Die Vorgänge bei der reaktiven Metallsalzextraktion werden durch Grenzflächenprozesse entscheidend beeinflusst. Die Grenzflächenspannung in solchen Systemen resultiert aus den Austauschvorgängen an der Phasengrenze. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie die Gleichgewichtsgrenzflächenspannung modellhaft beschrieben werden kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Stand des Wissens
2 Experimentelles
3 Modellbildung
4 Ergebnisse
5 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuen Modellierungsstrategie zur Beschreibung der Adsorptionsgleichgewichte von Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure an der Wasser-Dodekan-Phasengrenze unter Berücksichtigung des Einflusses von Zusatzelektrolyten. Ziel ist es, die Grenzflächenspannung bei verschiedenen chemischen Bedingungen präzise vorherzusagen, indem die Adsorption von Monomeren und Anionen sowie die Mizellbildung und die Wirkung von Gegenionen physikalisch korrekt in ein theoretisches Modell integriert werden.
- Adsorptionsgleichgewichte von grenzflächenaktiven Stoffen in Flüssig-Flüssig-Systemen
- Modellierung unter Einbeziehung von Gegenionen und Mizellbildung
- Experimentelle Bestimmung der Gleichgewichtsgrenzflächenspannung mittels Tropfenprofilanalyse
- Einfluss von Schwefelsäure, Natriumsulfat und Natriumhydroxid auf die Phasengrenzeneigenschaften
- Vergleich zwischen theoretischen Modellberechnungen und experimentellen Messdaten
Auszug aus dem Buch
1 Stand des Wissens
Die Adsorption grenzflächenaktiver Substanzen bestimmt maßgeblich die Eigenschaften der Phasengrenze. In Flüssig-Flüssig-Systemen werden vornehmlich die Grenzflächenspannung, die Grenzflächenladung und die Grenzflächenrheologie durch die Anreicherung von Stoffen verändert [1,2]. Diese adsorptiven Grenzflächenmodifikationen haben weitreichende Folgen für die Prozessgestaltung in der Fluidverfahrenstechnik. So werden in dispersen Stoffsystemen die Phasenbildungsmechanismen Dispergierung und Koaleszenz, die Tropfengeschwindigkeit und der Stofftransport durch die Phasengrenze beeinflusst. Von eminenter Bedeutung ist die Beschreibung der Adsorptionsgleichgewichte, wenn die angereicherten Stoffe bei der physikalischen Extraktion die Übergangskomponenten oder bei der Reaktivextraktion selbst entweder Edukte oder Produkte darstellen, da in diesen Fällen die Vorgänge an und in der Phasengrenze den Prozess dirigieren.
Die Adsorptionsisothermen, die die Gleichgewichtzusammensetzung der Phasengrenze über die Verknüpfung der Konzentrationen in der Phasengrenze mit denen der Volumenphasen charakterisieren, sind für die Formulierung von ungehemmten Adsorptionsvorgängen fundamental, da zwar der Transport aus den jeweiligen Kernphasen an die Phasengrenze durch die kinetischen Vorgänge Konvektion, Diffusion und in wässrigen Regimes durch Migration erfolgt, der Anreicherungsschritt aber durch das lokale Gleichgewicht zwischen der Phasengrenze und der angrenzenden Volumenphase, der sogenannten Subsurface, vollzogen wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Stand des Wissens: Dieses Kapitel erläutert die Bedeutung der Adsorption grenzflächenaktiver Substanzen für industrielle Extraktionsprozesse und diskutiert kritisch bestehende Modellierungsansätze in der Fachliteratur.
2 Experimentelles: Es wird der experimentelle Versuchsaufbau mittels Pendant-Drop-Tensiometrie zur Messung der Gleichgewichtsgrenzflächenspannung bei definierten Temperaturen und chemischen Randbedingungen beschrieben.
3 Modellbildung: Hier wird die mathematische Strategie zur Herleitung der Gleichgewichtsgrenzflächenspannung unter Einbeziehung von Mehrkomponentenadsorption, Stern-Isothermen für Gegenionen und einem Mizellbildungsmodell entwickelt.
4 Ergebnisse: Das Kapitel präsentiert den Vergleich der experimentellen Messdaten mit den Modellberechnungen und diskutiert die Auswirkungen verschiedener Elektrolytzusätze auf das Adsorptionsverhalten.
5 Zusammenfassung: Abschließend werden die Ergebnisse bewertet und die erfolgreiche Anwendbarkeit des entwickelten, auf physikalischen Prinzipien basierenden Modells für die untersuchten Stoffsysteme resümiert.
Schlüsselwörter
Adsorptionsgleichgewicht, Grenzflächenspannung, Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure, HDEHP, Wasser-Dodekan-Phasengrenze, Modellierung, Mizellbildung, Gegenionenadsorption, Langmuir-Isotherme, Stern-Isotherme, Flüssig-Flüssig-Extraktion, Phasengrenze, Elektrolyteinfluss, Tropfenprofilanalyse, Stofftransport.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundlegend?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der mathematischen Modellierung und experimentellen Untersuchung der Adsorptionsvorgänge von Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure (HDEHP) an der Phasengrenze zwischen Wasser und Dodekan, insbesondere unter dem Einfluss von zugesetzten Elektrolyten.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Schwerpunkte liegen auf der Thermodynamik von Grenzflächen, der Beschreibung von Adsorptionsgleichgewichten durch Isothermenmodelle sowie der Berücksichtigung von chemischen Phänomenen wie Mizellbildung und Ioneneffekten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist die Entwicklung einer robusten Modellierungsstrategie, die in der Lage ist, die Gleichgewichtsgrenzflächenspannung unter verschiedenen chemischen Bedingungen präzise vorherzusagen, um die Prozessführung in der Fluidverfahrenstechnik zu optimieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär eingesetzt?
Zur experimentellen Bestimmung der Grenzflächenspannungen wird die Tropfenprofilanalyse am hängenden Tropfen verwendet; theoretisch basiert die Arbeit auf der Gibbs’schen Adsorptionsgleichung, ergänzt durch spezifische Isothermenansätze.
Welche Aspekte werden im Hauptteil der Arbeit detailliert behandelt?
Der Hauptteil widmet sich der Herleitung der mathematischen Berechnungsformeln, der Integration von Massenwirkungsgesetzen für Dissoziation und Dimerisation sowie der Anpassung des Modells an experimentelle Daten durch numerische Methoden.
Welche Begriffe charakterisieren diese Forschungsarbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Grenzflächenaktivität, Extraktionsprozesse, mathematische Modellbildung, Adsorptionsisothermen und Ioneninteraktionen in Mehrphasensystemen definieren.
Wie berücksichtigt das Modell die Mizellbildung des Kationenaustauscheranions?
Das Modell betrachtet die Mizellbildung als Selbstorganisationsprozess, der keinen direkten Einfluss auf die chemischen Reaktionsgleichgewichte hat, jedoch die für die Adsorption maßgeblichen Konzentrationen der freien Anionen beeinflusst und somit in die Isothermenberechnung eingeht.
Warum spielt die Gegenionenanreicherung eine so wichtige Rolle für die Grenzflächenspannung?
Die Arbeit verdeutlicht, dass die Anreicherung von Gegenionen in der Phasengrenze die Grenzflächenspannung maßgeblich beeinflusst, weshalb eine erweiterte Modellierung (Gibbs-Gleichung mit Gegenionenbeitrag) notwendig ist, um die experimentell beobachteten Spannungsabsenkungen korrekt abzubilden.
- Quote paper
- Dr.-Ing. Peter Klapper (Author), 2014, Adsorptionsgleichgewichte von Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure an der Wasser-Dodekan-Phasengrenze. Einfluss von Zusatzelektrolyten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/278787
