Selektivität und Stofftransport bei der Reversosmose organisch-wäßriger Mehrkomponentensysteme:
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Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 3]
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adam_text | Titel: Selektivität und Stofftransport bei der Reversosmose organisch-wäßriger Mehrkomponentensysteme
Autor: Laufenberg, Günther
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VW Dipl.-Ing. Günther Laufenberg, Köln Selektivität und Stofftransport bei der Reversosntose organisch-wäßriger Mehrkomponentensysteme Reihe 3: Verfahrenstechnik Nr. 490
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung......................................................................................................................1 2 Theoretische Grundlagen............................................................................................8 2.1 Einführung...........................................................................................................................8 2.2 Theorie der Reversosmose................................................................................................11 2.3 Reversosmose bei der Aufbereitung organisch-wäbriger Systeme.............................14 2.3.1 Industrielle Anwendung .................................................................................................. 14 2.3.2 Forschung und Entwicklung ........................................................................................... 17 2.4 Modellierung des Stofftransportes für Membranen...................................................20 2.4.1 Einführung ..................................................................................................................... 20 2.4.2 Porenmodell ................................................................................................................... 22 2.4.3 Lösungs-Diffusions-Modell. ............................................................................................ 23 2.4.4 Preferential Sorption Modell .......................................................................................... 25 2.5 Transportwiderstände.....................................................................................................26 2.6 PROZEßBEEINFLUSSENDE PARAMETER....................................................................................28 2.7 Ziel der Arbeit....................................................................................................................29 2.8
Versuchsprinzip..................................................................................................................31 2.8.1 Untersuchungen mit Wirksubstanzsystematik. .................................................................. 31 2.8.1.1 Untersuchungen mit organischen Säuren...................................................................31 2.8.1.2 Untersuchungen mit Aldehyden und Ketonen............................................................32 2.8.1.3 Untersuchungen mit Alkoholen.................................................................................33 2.8.2 Untersuchungen zur Zielsubstanzspezifität. ..................................................................... 33 2.8.3 Untersuchungen zur Konzentrationsabhängigkeit. ........................................................... 35 2.8.4 Berechnungen zum realen osmotischen Druck. ................................................................ 35 3 Experimenteller Teil...................................................................................................36 3.1 Material.............................................................................................................................36 3.1.1 Geräte ............................................................................................................................ 36 3.1.1.1 Reversosmoseanlage................................................................................................36 3.1.1.2 Analysengeräte.........................................................................................................38 3.1.1.3 Weitere Geräte.........................................................................................................38 3.1.2 Chemikalien und enzymatische Analytik ......................................................................... 39 3.1.2.1
Chemikalien.............................................................................................................39 3.1.2.2 Enzymatische Analytik.............................................................................................40 3.2 Methoden............................................................................................................................40 3.2.1 Versuchsanordnung ........................................................................................................ 4/ 3.2.1.1 Herstellung von Modellösungen...............................................................................41
VI 3.2.1.2 Betrieb und Standardeinstellungen der Reversosmoseanlage.....................................45 3.2.1.3 Reinigung der Reversosmoseanlage..........................................................................46 3.2.2 Quantitative Analyse mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitchromatographie (HPLC)... 47 3.2.2.1 Prinzip der HPLC-Analytik......................................................................................47 3.2.2.2 Geräteeinstellungen..................................................................................................47 3.2.2.3 Zwei-Punkt-Kalibriergeraden-Methode mittels externem Standard...........................48 3.2.2.4 Probenvorbereitung und Messung............................................................................48 3.2.3 Quantitative Analytik mit Hilfe der Gaschromatographie (GC) ...................................... 49 3.2.3.1 Prinzip der GC-Analytik...........................................................................................49 3.2.3.2 Geräteeinstellung und Messung................................................................................50 3.2.4 Quantitative enzymatische Analyse ................................................................................. 50 3.2.5 Statistische Auswertung der Meßergebnisse .................................................................... 50 3.2.5.1 Rückhalt und Median...............................................................................................50 3.2.5.2 U-Test von Wilcoxon, Mann und Whitney................................................................51 3.2.5.3 Bestimmtheitsmaß R 2 ...............................................................................................52 3.2.5.4 Pearson’scher Korrelationskoeffizient r....................................................................53 3.2.6 Berechnung des realen osmotischen Druckes mit Hilfe von „ modified
UNIFAX ........... 53 3.3 Ergebnisse...........................................................................................................................54 3.3.1 Betriebsbedingungen ...................................................................................................... 55 3.3.2 Binäre Modellösungen .................................................................................................... 57 3.3.2.1 MWCO von organischen Substanzen........................................................................57 3.3.2.2 Rückhalte von Säuren, Alkoholen, Aldehyden, Ketonen...........................................57 3.3.2.3 pH-Werte der Einzelkomponenten............................................................................61 3.3.2.4 Rückhalt der Zielsubstanz in Abhängigkeit von der Konzentration............................64 3.3.3 Ternäre Modellösungen .................................................................................................. 66 3.3.3.1 Zielsubstanz Essigsäure 1:1......................................................................................66 3.3.3.2 Signifikanzen............................................................................................................72 3.3.3.3 Zielsubstanz Essigsäure 1:2......................................................................................77 3.3.3.4 Zielsubstanzvariation................................................................................................78 3.3.4 Quartäre Modellösungen ................................................................................................ 83 3.3.4.1 Zielsubstanz Essigsäure 1:0.5:0.5, Wirksubstanzen Carbonsäuren.............................83 3.3.4 2 Zielsubstanz Essigsäure 1:1:1, Wirksubstanzen Säuren, Alkohole, Aldehyde, Ketone....................................................................................................84 3.3.4.3
Zielsubstanzvariation mit Wirksubstanzen Säuren.....................................................89 4 Diskussion..................................................................................................................92 4.1 Vorbemerkungen...............................................................................................................92 4.1.1 Einführung ..................................................................................................................... 92 4.1.2 Signifikanzanalyse und Datenkompression. ..................................................................... 92
vn 4.1.3 MWCO und Tromp sehe Fraktionsabscheidekurve ......................................................... 93 4.1.4 Interaktion der Komponenten in einer Multikomponentenlösung .................................... 94 4.2 KONZENTRATIONSABHÄNGIGKEIT...........................................................................................95 4.3 Säurestärke.......................................................................................................................97 4.3.1 Vorbemerkungen. ............................................................................................................ 97 4.3.2 pKs versus Rückhalt ........................................................................................................ 97 4.4 Wasserstoffbrockenbindungsfähigkeit.........................................................................98 4.5 pH-Wert...............................................................................................................................99 4.6 Funktionalität.................................................................................................................100 4.6.1 Vorbemerkungen. .......................................................................................................... 100 4.6.2 Carboxylgruppe ............................................................................................................ 101 4.6.3 Carbonylgruppe ............................................................................................................ 103 4.6.4 Hydroxylgruppe ............................................................................................................ 104 4.7 Molekulare Masse..........................................................................................................106 4.8 Räumlicher Anspruch.....................................................................................................109 4.8.1
Vorüberlegungen .......................................................................................................... 109 4.8.2 Verzweigung ................................................................................................................. 111 4.8.3 Stellung der fimktionellen Gruppe ................................................................................ 113 4.8.4 Cyclische Systeme ......................................................................................................... 114 4.8.4.1 Aromatische Systeme.............................................................................................114 4.8.4.2 Alicyclische Systeme..............................................................................................116 4.8.5 Doppelbindung ............................................................................................................. 118 4.9 Zielsubstanzspezifität....................................................................................................120 4.9.1 Vorüberlegungen .......................................................................................................... 120 4.9.2 Monocarbonsäuren mit steigender Masse ..................................................................... 120 4.9.2.1 Ameisensäure.........................................................................................................120 4.9.2.2 Essigsäure..............................................................................................................121 4.9.2.3 Propionsäure..........................................................................................................122 4.9.3 Hydroxycarbonsäure: Glycolsäure ............................................................................... 123 4.9.4 Carbonsäure mit Doppelbindung: Acrylsäure ............................................................... 123 4.9.5
Methoxyessigsäure ........................................................................................................ 124 4.9.6 Schlußfolgerungen ........................................................................................................ 125 4.10 Algorithmus zum Stofftransport...............................................................................126 4.11 Quartäre Lösungen und Kombination der Einflubparameter.................................130 4.11.1 Vorüberlegungen ........................................................................................................ 130 4.11.2 Kategorie der Effekte .................................................................................................. 130 4.11.2.1 Definitionen.........................................................................................................130 4.11.2.2 Zielsubstanz Essigsäure mit Wirksubstanzen Carbonsäuren...................................130 4.11.2.3 Zielsubstanzvariation mit Wirksubstanzen Carbonsäuren......................................132
vm __ 4.11.2.4 Zielsubstanz Essigsäure mit Wirksubstanzen Aldehyden und Ketonen...................134 4.11.2.5 Zielsubstanz Essigsäure mit Wirksubstanzen Alkoholen........................................136 4.11.2.6 Schlußfolgerungen...............................................................................................137 4.11.3 Verhältnis der Konzentration zur beeinflussenden Wirkung ........................................ 139 4.11.4 Richtung der beeinflussenden Wirkung ....................................................................... 141 4.11.5 Verschiedenheit der beeinflussenden Parameter ......................................................... 143 4.12 Osmotischer Druck mit UNIFAX..................................................................................144 4.13 Interpretation der Mechanismen................................................................................147 4.13.1 Vorüberlegungen ........................................................................................................ 147 4.13.2 Theorie der Grenzschicht-Kanäle ............................................................................... 148 4.14 Ausblick...........................................................................................................................150 5 Thesen.......................................................................................................................152 6 Anhang......................................................................................................................155 6.1 Definitionen......................................................................................................................155 6.2 Nomenklatur....................................................................................................................157 6.3
Strukturformeln.............................................................................................................159 6.4 Relative Beeinflussungen der Retention AR in quartären Lösungen......................164 7 Literaturverzeichnis..................................................................................................167 8 Bibliographie.............................................................................................................175
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spelling | Laufenberg, Günther Verfasser aut Selektivität und Stofftransport bei der Reversosmose organisch-wäßriger Mehrkomponentensysteme Günther Laufenberg Als Ms. gedr. Düsseldorf VDI-Verl. 1997 X, 181 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 3] 490 Zugl.: Bonn, Univ., Diss., 1997 Organische Verbindungen (DE-588)4043816-8 gnd rswk-swf Zwischenmolekulare Kraft (DE-588)4191346-2 gnd rswk-swf Stoffübertragung (DE-588)4057696-6 gnd rswk-swf Wässrige Lösung (DE-588)4124928-8 gnd rswk-swf Umgekehrte Osmose (DE-588)4061591-1 gnd rswk-swf Selektivität (DE-588)4251340-6 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Umgekehrte Osmose (DE-588)4061591-1 s Organische Verbindungen (DE-588)4043816-8 s Wässrige Lösung (DE-588)4124928-8 s Zwischenmolekulare Kraft (DE-588)4191346-2 s Selektivität (DE-588)4251340-6 s Stoffübertragung (DE-588)4057696-6 s DE-604 3] Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI 490 (DE-604)BV001897067 490 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=007687336&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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