CC BY
27
Литература
1. Рябчиков Б. Е. Современная водоподготовка. М.: ДеЛи плюс, 2013. 680 с.
2. Брык М. Т., Нигматулин Р. Р. Нанофильтрация и нанофильтрационные мембраны // Химия и технология воды. 1995. Т. 17, № 4. С. 375-396.
3. Al-Rashdi B. A. M., Johnson D. J., Hilal N. // Desalination. 2013. No. 315. Р. 2-17.
4. Pérez-González A., Ibáñez R., Gómez P., Urtiaga A. M., Ortiz I., Irabien J. A. // Journal of Membrane Science. 2015. Vol. 473. P. 16-27.
5. Милютин В. В., Некрасова Н. А., Каптаков В. О. // Радиохимия. 2016. Т. 58, № 6. С.552-555.
6. Фримантл М. Химия в действии. В 2 ч. Ч. 2: пер. с англ. М.: Мир, 1998. 620 с. Сведения об авторах
Каптаков Виктор Олегович
инженер первой категории, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, V.Kapt@yandex.ru Милютин Виталий Витальевич
доктор химических наук, заведующий лабораторией, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, vmilyutin@mail.ru Некрасова Наталья Анатольевна
кандидат химических наук, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, nnekrassova@gmail.com
Kaptakov Victor Olegovich
Engineer of First Category, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, V.Kapt@yandex.ru Milyutin Vitaly Vitalevich
Dr. Sci. (Chem.), Head of Laboratory, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, vmilyutin@mail.ru Nekrasova Natalia Anatolievna
PhD (Chem.), Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, nnekrassova@gmail.com
DOI: 10.25702/^^2307-5252.2019.10.1.141-145 УДК 66.081 + 544.58
В. О. Каптаков, В. В. Милютин, П. Г. Зеленин
Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, Россия
НАНОФИЛЬТРАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Аннотация. Работа посвящена исследованию нанофильтрации (НФ) органических соединений, в том числе поверхностно-активных веществ из водных растворов. Определено влияние концентрации электролита и значения pH раствора на задерживающую способность нанофильтрационной мембраны по оксалат- и ЭДТА-ионам.
Ключевые слова: нанофильтрация, полимерная мембрана, органические соединения, поверхностно-активные вещества, извлечение.
V. O. Kaptakov, V. V. Milyutin, P. G. Zelenin
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, Russia
NANOFILTRATION EXTRACTION OF ORGANIC COMPOUNDS FROM AQUEOUS SOLUTIONS
Abstract. The work is devoted to the study of nanofiltration (NF) of organic compounds, including surface-active substances from aqueous solutions. The effect of electrolyte concentration and pH of the solution on the retention capacity of the nanofiltration membrane in oxalate and EDTA ions, was determined.
Keywords: nanofiltration, polymer membrane, organic compounds, surfactants, recovery.
В составе жидких радиоактивных отходов (ЖРО), как правило, присутствуют различные комплексообразующие соединения (ЭДТА, щавелевая кислота и др.), а также поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые негативно влияют на процессы очистки ЖРО [1]. В связи с этим задача извлечения органических соединений из растворов является весьма важной и актуальной. В настоящей работе для ее решения использовали метод нанофильтрации (НФ). В ходе проведения экспериментов изучали влияние pH раствора и концентрации фонового электролита на задерживающую способность НФ-мембраны
Для изучения извлечения компонентов из растворов методом НФ использовали нанофильтрационную полимерную мембрану производства компании «РМ Нанотех», г. Владимир, Россия. Мембрану испытывали в составе лабораторной установки, состоящей из НФ-модуля типа NanoNF-1812 с полезной площадью фильтрации 0,3 м2; циркуляционного насоса и манометров на входе и выходе модуля. По результатам периодически отбираемых при проведении экспериментов проб рассчитывали значение задерживающей способности (R) НФ-мембраны по соответствующему компоненту по формуле:
R = (1 - Сф / Со) х 100 %,
где Сф, Со — концентрация компонента в фильтрате после мембраны и в исходном растворе соответственно.
Концентрации по ЭДТА- и оксалат-ионам при высоком содержании их в исходном растворе определяли методом объемного титрования, при более низких концентрациях — фотометрическим методом. Для определения концентрации ПАВ применяли фотометрический метод.
Измерения рН растворов проводили с использованием иономера марки «Экотест 2000». Для приготовления модельных растворов использовали дистиллированную воду и реагенты квалификации «ч. д. а» или «х. ч.».
В первую очередь, в ходе проведения экспериментов определили зависимость задерживающей способности (R) НФ-мембраны от исходной концентрации различных органических соединений (рис. 1).
50 ...................................
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
С, г/дм3
Рис. 1. Зависимость задерживающей способности (R) НФ-мембраны от исходной концентрации по органическим соединениям: 1 — ОП-10; 2 — ЭДТА; 3 — С2О4; 4 — АПАВ Fig. 1. Dependence of the retention capacity (R) of the nanofiltration membrane on the initial concentration for organic compounds: 1 — ОП-10; 2 — EDTA; 3 — С2О4; 4 — anionic surfactants
Полученные результаты показывают стабильно высокую задерживающую способность НФ-мембраны по ОП-10 и ЭДТА-ионам, более 97 % при их исходной концентрации менее 1,2 г/дм3. Задерживающая способность по АПАВ и оксалат-ионам несколько ниже, однако также находится на постоянном уровне, более 81 %, в диапазоне концентраций менее 1 г/дм3. Падение задерживающей способности по АПАВ в области более высоких концентраций обусловлено увеличением влияния процесса массопереноса через поверхность НФ-мембраны в более концентрированных растворах.
При исследовании влияния pH раствора на задерживающую способность НФ-мембраны по оксалат- и ЭДТА-ионам были получены результаты, представленные на рис. 2.
РН
Рис. 2. Зависимость задерживающей способности (R) НФ-мембраны от pH раствора по органическим соединениям: 1 — ЭДТА (С = 0,8 г/дм3); 2 — С2О4 (С = 0,9 г/дм3) Fig. 2. Dependence of the retention capacity (R) of the nanofiltration membrane on solution pH for organic compounds: 1 — EDTA (С = 0,8 g/dm3); 2 — С2О4 (С = 0,9 g/dm3)
На приведенных графиках видно, что задерживающая способность по ЭДТА-ионам практически не меняется с увеличением значения pH раствора, тогда как для оксалат-ионов в диапазоне pH 2-8 задерживающая способность интенсивно увеличивается. Наблюдаемое явление, по всей видимости, связанно с переходом щавелевой кислоты (H2C2O4, pH ~ 2,3) в гидрооксалат натрия (NaHC2O4, pH ~ 3,5) и дальнейшим образованием оксалата натрия (Na2C2O4, pH > 11,5). Полученные результаты говорят о более высокой эффективности применения НФ-мембран для очистки растворов от оксалат-ионов в щелочной среде.
Была получена зависимость задерживающей способности НФ-мембраны по исследуемым органическим соединениям в зависимости от концентрации в растворе нитрата натрия. Полученные результаты представлены на рис. 3.
ino
TS
M ................................
О 10 H » « И «I M ОС M 1(4 НО 1» I» MO ISO tu
С NaNO„ г/дм*
Рис. 3. Зависимость задерживающей способности (R) НФ-мембраны от концентрации NaNO3 по органическим соединениям: 1 — С2О4 (С = 1 г/дм3); 2 — ЭДТА (С = 0,5 г/дм3) Fig. 3. Dependence of the retention capacity (R) of the nanofiltration membrane on NaNO3 concentration for organic compounds: 1 — С2О4 (С = 1 g/dm3); 2 — EDTA (С = 0,5 g/dm3)
По полученным результатам видно возрастание задерживающей способности по оксалат- и ЭДТА-ионам с увеличением концентрации нитрата натрия в растворе до 10-20 г/дм3, что связанно, по всей видимости, с увеличением влияния диффузионного механизма задержания. Представленные данные говорят о возможности эффективного извлечения органических соединений из растворов с высоким солевым фоном.
По результатам данной работы показана высокая эффективность применения процесса НФ для извлечения органических соединений, в том числе и поверхностно-активных веществ, из водных растворов. Наибольшая задерживающая способность по оксалат-ионам наблюдается в щелочных средах, как и для ЭДТА-ионов. Задерживающая способность по оксалатам возрастает с увеличением общего солевого фона более 10 г/дм3, что соответствует составу высокосолевых ЖРО.
Литература
1. Милютин В. В., Рябчиков Б. Е., Козлов П. В. Современные методы переработки жидких радиоактивных отходов. Озёрск, 2015. 126 с.
Сведения об авторах
Каптаков Виктор Олегович
инженер первой категории, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, V.Kapt@yandex.ru Милютин Виталий Витальевич
доктор химических наук, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, vmilyutin@mail.ru Зеленин Петр Григорьевич
стажёр-исследователь, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, p.zelenin@outlook.com
Kaptakov Victor Olegovich
First Category Engineer, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, V.Kapt@yandex.ru Milyutin Vitaly Vitalevich
Dr. Sci. (Chem.), Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, vmilyutin@mail.ru Zelenin Petr Grigorevich
Research Assistant, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS (IPCE RAS), Moscow, p.zelenin@outlook.com
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.145-151 УДК 661.882:668.816
Е. С. Щукина, Ю. Г. Киселев
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ ТИТАНОСИЛИКАТНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
Аннотация. Для развития современных отраслей техники требуются новые материалы функционального назначения. Так, при изготовлении материалов с герметизирующими и защитными свойствами в их состав вводятся различные наполнители, каждый из которых выполняет определенную роль. Показана возможность получения композиционного наполнителя, который может значительно повысить качество материалов при эксплуатации, в том числе в экстремальных условиях Арктики.
Ключевые слова: титанит, титаносиликатный наполнитель, рутил, кремнезем, клеи и герметики.
E. S. Shchukina, Yu. G. Kiselev
Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia
OBTAINING A TITANOSILICATE FILLER FOR FUNCTIONAL MATERIALS
Abstract. The development of modern branches of technology requires new functional materials. Production of the materials with sealing and protective properties tends to use various fillers in their composition, each of which performs a specific role. The possibility of obtaining composite filler, which can significantly improve the quality of a material during operation, including extreme conditions of the Arctic, is shown.
Keywords: titanite, titanosilicate filler, rutile, silica, glues and sealants.
