Электрофлотационное извлечение углеродных наноматериалов в растворах электролитов в присутствии ПАВ и коагулянтов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 546.26; 544.6.018.42-14

А. Д. Милютина*, В. А. Колесников, А. В. Колесников

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9. * e-mail: [email protected]

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В ПРИСУТСТВИИ ПАВ И КОАГУЛЯНТОВ

Исследовано влияние поверхностно активных веществ (ПАВ) и коагулянтов на электрофлотационный процесс извлечения углеродных наноматериалов (УНМ). Найдены условия, позволяющие извлекать УНМ в присутствии 5 г/л ПАВ из водных растворов электролитов на 80-92%.

Ключевые слова: электрофлотация, углеродные наноматериалы, электролиты, ПАВ, коагулянты, степень извлечения.

Цель данной работы заключалась в исследовании влияния поверхностно активных веществ (ПАВ), коагулянтов и природы электролитов на извлечение углеродных наноматериалов (УНМ) в установке непроточного типа. В работе представлены результаты исследования 2 типов углеродных наноматериалов, основные технические характеристики

представлены ниже.

Углеродные нанотрубки (УНТ) - образец 1 Удельная поверхность 552 м2/г; удельное сопротивление 0,04 - 0,06 Ом^см; насыпной вес 0,27 г/см3; химический состав: С > 90%, О 1-6%, О < 1%, Со < 5%, Мо < 1%; зольность < 0,5%.

Углеродные наночешуйки (УНЧ) - образец 2 Удельная поверхность 326 м2/г; удельное сопротивление 0,04 - 0,06 Ом^см; насыпной вес 0,07 г/см3; химический состав: С > 95%, О 1-5%, О < 0,5%; зольность < 0,5%.

Как видно из представленных данных, углеродные нанотрубки обладают меньшей удельной поверхностью, чем углеродные наночешуйки. Состав УНМ незначительно отличается: помимо углерода, кислорода и хлора, УНТ содержит такие элементы, как кобальт и молибден.

Лабораторные исследования эффективности процесса электрофлотационного извлечения углеродных наноматериалов проводили в непроточном электрофлотаторе с нерастворимым анодом. Электрофлотатор состоит из стеклянной колонны с вентилем и электродного блока, включающего в себя анод и катод, которые подключены к источнику постоянного тока.

По окончании процесса очистки, через вентиль осуществляется отбор проб с целью определения остаточной концентрации УНМ измеряемой спектрофотометром ПРОМЭКОЛАБ ПЭ-5300В по стандартной методике. При изучении кинетики процесса, отбор проб осуществляется через каждые 5 мин.

Электрофлотационную активность УНМ оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали, как отношение разницы между исходным и конечным содержанием частиц в растворе к их исходному содержанию: а = (Сисх -Скон)*100% / Сисх.

Рассмотрим данные по электрофлотации углеродных нанотрубок из водных растворов в присутствии ПАВ различной природы. Исследованы следующие системы:

- УНТ - «Тритон Х-100»(неион.ПАВ) -электролит

- УНТ - Септапав (катион.) - электролит

- УНТ - Na-DDS (анион.) - электролит

Анализ показывает, что вследствие малых

размеров УНТ и высокой коллоидной устойчивости (концентрация ПАВ 5г/л), процесс флокуляции под действием пузырьков газа водорода и кислорода (электролиз воды) практически не наблюдается, размер частиц <1 мкм; степень извлечения не превышает 1 -2%.

Введение в раствор УНМ-ПАВ электролита, содержащий ионы металла и формирующий новую дисперсную фазу (гидроксиды металлов), позволяет определить условия более эффективного протекания процесса. Некоторые экспериментальные данные представлены на рисунке.

Анализ показывает, что при добавлении определенных реагентов и композиций, включающие в себя ионы металлов, ПАВ, флокулянты, можно обеспечить эффективное протекание процесса. Указанный эффект связан с укрупнением наночастиц до размеров 10-50 мкм и образования флокул дисперсной фазы, эффективно извлекаемых в процессе.

В качестве реагентов № 1, № 2, № 3 использовали ионы Al+3, Fe+3, Co3 и ряд других металлов Cu2, Zn+2, Fe+2, Ni+2.

Таким образом, в работе представлены новые данные о электрофлотационном извлечении углеродных нанотрубок из водных растворов в присутствии неионогенного, анионного и катионного ПАВ, а также результаты исследований таких характеристик, как гидродинамический радиус и

электрокинетический потенциал.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-29-00194) Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева.

Милютина Алёна Дмитриевна, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Колесников Артём Владимирович к.х.н., с.н.с технопарка «Экохимбизнес» РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Alaa M. Younis, Artem V. Kolesnikov, Andrei V. Desyatov. Efficient removal of La(III) and Nd(III) from aqueous solutions using carbon nanoparticles // Am. J. of Analyt. Chem. - 2014. Vol. 5. № 17. - P. 1273-1284.

2. Бродский В.А., Колесников В.А., Ильин В.И. Влияние физико-химических характеристик дисперсной фазы малорастворимых соединений цветных металлов на эффективность их электрофлотационного извлечения из водных растворов // Теор. основы хим. технологий. - 2015. - Т.49. № 3. - С. 253.

Miluytina Alyona Dmitrievna*, Kolesnikov Vladimir Alexandrovich, Kolesnikov Artem Vladimirovich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]

ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF CARBON NANOMATERIALS IN SOLUTIONS OF ELECTROLYTES IN THE PRESENCE OF SURFACTANTS AND COAGULANTS

Abstract

The article is devoted to the influence of surfactants and coagulants on electro-flotation process for recovering carbon nanomaterials (CNM). The conditions allowing to extract the carbon nanomaterial in the presence of 5 g/l of surfactants from aqueous solutions of electrolytes at 80-92% was found.

Key words: electroflotation, carbon nanomaterials, electrolytes, surfactants, coagulants, the degree of extraction.

a,7o

100

90 80 70 60

50

20

10

0

б

______

4

//

//

//

„я 1,2,3

T, мин.

Рис. 1. Зависимость степени извлечения УНТ от времени электрофлотации из растворов, содержащих ПАВ 5 г/л: 1 - «Тритон Х-100», 2 - Септапав, 3 - Na-DDS; 4 - «Тритон Х-100» + реагент №1; 5 - Септапав + реагент №2; 6 -DDS + реагент №3; С(УНТ) =50 мг/л; С^^^ = 1 г/л; Jv=0,2 А/л; pH=7