modely sorpce voc v zeminÁchsypná hustota a hustota částic zeminy pórovitost, objem pórů...
TRANSCRIPT
![Page 1: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/1.jpg)
MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCH
VS.
METODY STATICKÉ HEAD-SPACE
A KAPALINOVÉ EXTRAKCE
VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZEFakulta technologie ochrany prostředí
Veronika Kučerová
Doc. Ing. Josef Janků, CSc.
![Page 2: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/2.jpg)
Plán provedení
Modelová kontaminace
Určení základních charakteristik matrice
Stanovení obsahu VOCs metodou head-space a extrakcí methanolem
Porovnání výsledků a jejich použití pro zpřesnění sorpčních modelů zemina - kontaminant
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 3: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/3.jpg)
Vlastnosti zeminy
Sušina
Elementární složení
Distribuce velikostí částic
Vlhkost
Sypná hustota a hustota částic zeminy
Pórovitost, objem pórů
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 4: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/4.jpg)
Kontaminace vzorku
Modelový kontaminant PCE - rozpuštěn v dest. vodě
Příprava stand. vzorků reálné zeminy - sušení, částice < 2 mm odváženy do 40 ml vialek (dle U.S. EPA)
Úprava vlhkosti destilovanou vodou
Kontaminace, homogenizace a ustálení rovnováhy
Opakovaný odběr head-space pro analýzu a konzervace methanolem a přídavek sušidla
Modelový kontaminant PCE - rozpuštěn v dest. vodě
Příprava stand. vzorků reálné zeminy - sušení, částice < 2 mm odváženy do 40 ml vialek (dle U.S. EPA)
Úprava vlhkosti destilovanou vodou
Kontaminace, homogenizace a ustálení rovnováhy
Opakovaný odběr head-space pro analýzu a konzervace methanolem a přídavek sušidla
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 5: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/5.jpg)
Statická head-space
Head-space = parní prostor nad matricí ve vzorkovnici
Koncentrace analytu v parní fázi závisí na T, TOC
Head-space = parní prostor nad matricí ve vzorkovnici
Koncentrace analytu v parní fázi závisí na T, TOC
Head-space vzorkovnice
Negativní vlivy:
vysoká vlhkost zeminy
vysoký obsah OC a jílovitých částic
vysoká rozpustnost kontaminantu
ve vodě
odpařování lehčích frakcí během
odběru vzorku a skladování
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 6: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/6.jpg)
Záchyt analytu na sorbent
úvod analýza sorpční modely výsledky
Vak s N2
Skleněný T-kus pro nástřik
Plynotěsná
stříkačka
Čerpadlo
Sorpční trubička
Při konstrukci byly
použity nesorbující
materiály.
![Page 7: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/7.jpg)
Extrakce methanolem
metoda konzervace vzorku metoda konzervace vzorku
Postup:
Definovaným množstvím methanolu se konzervuje vzorek zeminy za přídavku bezvodého Na2SO4
Homogenizace
20 minut v ultrazvukové lázni, sedimentace jemných částic
Stripování extraktu z reagenční vody a zakoncentrování na sorbent objem pórů
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 8: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/8.jpg)
Stripování (Purge-and-trap)
Prosávání kapalného či tuhého vzorku inertním
plynem a zachycení analytu na sorpční kolonku se
sorbentem
Podmínky:
čistota používaných plynů
použití reagenční vody
použití konstrukčních materiálů
nesorbující analyt
Stripovací aparatura
úvod analýza sorpční modely výsledky
frita
vzorekpřívod
N2
odlučovač
kapéneksorpční
trubička
![Page 9: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/9.jpg)
Desorpce ze sorbentu, GC
Sorbent = TENAX GR
Termická desorpce při 300°C
po dobu 25 min na zařízení
UNITY (fy Markes
International)
Následuje analýza na GC -
ECDSorpční trubičky
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 10: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/10.jpg)
Rovnovážný systémkontaminant – zemina – půdní vzduch – půdní vlhkost
KSW
HKGSvoln
á
fáze
zemina
XS
voda
XW
vzduch
XG
ASAWAGCelkA MMMM ,
SWG XXX1
CelkA
AS
CelkA
AW
CelkA
AG
M
M
M
M
M
M
,,,
1
SG
GAGAS
MX
MCC
MAG, MAW, MAS hmotnost látky A v půd.
vzduchu, vlhkosti, na částicích
MA, Celk celkové množství látky A
MG, MS hmotnost půd.vzduchu, sušiny
XG,XW, XS rel. hm. podíl látky A ve fázi
CAS koncentrace látky A v sušině
CAG koncentrace látky A v půd.vzduchu
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 11: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/11.jpg)
Sorpční modely
Karickhoff; 1984
Parametrický model; Strenge, Peterson, 1989
Karickhoff; 1984
Parametrický model; Strenge, Peterson, 1989
1
1G
bez
SOCOC
G
bez
WG
MH
MfK
MH
MX
1
1G
bez
Sd
G
bez
WG
MH
MK
MH
MX
)005,04,000,2735,57(10 Pr
2
PísekachOJOCOCd ffffKK
K distribuční konstanta f hmotnostní podíl
OC organický uhlík OJ jílové částice
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 12: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/12.jpg)
Sorpční modely
Nekorigovaný model; Čermáková, 1999
Korigovaný model; Slezáková, 2002
Nekorigovaný model; Čermáková, 1999
Korigovaný model; Slezáková, 2002
1
1G
bez
SOJOCOC
G
bez
WG
MH
MffK
MH
MX
1
11
G
bez
S
bfdw
OCOC
G
bez
WG
MH
MeecfK
MH
MX
OJ
w hm. zlomek vlhkosti
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 13: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/13.jpg)
Nová alternativa
Model Si/Al Model Si/Al1
251
G
bez
S
G
bez
W
CGMH
MK
MH
M
T
TX
)1(00005,00280,057735,0 Alw fPCEk
SiAlOCOC efffKK
d
d
wwb
wcabPCEk )(
Závislost konstanty kw na vlhkosti
-0,01
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 0,1 0,2 0,3
w
kw
naměřená
data, b
interpolace
f hmotnostní podíl
Al ~ jílové minerály
Si ~ SiO2
kW konstanta
úvod analýza sorpční modely výsledky
![Page 14: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/14.jpg)
Vlastnosti matrice
úvod teorie sorpční modely výsledky
Vzorek vz00 vz01 vz02 vz03 vz04
TOC % 0,0 1,6 5,0 10,5 3,3
Pórovitost % 37,1 49,5 55,5 61,1 59,9
Obsah částic<0,056 mm
% 12,0 1,1 9,1 2,5 0,0
Obsah Al % 9,8 8,2 7,9 6,9 8,4
Obsah Si % 32,9 34,3 31,5 26,8 34,3
5 vzorků zemin s rozdílným obsahem OC
vlhkost 1,2; 10; 20 hm.% 45 vzorků
3 opakování
![Page 15: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/15.jpg)
Porovnání výtěžností při vlhkosti 1,2 hm. %
úvod teorie sorpční modely výsledky
0
25
50
75
100
125
150
výtě
žnost
%
1 2 3 4 5 MeOH
Porovnání výtěžností při vlhkosti
1,2 hm. %0 % OC
1,6 % OC
3,3 % OC
5,0 % OC
10,5 % OC
Karr
ickhoff
Nekorig.
Para
metr.
Korig.
Si/Al
MeO
Hextr
akce
![Page 16: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/16.jpg)
úvod teorie sorpční modely výsledky
0
50
100
150
výtě
žn
ost
%
Model Si-Al MeOH
použitý sorpční model
Porovnání výtěžností při
vlhkosti 1,2 hm. %
0 % OC
1,6 % OC
3,3 % OC
5,0 % OC
10,5 % OC
![Page 17: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/17.jpg)
úvod teorie sorpční modely výsledky
0
100
200
300
400
500
výtě
žnost
%
1 2 3 4 5 MeOH
použitý sorpční model
Porovnání výtěžností při
vlhkosti 10 hm.%0 % OC
1,6 % OC
3,3 % OC
5,0 % OC
10,5 % OC
Karr
ickhoff
Nekorig.
Para
metr.
Korig.
Si/Al
MeO
Hextr
akce
![Page 18: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/18.jpg)
Porovnání modelu Si/Al s ostatními
Zpětná výtěžnost (RMeOH) extrakce methanolem…100 %
Zpětná výtěžnost (RHS) analýzy head- space
Porovnání sorpčních modelů navzájem
Zpětná výtěžnost (RMeOH) extrakce methanolem…100 %
Zpětná výtěžnost (RHS) analýzy head- space
Porovnání sorpčních modelů navzájem
úvod teorie sorpční modely výsledky
modelKarrick-
hoffNekorigo-
vanýParame-
trickýKorigo-
vaný Si/Al
Průměrný │(RMeOH - RHS)│ 37,6 36,0 32,6 91,4 25,7
Dosažená korekce modelu
Si/Al 11,9 10,3 6,8 65,7%
![Page 19: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/19.jpg)
Shrnutí
Verifikace head-space metody a extrakce methanolem
Nejistota head-space metody 28 % a extrakce 30 %
Rozšíření sorpčních modelů zemina – VOCs
Výhody: menší množství vzorku na charakterizaci matrice, finančně nenáročné, rychlé a dostupné stanovení XRF, menší chyba oproti suché sítové analýze
Aplikace na reálné zeminy při atmogeochemickém průzkumu
Verifikace head-space metody a extrakce methanolem
Nejistota head-space metody 28 % a extrakce 30 %
Rozšíření sorpčních modelů zemina – VOCs
Výhody: menší množství vzorku na charakterizaci matrice, finančně nenáročné, rychlé a dostupné stanovení XRF, menší chyba oproti suché sítové analýze
Aplikace na reálné zeminy při atmogeochemickém průzkumu
![Page 20: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/20.jpg)
Aplikace pro atmogeochemii
páry
zemina
odběrová
sonda
odběrová
sonda
čerpadlo
sorbent
![Page 21: MODELY SORPCE VOC V ZEMINÁCHSypná hustota a hustota částic zeminy Pórovitost, objem pórů úvod analýza sorpční modely výsledky. Kontaminace vzorku Modelový kontaminant](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041722/5e4f598b28f87e58577992b5/html5/thumbnails/21.jpg)
Děkuji Vám za pozornost!Děkuji Vám za pozornost!