Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

Like dokumenter
TKP4105/TKP4110 Fentonoksidasjon Rapport

TKP4105/TKP4110 Fentonoksidasjon Arbeidsplan

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

TKP4110 Kjemisk reaksjonsteknikk Biodieselproduksjon i batch-reaktor

Oppgave 3: Enzymkinetikk for β-galaktosidase

2. Hva er formelen for den ioniske forbindelsen som dannes av kalsiumioner og nitrationer?

Enzymes make the world go around. Enzymer i dagliglivet

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

EKSAMEN Løsningsforslag

Eksamen. Emnekode: KJEMI1/FAD110. Emnenavn: Kjemi 1. Dato: Tid (fra-til): Tillatte hjelpemidler: Kalkulator, KjemiData.

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

Hvordan temperatur påvirker reaksjonshastigheten til knekklys

Norsk finale Fasit

2) Vi tilsetter syrer fordi løsningen skal være sur (men ikke for sur), for å unngå porøs kobberdannelse.

1. UTTAKSPRØVE. til den 44. Internasjonale Kjemiolympiaden i Washington DC, USA. Oppgaveheftet skal leveres inn sammen med svararket

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 1. Partielle molare volum

4.4 Syre-basetitrering vi måler [H3O + ] og [OH ] i en løsning

Nitrering: Syntese av en fotokrom forbindelse

a. Skriv opp massebalanselikningen for massen av X i denne boksen. Forklar hvilke prosesser som beskrives av de ulike leddene i likningen.

Vi ønsker å bestemme konsentrasjonen av to forskjellige spesier som begge absorberer. Ni 510

AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE

Preparativ oppgave Ammoniumjern(III)sulfatdodekahydrat NH 4 Fe(SO 4 ) 2 12 H 2 O. Audun Formo Buene Lab 1 Plass 17

Laboratorieøvelse 3: Halogener Sindre Rannem Bilden

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, HØST 2009

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

Krystallisasjon: Isolering av acetylsalisylsyre

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Lab forelesning. C-vitamin. Enzymer i hverdagen

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

b) Beregn varmemengden som blir frigitt hvis metangassen fra a) forbrennes. Anta at reakjonen går isotermt og isobart ved 1 atm og 298K: (5p) Figur 1

Oksidasjon av Isoborneol til Kamfer

ARBEIDSBESKRIVELSE Institutt for husdyr-og akvakulturvitenskap, NMBU

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider. Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

4 KONSENTRASJON 4.1 INNLEDNING

Oppgave 1. Bestemmelse av partielle molare volum

2T kapittel 3 Modellering og bevis Løsninger til innlæringsoppgavene

3. Balansering av redoksreaksjoner (halvreaksjons metoden)

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 2. Partiell molar entalpi

Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et kompleks av agomelatin og fremstilling derav.

Kapittel 17 Mer om likevekter

Studium/klasse: Masterutdanning i profesjonsretta naturfag. 8 (inkludert denne og vedlegg)

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

1. UTTAKSPRØVE. til den 1. Nordiske kjemiolympiaden. i København

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fasit til finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002

Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan

UNIVERSITETET I OSLO

Lekende funksjoner Vg1T, TY, P, PY og Vg2 P 75 minutter

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

FLERVALGSOPPGAVER SYRER OG BASER

Arkiv Arkivnr. RAPPORT. Gruppe OPPGAVE:

KJ2053 Kromatografi Oppgave 5: Bestemmelse av molekylmasser ved hjelp av eksklusjonskromatografi/gelfiltrering (SEC) Rapport

Løsninger til innlæringsoppgavene

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 4 1 LØSNING ØVING 4

Fysikalske applikasjoner

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

I Oksidasjon av alkoholer

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

ORDINÆR EKSAMEN Sensur faller innen

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

Nr. 46/108 EØS-tillegget til De Europeiske Fellesskaps Tidende KOMMISJONSDIREKTIV 1999/76/EF. av 23. juli 1999

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

Utvalgte løsninger oppgavesamlingen

Prosjekt 2 - Introduksjon til Vitenskapelige Beregninger

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-6003 Dato: Tirsdag 10. desember 2013 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdsveien. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator,

Universitetet i Oslo

Eksamen i KJM-MENA3300 våren 2016

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2016 Laget av Tommy Odland Dato: 27. januar 2017

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMENSOPPGAVE Bjarte Aarmo Lund

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

FLERVALGSOPPGAVER ANALYSE

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

1. UTTAKSPRØVE. til den 2. Nordiske kjemiolympiaden 2017 i Stockholm og den 49. Internasjonale kjemiolympiaden 2017 i Nakhon Pathom, Thailand

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

Alkener fra alkoholer: Syntese av sykloheksan

Syrer og baser. Et proton er et hydrogenatom som har mistet sitt eneste elektron. Det beskrives som H +, en positiv ladning.

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Løsningsforslag Eksamen S2, våren 2016 Laget av Tommy Odland Dato: 29. januar 2017

H. Aschehoug & Co. Side 1 av 5

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

UTSATT EKSAMEN Sensur faller innen Resultatet blir tilgjengelig på studentweb første virkedag etter sensurfrist,

Fargens innvirkning på fotosyntesen

Kjemieksperimenter for mellomtrinnet. Ellen Andersson og Nina Aalberg Skolelaboratoriet, NTNU

Kap 4. Typer av kjemiske reaksjoner og løsningsstøkiometri

FORSØK I OPTIKK. Forsøk 1: Bestemmelse av brytningsindeks

Prosjektoppgave i FYS-MEK 1110

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Kapittel 9 Syrer og baser

Transkript:

TKP/TKP Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction Øyvind Eraker, Kjetil Sonerud and Ove Øyås Group B Supervisor: Tom-Gøran Skog. oktober

Innhold Spørsmål til veileder Teoretisk bakgrunn Eksperimentelt. Fremgangsmåte................................. Oppgaver................................... Resultater A Appendix A. Framstilling av løsninger...........................

Spørsmål til veileder Det er underlig at selv om hastigheten tilsynelatende øker jevnt med økende T (tid til A er nådd ser ut til å gå ned), stiger ikke k app jevnt i det hele tatt - den går både opp og ned. Hva kan være forklaringen på dette? Ettersom k app plottet som funksjon av T gir en høyst sporadisk sammenheng (jf. pkt. over), gir ikke Arrheniusplottet på langt nær en rett linje. Vi får en R,, som ikke gir noen særlig god lineær korrelasjon. Kan vi stole på verdien for E a da? Den ser ut til å stemme greit med en litteraturverdi vi fant for et liknende forsøk (annet stoff, men samme prosess og noenlunde samme betingelser) på E a kj/mol. Vi har antatt at støyen i plottene betyr at apparaturen blir unøyaktig for verdier der A. Er dette rimelig, eller er det en annen grunn til støyen?

Teoretisk bakgrunn Fentonoksidasjon er en effektiv måte å oksidere avfallsstoffer i vann på, og på denne måten nåytralisere farlige avfallsstoffer. Det aktive oksidasjonsmiddelet er hydroksylradikaler katalysert av jernioner i løsningen. De viktigste reaksjonene som foregår er reaksjon ()- (). Fe(II) + H O Fe(III) + OH + HO () Fe(III) + H O Fe(II) + HOO + H + () HO + H O HOO + H O () HO + Fe(II) Fe(III) + OH () Fe(III) + HOO Fe(II) + O H + () Fe(II) + HOO + H + Fe(III) + H O () HOO H O + O () HO + H + + e H O () Kinetikkstudiene av en Fentonoksidasjon er svært kompliserte, grunnet de mange stegene i oksidasjonen. Man kan imidlertid forenkle situasjonen ved å approksimere at konsentrasjonen av hydroksylradikalet er tilnærmet lik konstant, og på denne måten forenkle reaksjonshastighetsloven til et pseudo-førsteordens uttrykk, gitt ved likning (). Dette kan antas å være rimelig, ettersom levetiden til det svært reaktive hydroksyradikalet er kort, og reaksjonsraten dermed kan antas å være tilnærmet null dersom PSSA tas i bruk (pseudo-steady state approximation). Sjekk ut ref i Fogler Det kan deretter sjekkes om dette er en grei approksimasjon ved å studere de faktiske resuktatene fra forsøket. Her er konsentrasjonen av hydroksylradikalet inkludert i ratekonstanten k app. ln c RH = ln c RH k app t () Ved å bruke det organiske diazofargemiddelet Naphtol blue black (heretter omtalt som NBB) som det organiske stoffet i vannet som skal reduseres, får vi en mørk farget løsning. Absorbansen til denne løsningen kan derfor måles som funksjon av tiden etter at hydooksylradikalene har blitt tilsatt, og ratekonstanten kan på denne måten bestemmes ut fra likning (). ln ( ARH A RH ) = k app t () Etter at ratekonstanten har blitt bestemt kan aktiveringsenergien, E a, beregnes ut fra Arrhenius likning, likning ().

k app = Ae Ea/RT () Eksperimentelt. Fremgangsmåte Reaksjonen utføres i en sølvfolietildekket Erlenmeyerkolbe for å unngå at eksperimentet påvirkes av lysforurensning fra eksterne kilder. En probe for UV-VIS-spektroskopi (ultraviolet-visible spectroscopy) samt et ph-meter plasseres i kolben. En magnetrører anvendes for å sikre en kontinuerlig, god mixing av reaksjonsblandingen, og Erlenmeyerkolben plasseres på en varmeplate for å oppnå isoterme forhold. ph blir justert ved tilsats av svovelsyre, og kontrollert med ph-meter. Alle forbindelser unntatt hydrogenperoksid blandes i reaktoren og las stå til temperaturen er stabil. Reaksjonen igangsettes deretter ved tilsats av hydrogenperoksid med automatisk mikropipette. Løsningens temperatur overvåkes, og absorpsjon registreres kontinuerlig på en datamaskin. Alle absorpsjonsdata hentes ut ved eksperimentets slutt. Fig. og fig. viser det eksperimentelle oppsettet. Figur : Eksperimentelt oppsett - tildekket Erlenmeyerkolbe, termometer, varmeplate og ph-meter.

Figur : Eksperimentelt oppsett - registreringsenhet og datamaskin.. Oppgaver Versjon av eksperimentet utføres som angitt i eksperimentbeskrivelsen. Innvirkningen av konsentrasjonen av hydrogenperoksid på avfargingen hos NBB skal studeres ved å sammenligne omsetningsgraden ved et spesifikt tidspunkt for minst fire ulike [H O ]- verdier i området -. Det skal videre diskuteres hvorvidt reaksjonsordenen kan sies å være pseudo-first order i hele det valgte intervallet. Avfargingshastigheten (omsetningsgraden) skal sammenlignes med hastigheten for fjerning av aromatgrupper ved en valgt hydrogenperoksid-konsentrasjon. Aktiveringsenergien, E a, for avfarging ved ph = finnes ved å anvende data fra målinger av absorpsjon ved eksperimentets start (t =, A RH = A RH ) og ved en valgt tid t. Dette settes inn i ligning () som kan omformes til et uttrykk for E a. Dette gjentas fire ganger ved ulike konsentrasjoner av hydrogenperoksid. Resultater Som fig. tydelig viser gir plottet en tilnærmet rett linje, noe som tyder på at bruken av PSSA er rettferdiggjort i dette tilfellet. Stigningstallet fra den lineære regresjonen muliggjør bestemmelsen av k app. Det vises tydelig i fig., fig. og fig. at degraderingsraten av NBB øker ettersom

ln(a/a) [- ],,,, y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =, C, ph =, og m H O =, g ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =, C, ph =, og m H O =, g ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =, C, ph =, og m H O =, g

ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( A ) A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =, C, ph =, og m H O =, g mengden tilsatt hydrogenperoksid, m H O, økes. Det oppstår mye støy når absorpsjonen nærmer seg null for den gitte bølgelengden, etter alt og dømme fordi apparaturen er kalibrert for å måle en høyere absorpsjon. Vi har derfor sett bort fra disse punktene (vist i blått i figurene), og kun tatt utgangspunkt i de punktene som faktisk ser ut til å måles godt av utstyret (vist i rødt i figurene). ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =,, C, ph =, og m H O, g Fra fig. observeres det at avfargingen (som kjennetegnes av reduksjon i absorbans rundt nm) er langt hurtigere enn fjerningen av aromatiske grupper (som kjennetegnes av reduksjon i absorbans rundt nm). Fra Arrheniusplottet i fig., der ln k app er plottet mot, er det tydelig at de eksperimentelle verdiene ikke har noen spesielt god lineær korrelasjon. Dette vises også i T R -verdien fra den lineære regresjonen, der R,. Dette betyr at den beregnede verdien for aktiveringsenergien, E a, etter alt å dømme vil inneholde en betydelig feil som følge av den dårlige overenstemmelsen.

ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =,, C, ph =, og m H O =, g ln(a/a) [- ] y =,x R² =, Figur : ln ( ) A A mot tiden t ved nm. Forsøket ble utført ved T =,, C, ph =, og m H O =, g, y =,x R² =, ln(a/a) [- ],,, y =,x R² =, nm nm Lineær( nm) Lineær( nm) Figur : ln ( ) A A mot tid ved nm og nm

Tabell : Sammenheng mellom k app, m H O og T k app [s ] T Ψ [ C] m H O [g],,,,,,,,,,,,,.. ln(k ( app))....... /T x Figur : Arrheniusplot; ln k app plottet mot T

A Appendix A. Framstilling av løsninger Tabell : Start- og ønskede sluttkonsentrasjoner for løsninger som skal framstilles for bruk i eksperimentet. Forbindelse Startkonsentrasjon Ønsket konsentrasjon NBB Ren forbindelse mg/l FeSO H O Ren forbindelse C FeSO H SO M H SO M H SO NaOH Ren forbindelse M NaOH H O C H O C H O Det er ikke kjent hvor stort volum som trengs av hver løsning. I beregningene nedenfor tas det utgangspunkt i framstilling av ml løsning som et eksempel. NBB mg/l, L = g fast stoff tilsettes ml vann. FeSO H O H SO NaOH H O Kjenner ikke ønsket konsentrasjon. Startvolum V = ml., L M M =, L tilsettes vann inntil totalt volum er Trenger, L M =, mol fast NaOH. M NaOH = g/mol =, mol g/mol = g fast NaOH tilsettes vann inntil totalt volum er ml. Kjenner verken start- eller ønsket sluttkonsentrasjon.