Versuch der Trocknung von Ethanol mit einem Molekularsieb 4A

Fragestellung: Wie lässt sich Ethanol mit minimalstem H2O- Anteil ohne grossen Aufwand herstellen?

Prinzip: Wasserhaltiges Ethanol ( 150 ml, 92%)wird mit einem 4-Angström Molekularsieb (MS ) inkubiert. Nach 1 h wird die Dichte sowie die residuelle Menge des Ethanols bestimmt. Das Molekularsieb besteht aus synthetischen Zeolithen, die ein starkes Adsorptionsvermögen für Gase, Dämpfe und gelöste Stoffe mit bestimmten Molekülgrößen haben. Die Molekularsiebe weisen eine große innere Oberfläche (600–700 m2/g) auf und haben einheitliche Porendurchmesser, die in der Größenordnung der Durchmesser von Molekülen liegen,und in diesem Fall 0,4nm. entspricht . Eigentlich ist das 4 A Molekularsieb für Ethanol nicht optimal, da dieses aufgrund der Molekülgrösse ebenfalls zumindest teilweise adsorbiert wird und in Konkurrenz mit dem H2O tritt und deswegen das Adsorbtionsgleichgewicht für EtOH zu dessen Ungunsten verschiebt. Da mir das 4 A MS aber zur Verfügung steht habe ich beschlossen das mal zu probieren und hier zu posten.

Geräte:Stehkolben, Messzylinder, Alkohol-Aräometer nach Richter ( ein Pyknometer steht noch nicht zur Verfügung), Glastrichter, Faltenfilter (Vorzugsweise langsam filtrierend, oder Nutsche mit Unterdruck)

Chemikalien:
Ethanol 92 %
aus Spirituosen und schlechtem Wein abdestilliert, unter fraktionierter Destillation ( Vigreux-Kolonne) auf 92% konzentriert. Gefahr: Kann einen Rausch induzieren

Molekularsieb 4 A, 40 g

Entsorgung: Das Ethanol wird nach der Filtration aufbewahrt für weitere Benutzung, ansonsten kann es via Kanalisation entsorgt oder im Freien verbrannt werden. Das Molsieb wird im Umluft-Backofen oder im Trockenschrank vorzugsweise unter Vakuum reaktiviert.


Ethanol 92 %


Das Molekularsieb im Kolben, Durchmesser der Granula zwischen 1,6 und 2 mm

Versuchsablauf: 40g Molekularsieb werden in einem 250 ml Stehkolben vorgelegt und 150 ml Ethanol 92 % ( Ausgangsgewicht 132,4g) zugefügt. Nach kurzem Umrühren findet eine Gasentwicklung und Erwärmung des Gemischs bis 35^o C statt. Die Flüssigkeit wird etwas trübe. Nach 1 h stehenlassen wird das Ganze noch einmal kräftig gerührt, worauf mir der Gummistopfen um die Ohren fliegt. Die Trübe Flüssigkeit wird durch ein schnelles Faltenfilter filtriert und bleibt residuell leicht trübe.



Resultate: Das Aräometer zeigt im Filtrat eine EtOH- Lsg. mit einer Konzentration von 96,5% an. Residuelle Menge an EtOH: 117 ml ( Entspricht 94 g oder 93 % der approximativen Theorie ). Erwartete residuelle Menge gemäss Anstieg der EtOH- Konzentration unter Berücksichtigung der Dichtedifferenz: 125,7g. Macht eine Differenz von 31g ( Approx).
Gewicht des MS am Ende des Versuchs: 60,92 g (Approx. 61 g) Entspricht einer Flüssigkeitsaufnahme von 21 g. Wenn man die Filtrationsverluste und das Umfüllen berücksichtigt, wird die Rechnung aufgehen, aber für die Schlussfolgerung ist das Exakte Resultat nicht von Belang.


Diskussion und Schlussfolgerung: 1. Der Versuch der Konzentration von 92% EtOH mit einem 4 A Molekularsieb bringt innert 1 h eine Steigerung der Konzentration auf 96,5 Vol%. Wobei das MS mit einer Gewichtszunahme> 50% des Eigengewichts als gesättigt angesehen werden dürfte ( Gem. Lieferant max. 20% des Eigengewichts. Nach dem dekantieren war das MS auch noch relativ nass.)
2. Die Gasentwicklung geht zurück auf die Verdrängung der Luft aus den Poren des MS und kann nach Provokation durch umrühren ( war nicht ganz moderat ) Kautschukkorken zm heftigen Abflug bewegen.
3. Die Trübungen sind bedingt durch Zeolith-Abrieb und benötigen eine feinere Filtration ( Whatman 42 empfohlen)
4. Bedingt durch die Porengrösse von 4 A werden relativ grosse Mengen an EtOH in Konkurrenz zum H2O adsorbiert, was offensichtlich das Adsorbtionsgleichgewicht ungünstig beeinflusst in Hinblick auf eine gewünschte Konzentration des EtOH.
Summa summarum: Molekularsieb 4 Angström ist nicht zur effizienten Trocknung von EtOH geeignet, und Wiki hat auch mal recht.

In der Tat, wenn man Molsieb hat, bietet sich das zu Überprüfen an.
Vielleicht sollte auch das Aräometer wirklich die Dichte und nicht die Luft messen

??

100g = 3,5 Euronen Wo Problem?

Molsieb gibts net an jeder Ecke...

Besser: Über CaO refluxen, direkt in eine Flasche destillieren, über Molsieve 4A unter Ar oder N₂ und mit Septum lagern

Aber gefällt mir

immerhin ist es Dir gelungen den "Geist im Wein" von 92% auf 96% zu steigern! Das ist doch schon mal was.

Klappt super. Stößt allerdings ziemlich heftig.
Hab das mal mit Doppelkorn von Aldi gemacht für ne Ethersynthese nach Williamson.
Auf ca 90% destilliert, mit wasserfreiem Kupfersulfat refluxt, abdestilliert, mit CaO refluxt und nochmal abdestilliert und über CaO gelagert.
War knochentrocken. Und letztlich spottbillig

Ich beschäftige mich mit dem Thema zwar schon erst seit dem letzten Wochende, aber aufgrund der im Internet vefügbaren Literaur ist Sieve 4 A für EtOH nicht geeignet (QED), ganz einfach deshalb weil sich die H₂O- und EtOH- Moleküle um die Sitzplätze innerhalb des Sives streiten. Und da auch die Adsorbtion eine Gleichgewichtsreaktion ist, ist Sieve 3 A besser geeignet. Und den mit dem Ar oder N₂ mit Septum im Keller ...
BTW: rechnet mal nach. Bei allem CuSO₄, CaO, Reflux, Rührfische, Zeit Stromverbrauch, Kolbenbruch und Reinigung nach der Ca-Sauerei... Das Molsieve könnt Ihr regenerieren bis Ihr vor lauter Parkinson den Kolben verfehlt und es zu Boden fällt

Hab ich gemacht. Bei der Steuer in DE auf unvergälltes EtOH lohnt sich das. ich hab aus dem Doppelkorn ~300ml rausgekitzelt (vor Trocknung). Kostenpunkte: ~€ 4,- für den Korn (0,7L 38,5 vol. proz.), ~€ 0,60 für das Kupfersulfat (regenerierbar) und ~ €0,10 für das CaO.
Absolut waren ca. 240ml.
Stromkosten dürften bei etwa 1 KW h liegen. Also alles inallem(incl. Glasbruchpauschale) < € 5,50 . Letztlich also etwa €15,-/L EtOH Stimmt, aber wenns nicht verfügbar ist ...
However, dein Versuch ist auf jeden Fall interessant. Außerdem sauber dokumentiert und, vor allem, kommentiert

p.s.:
Hatte grade ne Idee, Warum eigentlich refluxen? Man könnte das ganze auch über z.B. CaO in nem Soxhleth schicken. Dann spart man sich die Schweinerei beim Abfiltrieren und hat das Zeug garantiert knüppeltrocken.

Soxhi ist dafür sche*ße. Die Aufschlämmung von Ca(OH)₂ wird sich im Rohr festsetzen und kommt mit in deinen Heizkolben... Was noch ginge wäre das ganze über ner Umlauffritte (wahrscheinlich mit Filterpapier) zu machen. Sprich CaO gepulvert aufs Papier in die Fritte und wie beim Soxhlet refluxen.

Das Bild-Beispiel ist fürs Arbeiten (mit Schutzgas) in der OC/Metallorganik/etc, z.B.: Synthese von Eisen(II)-Acetat (Frische Eisenspähne in dieser Apparatur mit gereinigtem Ac₂O 24-30 h refluxieren, maximale Ansatzgröße: ~20 g und besch*ssene Ausbeute (je größer der Ansatz desto geringer die Ausbeute), was den Preis von 93 € für 10 g (95 % Sigma-Aldrich) oder 91 € für 5 g (99,95 % TMB Sigma-Aldrich) rechtfertigt.


[TU Freiberg]