Влияние неионогенного ПАВ ОЖ-1 на электрофлотационное извлечение ионов трехвалентного железа | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г.

Дата публикации: 25.01.2021

Статья просмотрена: < 10 раз

Библиографическое описание:

Малий, И. В. Влияние неионогенного ПАВ ОЖ-1 на электрофлотационное извлечение ионов трехвалентного железа / И. В. Малий, А. М. Шанурин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 81-84. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77976/ (дата обращения: 01.03.2021).



В статье авторы исследовали влияние неионогенного ПАВ ОЖ-1 на электрофлотационное извлечение ионов железа (III).

Ключевые слова: электрофлотация, ОЖ-1, неионогенный ПАВ, ионы железа (III), Fe 3+ .

В настоящее время все больше разрабатывают и внедряют различные технологические методы для обработки сточных вод с целью охраны водных ресурсов и утилизации ценных компонентов, содержащихся в отходах. При выборе технологий очистки сточных вод руководствуются соответствующим комплексным требованиям к водоочистке [1]:

  1. Очистка от загрязняющих веществ до ПДК;
  2. Рациональное потребление и организация водооборота;
  3. Сокращение количества твердых отходов и их централизованная утилизация;
  4. Регенерация, утилизация жидких отходов и их повторное использование;
  5. Низкая стоимость очистки.

Одними из наиболее перспективных и эффективных способов, получивших широкое распространение в технологиях по очистке воды, являются электрохимические методы. Установки, применяемые на производстве, сравнительно компактны и обладают высокой производительностью. Процессы управления и эксплуатация достаточно просто автоматизируются. Помимо этого, электрохимические методы при правильном сочетании ее с другими технологиями очистки позволяют очищать сточные воды от многообразных загрязняющих примесей, отличающихся составом, дисперсностью, а также извлекать ценные химические продукты и металлы. При этом в процессе очистки солевой состав очищенной воды не увеличивается, а образование осадка уменьшается в количестве, в некоторых случаях практически отсутствует. Все это обеспечивает ряд существенных преимуществ перед традиционными методами очистки (отстаивание, фильтрация, биологическая очистка) [1].

Одним из таких эффективных и прогрессивных методов очистки сточных вод является электрофлотация, которая относится к одному из направлений флотационной очистки [2]. Суть метода заключается в том, что при пропускании постоянного электрического тока через сточную воду образуются мелкодисперсные пузырьки газов H 2 и O 2 , которые равномерно распределяются в объеме жидкости [1]. Обладая большой подъемной силой, пузырьки, поднимаясь к поверхности раствора, сталкиваются с частицами загрязняющих веществ, прилипают к ним и флотируются, образуя флотошлам (пенный слой). Кроме того, в флотошлам выносятся и отдельные растворимые загрязнения, способные физически адсорбироваться на частицах (ПАВ) [3].

Для процесса электрофлотации применялись электролиты, в состав которых входили растворы FeCl 3 (основной компонент), Na 2 SO 4 (компонент для улучшения электропроводности), ОЖ-1(неионогенный ПАВ).

В колбу на 500 мл набирали немного дистиллированной воды, добавляли раствор FeCl 3 0,5 мл с концентрацией 50мг/л, раствор Na 2 SO 4 10 мл с концентрацией 1г/л, затем доводили до метки дистиллированной водой. Закрывали колбу, хорошо перемешивали и выливали содержимое в мерный стакан. Из мерного стакана отбирали 1 мл пробы в колбу на 50 мл и доводили до метки 2 % раствором HNO 3 . Далее из колбы выливали содержимое в специальную ёмкость, плотно закрываем крышкой и отправляли на анализ в другую лабораторию.

Стакан ставили на магнитную мешалку, добавляли по маленьким каплям щелочной электролит и с помощью показаний рН-метра смотрели за изменением рН нашего раствора. В качестве вспомогательных электролитов использовались H 2 SO 4 и NaOH. Начальный рН раствора колебался в диапазоне 3,5–4,0. Данная работа проводилась при рН=7.

После достижения нужного значения рН раствор тщательно перемешивали стеклянной палочкой и отправляли в лабораторный электрофлотатор, предварительно промытый дистиллированной водой. Далее включали источник постоянного тока и регулятором устанавливали заданную величину тока, отмечая время начала электрофлотации.

Для осуществления электрофлотационного процесса применялся непроточный трубчатый электрофлотатор с нерастворимыми анодами (рис.1).

Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия: 1 — колонна электрофлотатора; 2 — вентиль для отбора проб; 3 — электродный блок; 4 — анод; 5 — катод; 6 — резиновая прокладка; 7 — источник постоянного тока

Рис.1. Схема лабораторной электрофлотационной установки периодического действия: 1 — колонна электрофлотатора; 2 — вентиль для отбора проб; 3 — электродный блок; 4 — анод; 5 — катод; 6 — резиновая прокладка; 7 — источник постоянного тока

Установка изготовлена из оргстекла в виде вертикальной колонны (1) с внутренним диаметром 40 мм и общей высотой 800 мм. В нижней части расположен электродный блок (3), состоящий из катода (5) и анода (4), расположенных, друг относительно друга горизонтально на расстоянии 10 мм, при этом сетчатый катод расположен сверху, а пластинчатый анод — снизу. Края электродов изолированы друг от друга с помощью резиновой прокладки (6). Материал катода выполнен в виде сетки из нержавеющей стали, размер сетчатых ячеек — 0,5 х 0,4 мм, толщина проволоки — 0,3 мм. Материал анода — титан, покрытый активным слоем из смешанных изоморфных оксидов титана, кобальта и рутения (ОРТА). По высоте колонны расположен вентиль (2) для отбора проб воды. Питание электродов осуществляется источником постоянного тока (7).

После проведения процесса электрофлотации через вентиль (2) отбирали 1 мл пробы в колбу на 50 мл и доводили до метки 2 % раствором HNO 3 . Далее из колбы выливали содержимое в специальную ёмкость, плотно закрывали крышкой и отправляли на анализ в другую лабораторию. Следующую пробу (1 мл) отбирали, предварительно пропустив раствор через фильтровальную бумагу. Далее проделывали те же самые действия, что и с предыдущей пробой.

Эффективность электрофлотационного процесса оценивается степенью извлечения α и рассчитывается по формуле:

α = (C исх кон )/ C исх * 100 %,

где C исх и C кон — исходная и конечная концентрации дисперсной фазы в водной среде, г/м 3 .

Были проведены эксперименты по извлечению ионов железа в присутствии неионогенного ПАВ ОЖ-1 с различной концентрацией 0,1‑100 мг/л.

Остаточная концентрация ионов железа (III) после электрофлотации (ЭФ) и фильтрации (Ф) в присутствии ПАВ (ОЖ-1) приведена в таблице 1.

Таблица 1

pH

С ПАВ (ОЖ-1) , мг/л

C Fe 3+ ( ост.) , мг/л

ЭФ

Ф

7,0

0,1

10,1

1,2

0,5

9,9

1,6

1,0

15,4

4,7

5,0

26,6

1,6

10,0

3,7

2,7

50,0

4,1

2,9

100,0

5,7

2,3

Условия эксперимента: C исх (Fe 3+ )=50 мг/л; = 1 г/л; I=0,4 А/ч; τ = 20 мин.

Степень извлечения Fe 3+ в процессе электрофлотации и последующей фильтрации приведена в таблице 2.

Таблица 2

pH

С ПАВ (ОЖ-1) , мг/л

α, %

ЭФ

Ф

7,0

0,1

80

98

0,5

81

97

1,0

70

91

5,0

47

97

10,0

93

95

50,0

92

95

100,0

89

96

Условия эксперимента: C исх (Fe 3+ ) = 50 мг/л; = 1 г/л; I=0,4 А/ч; τ = 20 мин.

Проанализировав рассчитанные значения с добавлением ОЖ-1, можно сказать, что наилучшей концентрацией для извлечения ионов Fe 3+ является 10 мг/л (α = 93 %). Но этот ПАВ оказывает незначительное влияние на степень извлечения (α Без ПАВ = 92 %). Применение последующей фильтрации увеличивает степень извлечения ионов железа (III) до 97 %.

Влияние концентрации ПАВ ОЖ-1 (0,1–5 мг/л) на степень извлечения ионов Fe3+ в водном растворе

Рис.1. Влияние концентрации ПАВ ОЖ-1 (0,1–5 мг/л) на степень извлечения ионов Fe 3+ в водном растворе

Влияние концентрации ПАВ ОЖ-1 (10–100 мг/л) на степень извлечения ионов Fe3+ в водном растворе

Рис.2. Влияние концентрации ПАВ ОЖ-1 (10–100 мг/л) на степень извлечения ионов Fe 3+ в водном растворе

Литература:

  1. Колесников В. А., Меньшутина Н. В., Десятов А. В. Оборудование, технологии и проектирование систем очистки сточных вод. М.: ДеЛи плюс, 2016. 289 с.
  2. Саплин Л. А., Старших В. В. Лабораторные исследования процесса электрофлотации сточных вод // Достижения науки и техники. 2011. № 12. С. 69–70.
  3. Гайдукова А. М. Извлечение металлов переменной валентности из водных растворов с использованием электрохимических и физических методов: дис. … канд. техн. наук. М., 2016. 155 с.
Основные термины (генерируются автоматически): III, HNO, дистиллированная вода, извлечение ионов, извлечение ионов железа, ПАВА, раствор, водный раствор, мерный стакан, последующая фильтрация.


Задать вопрос