2.1. Felhasznált anyagok
A TVK ipari szennyvizét kezdetben NaOH oldattal modelleztem. A kísérleteket különböző koncentrációjú oldatokkal végeztem el (0,05 M - 1 M). Majd a NaOH mellett különböző Na+-ion tartalmú vegyületeket is alkalmaztam (Na2CO3, Na2SO4).
A felhasznált anyagok a Merck Kft. és a Sigma-Aldrich Kft. által forgalmazott vegyszerek voltak.
2.2. Analízis
2.2.1. Sav-bázis titrálás
Az oldatban lévő OH- mennyiségét acidi-alkalimetriásan határoztam meg (sav-bázis titrálás). A térfogatos elemzés során 0,1 n sósav mérőoldattal dolgoztam, indikátorként metilnarancsot használtam, melynek az átcsapási tartománya pH 3,1-4,4 értéknél van (Schulek, 1973).
2.2.2. Atomabszorpció spektrofotometria
A Na+-ionok meghatározását atomabszorpciós spektrofotométerrel, emissziós üzemmódban végeztem el.
Az atomabszorpciós spektrometria az elemek meghatározásának olyan analitikai módszere, amely a szabad atomok abszorbeálóképességének mérésén alapszik. Az atomok az energia különféle formáival kölcsönhatásba léphetnek. Ennek eredményeképpen három egymással szoros kapcsolatban álló spektroszkópiás jelenség jöhet létre: az emisszió, az abszorpció és a fluoreszcencia (Price, 1977), ezek alapján atomemissziós (AES), atomabszorpciós (AAS) és atomfluoreszcens (AFS) módszerekről beszélünk.
A három módszer elvi vázlatát a 10. ábra mutatja.
10. ábra
Atomabszorpció spektrofotometria módszerei
Az atomemissziós spektrometriában termikus vagy elektromos energia segítségével a vizsgált elem gerjesztett atomjait (gerjesztett ionjait) állítjuk elő. E gerjesztett atomok által kisugárzott fény színképéből a jellemző hullámhosszak alapján állapítjuk meg az adott elem minőségét (minőségi elemzés). Az elem adott hullámhosszúságú színképvonalának relatív intenzitásából (Irel) pedig annak koncentrációját határozzuk meg (mennyiségi elemzés). A mért jel és a koncentráció közötti általános összefüggést a Scheibe-Lomakin egyenlet írja le:
s
rel
H c
I =
(105)Oldatok elemzése esetén az s értéke 1 körül van, azaz az elem által adott hullámhosszúságú fény relatív intenzitása egyenes arányos az elem koncentrációjával.
A módszer relatív analitikai módszer, ezért a készüléket ismert koncentrációjú anyaggal kalibrálni kell a minta megmérése előtt. A kalibráló oldatokra mérőgörbét kell felvenni, amely a kapott abszorbancia értékeket a koncentrációk függvényében ábrázolja. A vizsgálandó minták koncentrációja a kalibráló görbe segítségével,
számítógépes kiértékeléssel határozható meg. A két leggyakrabban alkalmazott kiértékelő eljárás az összehasonlító és a standard addíciós módszer.
Az összehasonlító módszer során a kalibráló görbe felvétele ismert koncentrációjú törzsoldatból és abból hígítással történő oldatsorozatok megméréséből történik, amelyek értékei a vizsgálandó elem optimális méréstartományában vannak. Az összehasonlító módszert egy komponenst tartalmazó és nagy számú mintánál alkalmazható előnyösen, pontossága a kalibráló oldatok pontosságától függ.
A standard addíciós eljárásnál az ismeretlen összetételű minta öt egyenlő részlétéhez a vizsgált elemre ismert koncentrációjú törzsoldatból növekvő térfogatokat adunk. Az így kapott mintasorozat azonos összetételű és a vizsgált elemet növekvő koncentrációban tartalmazza. Ez a kiértékelési módszer több komponenst tartalmazó mintánál pontosabb eredményt ad, mint az összehasonlító módszer, mivel a kalibráló oldatok kísérőanyag tartalma pontosan megegyezik a mintáéval. Hátránya hogy munka- és időigényes, ezért sorozatelemzéshez nem ajánlott (Price, 1977).
A méréseket 1–4 ppm koncentrációtartományban végeztem el. A mintákat HNO3 : kétszer desztilláltvíz 1:200 arányú keverékével higítottam.
2.2.3. Pásztázó elektronmikroszkóp
Az elektronmikroszkóp olyan mikroszkóp, amely fény helyett elektronsugarakat, lencséül mágneses vagy elektrosztatikus mezőt használ (Pozsgai, 1995).
Az elektronsugárzás hullámhossza lényegesen kisebb a fénysugár hullámhosszánál, ami sokkal erősebb nagyítást tesz lehetővé. A pásztázó elektronmikroszkóp (Scanning Electron Microscope, SEM) olyan berendezés, amelyben egy jól fókuszált elektronnyaláb végigpásztázza a vizsgálandó test felületét. Ennek a sugárzásnak a hatására elektronok lépnek ki a minta felszínközeli rétegeiből. A pásztázással szinkronban egy másik elektronnyaláb egy katódsugárcső (monitor) képernyőjét pásztázza, a mintából kilépő elektronok számával arányos intenzitással. Így a monitoron megjelenik a próbatest felszínének képe. A nagyítást a két pásztázás méretaránya adja.
A mintát pásztázó elektronok az anyagban különböző jeleket gerjesztenek. Ezek a jelek különböző típusú információkat hordoznak és ezért különböző célokra alkalmazhatók (Egerton, 2005).
• Szekunder elektronok: a mintából kilépő, 50 eV-nál kisebb energiájú elektronok. Legnagyobb részük úgy keletkezik, hogy a besugárzó nyaláb leszakítja a minta atomjainak legkülső héján lévő, viszonylag lazán kötött elektronokat, amelyek aztán elhagyják a minta felszínét. Kis energiájuk miatt csak a minta legfelső 5-50 nm vastagságú rétegeiből képesek kijutni.
Segítségükkel nagyfelbontású képek készíthetők, információt adnak a felület topográfiájáról.
• Visszaszórt elektronok: a minta felszínéből kilépő 50 eV-nál nagyobb energiájú elektronok. A belépő elektronnyaláb elektronjai rugalmasan szóródnak a minta atomjainak Coulomb-terében. A mintából kilépő visszaszórt elektronok száma a minta atomjainak rendszámától is függ: a nagyobb rendszámú atomok nagyobb visszaszórási hányadot eredményeznek, világosabbnak látszanak. Nagy energiájuk révén a minta nagyobb térfogatából képesek a felszínre jutni, így nagy felbontású képek készítésére nem alkalmasak. Információt adnak a minta összetételéről, mikroszerkezetéről.
• Karakterisztikus röntgensugárzás: a beeső elektronnyaláb képes a minta atomjainak valamelyik belső elektronpályájáról egy elektront kiütni és helyét egy külső héjon lévő elektron tölti be. A külső és a belső elektonpálya energiáinak különbsége miatt energia szabadul fel, amely röntgenfoton formájában kisugárzódik. Mivel egy adott atomfajtánál az elektronpályák energiái meghatározott értékűek, a kisugárzott röntgenfoton energiája jellemző lesz az adott atomfajtára. Segítségével a vizsgált mintát alkotó elemek analízise lehetséges.
2.2.4. Higany porozimetria
A szilárd/fluid határfelületi folyamatok tanulmányozása során fontos a szilárd anyag szerkezeti jellemzése: a szilárd-fluid határfelület nagyságának (fajlagos felület) és a szilárd anyag szerkezetének (pórusátmérő, pórusméret eloszlás és pórusszerkezet) vizsgálata. Ezek a tulajdonságok befolyásolják a felületi egyensúlyi folyamatokat, így a fluid fázis komponenseinek megoszlási viszonyait a határfelület és a tömbfázis között.
A higany-porozimetriás technika az egyik leghatékonyabb kvantitatív módszer szilárd minták pórusszerkezetének meghatározásra. A legtöbb porózus anyag esetében, függetlenül azok természetétől és alakjától (finomszemcsés, porszerű és porózus
anyagoknál egyaránt), megbízható eredményt ad a pórus méret-, valamint a pórus térfogat eloszlásról, a pórusok fajlagos felületéről, a teljes sűrűségről és a szilárdanyag (mátrix, vagy szemcse-) sűrűségről.
A higany-porozimetriás analízis azon alapul, hogy szabályozott nyomásemelkedés mellett a higany behatol a szilárd anyag pórusaiba. A behatoláshoz szükséges nyomást a (106) egyenlet írja le:
p Hg
r cos
P −2γ Θ
= (106)
A nyomásnövelési folyamat sebessége az analízis pontossága és sebessége szempontjából kritikus, mivel egy bizonyos idő szükséges ahhoz, hogy a higany minden egyes nyomáson kitöltse a megfelelő pórusokat és beálljon az egyensúly. A behatolási idő függ a pórus átmérőjétől, alakjától és a pórusgeometria bonyolultságától (Witzmann, 1961). A méréseket a Környezetmérnöki Intézetben végeztem el.
2.2.5. BET felületmeghatározás
A fajlagos felület meghatározás legáltalánosabban elterjedt módszere a standard BET (Brunnauer-Emmett-Teller) módszer, amely a nitrogén adszorpciójának mérésén alapszik. A nitrogénmolekula előnye, hogy kémiai tulajdonságainál fogva csak gyenge másodlagos kölcsönhatásba lép a szilárd felülettel. A meghatározás rendszerint a cseppfolyós nitrogén hőmérsékletén történik. Az adszorbeált gáz mennyiségét térfogatmérésen alapuló vagy folyamatos áramlási módszerrel mérhetjük (Stølen, 2004).
A mérésekhez a Környezetmérnöki Intézet Micrometrics ASAP 2000 típusú készülékét használtam fel.