CC BY
3
УДК 546.6; 546.56; 546.76
Хейн Тху Аунг, Тхан З. Х., Аунг П., Конькова Т.В.
РОЛЬ ПРИРОДЫ ПАВ И ЭЛЕКТРОЛИТА В ПРОЦЕССЕ
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЕ СМЕСИ ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ
Хейн Тху Аунг, к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва, spiritlay@yandex.ru
Аунг Пьяе, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва, aungpyae05@gmai1.com
Тхан Зо Хтай, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва, thanzawhtay20191993@gmail.com
Конькова Татьяна Владимировна, д.т.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия, Москва, kontat@list.ru Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская пл., д. 9.
В данной статье исследовано влияние природы поверхностно-активных веществ (анионного, катионного и неионогенного) в процессе электрофлотационного извлечение смеси гидроксидов тяжелых и цветных металлов (железо, никель, цинк, кобальт и медь) из растворов электролитов (Na2SO4, МаС1, NaNOз). Показана положительная роль анионного ПАВ NaDDS (додецилсульфата натрия) и неионогенного ПАВ ОС-20Б (смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов) на степень извлечения гидроксидов, которая достигла до 99%.
Ключевые слова: очистка сточных вод; электрофлотация, железо, никель, цинк, кобальт, медь и ПАВ.
THE ROLE OF THE NATURE OF SURFACE AND ELECTROYTES IN THE PROCESS OF ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF A MIXTURE OF METAL HYDROXIDES
Hein T.A., Than Z.H., Aung P., Konkova T.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
In this article, the influence of the nature of surfactants (anionic, cationic and nonionic) in the process of electroflotation extraction of a mixture of hydroxides of heavy and nonferrous metals (iron, nickel, zinc, cobalt and copper) from electrolyte solutions (Na2SO4, NaCl, NaNO3) was studied. The positive role of the anionic surfactant NaDDS (sodium dodecyl sulfate) and the nonionic surfactant OS-20B (a mixture ofpolyoxyethylene glycol ethers of higher fatty alcohols) on the degree of extraction of hydroxides, which reached up to 99%, was shown. Keywords: wastewater treatment; electroflotation, iron, nickel, zinc, cobalt, copper and surfactants
Введение
Электрофлотация - это электрохимический процесс, при котором загрязняющие вещества всплывают на поверхность воды с помощью крошечных пузырьков водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водных растворов. Электрохимические реакции,
происходящие при электролизе, следующие: анодное окисление: 2ШО ^ О2- + 4Н+ + 4е- (1) катодное восстановление: 4Н2О+ 4е-^2Шт+4ОН (2)
Эффективность процесса не ограничивается только удалением нерастворимых загрязняющих веществ, но также связана с уменьшением количества растворенных органических веществ за счет их окисления кислородом, образующемся на аноде [1].
В настоящее время в мире производится большое количество химических веществ, что непосредственно связано с их влиянием на окружающую среду, а именно со сбросами сточных вод, содержащих эти загрязнители в водоемы. Одними из основных загрязнителей являются поверхностно-активные вещества (ПАВ) и ионы тяжелых металлов (ИТМ).
Разнообразные типы ПАВ широко используются в современной гальванотехнике, например, в растворах для обезжиривания деталей перед
нанесением покрытий. В технологическом процессе эти вещества неизбежно попадают в промывные и сточные воды, что создает проблему дополнительной очистки стоков. Специфические свойства ПАВ вызывают серьезные затруднения при очистке сточных вод. Вода с большим количеством ПАВ образуется также на автомойках, прачечных, на предприятиях текстильной промышленности и т.п. [2].
Целью работы является исследование процесса электрофлотационного извлечения смеси гидроксидов тяжелых и цветных металлов в различных электролитах №2304, №С1, NN03. при добавлении ПАВ различной природы, а также в их отсутствии. Экспериментальная часть
Исследования проводили на модельных растворах содержаних в нем Бе2+, №2+, 2п2+, Со2+, Си2+ с концентрацией 20 мг/л (ХМе2+ 100 мг/л). В качестве электролита для создания постоянной ионной силы применяли №2804, №аС1, №а№0з с концентрацией 1 г/л и поверхностно-активные вещества 5 мг/л.
Для приготовления модельных растворов использовались реактивы: FeQ2 х 4ШО, №Б04 х 7Н2О, гпБ04 х 7Ш0, СоБ04 х 7Ш0, СиБ04 х 5Ш0, N2804, №аС1, №а№Оз квалификации хч.
В качестве ПАВ использовали : катионный -Септапав ХЭВ-70 дидецилдиметиламмоний хлорид, (С22Н48аК), анионный - КаБББ (додецилсульфат натрия, СНз(СН2)1оСН2080зКа), неионогенные -синтанол АЛМ-10 оксилататы жирных высших Спиртов (СпН(2п+1)О(С2ЩО) т, где длина углеродной цепи п = 10-13, степень этоксилирования т = 7-10 и препарат ОС-20Б, смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов R0(СН2СН20)nН, где Я=14-18 п = 20.
Контроль рН осуществляли с помощью рН-метра (рН-410) со стеклянным комбинированным электродом (ЭСК-1060/7) и рН раствора до нужного значения доводили с помощью раствора №ОН, рабочая область рН=10 ± 0,2 ед.
Электрофлотацию осуществляли с
использованием лабораторной установки, состоящей из источника постоянного электрического тока HY 1803D, непроточного электрофлотатора объемом 500 мл с площадью поперечного сечения аппарата 10 см2 и высотой аппарата 80 см с нерастворимым анодом ОРТА и катодом из нержавеющей стали 12Х18Н10Т по известной методике [3].
Концентрацию ионов металлов определяли атомно- абсорбционным методом в ЦКП им. Д.М. Менделеева. Для полного растворения гидроксидов после отбора пробы в мерную колбу добавляли 5 мл раствора НЫОз с концентрацией 1 М.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивали степенью извлечения а (%), которую рассчитывается по формуле:
а = (Сисх - Скон)/Скон *100%,
где С исх , С кон -исходная и конечная концентрация ионов металлов, мг/л.
Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия представлена на рисунке 1.
В таблице 1 представлены экспериментальные результаты электрофлотационного извлечения ионов за период времени 20 минут.
Рис. 1. Схема лабораторной установки по исследованию процесса электрофлотации, 1 - колонна электрофлотатора; 2 - электродный блок; 3 -вентиль для отбора пробы на анализ, 4 - анод; 5 -катод; 6 - резиновая прокладка; 7 - источник постоянного тока
Установлено, что в результате электрофлотации в сульфатном растворе без добавления ПАВ извлекается порядка 76-91% исследуемых металлов. с добавлении ХЭВ-70 67-97% и 0С-20Б 63-95%. При добавлении анионного ПАВ КаОББ и неионогенного ЛЬМ-10 процесс ухудшается по сравнению с их отсутствием, эффективность очистки составляет 2060%.
Установлено, что в условиях хлоридного фонового электролита эффективность очистки увеличивается для каждого металла без добавок 9599% по сравнению с сульфатным раствором, ХЭВ 9598%, КЛОББ 94-98% и 0С-20Б 96-99%, что объясняется извлечением смеси гидроксидов. При добавлении ЛЬМ-10 аналогично с предыдущими исследованиями происходит ухудшение
эффективности очистки 59-80% для всех металлов.
Таблица 1. Влияние природы ПАВ и электролитов на степень электрофлотационного извлечения смеси _гидроксидов тяжелых и цветных металлов (т= 20 мин)
Электролит Степень извлечения %
ПАВы Бе N1 гп Со Си
Na2SО4 Без добавок 84 90 78 91 76
ХЭВ 67 97 96 97 87
NaDDS 50 62 60 59 47
ЛЬМ-10 41 37 32 34 20
0С-20Б 83 80 90 95 63
№С1 Без добавок 96 95 96 99 98
ХЭВ 97 95 97 98 98
NaDDS 97 94 97 98 98
ЛЬМ-10 67 80 68 70 59
0С-20Б 96 98 96 99 97
NaN0з Без добавок 96 81 97 98 97
ХЭВ 88 88 81 84 95
NaDDS 78 75 93 90 96
ЛЬМ-10 33 41 32 34 41
0С-20Б 84 94 94 96 94
В нитратном фоновом растворе без добавок и с добавлением ПАВ, кроме ЛЬМ-10 процесс протекает интенсивно и эффективно, степень извлечения достигает 75-98%. В данных исследованиях неионогенный ЛЬМ-10 также показывает ухудшение процесса как и ранее и в дальнейшем не оказывает никакого влияния на последующую фильтрацию.
Заключение
В результате исследования можно заключить, что в хлоридном фоновом электролите происходит практически полное извлечение дисперсной фазы смеси тяжелых и цветных металлов в ходе электрофлотационного процесса.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) по ионам тяжелым металлом составляют Бе (0,3), № (0,1), 2п (5,0), Со (0,1), Си (1,0) мг/л. В данных исследованиях лучшие результаты по очистке получены в хлоридном растворе при добавлении ПАВ ОС-20Б, при этом остаточные концентрации ионов металлов составляют 2п(0.8) и Си(0.6) мг/л, что ниже ПДК, а Бе(0.8), №(0.4), Со(0.2) мг/л, что в несколько раз выше ПДК. Для доочистки сточных вод
рекомендуется применять дополнительную мембранные или сорбционные технологии.
Список литературы
1. Kotti M., Ksentini I., Ben L. Mansour. Impact of anionic surfactants on oxygen transfer rate in the electroflotation process // Desalination and Water Treatment. - 2011. - T. 36. - C. 34- 40.
2. Колесников В.А., Ладыгина Ю.Ш., Колесников А.В., Мец Е.А., Маслянникова Д.В. Основные закономерности электрофлотосорбционного извлечения анионных и катионных поверхностно-активных веществ из водныз растворов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 2019. - Т. 62. - C. 113-120.
3. Хейн Т.А., Колесников В.А. Влияние природы ПАВ и флокулянта на электрофлотационный процесс извлечения смеси гидроксидов цветных металлов из сточных вод гальванохимических производств // Гальванотехника и обработка поверхности. -2018. -Т.16. - № 4. - С. 51-57.
