Dosage CO2 par soude (CIT, dimensionnement)

[Kube34]

Bonjour à tous,

J'aimerais mesurer la quantité de CO2 libérée dans l'air lors d'un processus biologique (mesure tous les 2-3 jours et je m'attends à avoir 50g max de CO2 libéré sur cette période). Pour cela je pensais à faire "buller" l'air d'entrée dans une solution de soude pour retirer le CO2 entrant, puis faire buller l'air de sortie (chargé en CO2) dans une autre solution de soude que je pourrais doser en carbonate et en bicarbonate (je pourrais renouveler la solution tous les 2-3 jours)

Le principe me paraissait simple mais j'ai plusieurs questions auxquelles je ne sais pas répondre à partir de mes connaissances en chimie :

A votre avis quelle doit être la concentration de solution nécessaire pour s'assurer que tout le CO2 est capté en sortie (çàd que même après avoir absorbé 30-40 g de CO2, le pH soit toujours > 12) ? Sachant que pour des raisons pratiques, avoir des volumes > 2 L me parait compliqué.
Comment se passe le dosage si jamais la solution de soude doit être concentrée (> 0.5-1 M) ? Comment gérer l'équilibre carbonate/bicarbonate (problèmes de précipitation gênants) ?

Je pourrais fournir plus d'infos si besoin
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[moco]

Bonjour,
Une mole de CO2 pèse 44 g. C'et donc à peu près une mole de CO2 que tu devras capter. Pour cela il faut utiliser deux moles de NaOH, donc 2 litres de solution 1 M.
Il faut aussi savoir que Na2CO3 formé est pratiquement insoluble dans NaOH 1 M. Donc cela va faire un précipité important dans ta solution.

[Sethy]

De quel niveau de précision avez-vous besoin ?

Si c'est approximatif, est-ce des pesées ne pourraient pas donner une indication ?

Perte de masse de l'incubateur comparée au gain de matière d'une solution contenant 2 moles de NaOH mais peut être un peu plus concentrée (2 mol/l) ?

[RomVi]

Bonjour

Ne serait il pas plus simple d'utiliser un capteur de CO2 et mesurer le taux de sortie ? Le barbotage ne sera pas très efficace car une grande partie du CO2 réussira a traverser (seul le CO2 placé à l'interface des bulles interagit avec la solution pour se fixer).
Quel serait le débit d'air entrant approximativement ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Kube34]

Merci de toutes vos réponses

donc 2 litres de solution 1 M.
Il faut aussi savoir que Na2CO3 formé est pratiquement insoluble dans NaOH 1 M. Donc cela va faire un précipité important dans ta solution.

Oui c'est ce que j'avais calculé, le fait d'avoir précipité gêne t il les deux dosages suivant (du bicarbonate puis du carbonate) ? Ou peux il même utile (peser le précipitât puis doser ce qu'il reste en solution )?

De quel niveau de précision avez-vous besoin ?

-> plus je suis précis mieux c'est bien sur, en fait je veux comparer le CO2 réellement libéré par rapport au maximum théorique.

Perte de masse de l'incubateur comparée au gain de matière d'une solution contenant 2 moles de NaOH mais peut être un peu plus concentrée (2 mol/l) ?

Effectivement je n'avais pas pensé à peser les solutions, mais je doute de la précision, avec un poids conséquent (2-3kg) et les éventuelles évaporations (même si je compte injecté de l'air saturé en eau ) ...

Ne serait il pas plus simple d'utiliser un capteur de CO2 et mesurer le taux de sortie ?

je l'ai envisagé, mais il faudrait que j'automatise les mesures régulières car la concentration variera au cours du temps et là c'est plus compliqué à mettre en place qu'un dosage à l'acide ... De plus j'aurais 3 expériences en parallèle (donc 3 capteurs à acheter)

Le barbotage ne sera pas très efficace car une grande partie du CO2 réussira a traverser (seul le CO2 placé à l'interface des bulles interagit avec la solution pour se fixer).
Quel serait le débit d'air entrant approximativement ?

Je pense que le débit sera compris entre 0,5 et 4 L/h. Pour le barbotage je pensais à utiliser un "bulleur" type utilisé en aquarium pour faire des bulles le splus petites possible et maximiser la surface d'échange, vous pensez que ça ne suffira pas ? Je peux peux être modifier la forme du récipient pour augmenter le temps de parcours des bulles ... Je n'ai aucune idée de la cinétique de ce type de dispositif

[Sethy]

Ah mais j'avais mal compris.

Je pensais qu'il s'agissait d'une fermentation, j'étais parti sur cette idée alors qu'effectivement ce n'était pas spécifié.

Dans ces conditions, il faudra évidemment débarrasser l'air du CO2 qu'il contient avant de l'injecter dans le système. Il faudra aussi faire un "blanc" (expérience en tout point conforme à l'exception de la "source" de CO2 : même débit, même durée, même méthode d'analyse, etc.).

Par contre, filtrer le précipité et le peser me semble compliqué car logiquement après la filtration, il faudrait rincer le précipité avant de le sécher et de le peser. Or le Na2CO3 est soluble dans l'eau. En plus le NaOH réagira avec le CO2 de l'air.

[RomVi]

Je ne connais pas tous les détails de l'expérience, mais le protocole que tu proposes me semble assez difficile à mener.

Si tu veux faire un dosage je pense qu'il serait préférable d'essayer de réduire le débit de gaz, pour avoir des concentrations et des volumes plus simples à mettre en œuvre. Pour ça il faudrait une petite pompe à air pilotée par une temporisation, et prélever par exemple 1l d'air toutes les heures.

La solution de la pesée est utilisable en théorie, mais il sera assez difficile de faire le bilan, entre l'eau entrainée, l'oxygène fixé et le CO2 libéré. Par ailleurs pour avoir une pesée précise il ne faut pas avoir quelque chose de connecté au récipient (pas de tubulure, de fil ou autre), sans quoi la pesée est faussée.

[Sethy]

La solution de la pesée est utilisable en théorie, mais il sera assez difficile de faire le bilan, entre l'eau entrainée, l'oxygène fixé et le CO2 libéré. Par ailleurs pour avoir une pesée précise il ne faut pas avoir quelque chose de connecté au récipient (pas de tubulure, de fil ou autre), sans quoi la pesée est faussée.

Je partais sur une fermentation, c'est à dire sans l'apport d'Oxygène et que les seuls gaz émis étaient du CO2 saturé de vapeur d'eau.

Donc, effectivement, l'idée d'une pesée est totalement caduque.

[Kube34]

Un petit dessin vaut mieux qu'un long discours Sans titre.png

Si je pèse précisément le précipité (je pèse le papier filtre étuvé, je filtre, je passe le papier+filtrat à l'étuve et je pèse de nouveau) et que je dose la solution (débarrassée du précipité) je peux remonter au CO2 émis non ?
D'ailleurs je me demande, disons que j'ai une solution assez concentrée avec de la soude en large excès, comment sera la répartition Carbonate/Bicarbonate dans la solution ( voire dans le précipité ) ? Car si je ne m'abuse, on a ces réactions :
2 NaOH + CO2 --> Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 --> 2 NaHCO3

J'ai également accès à de la chaux, si elle peut s'avérer plus pratique que la soude (je pensais éventuellement m'en servir pour m'assurer que l'air en sortie est bien exempt de CO2)

Voilà j’espère que je suis clair et que mes questions ne sont pas trop bêtes en tout cas ^^

[RomVi]

Si vraiment tu tiens à passer la totalité du l'air dans le montage il serait sans doute plus judicieux d'utiliser de la chaux sodée à l'état solide et peser directement le flacon plutôt que de faire un dosage. Ce mélange est utilisé pour fixer le CO2 sur des systèmes de respirateur à recirculation.
Il faudra d'abord passer sur du CaCl2 ou de la silice pour retirer l'eau, et faire une comparaison avec un témoin.

[Kube34]

Ok je vais regarder si j'ai accès à de la chaux sodée, si non j'ai besoin d'aide pour le dimensionnement, (on va rentrer dans de la chimie ) :

Si je ne me trompe pas, en solution de soude assez concentrée (disons 0.5 mol/L), on a

2*NaOH + CO2 -> Na2CO3

Comment calculer la baisse de pH induite par cette réaction, afin de pouvoir déduire jusqu'à quelle quantité de CO2 introduite la réaction sera complète ?

Car il me semble qu' à faible concentration on a plutôt NaOH + CO2 -> NaHCO3

[RomVi]

De la chaux sodée n'est rien d'autre que de la chaux mélangée à de la soude. Au pire la soude seule fonctionne aussi. Il faut par contre une assez grande longueur de passage pour tout capter, si possible un tube.
En ce qui concerne la réaction on va produire Na₂CO₃ en premier, puis quand il n'y aura plus de soude NaHCO₃. Il suffit donc d'avoir de la soude en excès.

En guise d'illustration voici un graphique généré par l'excellent petit logiciel "dozzzaqueux"
- En abscisse on a le "volume" de solution de CO2 ajouté (dans ton cas on ajoute un gaz, mais le logiciel ne le permet pas ; ça ne change pas la logique du graphique)
- Sur l'axe vertical à gauche on a le pHx10 (100 signifie ph = 10), qui est tracé en bleu
- Sur l'axe vertical à droite on a la concentration des 2 espèces CO₃^2- (en rouge) et HCO₃^- (en vert)

[Sethy]

La chaux sodée est vraiment une bonne piste.

La seule chose, c'est qu'il faut faire un "blanc" car elle trappe aussi l'humidité (en tout cas, de mémoire).

[RomVi]

Oui, c'est pour ça que j'ai précisé qu'il fallait passer sur un agent dessicant avant de passer sur la chaux sodée.
Dans tous les cas je pense que cette manip ne sera pas extrêmement précise ; il y a beaucoup d'effets indésirables qui peuvent venir perturber la belle théorie.