CC BY
12
УДК 544.6, 546.76
Тхан Зо Хтай, Колесников В.А., Хейн Тху Аунг., Колесников А.В.
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МАГНИЯ КАЛЬЦИЯ БАРИЯ НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ХРОМА В ПРИСУТСТВИИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Тхан Зо Хтай - аспирант кафедры технологии неорганических веще+ств и электрохимических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева, Россия,125047 Москва, Миусская пл., 9; thanzawhtaY20191993@gmail.com Колесников Владимир Александрович - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТНВ и ЭП; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия,125047 Москва, Миусская пл., 9; Хейн Тху Аунг - к.т.н., докторант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, РХТУ им. Менделеева, Россия,125047 Москва, Миусская пл., 9;
Колесников Артём Владимирович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Технопарк «Экохимбизнес 2000+» РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия,125047 Москва, Миусская пл., 9; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Представлены результаты экспериментальных исследований извлечения труднорастворимых соединений хрома (III) из водных растворов в присутствии поверхностно-активных веществ различной природы и ионов щелочноземельных металлов (Mg2+, Ca2+, Ba2+) методом электрофлотации. Проведен сравнительный анализ влияния указанных компонентов на эффективность электрофлотационного извлечения гидроксида хрома (III). Ключевые слова: хром; электрофотация; очистка сточных вод; поверхностно-активные вещества;
INFLUENCE OF MAGNESIUM CALCIUM BARIUM IONS ON THE PROCESS OF ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF INSOLUBLE CHROMIUM COMPOUNDS IN THE PRESENCE OF SURFACTANTS
Than Zaw Htay., Kolesnikov Vladimir Alexandrovich., Hein Thu Aung., Kolesnikov Artem Vladimirovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The results of experimental studies of the extraction of insoluble chromium (III) compounds from aqueous solutions in the presence of surfactants of various nature and alkaline earth metal ions (Mg2+, Ca2+, Ba2+) by the electroflotation method are being explained in this study. A comparative analysis of the influence of these components on the efficiency of electroflotation extraction of chromium (III) hydroxide is carried out.
Keywords: chromium; electroflotation; wastewater treatment; Surface-active substances; ions.
Гальванические производства могут содержать достаточно высокие концентрации как ионов хрома (111),так и соединений хрома (VI). Источником поступления хрома служат ванны хромирования, анодирования алюминия, травление меди и латуни и ряд других процессов (например, кожевенное производство) [1,2]
В практике очистки сточных вод от ионов Ре3+, А13+, Сг3+ и т.д., в качестве реагентов для формирования труднорастворимых осадков и широко используют гидроксид натрия или карбонат натрия, гидроксиды кальция, магния и бария[3]. Классические реагенты - гидроксид натрия, карбонат натрия, гидроксид кальция используются в практике очистки сточных вод много лет, гидроксид магния начал применяться в последние 3-5 лет. Для очистки сточных вод от ионов металлов ^е, А1, Сг, N1, 2п, Со) используют технологии электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений (гидроксидов, фосфатов, карбонатов), также как процессы седиментации, флотации и фильтрации. Одним из электрохимических методов, используемых в практике очистки
производственных сточных вод, является электрофлотационный, при котором извлечение загрязняющих веществ происходит при помощи электролизных газовых пузырьков. Для
последующего отделения дисперсной фазы используются седиментация, фильтрация и флотация.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивали степенью извлечения а (%), которую рассчитывается по формуле:
а = (Сисх - СЮн)/Сисх *100%,
где Сисх, Скон -исходная и конечная концентрация дисперсной фазы в водной среде, мг/л. Концентрацию ионов металлов определяли атомно-адсорбционным методом в ЦКП им. Д.М. Менделеева.
Для проведения экспериментов по электрофлотационному извлечению готовились дисперсные системы Сг2(Б04)3 с концентрацией 100 мг/л в водных растворах, в присутствии поверхностно-активных веществ различной природы, солей металлов (М§Б04 х 7Н20, СаС12 б/в, ВаС12 х 2Н20,) в качестве фонового электролита -NaC1 концентрацией 1 г/л
В таблице 1 представлены
экспериментальные результаты, показывающие влияние ионов магния и поверхностно-активного вещества различной природы на кинетику процесса электрофлотационного извлечения гидроксида хрома(Ш) при рН=7.
Таблица 3. Влияние ионов М#2+ на извлечение гидроксида хрома (Ш) в присутствии поверхностно-активных веществ
Время, мин
Без Mg2+ и
Без ПАВ
ц-
Mg2
+
Без добавок ПАВ
а, % ^ _ Сг(ОН)з
Mg
+
ПАВ
£Kl
Mg
+
ПАВ
(А1_
Mg
+
ПАВ
22
10
11
75
10
10
35
21
15
83
15
20
41
30
20
97
21
Примечание: условия эксперименТов:"Сг3+:=Т00"мГ7п;"М§2Т=0,5_г/л;^аС1 = 1 г/л; ПАВ = 5 мг/л; ^ = 0,4 А/л
Показано, что в отсутствии поверхностно-активных веществ без добавления ионов магния процесс электрофлотации протекает не весьма эффективно, степень извлечения хрома (III) за 20 минут достигает 41%. При введение систему ионов магния степень извлечения снижается спустя 20 минут на 30%. В тоже время введение анионного ПАВ, электрофлотационный процесс позволяет достичь высокой степени извлечения гидроксида хрома(Ш) в присутствии ионов магния (степень извлечения составляет 97%). Кроме того, присутствие различного ПАВ (катионного и неионогенного типов) процесс электрофлотации не весьма эффективно, степень извлечения хрома (III) за 20 минут достигает 20-21%.
На следующем этапе было изучено влияние ионов кальция и бария на процесс электрофлотационного извлечения и
микрофильтрационной доочистки модельных сточных вод от труднорастворимых соединений хрома (III) в присутствии поверхностно-активных веществ (таблицы 2 и 3).
Анализируя данные таблицы 2, показано,, что введение ионов кальция негативно сказывается на процессе электрофлотации, степень извлечения не изменилось как в отсутствии ионов металлов. Наиболее существенное негативное влияние оказывают ионы кальция. При введении в систему анионного ПАВ и неионогенного ПАВ) с ионами кальция электрофлотационный процесс позволяет достичь высокой степени извлечения, которая спустя 20 минут достигает значения 87 и 96%. Введение катионного ПАВ негативно влияет на степень извлечения гидроксида хрома в присутствии ионов кальция (степень извлечения составляет 56%).
Таблица 2. Влияние ионов Са2+ на извлечение гидроксида хрома (Ш) в присутствии поверхностно-активных веществ
Время, мин а, % Сг(ОН)з
Без Ca2+ и Без ПАВ Ca2+ + Без добавок ПАВ Ca2+ + ПАВ(К) Ca2+ + ПАВ(А) Ca2+ + ПАВ(Н)
5 22 11 53 80 70
10 35 25 54 91 75
20 41 40 56 96 87
Примечание: условия экспериментов: Сг =100 мг/л; Са = 0,5 г/л; №С1 = 1 г/л; ПАВ = 5 мг/л; ^ = 0,4 А/л
Таблица 3. Влияние ионов Ва2+ на извлечение гидроксида хрома (Ш) в присутствии поверхностно-активных веществ
Время, мин
Без Ba2+ и
Без ПАВ
ТГ
Ba2
+
Без добавок ПАВ
а, % Cr(OH
Ba2+ +
ПАВ(К)
Ba2+ +
ПАВ(А)
Ba2+ +
ПАВ(Н)
22
14
62
90
11
10
35
27
64
94
23
20
41
44
67
95
43
Примечание: условия экспериментов: Сг3+ = 100 мг/л; Ва2+ = 0,5 г/л; №С! = 1 г/л; ПАВ = 5 мг/л; ^ = 0,4 А/л
2ГГ-,
5
5
Введение ионов бария негативно сказывается на процессе электрофлотации, в тоже время введение бария с совместно с катионным ПАВ процесса электрофлотации более улучшается, чем в отсутствие ионов металлов. В случае наличия в системе неионогенного ПАВ процесс электрофлотационного извлечения гидроксида хрома подавляется при введении ионов бария степень извлечения спустя 20 минут обработки достигает 43%. В тоже время влияние ионов бария
совместно с анионным ПАВ положительно сказывается на процессе электрофлотационного извлечения, уже в первые 5 минут обработки степень извлечения превышает 90%. Влияние анионного ПАВ на кинетику электрофлотационного извлечения гидроксида хрома (III) в присутствии ионов кальция, магния и бария представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Кинетика электрофлотационного извлечения труднорастворимых гидроксидов соединений Cr3+.
Примечание: условия экспериментов: Сг = 100 мг/л; №С1 = 1 г/л; М§2+ = 0,5 г/л; Са2+ = 0,5 г/л; Ва2+ = 0,5 г/л; рН = 7; ПАВ = 5 мг/л; = 0,4 А/л, 1 -Сг(0Н)3 + ПАВ(а); 2 - Сг(0Н)3 + М§2+; 3 - Сг(0Н)3 + Са2+; 4 - Сг(0Н)3 + Ва2+; 5 - Сг(0Н)3 + Са2+ + ПАВ(а); 6 - Сг(0Н)3 + Ва2+ + ПАВ(а); 7 - Сг(0Н)3 + М§2+ + ПАВ(А);
По результатам экспериментальных исследований установлено, что ионы металлы ( Mg, Са и Ва) с анионными ПАВ положительно влияют на кинетику процесса электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений хрома
(III).
ВЫВОДЫ
В ходе проведённых экспериментальных исследований установлено, что адсорбция ионов магния, кальция и бария снижается степень электрофлотационного извлечения гидроксида хрома (III). При введении в систему анионных поверхностно-активных веществ, они
адсорбируются на поверхности гидроксида
хрома(Ш), и делают её более гидрофобной, что положительно сказывается на процессе электрофлотации и способствует увеличению степени извлечения и в ряде случаев скорости процесса. Показано, что негативное влияние ионов (магния, кальция и бария) можно устранить введением катионного и неионогенного ПАВ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания (проектная часть) №2020-004. Российском химико-технологическом университете им Д.И. Менделеева.
Список литературы
1. Колесников В.А., В.И. Ильин, Ю.И. Капустин, С.О. Вараксин, П.Н. Кисиленко, Г.А. Кокарев. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий // М.: Химия. 2007.175 с.
2. Колесников А. В., Крючкова Л.А., Воробьева О.И. Влияние ПАВ на процесс электрофлотационного извлечения гидроксидов хрома из сточных вод промышленных производств. // Вода: химия и экология.2014. № 9. с. 28-34.
3. Тхан Зо Хтай., Маслянникова Д.В. Влияние ионов магния, кальция и бария на эффективности электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений железа (III) в присутствии анионных ПАВ. // Успехи в химии и химической технологии.-2019, Том 33. № 8(218). С 88-89.
