TEMA:DIAGRAME DE FAZE IN SISTEME ECOLOGICE

CUPRINS:

1. INTRODUCERE.............................................................................................................3 2. MICROEMULSII SI APLICATIILE LOR.............................................................................4 3. PARTEA EXPERIMENTALA.............................................................................................6 3.1. Construirea diagramelor de faza...........................................................................6 3.1.1. Diagrama de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin.............................................................................................................................8 3.1.2. Diagrama de faza in sistem ternar apa/ Brij 30/ acetat de etil......................10 3.2. Alegerea sistemelor optime pentru extractia matalelor grele si colorantilor din medii apoase..............................................................................................................10 3.2.1. Influenta izopropilului asupra tranzitiilor de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin...............................................................................10 3.2.2. Influenta concentratiei de Ni(II)asupra tranzitiilor de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin.................................................11 4. CONCLUZII.................................................................................................................12

2

1. INTRODUCEREDiagramele de faza ale sistemelor apa/surfactant/ulei sunt un instrument practic de intelegere si evidentiere a transformarilor de faxe asociate, la temperatura si presiune constanta. Din punct de vedere aplicativ, diagramele de faze (fig.1.) delimiteaza domeniile de existenta ale tipurilor de microemulsii, in conditii de temperatura si presiune date, oferind parametrii prestabiliti de lucru adecvati scopului.

Figura 1. Diagrame de faze- principalele structuri in sistem ternar apa(A)/ surfactant (S)/ ulei (U) asociate microemulsiilor 1 faza-solutie micelara (inverse sau directe), microemulsie W IV,gel sau cristale lichide; 2 faze-sistem W I (microemulsie U/A, U); 2 faze- sistem W II (microemulsie A/U, A) 3 faze- sistem W III (A, microemulsie, U).

Diagramele de faza in sistem ternar si pseudoternar sunt folosite pentru determinarea experimentala a uneia dintre problemele majore de protectie a mediului si anume:extractia de metale grele (Ni, Cu, Co, Cr) si a colorantilor din apele reziduale. Aceste sisteme constitue una din tehnicile promitatoare de separare, concentrare si purificare de proteine, de metale, adsorbtie de metale, concentrare de metale, indepartare de coloranti etc.3

Dupa aderarea Romaniei la Uniunea Europeana, retinerea metalelor grele din apele uzate va devenii o operatie obligatorie cel putin din doua puncte de vedere. In primul rand, pentru ca ionii de metale grele sunt toxici si in prezent sunt deversati in emisari, poluandu-i si, astfel, apa de suprafata nu mai este sursa de apa potabila. Pe de alta parte si fauna acvatica sunt afectate de aceasta poluare. Utilizarea acestor ape ca sursa pentru irigatii nu este recomandata pentru ca metalele grele se acumuleaza in sol ajungand in cele din urma in organismul uman. Retinerea acestor metale este utila si din punct de vedere economic, oprindu-se/pastrandu-se de regula metalele grele care sunt mai scumpe. Valorificarea acestor metale poate duce la scaderea costurilor operatiilor de epurare. Metalele grele sunt substante toxice a caror prezenta in apa, peste nivelul maxim admis, pot afecta ciclurile biologice normale.cresterea populatiei si a industrializarii a condus la crestera continutului de metale grele in apele reziduale, creand astfel o problema care inca nu este pe deplin solutionata.Metalele grele sunt deversate in mediu in principal prin apele reziduale din industria metalurgica, de vopseluri, de tabacarie, de coloranti, textila etc. Metodele conventionale de extractie a metalelor din apele reziduale se refera la precipitarea acestora in conditii de pH adecvat, schimbul ionic, osmoza inversa, adsorbtia. Exista de asemenea studii care aplica extractia lichi-lichid pentru reducerea concentratiei de metale grele din apele reziduale.

2. MICROEMULSII SI APLICATIILE LOR

Microemulsiile sunt sisteme izotrope si transparente care contin cantitati substantiale atat dintr-un component puternic polar (de obicei apa) cat si unul foarte nepolar (de obicei ulei) stabilizate termodinamic prin adaugarea uneia sau mai multor substante anfifile (surfactant si cosurfactant). Acest concept orientat termodinamic explica marea diversitate structural a acestor sisteme. Microemulsiile se pot forma in sisteme ternare (apa/surfactant/ulei) sau pseudoternare (apa/surfactant/cosurfactant/ulei). Agregatele coloidale formate de surfactant intr-unul din cele doua medii continue, apos/organic, pot solubiliza in interiorul lor cantitati considerabile din faza dispersata, ulei/apa. Asadar, sistemele de microemulsii contin trei component importante: mediul apos (A), mediul organic (U) si interfata in care se gaseste surfactantul (S). Fazele apoasa si organic coexista in siteme izotrope monofazice, dispersate una in cealalta sub forma de picaturi de dimensiuni4

submicroscopice, dar mult mai mari decat dimensiunile molecular, stabilizate de interfata formata de moleculele de surfactant. Stratul de la interfata are o grosime finite si poate contine, alaturi de moleculele de surfactant, si cantitati de apa si ulei. Microemulsia are densitate intermediara, intre cea a apei si uleiului, astfel ca vizualizarea celor trei sisteme Winsor este schematizata astfel:

Microemulsia sitemului WI poate fi vizualizata ca fiind micele directe gonflate cu ulei, dispersate intr-un mediu continuu, apos, stabilizate prin orintarea moleculelor de surfactant formand o interfata stabile termodinamic. In mod similar, microemulsia sistemului WII poate fi considerate o microstructura formata din micele inverse gonflate cu apa, separate de mediul continuu organic printr-o pelicula de surfanctant.

Aplicatiile microemulsiior S-a observat o evolutie in ultimele doua decenii a utilizarii sistemelor de microemulsii in variate domenii ale industriei chimice.

Microemulsie sporita in ulei de recuperare Microemulsie utilizata drept combustibil Microemulsie ca lubrifianti, lichid pentru racire sin ungere, substanta anticoroziva Microemulsii ca textile de acoperire si finisare5

Microemulsii in detergent Micromulsii in cosmetic Microemulsii in agrochimicale Microemulsii in hrana Microemulsii in farmateutice Microemulsii in detoxifierea si remedierea mediului inconjurator Microemulsii in aplicatii analitice Microemulsii ca membrane lichideMicroemulsii in biotehnologie

3. PARTEA EXPERIMENTALA 3.1. Construirea diagramelor de fazaOptimizarea procesului de extractie impune delimitarea fazelor si tranzitiile de faze in sistemul de microemulsie prin construirea diagramei de faza.

Se considera un sistem ternar care contine apa/ulei/izopropanol, la diferite rapoarte volumetrice apa/izopropanol, r=1;2;3;4;6;8;10, la temperatura camerei.Prin titrare cu surfactant, Brij 30, se obtine sistemul de microemulsii WI, WII, WIII.

6

O O/W W/O W

Winsor I

Winsor II

OMiddle phase

W

Winsor IIIWI- reprezinta sistemul in care microemulsia (OW) se afla in partea inferioara, iar uleiul (O) in partea superioara; WII- reprezinta sistemul in care microemulsia se afla in partea superioara , iar apa in partea inferioara; WIII- reprezinta sistemul in care apa se afla in partea inferioara, apoi microemulsia la mijloc, iar uleiul in partea superioara. Titrand in continuare cu Brij 30, se obtine sistemul monofazic, WIV.7

3.1.1. Diagrama de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin S-au studiat o serie de sisteme apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin, la diferite rapoarte volumetrice, r=2,3,4,6,8,10, la temperatura camerei, evidentiate in urmatoarele diagrame:

r=3

r=6

8

r= 2

r= 3

r=8

r=10

Cea mai reperzentativa fiind diagrama r=4, in care zona de WII care ne intereseaza este cea mai mare.

r= 4

9

3.1.2. Diagrama de faza in sistem ternar apa/ Brij 30/ acetat de etil Se face trecerea de la diagrama de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin la diagrama de faza in sistem ternar apa/ Brij 30/ acetat de etil deoarece primul sistem prezinta urmatoarele avantaje fata de cel de-al doilea sistem: -din punct de vedere economic acetatul de etil este mult mai ieftin decat uleiul de pin; -uleiul de pin necesita cosolvent (izopropil) in timp ce acetatul nu necesita; Diagrama experimental

3.2. Alegerea sistemelor optime pentru extractia matalelor grele si colorantilor din medii apoase3.2.1. Influenta izopropilului asupra tranzitiilor de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin. Utilizarea izopropanolului a avut ca rol facilitarea obtinerii de microemulsii bifazice, de interes fiind WII (W/O, W). Se poate observa de ce izopropanolul a condus la obtinerea unor zone destul de largi corespunzatoare sistemului de microemulsii WII.

10

3.2.2. Influenta concentratiei de Ni(II)asupra tranzitiilor de faza in sistem pseudoternar apa/ Brij 30/ izopropanol/ ulei de pin.

Prezenta sarii de Ni (II) in sistemul de microemulsii. Prin folosirea unei solutii apoase de Ni(NO)2 de concentratie 1 g/L, diminueaza regiunea de formare a microemulsiilor in sistem WII, afectandu-i echilibrul de formare. Explicatia ar putea consta in faptul ca moleculele de sare se alatura celor de surfactantla interfata W/O, impiedicand autoorganizarea acestuia din urma in agregate sferice de dimensiuni nanometrice.

11

4. CONCLUZII

Incarcarea cu poluantii a apelor uzate industrial constituie cea mai masiva si nociva categorie de poluare.

12