festem Salzgehalt. Die Werte im Vergleich waren aber doch stimmig, also bei niedriger 643 Oberflächenspannung wurde eine hohe Schwefelkohlenstoffkonzentration gemessen, bei hoher 644 Oberflächenspannung eine niedrige. Die Messwerte sind in Tabelle 645 % \ref{tab:V3_Tabelle} 646 aufgeführt. 647 648 %Tabelle mit den Ergebnissen 649 650 \input{V3_Tabelle} 651 652 %\begin{flushleft} 653 %\begin{figure} 654 %\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V3_Tabelle} 655 %\caption[Tabelle V3]{Messergebnisse von Versuch 3: Salinitätsscan für Brij 97 mit $CaCl_2$} 656 %\end{figure} 657 %\end{flushleft} 658 659 \subsection{Bewertung der Ergebnisse} 660 661 Insgesamt wurde die solubilisierende Wirkung des Tensides durch das Salz etwas abgeschwächt. Die 662 gemessenen Konzentrationen waren zwar noch immer hoch, jedoch wurden die Höchstwerte aus dem 663 Versuch zur Einstellung der optimalen Tensidkonzentration nicht erreicht. Dieses Verhalten war so 664 erwartet wordenund deckt sich mit Literaturangaben \cite{Kitahara}. 665 Die Ungleichmäßigkeiten in der Messung sollten durch einen Wiederholungsversuch überprüft und 666 gegebenfalls korrigiert werden. 667 668 669 Ein weiterer Effekt wurde duch diesen Versuch allerdings noch nicht berücksichtigt. So ist es 670 möglich, dass zweiwertige Kationen neben der Beeinflussung des Tensids auch einen direkten Einfluss 671 auf den Lösungsvorgang des Tensids haben und selbst als Komplexbildner arbeiten. Dieser Effekt 672 sollte durch einen weiteren Versuch ausgeschlossen werden, bei dem ein Salz mit einwertigen 673 Kationen zum Einsatz kommt. 674 675 %Grafiken 676 677 %\begin{figure} 678 %\%includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Konzentration} 679 %\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} 680 %\end{figure} 681 682 %\begin{figure} 683 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_OFS} 684 %\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} 685 %\end{figure} 686 687 %\begin{figure} 688 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Dichte} 689 %\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} 690 %\end{figure} 691 692 %\begin{figure} 693 %\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Solub} 694 %\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} 695 %\end{figure} 696 697 698 %Die Bilder hängen voll aufeinander drauf 699 \begin{figure} 700 \centering 701 \mbox 702 {\subfigure 703 { 704 \includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Konzentration} 705 \quad 706 \subfigure{\includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_OFS} } 707 } 708 } 709 {\subfigure 710 { 711 \includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Dichte} 712 \quad 713 \subfigure{\includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Solub} } 714 } 715 } 716 \caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von $CaCl_2$} 717 \label{fig14} 718 719 \end{figure} 268 studiarbeit/biblio.bib
r83 r88 151 151 152 152 153 @misc{Stupp .,154 author = {{ Dr.Hans Dieter Stupp}},153 @misc{Stupp, 154 author = {{Hans Dieter Stupp}}, 155 155 title = {DNAPL in Boden und Grundwasser Verhalten von LCKW und PAK-{\"O}len}, 156 156 url = {http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.dscweb.de/Publikationen/DNAPL},