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phil
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    r83 r88  
    1 \begin{thebibliography}{{Der}94} 
     1\begin{thebibliography}{Mem07} 
    22 
    33\bibitem[{Ber}]{Aha} 
    …… 
    1818\newblock {\em Journal of Contaminant Hydrology 71 (2004)}, (71):27--45, 2004. 
    1919 
    20 \bibitem[{Der}94]{Young} 
    21 {Derek R. Young}. 
    22 \newblock Salt precipitation for proteins: Introduction to biochemical 
    23   engineering, 1994. 
    24  
    2520\bibitem[DH]{Danzer} 
    2621J{\"o}rg Danzer and Mike Herbert. 
    …… 
    4035  for napl remediation. 
    4136\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. 
    4241 
    4342\bibitem[Hed04]{Hedinger} 
    …… 
    7271\newblock Sicherheitsdatenblatt cs2. 
    7372\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 13 
    78   18:04:09 2008. 
    7973 
    8074\bibitem[Pro]{EPA} 

  • studiarbeit/Ausarbeitung.tex

    r83 r88  
    4747\include{Einführung} 
    4848\include{Theoretische} 
    49 \include{Experimentelle} 
     49%\include{Experimentelle} 
    5050\include{Versuchsbeschreibung} 
     51\include{Ergebnisse} 
    5152 
    5253%%%\appendix 
    …… 
    5556  %%\include{chap.app.formulae} 
    5657 
    57   \backmatter 
     58\backmatter 
    5859 
    5960\include{bib} 
    …… 
    7576\nocite{Lachler} 
    7677\nocite{Memminger} 
    77 %\nocite{Stupp} 
    78 %\nocite{Saunders} 
    79 %\nocite{Young} 
     78\nocite{Stupp} 
     79 
     80 
    8081 
    8182  %%\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} 
    57 
    68Unterschieden nach der Art des Eintrags von Kontaminationen in Boden und Grundwasser können diese  
    …… 
    6365 
    6466 
    65 \section {Sanierungsverfahren} 
     67\subsection {Sanierungsverfahren} 
    6668 
    6769Das Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) nennt in § 2 Abs. 7 zur Sanierung technischer Natur Maßnahmen 
    …… 
    9092Schadstoff im Untergrund entfernt oder unschädlich gemacht. 
    9193 
    92 \subsection {Ex-Situ-Verfahren} 
     94\subsubsection {Ex-Situ-Verfahren} 
    9395 
    9496Ex-Situ-Verfahren sind nur dann geeignet, wenn eine eher kleinräumige und oberflächennahe  
    …… 
    99101 
    100102 
    101 \subsection {In-Situ-Verfahren} 
     103\subsubsection {In-Situ-Verfahren} 
    102104 
    103105Für Verunreinigungen, die weit in den Boden eingedrungen sind, bereits das Grundwasser verunreinigt  
    …… 
    121123entfernen.  
    122124 
    123 \subsection{Mobilisierung und Solubilisierung} 
     125\subsubsection{Mobilisierung und Solubilisierung} 
    124126 
    125127Mobilisiert wird ein Schadstoff dann, wenn die Grenzflächenspannung zwischen Schadstoff und Wasser  
    …… 
    156158%folgend in tiefere Schichten absinkt. (Altlastenforum) 
    157159 
    158 \subsection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme} 
     160\subsubsection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme} 
    159161 
    160162Das Drei-Komponenten-System Wasser-NAPL-Tensid bildet bei niedrigen Tensidkonzentrationen zwei  
    …… 
    229231 
    230232 
    231 \section{Tenside} 
     233\subsection{Tenside} 
    232234 
    233235Tenside zeichnen sich durch charakteristische Eigenschaften aus. Die wichtigste ist, dass sie  
    …… 
    293295 
    294296 
    295 \subsection{Aufbau} 
     297\subsubsection{Aufbau} 
    296298 
    297299Tenside setzen sich aus einem polaren (hydrophilen) und einem unpolaren (hydrophoben) Teil  
    …… 
    312314Häufig ist eine Carboxylatgruppe  kombiniert mit einer quartären Ammoniumgruppe. 
    313315 
    314 \subsection{Einfluss auf die Eigenschaften} 
     316\subsubsection{Einfluss auf die Eigenschaften} 
    315317 
    316318Die Löslichkeit von Tenside wird bei abnehmender Temperatur vom sogenannten Krafft-Punkt bestimmt.  
    …… 
    354356 
    355357%\subsektion{Grundwasserchemie} 
     358 
     359\section{Experimentelle Grundlagen} 
     360 
     361\subsection{Batchversuche} 
     362 
     363Batchversuche sind stark vereinfachte Modelle und simulieren die Idealbedingungen für eine  
     364bestimmte Reaktion in einem abgeschlossenen System. Die Ansätze erfolgen in einem geschlossenen  
     365Gefäß. Externe Einflüsse werden weitgehend ausgeblendet, da nur die einzelnen Chemikalien (hier  
     366Tensid, Schadstoff, Wasser und Salz) gemischt werden. Die Mischungsanteile der Ansätze werden  
     367während der Gleichgewichtseinstellung der Reaktion nicht verändert und auch die Temperatur wird  
     368konstant gehalten. 
     369Batchversuche bieten den Vorteil, zunächst alle äußeren Einflüsse auszublenden. So lassen sich  
     370komplexe Vorgänge schrittweise betrachten und verstehen. Es können nach und nach verschiedene  
     371Einflussgrößen weitgehend unabhängig  voneinander untersucht werden. So wurde hier zunächst die  
     372allgemeine Eignung verschiedener Tenside untersucht, als zweites die optimale Tensidkonzentration  
     373bei ansonsten festen Massenanteilen für ausgewählte Tenside bestimmt und schließlich für ein Tensid  
     374der Einfluss der Salinität untersucht. Die Resultate werden zur Auswahl von geeigneten Tensiden zur  
     375die Sanierung der  Schwefelkohlenstoffkontamination benötigt. Darüber hinaus schaffen sie aber auch  
     376eine Grundlage zum Verständnis der bei der Sanierung im Untergrund relevanten Prozesse. 
     377Batchversuche stellen die Grundlage für alle weiteren Versuche dar, wenngleich die  Ergebnisse die  
     378aus Batchversuchen erhalten werden nicht eins zu eins auf die Sanierung eines Grundwasserleiters  
     379übertragen werden. Dies liegt daran, dass der Einfluss von Strömung und Grundwasserchemie, sowie  
     380die Wechselwirkung mit der Bodenmatrix nicht in Batchversuche dargestellt werden können. Lediglich  
     381der Einfluss einer erniedrigten Temperatur lässt sich, mit allerdings entsprechendem Mehraufwand  
     382betrachten. Diese weiteren Einflüsse können dann, aufbauend auf das durch die Batchversuche  
     383geschaffenen Basiswissen, zum Beispiel mit Säulenversuchen untersucht werden. 
     384 
     385 
     386\subsection{Material und Chemikalien} 
     387 
     388\subsubsection{Schwefelkohlenstoff} 
     389 
     390Schwefelkohlenstoff mit der Summenformel $CS_2$ und der molaren Masse 76,13 g/mol ist eine farblose  
     391Flüssikeit. In Reinform ist sie geruchsneutral, aufgrund von Verunreinigungen jedoch häufig  
     392unangenehm richend. Der Schmelzpunkt liegt bei -111,6 °C der Siedepunkt bei 46,5 °C.  Der Stoff ist  
     393leicht entzündlich und bei einem Volumenanteil in Luft von 1\% - 60\% auch explosiv. Wegen des  
     394hohen Dampfdrucks von 398 hPa ist er leicht flüchtig, wobei die Dämpfe schwerer sind als Luft. Die  
     395Dichte beträgt 1,264 g/L bei 20°C. Schwefelkohlenstoff gehört zu den DNAPLs. Die maximale  
     396Löslichkeit in Wasser ist mit 2,1 g/L bei 20°C sehr gering. 
     397 
     398Schwefelkohlenstoff ist nach dem Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Chemikaliengesetz,  
     399ChemG) ein gesundheitsschädlicher und umweltgefährlicher Stoff. %Für den Umgang gelten die R-Sätze  
     400R11 - 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  
     402Kategorie 2, wassergefährdend eingestuft. 
     403 
     404Schwefelkohlenstoff ist giftig, er reizt Haut und Schleimhäute und gilt als  
     405fortpflanzungsgefährdend. Die Aufnahme erfolgt leicht über die Atemwege und die Haut.  
     406\cite{Merck} 
     407Schwefelkohlenstoff ist relativ gut biologisch abbaubar (80\% in 28 Tagen) und aufgrund des eher  
     408mäßig hohen $log P_ow$ ist nicht mit einer starken Bioakkumulation, also der Anreicherung im  
     409Organismus, zu rechnen. \cite{Hedinger} 
     410 
     411Verwendung findet Schwefelkohlenstoff in großen Mengen in der Herstellung von Cellulosefasern, als  
     412Lösemittel für Fette und in der tertiären Erdölförderung. 
     413 
     414\subsubsection{Salze} 
     415 
     416Es wurden zwei unterschiedliche Salze verwendet. Zum einen das bivalente Salz  
     417Calciumchlorid($CaCl_2$) und zum anderen das monovalente Salz Natriumchlorid ($NaCl$).  
     418 
     419Die Zugabe von Salz setzt die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Tensid und Wasser herab.  
     420Nach der Debye-Hückel-Theorie werden die aktiven Zentren der Tensidmoleküle von den umgekehrt  
     421geladenen Ionen umgeben. Dadurch wird deren Ladung gegenüber den Wassermolekülen abgeschirmt. Als  
     422Effekt werden weniger Wassermoleküle zur Interaktion mit dem Tensid benötigt. Man sagt, die  
     423Aktivität des Lösungsmittels (Wasser) nimmt zu und damit steigt das Lösungsvermögen. Die Theorie  
     424sagt weiter, dass der Logarithmus der Löslichkeit proportional der Wurzel der Ionenstärke ist. Das  
     425heißt je größer die Ionenstärke, umso mehr wird das Lösungsvermögen gesteigert. %cite\Saunders  
     426%cite\Young 
     427 
     428Bei weiter steigender Salzkonzentration kehrt sich der Effekt allerdings um, die Löslichkeit nimmt  
     429wieder ab. Dies kann man sich so vorstellen, dass sich keine weiteren Ionen mehr um die Tenside  
     430anlagern können und daher verstärkt mit dem Lösungsmittel (Wasser) in Wechselwirkung treten.  
     431Dadurch stehen nun weniger ''freie'' Wassermoleküle zur Verfügung und die Aktivität des  
     432Lösungsmittels sinkt. Dies kann bis zum Ausfallen der Tensidmoleküle aus der Lösung führen.  
     433 
     434 
     435Der Bereich in dem die Löslichkeit durch ein Salz beeinflusst werden kann, wird als Salzfenster  
     436bezeichet. Die veränderte Löslichkeit lässt sich auch durch die Änderung des HLB-Wertes ausdrücken.  
     437Dieser nimmt bei steigender Salzkonzentration ab. Ein niedriger HLB-Wert bedeutet, dass sich das  
     438Tensid besser im unpolaren löst. Es bilden sich also mit steigendem Salzgehalt zunehmend inverse  
     439Mizellen (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 
     469Für ein erstes Screening wurden 15 verschiedene nicht-ionische und anionische Tenside, welche  
     470nachfolgend mit den wichtigsten Parametern aufgelistet sind untersuht.Kationische Tenside wurden  
     471aufgrund ihres generell geringen Lösungsvermögens und ihrer erhöhten Affinität zur Sorption an  
     472negativ 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 
     4831&301-02-0&Lutensol FSA10&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\ \hline 
     4842&9005-00-9&Brij S20&nicht-ionisch&ethoxylierte Alkohole&314,55&15\\ \hline 
     4853&9004-98-2&Brij 98&nicht-ionisch&ethoxylierte Alkohole&1149,53&15,3\\ \hline 
     4864&9002-93-1&Igepal&nicht-ionisch&ethoxylierte Alkylphenole&617&13\\ \hline 
     4875&9004-98-2&Brij 97&nicht-ionisch&ethoxylierte Alkohole&709&12,4\\ \hline 
     4886&9004-95-9&Brij 58&nicht-ionisch&ethoxylierte Alkohole&1124&16\\ \hline 
     4897&9005-64-5&Tween 20&nicht-ionisch&Polysorbate&346,46&13,3\\ \hline 
     4908&9005-65-6&Tween 80&nicht-ionisch&Polysorbate&604,81&15\\ \hline 
     4919&9043-30-5&Uniperol LE&nicht-ionisch&ethoxylieres Öl&-&-\\ \hline 
     49210&-&Brij 35&nicht-ionisch&Polysorbate&1198,57&16,9\\ \hline 
     49311&-&BASF-Mischung:&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\  
     494&&Lutensol FSA 10 (73\%)&anionisch&dialkylierte Sulfosuccinate&&\\ 
     495&&  Lutensol ON 60 (27\%)&&&&\\ \hline 
     49612&151-21-3&Shell Enordet&anionisch&-&-&-\\ \hline 
     49713&577-11-7&SDS (Sodiumlaurylsulfate)&anionisch&alkylierte Sulfate&288,4&40\\ \hline 
     49814&-&Aerosol AOT (DSSS)&anionisch&Sulfosuccinate&444,56&10,2\\ \hline 
     49915&-&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 
     509Die Batchansätze der verschiedenen Versuchsreihen erfolgten in unterschiedlichen Vials aus Klarglas  
     510mit jeweils passendem Schraubverschluss mit Mininert-Ventil. Für den ersten Versuch, das Screening  
     511der Tenside, wurden 40 ml-Vials mit flachem Boden und einem Durchmesser von rund 26 mm verwendet,  
     512die mit insgesamt 20 ml Chemikalien gefüllt wurden. Problematisch war hier zum einen das große  
     513Volumen und  der somit hohe Chemikalienverbrauch und zum anderen, die geringe Höhe im Verhältnis  
     514zum Volumen, wodurch es schwierig war, die Trennung der Phasen exakt zu dokumentieren. Für den  
     515zweiten Versuch wurden Vials mit einem Volumen von 25 ml und einem Durchmesser von nur rund einem  
     516Zentimeter verwendet. Auch hier trat wieder das Problem auf, das in den nicht vollständig gefüllten  
     517Vials ein großer Gasraum vorhanden war. Der flüchtige Schwefelkohlenstoff diffundiert zu einem  
     518nicht bekannten Teil in diese Gasphase und verändert so das Phasengleichgewicht. Daher wurden in  
     519den weiteren Versuchen noch kleinere Vials mit nur 15 ml Volumen und einem Durchmesser von rund  
     520einem Zentimeter verwendet und diese nahezu randvoll befüllt. 
     521Für nötige Verdünnungsschritte vor der Konzentrationsbestimmung wurden wieder 40 ml-Vials  
     522verwendet. Diese wurden mit einem PTFE-beschichteten Septum und Schraubkappe verschlossen. 
     523Die Zugabe der Chemikalien in die Vials und die Probenentnahme wurde mit gasdichten  
     524Hamilton-Glasspritzen durchgeführt. Da die Vials entlüftet werden mussten um Überdruck bei der  
     525Zugabe des Schwefelkohlenstoffs bzw. Unterdruck bei der Probenahme zu verhindern wurde zusätzlich   
     526eine zweite Kanüle mit nur 0,4 mm Durchmesser zur Belüftung verwendet. Um ein Steckenbleiben im  
     527Hals der Mininert-Ventile zu verhindern, wurden diese feinen Kanülen vorher mit einem Schleifstein  
     528abgerundet. 
     529 
     530 
     531\subsection{Grundsätzliches Vorgehen und Messmethoden} 
     532 
     533Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und dabei 15 Tenside hinsichtlich  
     534ihrer Eignung zur Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff untersucht. 
     535Ein erstes Screening, diente einer Vorauswahl. Für die hier ausgesuchten Tenside wurde anschließend  
     536der Einfluss der Tensidkonzentration und schließlich der Einfluss von ein- und zweiwertigen  
     537Kationen untersucht. 
     538 
     539Das grundsätzliche Vorgehen war immer gleich: Tensid, Salz und Wasser wurden in definierten  
     540Massenverhältnissen gemischt und der mit Oil Red angefärbte Schwefelkohlenstoff im Überschuss  
     541zugegeben. Die Ansätze wurden gut vermischt und in einem auf 20 °C temperierten Wasserbad bis zur  
     542Gleichgewichtseinstellung stehen gelassen. 
     543Aus der leichten Phase wurde eine Probe abgenommen und in Methanol im Verhältnis 1/100 verdünnt.  
     544Die Auftrennung und Konzentrationsmessung erfolgte mittels HPLC-UV/VIS. Des weiteren wurde die  
     545Dichte, die Oberflächenspannung und das Gesamtvolumen der leichten Phase ermittelt. Außerdem wurde  
     546das äußere Erscheinungsbild der Proben zu einer ersten optischen Bewertung herangezogen. Dabei  
     547wurde die Ausbildung einer Mittelphase, Trübung der leichten Phase und Abgrenzung der entstandenen  
     548Phasen zueinander betrachtet.  
     549 
     550\subsubsection{Messmethoden} 
     551 
     552Um beurteilen zu können, wie viel des vorgelegten Schwefelkohlenstoffs in die leichte Phase  
     553partitionierte, wurde das Volumen der leichten Phase bestimmt. Hierzu wurden mit einem  
     554Höhenanreißer jeweils die Höhe der unteren Phasengrenze (Grenzfläche schwere Phase - leichte Phase)  
     555und der oberen Phasengrenze (Grenzfläche leichte Phase - Luft) gemessen. Zudem musste der  
     556Durchmesser der Vials bestimmt werden. Dies erfolgte für den ersten Versuch durch abschätzen des  
     557Innendurchmesser durch messen des Außendurchmessers der Vials mit einer Schieblehre. Für die 40  
     558ml-Vials war dies, aufgrund des relativ großen Durchmessers, hinreichend genau. Die wesentlich  
     559schmaleren Vials der weiteren Versuche wurden mit Wasser kalibriert. Das heißt die Vials wurden bis  
     560zum Ende der Bodenrundung mit Wasser gefüllt und die Höhe des Wasserspiegels mit dem Höhenanreißer  
     561gemessen. Dann wurde ein definiertes Volumen Wasser mit der Mikroliterspritze zugegeben, das Vial  
     562zur Dichtekontrolle gewogen, und wieder die Höhe des Wasserspiegels gemessen. Aus der Differenz der  
     563gemessenen Höhen und dem zugegeben Volumen lässt sich aus der Formel für das Zylindervolumen der  
     564Innendurchmesser der Vials berechnen. Dies wurde mit je drei Vials eines Typs durchgeführt und der  
     565Mittelwert der so bestimmten Durchmesser als Kalibrationsergebniss erhalten. 
     566Mit dem Durchmesser aus der Kalibrierung und der gemessenen Phasenhöhe kann nun das Volumen der  
     567leichten Phase  wiederum über die Zylinderformel bestimmt werden. 
     568 
     569 
     570Die Konzentrationsbestimmung des in der leichten Phase gelösten Schwefelkohlenstoffs wurde mittels  
     571Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (engl. High Performance Liquid Chromatography = HPLC)  
     572durchgeführt und mittels UV-VIS-Detektor bei einer Wellenlänge von 315 nm detektiert. Aufgrund der  
     573hohen Konzentration mussten die Proben verdünnt werden, damit die Messung im lineraren Bereich der  
     574HPLC  blieb. Um gleichzeitig den Einfluss der Dichtekontraktion zu reduzieren und den Einfluss des  
     575Tensids auf die Laufzeit der Messung klein zu halten, wurde um den Faktor 100 mit Methanol  
     576verdünnt. 
     577 
     578 
     579Die Dichte der Proben wurde bestimmt durch wiegen eines definierten Probevolumens. Hierzu wurden  
     5803,5 ml-Gläschen mit Gummistopfen zuerst leer gewogen, dann 2 ml der leichten Phase der Probe  
     581mittels einer Mikroliterspritze in die Gläschen überführt und wieder gewogen. Aus der  
     582Massendifferenz und dem zugegebenen Volumen lässt sich dann die Dichte berechnen:  Dichte [g/mL] =  
     583Masse [g] / Volumen [ml]. 
     584 
     585 
     586Die Messung der Oberflächenspannung wurde mit einem Blasendrucktensiometer (BPA-1P, Sinterface)  
     587durchgeführt. Das Gerät bietet einen Schnelltest, bei dem innerhalb von rund fünf Minuten eine  
     588komplette Messkurve über verschiedene Blasen-Lebensdauern aufgenommen werden kann. Allerdings wurde  
     589hier keine komplette Messkurve aufgezeichnet, sondern der Versuch abgebrochen, sobald sich das  
     590Messergebnis einem konstanten Wert annäherte. Der zuletzt gemessene, niedrigste Wert wurde dann als  
     591Ergebnis vermerkt.  
     592 
     593 
     594Die Viskosität wurde mit Hilfe eines Mikro-Ubbelohde-Viskosimeters (SI-Analytics) gemessen.  
     595Der Aufbau des verwendeten Ubbelohde-Viskosimeters ist in Abbildung \ref{ubbelohde} dargestellt. Die Probe wird  
     596über Rohr C eingefüllt und sammelt sich an dessen unterem Ende in einem Vorratsgefäß. Dieses ist über  
     597ein U-Rohr mit dem Niveaugefäß (D) verbunden, an das  zum einen die Kapillare(I) und zum anderen  
     598ein Belüftungsrohr (A) angeschlossen sind. Oberhalb der Kapillare befindet sich das Messgefäß (E).  
     599Oberhalb und unterhalb de Messgefäßes befindet sich eine Markierung. Die Probe wird in der Regel  
     600durch anlegen eines Unterdruckes an Rohr B in das Messgefäß gesaugt. Dann wird das Belüftungsrohr  
     601geöffnet, sodass der Flüssigkeitsfilm unterhalb der Kapillare abreißt, es entsteht das sogenannte  
     602hängende Niveau. Die Probe wird durch die Kapillare ablaufen gelassen und die Zeit gestoppt, die  
     603die obere Grenzfläche benötigt um den Weg zwischen oberer und unterer Markierung des Messgefäßes  
     604zurückzulegen. 
     605Der kinematische Viskositätskoeffizient $\nu$ ergibt sich dann aus der Kapillarkonstante k mal der  
     606gemessenen Zeit t.  
     607Um auch den dynamischen Viskositätskoeffizienten $\eta$ zu erhalten, wird die Dichte $\rho$ der  
     608Probe mit dem kinematische Viskositätskoeffizient multipliziert.  
     609 
     610\begin{equation} 
     611 \nu= k*t=\frac{\eta}{\rho} 
     612\end{equation} 
     613\vspace{0,5cm} 
     614 
     615Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Schwefelkohlenstoffs, wurde die Flüssigkeit nicht wie normal  
     616üblich durch Anlegen eines Unterdruckes an Rohr B nach oben gesaugt, sondern durch Erzeugen eines  
     617Überdrucks 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 
     627Zunächst wurde die Kapillarkonstante bestimmt. Hierzu wurden zunächst mehrere Messungen  
     628mit bidestilliertem Wasser durchgeführt. Die dynamische Viskosität von Wasser beträgt 1 Pa*s  
     629(Pascalsekunde, ebenfalls gebräuchlich ist $Ns/m^2$). 
     630Für die Messung wurden rund drei Milliliter Probe benötigt. Die Messung wurde jeweils dreimal  
     631wiederholt und der Mittelwert zur Berechnung der Viskosität verwendet.  
     632 
     633Diese Messmethode ist streng genommen nur für Newton'sche Fluide geeignet. Bei Tensiden ist jedoch  
     634häufig eine Abhängigkeit der Viskosität von den Scherkräften vorhanden. Da die Tenside hier aber  
     635verdünnt in Lösung vorlagen, wurden angenommen, dass sie sich newtoinsch verhalten. 
     636 
     637 

  • studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex

    r87 r88  
    22\label{Versuchsbeschreibung} 
    33 
    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 
    205 
    216 
    …… 
    4025wurden die Vials mehrere Tage im Wasserbad stehen gelassen, um eine Trennung der Phasen bzw. ein  
    4126Absetzen der ungelösten Schweranteile zu erreichen.  
    42 Nach rund einer Woche wurden die Ansätze beprobt und untersucht. Zunächst wurde die Höhe der  
    43 leichten Phase gemessen und daraus das Volumen bestimmt. Dann wurden Proben genommen und mittels  
    44 HPLC-Analyse die Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff bestimmt. Schließlich wurde eine  
    45 weitere Probe genommen um die Dichte und die Oberflächenspannung zu messen. 
     27Nach 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. 
    4631 
    4732\subsubsection{Herstellen der Salzlösung} 
    …… 
    116101Aufgrund dieser negativen Effekte mit der Calciumchloridlösung wurden diese drei Tenside  
    117102versuchsweise in Natriumchloridlösung gelöst. Doch auch hier traten wieder die selben Effekte auf.  
    118 SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weitern Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich  
     103SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weiteren Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich  
    119104ohne Salz in Reinstwasser angesetzt. 
    120105 
    …… 
    12410915 ml der Tensid-Salzlösungen wurden in 40 ml-Vials pipettiert. Die Vials wurden mit  
    125110Mininert-Ventildeckeln fest verschraubt. Dann wurden jeweils 2,5 ml des angefärbten  
    126 Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Microliterspritze verwendet und das Vial  
     111Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Mikroliterspritze verwendet und das Vial  
    127112mit einer zweiten dünnen Nadel entlüftet. Durch das Entlüften wird ein Überdruck im Vial vermieden  
    128113und eine verlustarme Überführung des Schwefelkohlenstoffs ermöglicht. 
    …… 
    172157%wurde eine gasdichte 100 µl-Spritze bzw. für die Dichtebestimmung eine 2,5 ml-Spritze verwendet.  
    173158 
    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 
    295160 
    296161\subsection{Versuchsdurchführung} 
    …… 
    358223leichten Phase, Dichte und Konzentration. Die Untersuchung und Beprobung erfolgte analog zum  
    359224vorigen 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  
     225Zu einem späteren Zeitpunkt wurde zudem die Messung der Viskosität für Brij 97 durchgeführt. 
    590226 
    591227 
    …… 
    630266die Dichte und die Oberflächenspannung mit den gleichen Methoden wie in den Versuchen zuvor. 
    631267 
    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  
    151151 
    152152 
    153 @misc{Stupp., 
    154  author = {{Dr. Hans Dieter Stupp}}, 
     153@misc{Stupp, 
     154 author = {{Hans Dieter Stupp}}, 
    155155 title = {DNAPL in Boden und Grundwasser Verhalten von LCKW und PAK-{\"O}len}, 
    156156 url = {http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.dscweb.de/Publikationen/DNAPL},