CC BY
25
9
С 11 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 9 (114)
после обработки при 1000 мВ/с. Смещение потенциала в положительную сторону после обработки в рабочем растворе также больше для образца, обработанного при скорости развертки 5 мВ/с - АЕпир =129 мВ, тогда как при скорости 1000 мВ/с АЕпир = 63 мВ.
Следует отметить, что потенциалы покрытых образцов ТРГ смещаются в положительную область, тогда как на активированных углях наблюдается противоположный эффект.
Библиографические ссылки
1. Sadki S., Schottland Р., Brodie N., Sabouraud G. // Chem. Soc. Rev. 2000. Vol. 29. P. 283.
2. Goldin M.M., Volkov A.G., Goldfarb Y.S., Goldin Mikhail.M. // J. Electro-chem. Soc., 2006. Vol. 153. N 8. PP. J91-J99.
УДК 621.357:628.3:661.185.1
В.А. Бродский, В.А. Колесников, В.И. Ильин
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ИХ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ
In recent years, the practical application of electroflotation, as a process in which fine particles are removed from suspension in water by attachment onto rising bubbles, has become of interest from the environmental viewpoint. The results of experimental researches of influence of dispersion distribution and superficial characteristics of insoluble compositions of heavy metals on their electroflotation activity in voter solutions are presented. It is founded, that size of particles and, therefore flotation activity in presence of polielectrolytes (flocculants) considerably rises.
В последние годы процесс электрофлотации, позволяющий удалять частицы взвешенных веществ из водных суспензий, представляет большой интерес с экологической точки зрения. Приведены результаты исследований влияния дисперсности и поверхностных характеристик частиц труднорастворимых соединений тяжёлых металлов на их электрофлотационную активность в водных растворах. Установлено, что с увеличением размера частиц в присутствии полиэлектролитов (флокулянтов) их флотационная активность значительно повышается.
Ранее было установлено, что на процесс электрофлотационного извлечения ионов тяжёлых металлов из сточных вод оказывают влияние множество факторов, в том числе: размер, заряд и природа частиц извлекаемой дисперсной фазы [1].
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 9 (114)
Целью работы было исследование закономерностей образования труднорастворимых частиц дисперсной фазы соединений различных тяжёлых металлов. Показано, что природа частиц извлекаемой дисперсной фазы, состав фонового электролита, а так же тип используемых флокулянтов (полиэлектролитов) оказывают существенное влияние на размер частиц и величину их поверхностного заряда.
Электрофлотационную активность частиц оценивалась по степени извлечения а (%), которую рассчитывали как отношение разницы между исходным и конечным содержанием частиц в растворе к их исходному содержанию.
Размер частиц определялся методом лазерной дифракции с использованием физического принципа рассеяния электромагнитных волн с помощью лазерного анализатора частиц «Analysette NanoTec». Измерение дзета-потенциала частиц основывалось на измерении электрофоретической подвижности частиц в жидкости под действием приложенного электрического поля и проводилось на лазерном анализаторе характеристик частиц субмикронного и нано-диапазона «Malvern Zetasizer Nano».
Для успешного проведения электрофлотационного процесса необходим предварительный перевод ионов металлов в дисперсное состояние, что достигается в первую очередь за счёт регулирования рН среды или применения различных осадителей, таких как NaOH, ЫагСОз, №зРС>4, Na2S [1,2].
Установлено, что частицы дисперсной фазы №(ОН)г (50 мкм) несколько крупнее, чем частицы NiS, №СОз, Ni^PO^ (43, 34 и 27 мкм соответственно). В то же время наиболее отрицательный заряд соответствует частицам дисперсной фазы фосфата и карбоната никеля (II) - -33 и -21 мВ соответственно. Заряд частиц дисперсной фазы М(ОН)2 и №СОз практически совпадает и находится в интервале -11 - -14 мВ. Ранее было установлено, что степень извлечения гид-роксидов, сульфидов и карбонатов данных металлов составляет 70 - 80 %, в то время как степень извлечения фосфатов не превышает 25 % [1, 3].
Табл. Влияние среднего размера ((1ср) и С- потенциала частиц дисперсной фазы соединений N1 на их электрофлотационную активность (а) в растворах электролитов
Соединение металла рН Параметр Без электролита Na2S04 NaCl NaN03
Ni 10,5 dCp, мкм 50 38 45 31
С,мВ -4 -10 -9 -7
а, % 78 36 95 <10
Исследовано влияние состава фонового электролита на размер и заряд частиц дисперсной фазы гидроксидов различных металлов.
Установлено, что в концентрированных растворах фоновых электролитов (С(№Ж)з, №2804, №С1) =100 г/л) средний размер частиц несколько меньше, чем в растворах без фона. В таблице представлена зависимость сте-
9
С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №9(114)
пени извлечения частиц дисперсной фазы № (II) от заряда (С,- потенциала) и среднего размера (с1ср) частиц в растворах электролитов.
Присутствие в растворах сульфат-ионов приводит к смещению потенциала частиц в более отрицательную область, в то время как влияние нитрат- и хлорид- ионов выражено не так ярко.
О 50 100 150 200 250 300
Размер частиц, мкм
Рис. 1. Кривые распределения частиц дисперсной фазы Си (II) в растворе ^ь804 в зависимости от типа используемого флокулянта
Установлено, что для гидроксидов никеля и железа наименьшая степень извлечения достигается в присутствии нитрат-ионов, причём в случае дисперсной фазы никеля степень извлечения не превышает 10%. В этом случае существенно повысить степень извлечения удалось путём введения в растворы анионного флокулянта. Извлечение дисперсной фазы гидроксида меди затруднено в присутствии сульфат-ионов. Повысить степень извлечения удалось введением в раствор катионного флокулянта, неплохой результат показал неионогенный флокулянт. Установлено, что в общем случае введение флокулянтов в растворы, содержащие ионы фоновых электролитов, приводит к существенному укрупнению размера частиц дисперсной фазы. В то же время, в зависимости от типа используемого флокулянта, заряд
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 9 (114)
частиц дисперсной фазы извлекаемых металлов либо смещается в область более положительных значений, либо более отрицательных, либо практически не метается. Поэтому, именно соотношение заряд/размер частиц дисперсной фазы представляется одним из ключевых параметров, влияющих на эффективность электрофлотационного процесса очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов. Изучено влияние флокулянтов на дисперсные характеристики частиц тяжёлых металлов в растворах электролитов. На рисунке 1 представлены кривые распределения частиц дисперсной фазы Си (II) в растворе сульфата зависимости от типа используемого флокулянта.
В присутствии сульфат-ионов (кривая 2) средний размер частиц дисперсной фазы значительно меньше, чем в растворе, не содержащем ионов электролитов (кривая 1) и составляет 35 мкм. Введение в раствор, содержащий сульфат-ионы анионного и катионного флокулянтов приводит к увеличению размера частиц дисперсной фазы более чем в три раза (кривые 4 и 5) -до 118 мкм в обоих случаях. В то же время, введение неионогенного флокулянта не приводит к изменению размера частиц.
Установлено, что в присутствии флокулянтов различных типов процесс извлечения частиц характеризуется более низкими значения остаточной концентрации металлов по сравнению с чистыми растворами. В присутствии флокулянта катионного типа в диапазоне концентраций 1,5-2 мг/л а повышается до 99-100 % во всех системах, при этом продолжительность электрофлотации сокращается почти в 2 раза с 10 до 5-7 мин. В присутствии анионного флокулянта а составляет 95-97 %.
Проведённые исследования показали, что эффективность электрофлотационного процесса извлечения частиц дисперсной фазы труднорастворимых соединений тяжёлых металлов зависит от их размера. Показано, что природа частиц извлекаемой дисперсной фазы, состав фонового электролита, а так же используемые в процессе электрофлотации флокулянты оказывают существенное влияние на размер частиц и величину их поверхностного заряда, что, в свою очередь оказывает непосредственное влияние на процесс электрофлотационного извлечения нерастворимых соединений дисперсной фазы из сточных вод.
Библиографические ссылки
1. Колесников В.А. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. / В.А. Колесников, В.И. Ильин, Ю.И. Капустин [и др.];/ под ред. В.А. Колесникова. М.: Химия, 2007. 304с.
2. Колесников В.А. Экология и ресурсосбережение в электрохимических производствах. Механические и физико-химические методы очистки сточных вод/ В.А.Колесников, В.И Ильин. М.: РХТУ, 2004. 220с.
3. Разработка электрофлотационного процесса извлечения дисперсной фазы гидроксидов Fe, Ni из концентрированных растворов солей натрия: Автореферат диссертации/ Ю.И Паршина/РХТУ; М.: Изд-во РХТУ, 2004. 199с.
