CC BY
6
УДК 66.087.4; 546.711
Иванова А.В., Чечерина А.Ю., Стоянова А.Д.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТАЦИОННОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ ИОНОВ МАРГАНЦА
Иванова Арина Витальевна, студент бакалавриата 4 года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Чечерина Анастасия Юрьевна, студент магистратуры 1 года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Стоянова Алёна Дмитриевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; milyutina alena rhtu@mail.ru. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, домовладение 20
Экспериментально изучен сорбционный процесс очистки водного раствора от ионов марганца (II) на порошковом активированном угле марки ОУ-Б. Показаны результаты процесса электрофлотационного извлечения ионов марганца (II) в присутствии активированного угля ОУ-Б и поверхностно-активных веществ различной природы.
Ключевые слова: марганец, электрофлотация, углеродные материалы, активированный уголь, водные растворы.
INVESTIGATION OF THE FLOTATION METHOD OF PURIFICATION OF AQUEOUS SOLUTIONS FROM MANGANESE IONS
Ivanova A.V., Chicherina A.Yu., Stoyanova A.D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The sorption process of purification of an aqueous solution from manganese (II) ions on powdered activated carbon of the OU-B brand has been experimentally studied. The results of the process of electroflotation extraction of manganese (II) ions in the presence of activated carbon OU-B and surfactants of various nature are shown. Keywords: manganese, electroflotation, carbon materials, activated carbon, aqueous solutions.
Введение
Главный водопотребитель на Земле является человек. Люди каждый день используют воду для своих нужд: для питания, для личной гигиены, в сельском хозяйстве, для различного производства, для выработки тепло- и электроэнергии. Стоит отметить, что вода является очень важным источником питания не только для каждого человека, но и для любого другого живого организма (растения, животные и др.), поэтому необходимо уделять большое внимание к качеству воды. Показатели воды в водостоках зависят во многом от несанкционированных сбросов сточных вод промышленными предприятиями, такими как гальванические, металлургические, горнорудные, лакокрасочные и др. производства.
Наиболее опасны в природных и сточных водах ионы тяжелых металлов. Одним из таких металлов является марганец. Предельно допустимая концентрация марганца в питьевой воде и воде для бытового использования на территории Российской Федерации составляет 0,1 мг/л. Повышение его концентрации влечёт за собой тяжелые последствия для здоровья организма человека [1].
Для человека и животных марганец прежде всего влияет на работу нервной системы. Он контролирует репродуктивные возможности организма,
способствует выделению инсулина и обмену жиров и углеводов [2]. Избыток марганца опасен для
человека: накопление этого металла в организме также сказывается на центральной нервной системе и может привести к одному из самых тяжелых заболеваний - болезни Паркинсона [2].
Существует большое количество методов очистки сточных вод от ионов марганца (II). В настоящее время наиболее известными методами очистки сточных вод от ионов марганца являются: окисление, аэрация, экстракция, биоизвлечение, сорбция, мембранная очистка и др. [3, 4]. В том числе зачастую для очистки сточных вод промышленных предприятий используют
сорбционный метод с применением активированных углей различных фракций (порошки, гранулы и др.). Однако в настоящий момент извлечение отработанных порошковых сорбентов из водных растворов является актуальной технологической задачей.
Комплексная очистка сточных вод методами сорбции на различных активированных углях и электрофлотации является одним из наиболее универсальных и эффективных способов очистки сточных вод от ионов марганца (II). Данные методы извлечения позволяют достичь высокой степени очистки одновременно и от загрязнений ионов Mn2+, и от частиц порошкового угля малых размеров при минимальных затратах времени и энергоресурсов.
Цель данной работы заключалась в исследовании электрофлотационного метода очистки водных
растворов, содержащих ионы марганца, в присутствии активированного угля ОУ-Б.
Методическая часть
Объектом исследований являлся водный раствор, содержащий ионы марганца (II). В качестве добавок использовались поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной природы: анионный NaDDS; катионный Катинол; неионогенный Triton X-100. В качестве сорбе
В качестве порошкового сорбента в работе использовался активированный уголь марки ОУ-Б, удельная поверхность которого составляет 825 м2/г, а общий объем пор 0,654 см3/г, в том числе микропоры - 0,408.
Сорбционные испытания проводили в статическом режиме при постоянном перемешивании модельного раствора, содержащего ионы Mn2+ (100 мг/л), с сорбентом в течении определенного времени. По истечению времени раствор отстаивали и фильтровали (фильтр «Синяя лента»). Из полученного фильтрата готовили пробу для определения остаточной концентрации ионов марганца (II) на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-АФА.
Для проведения экспериментов
электрофлотационного извлечения в зависимости от цели исследования в колбу объемом 500 мл вводили рассчитанные количества следующих веществ (с последующим разбавлением дистиллированной водой до метки):
1. модельный водный раствор соли MnCl2-4H2O (c(Mn2+ ) = 0,1 г/л);
2. ПАВ (0,1 г/л) ;
3. фоновый электролит NaNO3 (1 г/л).
Электрофлотационное извлечение ионов
марганца и частиц ОУ-Б проводили в непроточном электрофлотаторе с нерастворимым титановым анодом с активным металлооксидным покрытием на основе диоксида рутения.
Эффективность электрофлотационного
извлечения а, % ионов марганца (II) рассчитывали по формуле (2):
а = Co^fi я 100% Со
(2)
где со и С1 - начальная и конечная концентрация Гв3+, мг/л.
Экспериментальная часть
Проведенные эксперименты сорбции позволили установить оптимальное время достижения равновесия сорбционного извлечения марганца из водных растворов на порошкообразном активном угле ОУ-Б (Рисунок 1).
Рисунок 1 - Кинетическая зависимость степени извлечения ионов марганца (II) из водного раствора на порошковом активированном угле ОУ-Б методом сорбции:
Условия эксперимента: рН = 3, с(Мп2+) = 100 мг/л, Ур-ра = 40 мл, т (ОУ-Б) = 0,3 г
Проведенные исследования в статических условиях показали, что равновесие достигается в течение 60 мин: значение сорбционной способности достигало 11,5 мг/г, степени извлечения - 62 %. При дальнейшем увеличении времени до 105 мин степени извлечения ионов марганца (II) не превышала 65%.
Далее были проведены исследования процесса электрофлотационного извлечения ионов Мп2+ из водных растворов, стабилизированных ПАВ анионной, катионной и неионогенной природы, в присутствии частиц порошкового активированного угля ОУ-Б (рисунок 2).
Мишурина О.А. в своей работе исследовала фазовый состав извлекаемой дисперсной фазы марганца электрофлотационным процессом. По результатам рентгенофазового анализа было установлено, что основными фазами образующегося марганецсодержащего осадка являются соединения типа МпО(ОН) и МпО(ОН)2 [5].
-1-6Е5Г1ДВ -2-Triton Х-100 -3 - NaDDS 4 ■ Катинол
Рисунок 2 - Кинетические зависимости степени извлечения Mn2+ из водного раствора в присутствии частиц угля ОУ-Б и ПАВ различной природы: 1 - без добавления ПАВ; 2 - Triton X-100; 3 - NaDDS; 4 -Катинол
Условия эксперимента: рН = 10, с0 (Мп2+) = 100 мг/л, Ур-ра = 500 мл, m (ОУ-Б) = 0,3 г, с(№Ш3) = 1 г/л, iv = 0,4 А/л, с(ПАВ) = 0,1 г/л
Из полученных экспериментальных данных можно отметить, что добавление катионного ПАВ Катинол и неионогенного ПАВ Triton X-100 практически не оказывает никаких положительных воздействий на извлечение ионов Mn2+. В тоже время влияние анионного ПАВ NaDDS заметно уже после 5 минут электрофлотации: степень извлечения Mn2+ достигает 73%. В водном растворе ионы марганца(П) извлекаются на 80,3% за 30 минут процесса в присутствии ПАВ анионной природы.
Заключение
Экспериментальные исследования извлечения ионов марганца (II) позволили заключить, что метод сорбции позволяет извлекать ионы марганца (II) на 65%. Тогда как при использовании электрофлотационного метода можно извлечь до 83% ионов марганца в присутствии активированного угля и ПАВ анионной природы. Таким образом для очистки сточных вод рекомендуется использовать комплексный метод, сочетающий в себе сорбцию на порошковом активированном угле и
электрофлотацию в присутствии анионного ПАВ.
Исследования выполнены на оборудовании ЦКП им. Д.И. Менделеева по гранту Минобрнауки РФ № 13 .ЦКП 21.0009.
Список литературы
1. Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А., Лебединская Л.А., Бабкина Э.И., Виниченко В.Н., Сурнин В.А., Иванов С.Г. Гидродинамические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы - Москва: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. - 176 с.
2. Швец Н.И., Сидорова К.А. Физиолого-экономические особенности марганца и его влияние на человека // Сборник статей II всероссийской (национальной) научно-практической конференции «Современные научно-практические решения в АПК». Государственный аграрный университет Северного Зауралья. - 2018. - С. 66-70.
3. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и сероводорода. - Москва: Изд. Стройиздат, 1975. - 176 с.
4. Беликов С.Е., Хохрякова Е.А., Резник Я.Е. Водоподготовка: Справочник. - Москва: Изд. Аква-Терм, 2007. - 240 с.
5. Мишурина, О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.13 : защищена 08.07.2010 / Мишурина Ольга Алексеевна. Магнитогорск, 2010. 153 с.
