Es werden die Gleichgewichtskonstanten der Zinkextraktion ermittelt. Das Wilson-Modell und das erweiterte Debye-Hückel-Gesetz werden zur Beschreibung der Aktivitäten verwendet. Die tensiometrischen Untersuchungen erfolgen am hängenden Tropfen. Die Modellauswahl zur Beschreibung der Gleichgewichtsgrenzflächenspannung erfolgt im submizellaren Konzentrationsbereich. Die pseudo-nichtionische Modellierung auf der Basis der Langmuir-Isothermen der Mehrkomponentenadsorption bei Verwendung der Stern-Isothermen für die Gegenionenanreicherung liefert die beste Datenanpassung. Durch ein einfaches Modell zur Mizell- und Aggregatbildung gelingt die Modellerweiterung. Die gemessenen dynamischen Grenzflächenspannungskurven werden sorptionskinetisch und durch diffusive Approximationen angepasst. Es zeigt sich, dass der Stofftransport diffusionsdirigiert ist. Am oszillierenden Tropfen werden die Ergebnisse bestätigt. Für das Kationenaustauscheranion wird die Gültigkeit des Maxwell-Modells zur Beschreibung der Grenzflächendilatationsrheologie nachgewiesen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand des Wissens
2.1 Adsorptionsgleichgewicht
2.1.1 Einkomponentenadsorption
2.1.2 Mehrkomponentenadsorption
2.2 Adsorptionskinetik
2.2.1 Qualitative Adsorptionskinetik
2.2.2 Quantitative Adsorptionskinetik
2.3 Grenzflächenrheologie
2.3.1 Terminologie der Grenzflächenrheologie
2.3.2 Charakteristik der Dilatationsrheologie
2.4 Zinkextraktion mit HDEHP
2.4.1 Extraktionsmechanismus
2.4.2 Reaktions- und Verteilungsgleichgewichte
2.4.3 Stofftransport
3 Problemstellung
4 Experimentelle Methoden
4.1 Gleichgewichtsuntersuchungen
4.2 Grenzflächenspannungsmessungen
4.2.1 Pendent-Drop-Tensiometer
4.2.2 Messprogramm
5 Analyse der Messresultate
5.1 Extraktionsmechanismus
5.2 Gleichgewichte
5.2.1 Extraktionsgleichgewichte
5.2.2 Adsorptionsgleichgewichte
5.3 Adsorptionskinetiken
5.3.1 Systeme nach vorherigem Stoffaustausch
5.3.2 Systeme ohne vorherigen Stoffaustausch
5.4 Dilatationsrheologie
6 Ausblick
7 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Eignung der Pendent-Drop-Tensiometrie zur Analyse von Stofftransportvorgängen bei der Zinkextraktion mit dem Kationenaustauscher Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure (HDEHP). Ziel ist es, durch die Kombination von experimentellen Daten und physikochemischen Modellen ein tieferes Verständnis für die Adsorptionskinetik und die Grenzflächenrheologie in diesem System zu entwickeln, um die Abhängigkeiten von Prozessparametern und Materialeigenschaften besser zu prognostizieren.
- Anwendung der Pendent-Drop-Tensiometrie als Miniatur-Stoffaustauschzelle
- Modellierung von Adsorptionsgleichgewichten und -kinetiken bei der Zinkextraktion
- Untersuchung von Grenzflächeneigenschaften und deren Einfluss auf den Stofftransport
- Einsatz thermodynamischer Aktivitätenmodelle zur Beschreibung konzentrationsabhängiger Realverläufe
- Analyse der Wirkung von Zusatzelektrolyten und Gegenionen auf die Phasengrenzfläche
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
Mit zunehmender Bedeutung der Flüssig-Flüssig-Extraktion als thermisches Trennverfahren in der Aromaten-Chemie, in der Hydrometallurgie, in der Aufarbeitung von Kernbrennstoff und in der neueren Zeit in der Biotechnologie, in der Pharmazie und Wasseraufbereitung haben die Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet deutlich zugenommen [1]. Während früher die Hauptaugenmerke der Auswahl von Extraktionsmitteln für ein bestehendes Trennproblem und deren Extraktionskinetik sowie der Minimierung des Scale-Up-Risikos von Extraktoren auf der Basis empirischer oder simplifizierter physikalisch-phänomenologischer Modelle galten, so stehen heute Computersimulationen zur Beschreibung der einzelnen Vorgänge bei der dispersen Extraktion und die Messtechnik zur Bereitstellung der zugehörigen Daten bzw. zur Abbildung der extraktiven Transportprozesse im Vordergrund.
Bei der modellhaften Wiedergabe der Flüssig-Flüssig-Extraktion in Extraktionsapparaten bzw. der Prognose von Betriebsverhalten und Trennleistung resultieren die Schwierigkeiten aus der Beschreibung der Fluiddynamik, des Stofftransportes und deren wechselseitigen Kopplung.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigende Bedeutung der Flüssig-Flüssig-Extraktion und motiviert die Untersuchung tensiometrischer Verfahren zur präzisen Beschreibung von Stofftransportvorgängen.
2 Stand des Wissens: Dieses Kapitel fasst theoretische Grundlagen zu Adsorptionsgleichgewichten, Kinetik, Grenzflächenrheologie und der Zinkextraktion mit HDEHP unter Einbeziehung zahlreicher Literaturquellen zusammen.
3 Problemstellung: Hier werden die Defizite in der aktuellen Forschung identifiziert, insbesondere die mangelnde Berücksichtigung dynamischer Grenzflächenprozesse und die unzureichende Modellierbarkeit unter variablen Konzentrationen.
4 Experimentelle Methoden: Dieser Abschnitt beschreibt die verwendeten Reinigungsverfahren, die Pendent-Drop-Tensiometrie sowie das methodische Vorgehen bei Gleichgewichts- und Kinetikuntersuchungen.
5 Analyse der Messresultate: Das Kernkapitel präsentiert die Auswertung experimenteller Daten hinsichtlich Extraktionsmechanismen, Gleichgewichten und Kinetiken unter Anwendung der entwickelten theoretischen Modelle.
6 Ausblick: Der Ausblick diskutiert potenzielle Erweiterungen der Modellierung, insbesondere bezüglich der Berücksichtigung polynuklider Aggregate und der genaueren Erfassung elektrolytischer Einflüsse auf die Phasengrenze.
Schlüsselwörter
Flüssig-Flüssig-Extraktion, Zinkextraktion, HDEHP, Pendent-Drop-Tensiometrie, Adsorptionskinetik, Grenzflächenspannung, Grenzflächenrheologie, Stofftransport, Aktivitätsmodelle, Phasengrenze, Extraktionsmechanismus, Ionenadsorption, Mizellbildung, Stoffaustausch
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Stofftransportvorgängen und thermodynamischen Eigenschaften an fluiden Phasengrenzen während der Extraktion von Zink unter Verwendung des Extraktionsmittels HDEHP.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentral sind die tensiometrische Messung der Grenzflächenspannung, die mathematische Modellierung von Adsorptionsprozessen sowie die Untersuchung der Grenzflächenrheologie.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Demonstration, dass die Pendent-Drop-Tensiometrie ein hervorragendes Werkzeug zur Untersuchung von Stofftransportvorgängen im Miniaturmaßstab bei der Metallsalzextraktion darstellt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autor nutzt primär die Pendent-Drop-Tensiometrie, kombiniert mit verschiedenen thermodynamischen Modellen (wie Gibbs, Langmuir, Frumkin) zur Auswertung der dynamischen Grenzflächenspannungsdaten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte experimentelle Bestimmung von Gleichgewichtsdaten, die Analyse der Adsorptionskinetik, die Untersuchung der Grenzflächenrheologie und die theoretische Beschreibung dieser Vorgänge mittels Aktivitätenmodellen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Flüssig-Flüssig-Extraktion, Zinkextraktion, HDEHP, Adsorptionskinetik, Grenzflächenspannung, Grenzflächenrheologie und Stofftransport.
Welchen Einfluss hat die Natriumsulfatkonzentration auf die Zinkextraktion?
Natriumsulfatzusätze beeinflussen das System vor allem durch Ionenstärkeeinflüsse und Konkurrenzadsorptionsphänomene an der Phasengrenze, was sich in spezifischen Änderungen der Grenzflächenspannungsverläufe zeigt.
Warum ist die Wahl des Verdünnungsmittels für die Extraktion relevant?
Die Polarität des Verdünnungsmittels hat einen signifikanten Einfluss auf die Aggregation des Extraktionsmittels HDEHP, was wiederum die Extraktionskinetik und das Gleichgewicht fundamental verändert.
- Quote paper
- Peter Klapper (Author), 2010, Tensiometrische Stofftransportuntersuchungen der Zinkextraktion mit dem Kationenaustauscher Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/277490
