Salzmasse kann mit einer von mehreren Techniken hergestellt werden. Zu diesen Methoden gehören die Solarsalzgewinnung, die Verdampfung und die Lösungsmittelextraktion. Diese Verfahren sind sowohl effektiv als auch bequem. Die gängigste Methode ist jedoch die Solarsalzgewinnung. Bei dieser Methode wird eine spezielle Membran verwendet, die Wasser durchlässt.
Lösungsmittelextraktion
Bei der Lösungsmittelextraktion wird der gelöste Stoff in einer kleinen Menge Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittel kann ein organisches Lösungsmittel wie Ethylacetat, Methylenchlorid oder Ethanol sein. Das Lösungsmittel muss gegenüber allen anderen Bestandteilen der Mischung inert sein. Die gebräuchlichsten Lösungsmittel für die Solventextraktion sind Diethylether und Dichlormethan. Diese Lösungsmittel sind relativ inert gegenüber schwachen organischen Säuren. Um den Extraktionsprozess zu beginnen, wiegt man das Natriumpropionat und gibt es in ein 250-mL-Becherglas.
Die Lösungsmittel sollten auf eine Temperatur von etwa 32 C erhitzt werden, um eine weitgehende Unmischbarkeit zu erreichen. Alternativ kann das Lösungsmittel unter Rückfluss durch die Extraktphase geleitet werden. In diesem Fall sollte der Wassergehalt in der Extraktphase zwischen zwanzig und fünfunddreißig Prozent liegen. Wenn mehr Wasser vorhanden ist, wird das Lösungsmittel weniger selektiv und es wird zu viel Salz entfernt.
Bei beiden Verfahren ist es empfehlenswert, mehrere Extraktionen mit kleineren Lösungsmittelmengen durchzuführen. Diese sind effizienter als eine einzige Extraktion. Die bei der Lösungsmittelextraktion verwendeten Lösungsmittel sollten wasserlöslich oder salzunlöslich sein. Bei einer Extraktion auf Wasserbasis ist es wichtig, die Salzkonzentration in der Schiene des Extraktionsmittels zu bestimmen, um sicherzustellen, dass die maximale Salzmenge zurückgewonnen wird. Dadurch wird die für die Lösungsmittelextraktion benötigte Energie minimiert.
Der Temperaturunterschied zwischen dem Salz und dem Lösungsmittel wirkt sich auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses aus. Bei niedrigeren Temperaturen kann das Lösungsmittel in großen Mengen zurückgewonnen werden, und das Wasser kann wiederverwendet werden. Außerdem verringert die richtige Wahl des Lösungsmittels den Heiz- und Kühlbedarf.
Solarsalzproduktion
Solarsalz ist eine Mischung aus 60 Gew.-% NaNO3 und 40 Gew.-% KNO3. Diese Mischung enthält eine hohe Konzentration an Nitrit- und Oxidionen. Die Mischung wird durch Zugabe von Zersetzungsprodukten wie Natriumnitrit und Natriumperoxid künstlich gealtert. Sie enthält außerdem 200 ppm NO.
Das eutektische Gemisch aus Natrium- und Kaliumnitraten ähnelt dem Sonnensalz, und der Unterschied zwischen den beiden besteht nur im Schmelzpunkt. Der einzige wirkliche Unterschied zwischen den beiden ist, dass das eutektische Gemisch billiger ist. Das Solarsalz ist jedoch teurer und komplexer.
Solarsalz ist bei hohen Temperaturen stabil. In TES-Systemen wird es zur Speicherung und Übertragung von Wärmeenergie verwendet. Sein geschmolzener Zustand hat sich als nützlich für die Speicherung thermischer Energie und die Wärmeübertragung in Solarkraftwerken erwiesen. Es wurden verschiedene Methoden zur Herstellung dieses Materials entwickelt, darunter Hochtemperaturschmelzen und wässrige Lösungsverfahren. Bei beiden Methoden wurden verschiedene Arten von Analysen durchgeführt, um ihre thermische Leistung zu bestimmen.
In Solarheizungssystemen wird im Allgemeinen Salz verwendet, da es eine hohe Wärmeaufnahmekapazität und einen breiten Betriebstemperaturbereich aufweist. Es gibt jedoch auch andere Materialien und Methoden zur Herstellung eines Solarenergiesystems. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Reihe von Spiegeln an einem Berghang aufzustellen, die das Sonnenlicht auf die Salzmasse konzentrieren.
Eine dünne Salzschicht wird auf eine Temperatur von 560-630 Grad Celsius erhitzt. Die Zusammensetzung des Salzes wird dann durch Säure-Base-Titration und Ionenchromatographie analysiert. Bei dieser Temperatur stabilisiert sich das Verhältnis von Nitrit- zu Nitrat-Ionen. Gleichzeitig steigt die Konzentration der Oxid-Ionen kontinuierlich an. Dieser Prozess wird durch ein kinetisches Geschwindigkeitsgesetz und thermodynamische Parameter charakterisiert.
Verdampfung
Die Verdampfung ist ein Prozess, bei dem die Masse des Salzes in einer Lösung mit der Zeit abnimmt. Er tritt auf, wenn die Salzkonzentration in der Lösung größer ist als ihr Sättigungsgrad in der Nähe der Oberfläche. Infolgedessen vergrößert sich die Fläche der Salzkristalle an der Oberfläche. Dieser Vorgang wird auch als Salzkristallisation bezeichnet.
Es ist möglich, die Verdampfungsrate der Salzmasse auf einer Oberfläche mit Hilfe der Massenbilanz zu bestimmen. Eine Gaußsche Verteilungsfunktion ist nützlich, um die Verdunstungsrate der Stufe 1 zu berechnen. Es ist wichtig zu beachten, dass die mit diesem Verfahren erhaltenen Raten auf die potenzielle Verdunstungsrate normiert wurden.
Der Verdunstungsprozess ist für verschiedene Umweltanwendungen von Bedeutung. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Gesteinsverwitterung und dem Funktionieren der terrestrischen Ökosysteme. Sie ist auch für das Pflanzenwachstum und die mikrobiologischen Aktivitäten in der vadosen Zone von entscheidender Bedeutung. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie Salz aus porösen Medien verdunstet.
Außerdem ist es wichtig, die Rolle der Konvektion bei der Verdunstung zu verstehen. Wenn die Salzkonzentration abnimmt, nimmt auch die Verdunstungsrate ab. Der zeitliche Verlauf ist jedoch unterschiedlich, so dass die Verdunstungsrate quasi konstant ist. Diese Verdunstungsrate ist nicht genau, wenn der Konvektionsfaktor vernachlässigt wird. So wird sich beispielsweise eine Lösung, die eine große Menge Salz enthält, in den ersten Zeiteinheiten schnell ausbreiten.
Die Verdunstungsrate von kleinen Wassertröpfchen ist im Wesentlichen konstant, die von Salzlösungströpfchen ist jedoch anders. Die Salzkonzentration steigt mit zunehmendem Volumen des Tropfens. Außerdem nimmt die Massenkonzentration des Wassers im Tröpfchen mit der Zeit zu. Die Verdunstungsrate ist in der Endphase der Zeit quasi konstant.
Halbdurchlässige Membran
Um zu verstehen, wie halbdurchlässige Membranen funktionieren, muss man die grundlegende Mechanik des Wasserflusses durch sie verstehen. Die treibende Kraft des Wasserflusses durch eine Membran ist der Unterschied zwischen dem osmotischen und dem hydraulischen Druck. Die Höhe des Drucks, der erforderlich ist, um eine Membran semipermeabel zu machen, hängt von der Salzkonzentration in der Zulauflösung ab.
Eine semipermeable Membran ist eine Membran, die einige Moleküle und Atome durchlässt, andere jedoch blockiert. Sie ist vergleichbar mit einer Gittertür, die Luftmoleküle durchlässt, aber größere Objekte blockiert. Eine semipermeable Membran besteht aus einer dünnen Kunststofffolie, in die Milliarden von winzigen Poren eingelassen sind. Diese Poren sind groß genug, um Wasserdampf durchzulassen, aber zu klein, um flüssiges Wasser durchzulassen.
Die halbdurchlässige Membran trennt zwei Salzlösungen, indem sie alle bis auf bestimmte Partikel blockiert. Wasser kann durch die Membran wandern, gelöste Salze jedoch nicht. Dieses Phänomen wird als Osmose bezeichnet. Es handelt sich um ein einfaches Experiment, mit dem man das Prinzip der Osmose verstehen kann.
In einem ersten Schritt wird das Wasser behandelt, um Schwebstoffe zu entfernen, und der pH-Wert wird eingestellt. Dann wird ein Schwellenwert-Inhibitor zugegeben, um die Ansammlung von Kalziumsulfat zu kontrollieren, einem Bestandteil, der die Membran verstopfen kann. Anschließend wird das Speisewasser unter Druck gesetzt. Der Betriebsdruck hängt von der Art der Membran ab.
Wenn eine Membran geladene Ionen trennt, müssen sie sich in kleine Gruppen aufteilen, was als Donnan-Effekt bezeichnet wird. Der sterische Effekt und der dielektrische Effekt sind zwei weitere Effekte an der Grenzfläche zwischen Membran und Wasser.
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