CC BY
22
УДК 546.56;546.47
Аунг Пьяе, Хейн Тху Аунг, Колесников А.В., Колесников В.А.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА СОВМЕСТНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ^ И Zn В СОСТАВЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ
Аунг Пьяе, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева
Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева
Колесников Артем Владимирович, к.т.н.,старший научный сотрудник Технопарка <<Экохимбизнес 2000+>> РХТУ имени Д.И. Менделеева
Колесников Владимир Александрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 8(916)107-66-24 [email protected]
Определены оптимальные значения pH среды для совместного извлечения труднорастворимых ионов меди и цинка методом электрофлотации и фильтрации. Впервые установлено влияние катионного поврехностно-активного вещества алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катапав) на электрофлотационный процесс совместного извлечения ионов меди и цинка. Показана принципиальная возможность и эффективность последующего удаления соединений меди и цинка с помощью фильтрации.
Ключевые слова: электрофлотация, фильтрация, сточные воды, медь, цинк.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF FLOTATION PROCESS OF EXTRACTING OF Cu AND Zn IONS IN THE COMPOSITION OF MULTICOMPONETNT SYSTEMS
Aung Pyae, Hein Thu Aung, Kolesnikov A.V., Kolesnikov V.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The optimal pH environment for the joint extraction of soluble copper and zinc ions by the method of electro-flotation and filtration. First installed, the effect of cationic surfactant alkylbenzyldimethylammonium chloride (katapa) on flotation process of joint extraction of copper and zinc ions. Demonstrated the possibility and the efficiency of the subsequent removal of compounds of copper and zinc by filtration.
Keywords: electroflotation, filtration, wastewater, copper, zinc.
Одной из важнейших задач охраны окружающей среды является обезвреживание токсичных отходов, которые образуются на производственных предприятиях. Ученые стремятся к созданию высокоэффективного очистного оборудования, так как на данный момент коэффициент эффективности обезвреживания отходов значительно снижен.
Эффективным методом очистки промышленных сточных вод является электрофлотационный (ЭФ). Его главными преимуществами являются высокая скорость электрофлотационного процесса и интенсивное выделение дисперсной фазы в пенный продукт [1]. Извлечение загрязнения происходит путем слипания коллоидных частиц к пузырькам газа Н2 и О2. Образование и всплытие при электролизе воды пузырьков обеспечивает высокий эффект удаления загрязнения.Разделение системы происходит путем образования потока водорода и кислорода.
Основными стадиями электрофлотационного процесса являются:
1.образование газовых пузырьков Н2 и О2 при электролизе жидкости
2.образование частиц дисперсной фазы
3.формирование комплексов «частица-пузырек газа»
4.всплывание на поверхность пузырька газа с частицей
5.образование пены, состоящей из частиц с пузырьками газа на поверхности воды.
Стоит учитывать и необратимое влияние различных побочных электрохимических реакций на протекание ЭФ процесса.
Так, например, изменение кислотно-основных свойств и окислительно-восстановительного потенциала среды, изменение ионного состава, растворение дисперсной фазы, уменьшение колличества образующего газа при побочных
реакциях - действуют как положительно, так и отрицательно на эффективность ЭФ процесса.
Большое значение в эффективности ЭФ процесса также играет размер частицы. Так, для гидрооксидов металлов Си и Zn радиус частицы заметно увеличивается, что аналогично повышает и степень их извлечения. К большей по размеру частице ионов может присоединиться большое колличество пузырьков, что сумарно повышает их подъемную силу. Закрепление и удержание частицы на поверхности пузырьков является приоритетным параметром.
Основным определяющим параметром эффективность ЭФ процесса является степень извлечения а дисперсной фазы:
Внк-е^п: , АА о/
аЭф=-100 %,
С и с:
где Сисх, Сост - соответственно исходная и остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м3.(мг/л).
Схема лабораторной электрофлотационной установки представлена на рисунке 1. Дополнительную фильтрацию проб осуществляли с помощью фильтровальной бумаги. Концентрацию меди и цинка определяли по стандартизированной методике на приборе КВАНТ-АФА методом Атомно Абсорбционная Спектрометрия. Измерения (исследования) выполнены на оборудовании Центра Коллективного Пользования имени Д.И. Менделеева.
Таблица 1. Степень электрофлотационного извлечения гидроксидов меди и цинка в зависимости от рН, а%
Время, мин а%
8 9 10 11
Си Zn Си Zn Си Zn Си Zn
Без ПАВ
5 88 65 67 90 87 88 56 59
10 93 83 66 94 94 92 45 50
20 97 87 66 95 90 92 22 26
30+фильтрация 99 96 99 96 97 96 99 96
С ПАВ
5 27 26 94 88 26 28 96 95
10 33 32 98 95 80 82 98 97
20 94 94 98 97 82 83 98 97
30+фильтрация 99 97 99 98 99 98 99 98
Условия эксперимента: Си2+ = 50мг/л, 1п2+ = 50мг/л, Ыа2804 = 1 г/л, Катапав = 5 мг/л, I = 0.2 А/л
Весьма актуальной задачей для с точки зрения экологии является обезвреживания стоков, содержащих ионы тяжёлых металлов (ИТМ) [2].
Рис. 1. Схема лабораторной установки по исследованию
процессов электрофлотации. 1 - колонна электрофлотатора; 2 - электродный блок; 3 - вентиль;
4 - анод; 5 - катод; 6 - резиновая прокладка; 7 - источник постоянного тока
В таблице 1 представлены экспериментальные результаты, полученные в лаборатории «Новые электрохимические технологии и материалы» показывающие влияние катионного ПАВ на кинетику процесса электрофлотационного извлечения гидроксидов меди и цинка в слабощелочном диапазоне рН (8 - 11).
Из представленных экспериментальных результатов отметим положительное влияние катионного ПАВ во всём изученном диапазоне рН. Исследуемый катионный ПАВ способствует стабилизации процесса извлечения, что подтверждают данные на стадии 10 минут (рис.2).
Рис. 2. Кинетика совместного ЭФ извлечения гидроксидов меди и цинка в присутствии катионного ПАВ алкилбензилдиметиламмоний хлорид.
Си2+ = 50мг/л, Zn2+ = 50мг/л, = 1 г/л,
Катапав = 5 мг/л, I = 0.2 А/л, рН = 11
Впервые установлено, что катионный ПАВ алкилбензилдиметиламмоний хлорид (катапав) улучшает электрофлотационный процесс при рН = 11, эффективность очистки увеличивается до 98% по обеим металлам.
Установлено, что, ПАВ не оказывает никакого влияние на последующую фильтрацию, что свидетельствует о практически полном извлечении дисперсной фазы смеси гидроксидов в ходе ЭФ процесса.
Отметим, так же что
алкилбензилдиметиламмоний хлорид оказывает
влияние в недостатке (1:0.1), поэтому можно сделать вывод, что не образуется новое соединение, а влияние проявляется за счёт изменения поверхностных свойств (смещение заряда в более положительную область).
На следующих этапах исследований планируется установить влияние катионного ПАВ алкилбензилдиметиламмоний хлорид на физико-химические свойства (заряд и размер частиц) дисперсной фазы гидроксдов меди и цинка в изученном диапазоне рН для подтверждения или опровержения выдвинутого предположения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания (проектная часть) №10.3814.2017/ПЧ в Российском химико-технологическом университете им Д.И. Менделеева.
Список литературы
1. З.М. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов, В.А. Колесников. Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность. // Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. — 401с.
2. Колесников А.В., Кузнецов В.В., Колесников В.А., Капустин Ю.И. Роль поверхностно активных веществ в электрофлотационном процессе извлечения гидроксидов и фосфатов меди, никеля и цинка // Теоретические основы хим. технологии 2015. — Т. № 1. — С. 3.
3. Колесников В.А., Ильин В.И., Капустин Ю.И., Вараксин С.О., Кисиленко П.Н., Кокарев Г.А. Электрофлотационная технология очистки вод промышленных предприятий: Под ред. Колесников В.А. — М.: Химия, 2007. — С.304.
