Index: /studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex =================================================================== --- /studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex (revision 87) +++ /studiarbeit/Versuchsbeschreibung.tex (revision 88) @@ -2,20 +2,5 @@ \label{Versuchsbeschreibung} -Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und dabei 15 Tenside hinsichtlich -ihrer Eignung zur Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff untersuch. -Ein erstes Screening, diente einer Vorauswahl. Für die hier ausgesuchten Tenside wurde anschließend -der Einfluss der Tensidkonzentration und schließlich der Einfluss von ein- und zweiwertigen -Kationen untersucht. - -Das grundsätzliche Vorgehen war immer gleich: Tensid, Salz und Wasser wurden in definierten -Massenverhältnissen gemischt und der mit Oil Red angefärbte Schwefelkohlenstoff im Überschuss -zugegeben. Die Ansätze wurden gut vermischt und in einem Wasserbad bis zur -Gleichgewichtseinstellung stehen gelassen. -Aus der leichten Phase wurde eine Probe abgenommen und in Methanol im Verhältnis 1/100 verdünnt. -Die Auftrennung und Konzentrationsmessung erfolgte mittels HPLC-UV/VIS. Des weiteren wurde die -Dichte, die Oberflächenspannung und das Gesamtvolumen der leichten Phase ermittelt. Außerdem wurde -das äußere Erscheinungsbild der Proben zu einer ersten optischen Bewertung herangezogen. Dabei -wurde die Ausbildung einer Mittelphase, Trübung der leichten Phase und Abgrenzung der entstandenen -Phasen zueinander betrachtet. + @@ -40,8 +25,8 @@ wurden die Vials mehrere Tage im Wasserbad stehen gelassen, um eine Trennung der Phasen bzw. ein Absetzen der ungelösten Schweranteile zu erreichen. -Nach rund einer Woche wurden die Ansätze beprobt und untersucht. Zunächst wurde die Höhe der -leichten Phase gemessen und daraus das Volumen bestimmt. Dann wurden Proben genommen und mittels -HPLC-Analyse die Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff bestimmt. Schließlich wurde eine -weitere Probe genommen um die Dichte und die Oberflächenspannung zu messen. +Nach rund einer Woche wurden die Ansätze beprobt und untersucht. %Zunächst wurde die Höhe der +%leichten Phase gemessen und daraus das Volumen bestimmt. Dann wurden Proben genommen und mittels +%HPLC-Analyse die Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff bestimmt. Schließlich wurde eine +%weitere Probe genommen um die Dichte und die Oberflächenspannung zu messen. \subsubsection{Herstellen der Salzlösung} @@ -116,5 +101,5 @@ Aufgrund dieser negativen Effekte mit der Calciumchloridlösung wurden diese drei Tenside versuchsweise in Natriumchloridlösung gelöst. Doch auch hier traten wieder die selben Effekte auf. -SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weitern Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich +SDS und DSSS wurden schließlich ganz von weiteren Versuchen ausgeschlossen. Enordet wurde zusätzlich ohne Salz in Reinstwasser angesetzt. @@ -124,5 +109,5 @@ 15 ml der Tensid-Salzlösungen wurden in 40 ml-Vials pipettiert. Die Vials wurden mit Mininert-Ventildeckeln fest verschraubt. Dann wurden jeweils 2,5 ml des angefärbten -Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Microliterspritze verwendet und das Vial +Schwefelkohlenstoffs zugegeben. Hierzu wurde eine 2,5 ml-Mikroliterspritze verwendet und das Vial mit einer zweiten dünnen Nadel entlüftet. Durch das Entlüften wird ein Überdruck im Vial vermieden und eine verlustarme Überführung des Schwefelkohlenstoffs ermöglicht. @@ -172,125 +157,5 @@ %wurde eine gasdichte 100 µl-Spritze bzw. für die Dichtebestimmung eine 2,5 ml-Spritze verwendet. -\subsection{Ergebnisse} - -\subsubsection{Auswertung der Proben mit 0,2\% Tensid im Ansatz} - -Zum Zeitpunkt der Probenahme, eine Woche nach dem Ansetzen, hatten sich die Phasen teilweise noch -nicht eindeutig getrennt. Dies erschwerte die Messung der Phasenhöhe, die zur Ermittlung des -Volumens benötigt wurde. Bei Lutensol FSA10 war die leichte Phase noch sehr von trüben Schlieren -durchsetzt, so dass die untere Phasengrenze nicht bestimmt werden konnte. Bei Brij 97 war die -leichte Phase milchig weiß. Da es nicht sicher war ob die Lösung noch klar werden würde, wurde hier -auf die Beprobung verzichtet und abgewartet wie sich die später angesetzte Probe mit 2\% Tensid -entwickeln würde. Auch andere Tenside zeigten eine leichte Trübung, die sich allerdings nach unten -absetzte. Hier erfolgte die Höhenmessung an der oberen Grenze der Trübung. -Wegen der durch die Trübung verursachten Ungenauigkeit bei der Höhenmessung und des durch messen -des Außendurchmessers abgeschätzten Innendurchmessers ist die Angabe des Volumens nicht als exakter -Wert zu verstehen. - -Die Konzentrationsbestimmung ergab Schwefelkohlenstoffgehalte zwischen 3,91 g/L und 6,52 g/L. Der -niedrigste Wert wurde bei der BASF-Tensidmischung, der höchste bei Brij 98 gefunden. Wobei die -gemessenen Konzentrationen nur unwesentlich über der Löslichkeit von Schwefelkohlenstoff in reinem -Wasser (2 g/L bei 20°C) liegen. - -Die gemessene Dichte der Proben Lagen zwischen 0,997 g/L bei Lutensol FSA10 und 1,084 g/L bei Brij -98. Zum Vergleich wurde die Dichte der jeweils für die Ansätze verwendeten Tensid-Salzlösung -gemessen. Der Vergleich ergab, dass die Dichte der Proben etwas über der Dichte der zugehörigen -Tensid-Salzlösung lag. - -Auch bei der Oberflächenspannung wurden die Proben und die entsprechenden Tensid-Salzlösungen -miteinander verglichen. Erwünscht ist eine deutlich Abnahme der Oberflächenspannung in der Probe. -Am Besten war das Verhältnis von der Oberflächenspannung von Probe zu Tensid-Lösung bei Brij 58, am -schlechtesten bei der BASF-Tensidmischung. Bei der BASF-Tensidmischung lag die Oberflächenspannung -in der Probe bei 57,38 mN/m, was im Vergleich sehr hoch ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle -\ref{tab:V1_0,2} zusammengefasst. - - -\subsubsection{Auswertung der Proben mit 2\% Tensid im Ansatz} - -Fast alle Proben waren mehr oder weniger trüb, Brij 97 war wieder milchig weiß und blieb auch so, -Uniperol EL war leuchtend Gelb aber nicht trüb. -Bei der Probenahme für die Konzentrationsmessung wurden die trüben Schlieren bei Lutensol ON 60 so -stark aufgewirbelt, dass keine repräsentative Probe mehr zu entnehmen war. Daher wurde hier auf die -Konzentrationsbestimmung verzichtet. Die niedrigste $CS_2$- Konzentration wurde mit 4,79 g/L bei -der BASF-Tensidmischung gefunden, die höchste mit 103,06 g/L bei Brij 97. Diese Konzentration ist -im Vergleich zu den anderen Proben extrem hoch, der Mittelwert aller untersuchter Proben lag bei -32,05 g/L. - -Die Dichte der Proben lag zwischen 1,013 g/L und 1,051 g/L. Anders als bei den Proben mit 0,2\% -Tensid im Ansatz war die Dichte der Proben hier im Durchschnitt etwas niedriger als die Dichte der -zugehörigen Tensid-Salzlösungen. - -Beim Vergleich der Oberflächenspannung von Proben und Tensidlösungen wurde der niedrigste Wert für -Brij S20 ermittelt, gefolgt von Brij 98 und Uniperol EL. Auffällig war, dass die -Oberflächenspannung der BASF-Tensidmischung in der Probe wieder deutlich an anstieg im Vergelich -zur Tensid-Lösung und auch absolut wieder den fast gleichen Wert von 57,54 mN/m erreicht wie auch -schon bei den Ansätzen mit 0,2\% Tensid. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Tabelle -\ref{tab:V1_2,0} zusammengefasst. - -\input{V1_Tabelle0,2} -\input{V1_Tabelle2,0} - -%\begin{flushleft} -%\begin{figure} -%\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 3cm 0cm 0cm]{bilder/V1_Tabelle_0,2} -%\caption[Tabelle_V1]{Messwerte von Versuch 1: Screening von 15 verschiedenen Tensiden} -%\end{figure} -%\end{flushleft} - -\subsection{Bewertung der Ergebnisse} - -Dieser erste Versuch sollte die grundsätzliche Eignung verschiedener Tenside für die -Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff zeigen und diente so einer Vorauswahl für weiterführende -Versuche. -Als erstes schieden die Tenside aus, die sich nicht wie gewünscht in der Salzlösung lösen ließen. -Dies galt für SDS, welches sich trotz Wärmezufuhr und langem Rühren nicht löste, und für DSSS, -welches auf die Anwesenheit von Kationen mit Gelbildung reagierte. Zwar war auch Enordet -problematisch, da die Tensid-Salzlösung stark getrübt und viskos war, es wurde aber zunächst nicht -von weiteren Versuchen ausgeschlossen, sondern ohne Salz in reinem Wasser angesetzt. Die genannten -Effekte waren schon bei der geringen Tensidkonzentration von nur 0,2\% sichtbar und wurden bei der -höheren Konzentration von 2\% noch verstärkt. -%Von den mit Schwefelkohlenstoff angesetzten Proben wurden einige nicht vollständig untersucht -%werden aufgrund ihres Verhaltens oder Aussehens. Bei den Proben mit 0,2\% Tensid wurde Brij 97 -%aufgrund der milchig-weißen Farbe der leichten Phase auf eine beprobung verzichtet und bei Lutensol -%FSA10 konnte das Volumen und die Oberflächenspannung auf Grund der starken Inhomogenität der Probe -%nicht gemessen werden. -Die gemessenen Konzentrationen an gelöstem Schwefelkohlenstoff lagen bei den Proben mit 0,2\% -Tensid mit 3,91 g/L - 6,53 g/L erwartungsgemäß kaum über der Löslichkeit in reinem Wasser, welche 2 -g/L beträgt. -Die Oberflächenspannung der Probe blieb im Vergleich mit der Oberflächenspannung der -Tensid-Salzlösung ungefähr konstant. - -Bei der Untersuchung der Proben mit 2\% Tensid im Ansatz traten deutliche Unterschiede zwischen den -unterschiedlichen Tensiden hinsichtlich der Konzentration von gelöstem Schwefelkohlenstoff auf. Die -gemessenen Konzentrationen reichten von 4,79 g/L (BASF-Tensidmischung) bis 103,06 g/L(Brij 97). -Dies war allerdings mit Abstand die höchste Konzentration, denn die zweithöchste gemessene -Konzentration lag bei gerade 51,43 g/L (Lutensol FSA10). -Nach Betrachtung der Konzentration war Brij 97 mit Abstand das effizienteste Tensid, gefolgt von -Lutensol FSA10 mit 51,43 g/L, Uniperol EL mit 48 55 g/L, Igepal mit 47,51 g/L und Enordet in -destilliertem Wasser mit 41,7 g/L. Alle weiteren Tenside wiesen ein deutlich schlechteres -Solubilisierungspotential auf. -Sortiert nach dem Oberflächenspannungsverhältnis zwischen Probe und Tensid-Salzlösung ergibt sich -eine andere Reihenfolge. Diese lautet dann Brij 98, Brij S20, Uniperol EL, Brij 97 und Enordet in -destilliertem Wasser. Bei Lutensol FSA10 und Igepal lag die Oberflächenspannung der Probe über der -der Tensid-Salzlösung. Allerdings sind die Messergebnisse für die Oberflächenspannungen kritisch zu -bewerten, da die Proben wärend der Messung schäumten. Durch den Schaum ist möglicherweise ein -Gegendruck entstanden, so dass möglicherweise zu hohe Werte gemessen wurden. -Die Ergebnisse sind in Abbildung 4.2 grafisch dargestellt. - - -\begin{figure} -\includegraphics{bilder/V1_uebersicht0,2} - -\includegraphics{bilder/V1_uebersicht2,0} -\caption[bilder_V1]{Vergleich der Messwerte der untersuchten Tenside bei 0,2\% und bei 2\% Tensid im Ansatz} -\end{figure} - -\section {Versuchsreihe 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration} - -Aus den von im ersten Versuch untersuchten Tensiden sollten einige ausgewählt und für diese die -optimale Tensidkonzentration ermittelt werden, also die Konzentration bei der am meisten -Schwefelkohlenstoff gelöst werden kann. -Hierzu wurde eine Verdünnungsreihe hergestellt, wobei die Tensidkonzentration variierte und die -Konzentration an Salz und Schwefelkohlenstoff konstant gehalten wurde. + \subsection{Versuchsdurchführung} @@ -358,234 +223,5 @@ leichten Phase, Dichte und Konzentration. Die Untersuchung und Beprobung erfolgte analog zum vorigen Versuch. - -Zu einem späteren Zeitpunkt wurde zudem die Messung der Viskosität für Brij 97 durchgeführt. -Der Aufbau des verwendeten Ubbelohde-Viskosimeters ist in Abbildung 4.3 dargestellt. Die Probe wird -über Rohr C eingefüllt und sammelt sich an desen unterem Ende in einem Voratsgefäß. Dieses ist über -ein U-Rohr mit dem Niveaugefäß (D) verbunden, an das zum einen die Kapillare(I) und zum anderen -ein Belüftungsrohr (A) angeschlossen sind. Oberhalb der Kapillare befindet sich das Messgefäß (E). -Oberhalb und unterhalb de Messgefäßes befindet sich eine Markierung. Die Probe wird in der Regel -durch anlegen eines Unterdruckes an Rohr B in das Messgefäß gesaugt. Dann wird das Belüftungsrohr -geöffnet, sodass der Flüssigkeitsfilm unterhalb der Kapillare abreißt, es entsteht das sogenannte -hängende Niveau. Die Probe wird durch die Kapillare ablaufen gelassen und die Zeit gestoppt, die -die obere Grenzfläche benötigt um den Weg zwischen oberer und unterer Markierung des Messgefäßes -zurückzulegen. - -Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Schwefelkohlenstoffs, wurde die Flüssigkeit nicht wie normal -üblich durch Anlegen eines Unterdruckes an Rohr B nach oben gesaugt, sondern durch Erzeugen eines -Überdrucks an Rohr C in das Messgefäß gedrückt. - -\noindent Zunächst wurde die Kapillarkonstante bestimmt. Hierzu wurden zunächst mehrere Messungen -mit bidestilliertem Wasser durchgeführt. Die dynamische Viskosität von Wasser beträgt 1 Pa*s -(Pascalsekunde, ebenfalls gebräuchlich: $Ns/m^2$). -Für die Messung wurden rund drei Milliliter Probe benötigt. Die Messung wurde jeweils dreimal -wiederholt und der Mittelwert zur Berrechnung der Viskosität verwendet. Die dynamische Viskosität -berechnet sich aus Kapillarkonstante mal Zeit. - -%Bild Ubbelohde aus Viskosität Uni-Siegen -\begin{figure} -\centering -\includegraphics[scale=0.55]{bilder/Ubbelohde} -\caption[Viskosimeter]{Ubbelohde-Viskosimeter} -\end{figure} - - -\subsection{Ergebnisse} - -Die Bestimmung des Volumens ist bei diesem zweiten Versuch genauer als beim vorangegangenen -Versuch, da das Volumen der Vials kalibriert wurde und das Verhältnis von Höhe zu Duchmesser -größer ist. Somit wirkt sich der Messfehler durch die Höhenmessung geringer aus. - -\subsubsection{Auswertung der Reihe mit Brij S20} - -Für Brij S20 wurden Konzentrationen an gelöstem $CS_2$ von 7,38 g/L bis 72,72 g/L gemessen. Die -höchste Konzentration wurde bei der Probe mit knapp 3 \% Tensid im Ansatz gefunden. -Die Dichte lagen zwischen 1,05 g/L und 1,11 g/L. Mit steigender Tensidkonzentration im Ansatz nahm -die Dichte der leichten Phase ab. -Hier wurden nun nicht die Oberflächenspannungen von Probe und Stammlösung verglichen wie in Versuch -1, sondern die Oberflächenspannung wurde mit der Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff in -der leichten Phase verglichen. Dies ist nachfolgend in Diagramm -% \Ref{Fig:XX} -XXXXXX dargestellt. -Die Oberflächenspannung nimmt ab, während die Konzentration steigt und umgekehrt. Die Messwerte -dieses Versuchs sind in Abbildung 4.4 tabellarisch aufgeführt. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind -in Tabelle \ref{tab:V2_BrijS20} zusammengefasst. - -%Tabelle mit den Messergebnissen von Brij S20 - -\input{V2_TabelleBrijS20} - -%\begin{flushleft} -%\begin{figure} -%\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Tabelle_BrijS20} -%\caption[Tabelle V2_BrijS20]{Messergebnisse von Versuch 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration für Brij S20} -%\end{figure} -%\end{flushleft} - -\subsubsection {Auswertung der Reihe mit Brij97} - -Für Brij 97 wurden deutlich höhere Konzentrationen als für Brij S20 gefunden. Diese lagen zwischen -110,98 g/L und 893,12 g/L. Auch hier wurde die höchste Konzentration in der Probe mit rund 3 \% -Tensid im Ansatz gefunden. -Die Dichte der leichten Phase lagen zwischen 1,05 g/L und 1,09 g/L also im gleichen Bereich wie die -Dichte von Brij S20. Hier war allerdings der Effekt zu beobachten, dass die Dichte mit steigender -Tensidkonzentration zunahm. -Beim Vergleich von Oberflächenspannung und Gelöst-Konzentration war der Effekt der steigenden -Konzentration bei abnehmender Oberflächenspannung deutlicher und eindeutiger ausgeprägt als bei -Brij S20. Die Messwerte sind tabellarisch in Tabelle \ref{tab:V2_Brij97} verzeichnet. - -%Tabelle mit den Messergebnissen mit Brij 97 - -%\input{V2_TabelleBrij97} - -%\begin{flushleft} -%\begin{figure} -%\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Tabelle_Brij97} -%\caption[Tabelle V2_Brij97]{Messergebnisse von Versuch 2: Einstellen der optimalen Tensidkonzentration für Brij 97} -%\end{figure} -%\end{flushleft} - - -\subsection{Bewertung der Ergebnisse} - -Der Verlust der zwei Proben von Brij 97 stellte kein größeres Problem dar, da es sich hier um die -Probe 1 mit 0,1 \% Tensid und Probe 6 mit 2,5\% Tensid handelt, also zum einen nicht um benachbarte -Proben und zum anderen sind diese Konzentrationen vergleichbar mit denen aus dem ersten Screening -(0,2\% und 2\%). - -Im Vergleich zum ersten Screening wurde hier die extrem gute Solubilisierung des -Schwefelkohlenstoffs durch Brij 97 nochmals deutlicher. Durch die steigende Tensidkonzentration, -steigt auch die Anzahl der Mizellen und somit die Solubilisierungskapazität. Bei weiter steigender -Tensidkonzentration löst sich das Tensid auch verstärkt in der schweren Phase und bildet inverse -Mizellen und schließlich bildet sich Mittelphase. Die gemessenen Höchstkonzentration lag bei Brij -97 zehnfach über der höchsten Konzentration, die für Brij S20 gefunden wurde. -Trägt man die gemessene Konzentration von gelöstem Schwefelkohlenstoff gegen die -Tensidkonzentration auf, wie in Grafik 4.6 und 4.7 dargestellt, lässt sich gut erkennen, dass die -maximale Solubilisierung bei der Probe mit knapp 3\% Tensid im Ansatz vorliegt. Danach fällt die -Kurve wieder. Mehr Tensid hat hier keine zusätzliche lösungsvermittelnde Wirkung. Zu beachten ist, -dass die gefundenen Werte nicht dem kritischen Punkt und damit der maximal Möglichen Konzentration -gleichgesetzt werden können, denn die Proben wurden aus dem Zweiphasengebiet entnommen. Die -dargestellte Kurve liegt daher unterhalb der Binodalkurve. Der kritische Punkt dürfte in der Nähe -der ermittelten Konzentration liegen, lässt sich aber durch diesen Versuch nicht exakt finden. -Hierzu müsste eine exakte Mischungkurve durch schrittweises zutitrieren der einzelnen Komponenten -aufgenommen werden und die Konoden durch chemische Analyse aller Komponenten in beiden Phasen -bestimmt werden. - - -%Grafiken möglichst als Viererblock zusammenfassen - -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.48\textwidth]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} -%\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an Brij S20} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_OFS_BrijS20} -%\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an Brij S20} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} -%\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an Brij S20} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Solub_BrijS20} -%\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij S20} -%\caption[Messwerte Brij S20]{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Tensidkonzentration im Ansatz} -%\end{figure} - - -%Das mit dem hinscalieren tut net so wirklich und die erste Grafik ist anders als die anderen -\begin{figure} -\centering -\mbox -{\subfigure - { - \includegraphics[scale=0.257, trim=0cm 14.5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8.3cm, trim=0cm 17cm 0cm 0cm]{bilder/V2_OFS_BrijS20} } - } -} -{\subfigure - { - \includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 0cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0.5cm 0cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Solub_BrijS20} } - } -} -\caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von Brij S20} -\label{fig12} -\end{figure} - -\begin{figure} -\centering -\mbox -{\subfigure - { - \includegraphics[width=8cm, trim=0cm 15cm 0cm 5cm]{bilder/V2_Konzentration_Brij97} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0cm 15cm 0cm 5cm]{bilder/V2_OFS_Brij97} } - } -} -{\subfigure - { - \includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Dichte_Brij97} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Solub_Brij97} } - } -} -\caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von Brij 97} -{ -\begin{flushleft} -\includegraphics[width=8cm, trim=0cm 5cm 0cm 5cm]{bilder/V2_Viskos_Brij97} -\caption{Verlauf der Viskosität über die Konzentration von Brij 97} -\end{flushleft} -} -\label{fig13} -\end{figure} - - - - -%\begin{figure} -%\centering - -%\begin{tabular}{cc} -%\includegraphics[scale=0.257, trim=0cm 14.5cm 0cm 0cm]{bilder/V2_Konzentration_BrijS20} & -%\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_OFS_BrijS20} -%\end{tabular} -%\caption{bla bla} - -%\begin{tabular}{cc} -%\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Dichte_BrijS20} & -%\includegraphics[width=8cm, trim=0.3cm 4cm 0cm 0cm ]{bilder/V2_Solub_BrijS20} -%\end{tabular} -%\caption{bla bla 2} -%\label{eis1} - -%\end{figure} - - - - -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Konzentration_Brij97} -%\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an Brij 97} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_OFS_Brij97} -%\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an Brij 97} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Dichte_Brij97} -%\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an Brij 97} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Solub_Brij97} -%\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij 97} -%\end {figure} -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V2_Viskos_Brij97} -%\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an Brij 97} -%\end{figure} - - +Zu einem späteren Zeitpunkt wurde zudem die Messung der Viskosität für Brij 97 durchgeführt. @@ -630,90 +266,3 @@ die Dichte und die Oberflächenspannung mit den gleichen Methoden wie in den Versuchen zuvor. -\subsection{Ergebnisse} - -Die gemessenen $CS_2$ Konzentrationen lagen zwischen 561,56 g/L und 745,78 g/L, wobei die -Konzentration mit steigendem Salzgehalt zunächst anstieg, die Maximalkonzentration bei 1,2 \% -Calciumchlorid im Ansatz (Probe 4) erreichte und danach wieder abfiel. -Die Dichte lagen zwischen 1,09 g/L und 1,16 g/L, der Trend war leicht ansteigend mit der -Konzentration. -Die Oberflächenspannungen wurden wieder mit der Konzentration an gelöstem Schwefelkohlenstoff -verglichen. Zwar ergaben die Messwerte von Oberflächenspannung und Konzentration keinen so -eindeutigen Zusammenhang wie beim Versuch zur Einstellung der optimalen Tensidkonzentration bei -festem Salzgehalt. Die Werte im Vergleich waren aber doch stimmig, also bei niedriger -Oberflächenspannung wurde eine hohe Schwefelkohlenstoffkonzentration gemessen, bei hoher -Oberflächenspannung eine niedrige. Die Messwerte sind in Tabelle -% \ref{tab:V3_Tabelle} -aufgeführt. - -%Tabelle mit den Ergebnissen - -\input{V3_Tabelle} - -%\begin{flushleft} -%\begin{figure} -%\includegraphics[scale=0.9, trim=1.5cm 23cm 0cm 0cm]{bilder/V3_Tabelle} -%\caption[Tabelle V3]{Messergebnisse von Versuch 3: Salinitätsscan für Brij 97 mit $CaCl_2$} -%\end{figure} -%\end{flushleft} - -\subsection{Bewertung der Ergebnisse} - -Insgesamt wurde die solubilisierende Wirkung des Tensides durch das Salz etwas abgeschwächt. Die -gemessenen Konzentrationen waren zwar noch immer hoch, jedoch wurden die Höchstwerte aus dem -Versuch zur Einstellung der optimalen Tensidkonzentration nicht erreicht. Dieses Verhalten war so -erwartet wordenund deckt sich mit Literaturangaben \cite{Kitahara}. -Die Ungleichmäßigkeiten in der Messung sollten durch einen Wiederholungsversuch überprüft und -gegebenfalls korrigiert werden. - - -Ein weiterer Effekt wurde duch diesen Versuch allerdings noch nicht berücksichtigt. So ist es -möglich, dass zweiwertige Kationen neben der Beeinflussung des Tensids auch einen direkten Einfluss -auf den Lösungsvorgang des Tensids haben und selbst als Komplexbildner arbeiten. Dieser Effekt -sollte durch einen weiteren Versuch ausgeschlossen werden, bei dem ein Salz mit einwertigen -Kationen zum Einsatz kommt. - -%Grafiken - -%\begin{figure} -%\%includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Konzentration} -%\caption[Konzentration Brij97]{Konzentrationsverlauf abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} -%\end{figure} - -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_OFS} -%\caption[OFS Brij97]{Oberflächenspannung abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} -%\end{figure} - -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Dichte} -%\caption[Dichte Brij97]{Dichte abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} -%\end{figure} - -%\begin{figure} -%\includegraphics[width=0.5\textwidth]{bilder/V3_Solub} -%\caption[Konzentration Brij97]{Solubilisierungsfaktor abhängig von der Konzentration an $CaCl_2$} -%\end{figure} - - -%Die Bilder hängen voll aufeinander drauf -\begin{figure} -\centering -\mbox -{\subfigure - { - \includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Konzentration} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_OFS} } - } -} -{\subfigure - { - \includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Dichte} - \quad - \subfigure{\includegraphics[width=8cm]{bilder/V3_Solub} } - } -} -\caption{Verlauf von Konzentration, Oberflächenspannung, Dichte und Solubilisierungspotential über die Konzentration von $CaCl_2$} -\label{fig14} - -\end{figure} + Index: /studiarbeit/Theoretische.tex =================================================================== --- /studiarbeit/Theoretische.tex (revision 87) +++ /studiarbeit/Theoretische.tex (revision 88) @@ -1,6 +1,8 @@ -\chapter{Theoretische Grundlagen} -\label{Theoretische Grundlagen} - -\section{Grundwasserkontaminationen} +\chapter{Grundlagen} +\label{Grundlagen} + +\section{Theoretische Grundlagen} + +\subsection{Grundwasserkontaminationen} Unterschieden nach der Art des Eintrags von Kontaminationen in Boden und Grundwasser können diese @@ -63,5 +65,5 @@ -\section {Sanierungsverfahren} +\subsection {Sanierungsverfahren} Das Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) nennt in § 2 Abs. 7 zur Sanierung technischer Natur Maßnahmen @@ -90,5 +92,5 @@ Schadstoff im Untergrund entfernt oder unschädlich gemacht. -\subsection {Ex-Situ-Verfahren} +\subsubsection {Ex-Situ-Verfahren} Ex-Situ-Verfahren sind nur dann geeignet, wenn eine eher kleinräumige und oberflächennahe @@ -99,5 +101,5 @@ -\subsection {In-Situ-Verfahren} +\subsubsection {In-Situ-Verfahren} Für Verunreinigungen, die weit in den Boden eingedrungen sind, bereits das Grundwasser verunreinigt @@ -121,5 +123,5 @@ entfernen. -\subsection{Mobilisierung und Solubilisierung} +\subsubsection{Mobilisierung und Solubilisierung} Mobilisiert wird ein Schadstoff dann, wenn die Grenzflächenspannung zwischen Schadstoff und Wasser @@ -156,5 +158,5 @@ %folgend in tiefere Schichten absinkt. (Altlastenforum) -\subsection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme} +\subsubsection{Mischungssysteme und ternäre Phasendiagramme} Das Drei-Komponenten-System Wasser-NAPL-Tensid bildet bei niedrigen Tensidkonzentrationen zwei @@ -229,5 +231,5 @@ -\section{Tenside} +\subsection{Tenside} Tenside zeichnen sich durch charakteristische Eigenschaften aus. Die wichtigste ist, dass sie @@ -293,5 +295,5 @@ -\subsection{Aufbau} +\subsubsection{Aufbau} Tenside setzen sich aus einem polaren (hydrophilen) und einem unpolaren (hydrophoben) Teil @@ -312,5 +314,5 @@ Häufig ist eine Carboxylatgruppe kombiniert mit einer quartären Ammoniumgruppe. -\subsection{Einfluss auf die Eigenschaften} +\subsubsection{Einfluss auf die Eigenschaften} Die Löslichkeit von Tenside wird bei abnehmender Temperatur vom sogenannten Krafft-Punkt bestimmt. @@ -354,2 +356,282 @@ %\subsektion{Grundwasserchemie} + +\section{Experimentelle Grundlagen} + +\subsection{Batchversuche} + +Batchversuche sind stark vereinfachte Modelle und simulieren die Idealbedingungen für eine +bestimmte Reaktion in einem abgeschlossenen System. Die Ansätze erfolgen in einem geschlossenen +Gefäß. Externe Einflüsse werden weitgehend ausgeblendet, da nur die einzelnen Chemikalien (hier +Tensid, Schadstoff, Wasser und Salz) gemischt werden. Die Mischungsanteile der Ansätze werden +während der Gleichgewichtseinstellung der Reaktion nicht verändert und auch die Temperatur wird +konstant gehalten. +Batchversuche bieten den Vorteil, zunächst alle äußeren Einflüsse auszublenden. So lassen sich +komplexe Vorgänge schrittweise betrachten und verstehen. Es können nach und nach verschiedene +Einflussgrößen weitgehend unabhängig voneinander untersucht werden. So wurde hier zunächst die +allgemeine Eignung verschiedener Tenside untersucht, als zweites die optimale Tensidkonzentration +bei ansonsten festen Massenanteilen für ausgewählte Tenside bestimmt und schließlich für ein Tensid +der Einfluss der Salinität untersucht. Die Resultate werden zur Auswahl von geeigneten Tensiden zur +die Sanierung der Schwefelkohlenstoffkontamination benötigt. Darüber hinaus schaffen sie aber auch +eine Grundlage zum Verständnis der bei der Sanierung im Untergrund relevanten Prozesse. +Batchversuche stellen die Grundlage für alle weiteren Versuche dar, wenngleich die Ergebnisse die +aus Batchversuchen erhalten werden nicht eins zu eins auf die Sanierung eines Grundwasserleiters +übertragen werden. Dies liegt daran, dass der Einfluss von Strömung und Grundwasserchemie, sowie +die Wechselwirkung mit der Bodenmatrix nicht in Batchversuche dargestellt werden können. Lediglich +der Einfluss einer erniedrigten Temperatur lässt sich, mit allerdings entsprechendem Mehraufwand +betrachten. Diese weiteren Einflüsse können dann, aufbauend auf das durch die Batchversuche +geschaffenen Basiswissen, zum Beispiel mit Säulenversuchen untersucht werden. + + +\subsection{Material und Chemikalien} + +\subsubsection{Schwefelkohlenstoff} + +Schwefelkohlenstoff mit der Summenformel $CS_2$ und der molaren Masse 76,13 g/mol ist eine farblose +Flüssikeit. In Reinform ist sie geruchsneutral, aufgrund von Verunreinigungen jedoch häufig +unangenehm richend. Der Schmelzpunkt liegt bei -111,6 °C der Siedepunkt bei 46,5 °C. Der Stoff ist +leicht entzündlich und bei einem Volumenanteil in Luft von 1\% - 60\% auch explosiv. Wegen des +hohen Dampfdrucks von 398 hPa ist er leicht flüchtig, wobei die Dämpfe schwerer sind als Luft. Die +Dichte beträgt 1,264 g/L bei 20°C. Schwefelkohlenstoff gehört zu den DNAPLs. Die maximale +Löslichkeit in Wasser ist mit 2,1 g/L bei 20°C sehr gering. + +Schwefelkohlenstoff ist nach dem Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Chemikaliengesetz, +ChemG) ein gesundheitsschädlicher und umweltgefährlicher Stoff. %Für den Umgang gelten die R-Sätze +R11 - 36, 38 - 48, 23,62,63 und die S-Sätze S16, 33, 36, 37 - 45 der Gefahrstoffverordnung. + Nach der Verwaltungsvorschrift wassergefährdenter Stoffe (VwVwS) ist Schwefelkohlenstoff in +Kategorie 2, wassergefährdend eingestuft. + +Schwefelkohlenstoff ist giftig, er reizt Haut und Schleimhäute und gilt als +fortpflanzungsgefährdend. Die Aufnahme erfolgt leicht über die Atemwege und die Haut. +\cite{Merck} +Schwefelkohlenstoff ist relativ gut biologisch abbaubar (80\% in 28 Tagen) und aufgrund des eher +mäßig hohen $log P_ow$ ist nicht mit einer starken Bioakkumulation, also der Anreicherung im +Organismus, zu rechnen. \cite{Hedinger} + +Verwendung findet Schwefelkohlenstoff in großen Mengen in der Herstellung von Cellulosefasern, als +Lösemittel für Fette und in der tertiären Erdölförderung. + +\subsubsection{Salze} + +Es wurden zwei unterschiedliche Salze verwendet. Zum einen das bivalente Salz +Calciumchlorid($CaCl_2$) und zum anderen das monovalente Salz Natriumchlorid ($NaCl$). + +Die Zugabe von Salz setzt die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Tensid und Wasser herab. +Nach der Debye-Hückel-Theorie werden die aktiven Zentren der Tensidmoleküle von den umgekehrt +geladenen Ionen umgeben. Dadurch wird deren Ladung gegenüber den Wassermolekülen abgeschirmt. Als +Effekt werden weniger Wassermoleküle zur Interaktion mit dem Tensid benötigt. Man sagt, die +Aktivität des Lösungsmittels (Wasser) nimmt zu und damit steigt das Lösungsvermögen. Die Theorie +sagt weiter, dass der Logarithmus der Löslichkeit proportional der Wurzel der Ionenstärke ist. Das +heißt je größer die Ionenstärke, umso mehr wird das Lösungsvermögen gesteigert. %cite\Saunders +%cite\Young + +Bei weiter steigender Salzkonzentration kehrt sich der Effekt allerdings um, die Löslichkeit nimmt +wieder ab. Dies kann man sich so vorstellen, dass sich keine weiteren Ionen mehr um die Tenside +anlagern können und daher verstärkt mit dem Lösungsmittel (Wasser) in Wechselwirkung treten. +Dadurch stehen nun weniger ''freie'' Wassermoleküle zur Verfügung und die Aktivität des +Lösungsmittels sinkt. Dies kann bis zum Ausfallen der Tensidmoleküle aus der Lösung führen. + + +Der Bereich in dem die Löslichkeit durch ein Salz beeinflusst werden kann, wird als Salzfenster +bezeichet. Die veränderte Löslichkeit lässt sich auch durch die Änderung des HLB-Wertes ausdrücken. +Dieser nimmt bei steigender Salzkonzentration ab. Ein niedriger HLB-Wert bedeutet, dass sich das +Tensid besser im unpolaren löst. Es bilden sich also mit steigendem Salzgehalt zunehmend inverse +Mizellen (siehe Abbildung 3.1). + +\begin{figure}[h] +\includegraphics[trim=2.5cm 16cm 0cm 2cm]{bilder/Salzfenster} +\caption[Salzfenster]{Salzfenster nach Sabatini, 2000} +\end{figure} + + + + +%Initial salting in at low concentrations is explained by the Debye-Huckel theory. Proteins are +%surrounded by the salt counter ions (ions of opposite net charge) and this screening results in +%decreasing electrostatic free energy of the protein and increasing activity of the solvent, which +%in turn, leads to increasing solubility. This theory predicts the logarithm of solubility to be +%proportional to the square root of the ionic strength. +%http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/PRECIP/precpsalt.html +%%In effect, this means that less water molecules are required to interact with the protein surface +%and the concentration of "free" water is increased. We say that the "activity" of the water has +%increased. The net effect is that the protein becomes more soluble. +%%At higher concentrations of salt we see the reverse effect, "salting-out". What's happening now is +%that all the binding sites on the protein surface for the salt ions have become occupied and so the +%ions begin to interact with the solvent. The concentration of "free" solvent molecules decreases as +%they are used to solvate the salt ions. Protein molecules therefore move closer together and begin +%to interact with one another via the hydrophobic or charged patches on their surfaces. At some salt +%concentration (which depends on the salt and the size/charge characteristics of the protein), the +%protein molecules aggregate and come out of solution. +%http://www.madsci.org/posts/archives/2008-04/1208150541.Bc.r.html + +\subsubsection{Verwendete Tenside} + +Für ein erstes Screening wurden 15 verschiedene nicht-ionische und anionische Tenside, welche +nachfolgend mit den wichtigsten Parametern aufgelistet sind untersuht.Kationische Tenside wurden +aufgrund ihres generell geringen Lösungsvermögens und ihrer erhöhten Affinität zur Sorption an +negativ geladene Bodenteilchen nicht eingesetzt. + + + +%Tabellenüberschrift + +\vspace{12 pt} +\noindent +%\begin{flushleft} +\begin{tabular}{|c|c|l|l|l|l|c|c|} \hline +\bf Nr.&\bf CAS&\bf Handelsnahme&\bf Typ&\bf Chemische Klasse&\bf Molmasse&\bf HLB\\ \hline +1&301-02-0&Lutensol FSA10&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\ \hline +2&9005-00-9&Brij S20&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&314,55&15\\ \hline +3&9004-98-2&Brij 98&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&1149,53&15,3\\ \hline +4&9002-93-1&Igepal&nicht-ionischðoxylierte Alkylphenole&617&13\\ \hline +5&9004-98-2&Brij 97&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&709&12,4\\ \hline +6&9004-95-9&Brij 58&nicht-ionischðoxylierte Alkohole&1124&16\\ \hline +7&9005-64-5&Tween 20&nicht-ionisch&Polysorbate&346,46&13,3\\ \hline +8&9005-65-6&Tween 80&nicht-ionisch&Polysorbate&604,81&15\\ \hline +9&9043-30-5&Uniperol LE&nicht-ionischðoxylieres Öl&-&-\\ \hline +10&-&Brij 35&nicht-ionisch&Polysorbate&1198,57&16,9\\ \hline +11&-&BASF-Mischung:&nicht-ionisch&Ölsäureamidethoxylat&-&-\\ +&&Lutensol FSA 10 (73\%)&anionisch&dialkylierte Sulfosuccinate&&\\ +&& Lutensol ON 60 (27\%)&&&&\\ \hline +12&151-21-3&Shell Enordet&anionisch&-&-&-\\ \hline +13&577-11-7&SDS (Sodiumlaurylsulfate)&anionisch&alkylierte Sulfate&288,4&40\\ \hline +14&-&Aerosol AOT (DSSS)&anionisch&Sulfosuccinate&444,56&10,2\\ \hline +15&-&Lutensol ON 60&anionisch&dialkylierte Sulfosuccinate&-&-\\ \hline +\end{tabular} +%\end{flushleft} +\vspace{12 pt} + + + + +\subsubsection{Material} + +Die Batchansätze der verschiedenen Versuchsreihen erfolgten in unterschiedlichen Vials aus Klarglas +mit jeweils passendem Schraubverschluss mit Mininert-Ventil. Für den ersten Versuch, das Screening +der Tenside, wurden 40 ml-Vials mit flachem Boden und einem Durchmesser von rund 26 mm verwendet, +die mit insgesamt 20 ml Chemikalien gefüllt wurden. Problematisch war hier zum einen das große +Volumen und der somit hohe Chemikalienverbrauch und zum anderen, die geringe Höhe im Verhältnis +zum Volumen, wodurch es schwierig war, die Trennung der Phasen exakt zu dokumentieren. Für den +zweiten Versuch wurden Vials mit einem Volumen von 25 ml und einem Durchmesser von nur rund einem +Zentimeter verwendet. Auch hier trat wieder das Problem auf, das in den nicht vollständig gefüllten +Vials ein großer Gasraum vorhanden war. Der flüchtige Schwefelkohlenstoff diffundiert zu einem +nicht bekannten Teil in diese Gasphase und verändert so das Phasengleichgewicht. Daher wurden in +den weiteren Versuchen noch kleinere Vials mit nur 15 ml Volumen und einem Durchmesser von rund +einem Zentimeter verwendet und diese nahezu randvoll befüllt. +Für nötige Verdünnungsschritte vor der Konzentrationsbestimmung wurden wieder 40 ml-Vials +verwendet. Diese wurden mit einem PTFE-beschichteten Septum und Schraubkappe verschlossen. +Die Zugabe der Chemikalien in die Vials und die Probenentnahme wurde mit gasdichten +Hamilton-Glasspritzen durchgeführt. Da die Vials entlüftet werden mussten um Überdruck bei der +Zugabe des Schwefelkohlenstoffs bzw. Unterdruck bei der Probenahme zu verhindern wurde zusätzlich +eine zweite Kanüle mit nur 0,4 mm Durchmesser zur Belüftung verwendet. Um ein Steckenbleiben im +Hals der Mininert-Ventile zu verhindern, wurden diese feinen Kanülen vorher mit einem Schleifstein +abgerundet. + + +\subsection{Grundsätzliches Vorgehen und Messmethoden} + +Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und dabei 15 Tenside hinsichtlich +ihrer Eignung zur Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff untersucht. +Ein erstes Screening, diente einer Vorauswahl. Für die hier ausgesuchten Tenside wurde anschließend +der Einfluss der Tensidkonzentration und schließlich der Einfluss von ein- und zweiwertigen +Kationen untersucht. + +Das grundsätzliche Vorgehen war immer gleich: Tensid, Salz und Wasser wurden in definierten +Massenverhältnissen gemischt und der mit Oil Red angefärbte Schwefelkohlenstoff im Überschuss +zugegeben. Die Ansätze wurden gut vermischt und in einem auf 20 °C temperierten Wasserbad bis zur +Gleichgewichtseinstellung stehen gelassen. +Aus der leichten Phase wurde eine Probe abgenommen und in Methanol im Verhältnis 1/100 verdünnt. +Die Auftrennung und Konzentrationsmessung erfolgte mittels HPLC-UV/VIS. Des weiteren wurde die +Dichte, die Oberflächenspannung und das Gesamtvolumen der leichten Phase ermittelt. Außerdem wurde +das äußere Erscheinungsbild der Proben zu einer ersten optischen Bewertung herangezogen. Dabei +wurde die Ausbildung einer Mittelphase, Trübung der leichten Phase und Abgrenzung der entstandenen +Phasen zueinander betrachtet. + +\subsubsection{Messmethoden} + +Um beurteilen zu können, wie viel des vorgelegten Schwefelkohlenstoffs in die leichte Phase +partitionierte, wurde das Volumen der leichten Phase bestimmt. Hierzu wurden mit einem +Höhenanreißer jeweils die Höhe der unteren Phasengrenze (Grenzfläche schwere Phase - leichte Phase) +und der oberen Phasengrenze (Grenzfläche leichte Phase - Luft) gemessen. Zudem musste der +Durchmesser der Vials bestimmt werden. Dies erfolgte für den ersten Versuch durch abschätzen des +Innendurchmesser durch messen des Außendurchmessers der Vials mit einer Schieblehre. Für die 40 +ml-Vials war dies, aufgrund des relativ großen Durchmessers, hinreichend genau. Die wesentlich +schmaleren Vials der weiteren Versuche wurden mit Wasser kalibriert. Das heißt die Vials wurden bis +zum Ende der Bodenrundung mit Wasser gefüllt und die Höhe des Wasserspiegels mit dem Höhenanreißer +gemessen. Dann wurde ein definiertes Volumen Wasser mit der Mikroliterspritze zugegeben, das Vial +zur Dichtekontrolle gewogen, und wieder die Höhe des Wasserspiegels gemessen. Aus der Differenz der +gemessenen Höhen und dem zugegeben Volumen lässt sich aus der Formel für das Zylindervolumen der +Innendurchmesser der Vials berechnen. Dies wurde mit je drei Vials eines Typs durchgeführt und der +Mittelwert der so bestimmten Durchmesser als Kalibrationsergebniss erhalten. +Mit dem Durchmesser aus der Kalibrierung und der gemessenen Phasenhöhe kann nun das Volumen der +leichten Phase wiederum über die Zylinderformel bestimmt werden. + + +Die Konzentrationsbestimmung des in der leichten Phase gelösten Schwefelkohlenstoffs wurde mittels +Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (engl. High Performance Liquid Chromatography = HPLC) +durchgeführt und mittels UV-VIS-Detektor bei einer Wellenlänge von 315 nm detektiert. Aufgrund der +hohen Konzentration mussten die Proben verdünnt werden, damit die Messung im lineraren Bereich der +HPLC blieb. Um gleichzeitig den Einfluss der Dichtekontraktion zu reduzieren und den Einfluss des +Tensids auf die Laufzeit der Messung klein zu halten, wurde um den Faktor 100 mit Methanol +verdünnt. + + +Die Dichte der Proben wurde bestimmt durch wiegen eines definierten Probevolumens. Hierzu wurden +3,5 ml-Gläschen mit Gummistopfen zuerst leer gewogen, dann 2 ml der leichten Phase der Probe +mittels einer Mikroliterspritze in die Gläschen überführt und wieder gewogen. Aus der +Massendifferenz und dem zugegebenen Volumen lässt sich dann die Dichte berechnen: Dichte [g/mL] = +Masse [g] / Volumen [ml]. + + +Die Messung der Oberflächenspannung wurde mit einem Blasendrucktensiometer (BPA-1P, Sinterface) +durchgeführt. Das Gerät bietet einen Schnelltest, bei dem innerhalb von rund fünf Minuten eine +komplette Messkurve über verschiedene Blasen-Lebensdauern aufgenommen werden kann. Allerdings wurde +hier keine komplette Messkurve aufgezeichnet, sondern der Versuch abgebrochen, sobald sich das +Messergebnis einem konstanten Wert annäherte. Der zuletzt gemessene, niedrigste Wert wurde dann als +Ergebnis vermerkt. + + +Die Viskosität wurde mit Hilfe eines Mikro-Ubbelohde-Viskosimeters (SI-Analytics) gemessen. +Der Aufbau des verwendeten Ubbelohde-Viskosimeters ist in Abbildung \ref{ubbelohde} dargestellt. Die Probe wird +über Rohr C eingefüllt und sammelt sich an dessen unterem Ende in einem Vorratsgefäß. Dieses ist über +ein U-Rohr mit dem Niveaugefäß (D) verbunden, an das zum einen die Kapillare(I) und zum anderen +ein Belüftungsrohr (A) angeschlossen sind. Oberhalb der Kapillare befindet sich das Messgefäß (E). +Oberhalb und unterhalb de Messgefäßes befindet sich eine Markierung. Die Probe wird in der Regel +durch anlegen eines Unterdruckes an Rohr B in das Messgefäß gesaugt. Dann wird das Belüftungsrohr +geöffnet, sodass der Flüssigkeitsfilm unterhalb der Kapillare abreißt, es entsteht das sogenannte +hängende Niveau. Die Probe wird durch die Kapillare ablaufen gelassen und die Zeit gestoppt, die +die obere Grenzfläche benötigt um den Weg zwischen oberer und unterer Markierung des Messgefäßes +zurückzulegen. +Der kinematische Viskositätskoeffizient $\nu$ ergibt sich dann aus der Kapillarkonstante k mal der +gemessenen Zeit t. +Um auch den dynamischen Viskositätskoeffizienten $\eta$ zu erhalten, wird die Dichte $\rho$ der +Probe mit dem kinematische Viskositätskoeffizient multipliziert. + +\begin{equation} + \nu= k*t=\frac{\eta}{\rho} +\end{equation} +\vspace{0,5cm} + +Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Schwefelkohlenstoffs, wurde die Flüssigkeit nicht wie normal +üblich durch Anlegen eines Unterdruckes an Rohr B nach oben gesaugt, sondern durch Erzeugen eines +Überdrucks an Rohr C in das Messgefäß gedrückt. + +%Bild Ubbelohde aus Viskosität Uni-Siegen +\begin{figure} +\centering +\includegraphics[scale=0.55]{bilder/Ubbelohde} +\caption[Viskosimeter]{Ubbelohde-Viskosimeter} +\label{ubbelohde} +\end{figure} + +Zunächst wurde die Kapillarkonstante bestimmt. Hierzu wurden zunächst mehrere Messungen +mit bidestilliertem Wasser durchgeführt. Die dynamische Viskosität von Wasser beträgt 1 Pa*s +(Pascalsekunde, ebenfalls gebräuchlich ist $Ns/m^2$). +Für die Messung wurden rund drei Milliliter Probe benötigt. Die Messung wurde jeweils dreimal +wiederholt und der Mittelwert zur Berechnung der Viskosität verwendet. + +Diese Messmethode ist streng genommen nur für Newton'sche Fluide geeignet. Bei Tensiden ist jedoch +häufig eine Abhängigkeit der Viskosität von den Scherkräften vorhanden. Da die Tenside hier aber +verdünnt in Lösung vorlagen, wurden angenommen, dass sie sich newtoinsch verhalten. + + Index: /studiarbeit/biblio.bib =================================================================== --- /studiarbeit/biblio.bib (revision 83) +++ /studiarbeit/biblio.bib (revision 88) @@ -151,6 +151,6 @@ -@misc{Stupp., - author = {{Dr. Hans Dieter Stupp}}, +@misc{Stupp, + author = {{Hans Dieter Stupp}}, title = {DNAPL in Boden und Grundwasser Verhalten von LCKW und PAK-{\"O}len}, url = {http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.dscweb.de/Publikationen/DNAPL}, Index: /studiarbeit/Ausarbeitung.bbl =================================================================== --- /studiarbeit/Ausarbeitung.bbl (revision 83) +++ /studiarbeit/Ausarbeitung.bbl (revision 88) @@ -1,3 +1,3 @@ -\begin{thebibliography}{{Der}94} +\begin{thebibliography}{Mem07} \bibitem[{Ber}]{Aha} @@ -18,9 +18,4 @@ \newblock {\em Journal of Contaminant Hydrology 71 (2004)}, (71):27--45, 2004. -\bibitem[{Der}94]{Young} -{Derek R. 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