Влияние катионного ПАВ — алкилдиметилаллиламмония хлорид (ЭКОЧАС) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси из пяти компонентов: Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) | 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 катионного ПАВ — алкилдиметилаллиламмония хлорид (ЭКОЧАС) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси из пяти компонентов: Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) / И. В. Малий, А. М. Шанурин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 84-87. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77978/ (дата обращения: 01.03.2021).



В статье авторы изучают влияние катионного ПАВ — алкилдиметилаллиламмония хлорид (ЭКОЧАС) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора при pH=7 и pH=10.

Ключевые слова: электрофлотация, катионный ПАВ, алкилдиметилаллиламмония хлорид, ЭКОЧАС,Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III).

Электрофлотационный метод сейчас является одним из самых перспективных и приоритетных методов очистки сточных вод от тяжелых металлов ввиду высокой скорости, эффективности и дешевизны. Если совместно с ним использовать дополнительные очистные методы, можно добиться очень высоких степеней очистки. Актуальной задачей работы является поиск условий, благодаря которым можно увеличить эффективность процесса электрофлотационного извлечения гидроксидов металлов в составе многокомпонентных систем. Основной подход электрофлотационной обработки основан на первостадийном формировании гидроксидов металлов с последующим отделением дисперсной фазы в процессе электрофлотации и последующей фильтрации [1].

Электрофлотация как процесс построен на физико- и электрохимических явлениях. Первые осуществляются непосредственно в жидкости, имеющей некую дисперсную фазу, вторые же на электродах. Вся суть этого процесса состоит в образовании при пропускании постоянного электрического тока через водный раствор мелкодисперсных пузырьков газа (водорода и кислорода), которые равномерно распределяются в объеме очищаемой воды. Газовые пузырьки поднимаются вверх и сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений, прилипают к ним и затем поднимают их на поверхность воды, образуя устойчивый пенный слой — флотошлам. Сюда же выносятся другие растворимые загрязнители, которые адсорбируются на дисперсных частицах.

Газовые пузырьки водорода по размеру значительно меньше пузырьков кислорода, выделяющихся на аноде. Диаметр водородных пузырьков колеблется в пределах от 20 до 40 мкм, а диаметр кислородных пузырьков превышают диаметр водородных в два раза. На размер пузырьков влияет плотность тока, свойства поверхности электрода, его форма, рН и температура среды, поверхностное натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор [2].

Основным показателем эффективности очистки стоков от загрязнений в электрофлотационном методе является степень извлечения дисперсной фазы (α):

,

где С исх — исходная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м 3 (мг/л)

С ост — остаточная концентрация дисперсной фазы в водной среде, г/м 3 (мг/л)

Процесс электрофлотации можно представить пятью последовательными стадиями: первая стадия отражает процесс создания пузырьков газа путем электролиза, во время второй стадии формируются частицы дисперсной фазы, в следующей стадии образовываются флотокомплексы «частица-газовые пузырьки», далее образованные ранее флотокомплесы начинают всплывать на поверхность раствора, и в конечном итоге образовывается пенный продукт, состоящий из трех фаз «частица-газовые пузырьки-вода».

Наличие всех этих стадий является обязательным условием успешного процесса электрофлотации. Но наиболее важной является третья стадия, а именно образование флотокомплексов, которые собирают все инородные частицы из обрабатываемого раствора [3].

В качестве объекта исследования выступала система: «Вода — электролит — дисперсная фаза — ПАВ — газ (H 2 и O 2

В качестве загрязнителей исследовались: гидроксиды меди, никеля, цинка, хрома и железа.

Органической примесью был катионный ПАВ — алкилдиметилаллиламмония хлорид (ЭКОЧАС).

Дезинфицирующее средство «ЭКОЧАС» представляет собой прозрачную жидкость желтого или синего цвета со специфическим запахом или запахом отдушки. Содержит в своем составе в качестве действующего вещества 30 % алкилдиметилаллиламмония хлорид. Обладает антимикробной активностью в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также вирусов.

Влияние катионного ПАВ ЭКОЧАС (1 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 1.

Таблица 1

Время, мин

α, %

pH-7

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

91

27

79

87

64

97

49

98

98

68

20+ф

99

36

93

98

71

97

50

98

98

69

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ ] = 100 мг/л, C(Na 2 SO 4 ) = 1 г/л, i v = 0.4 А/л.

После 20 минут электрофлотации раствор был визуально загрязнен: хлопья желтого цвета плавали по всему объему раствора, пенный слой не образовывался. После выключения электрофлотационного аппарата раствор оставили на 15 минут, после чего он полностью очистился: хлопья из объема раствора поднялись наверх, образуя на поверхности желтый водянистый осадок.

Анализ результатов эксперимента показал, что при концентрации ПАВ ЭКОЧАС 1 мг/л степени извлечения гидроксидов металлов Cu(II), Zn(II), Cr(III) достигают 91 %, 79 %, 87 % соответственно. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения до 93–99 %. Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения Ni(OH) 2 и Fe(OH) 3 — степень извлечения достигала 22 % и 64 % соответственно. Метод фильтрации позволил увеличить степени извлечения этих гидроксидов металлов до 38 % и 71 % соответственно. При увеличении pH до 10 степени извлечения труднорастворимых соединений Cu(II), Zn(II), Cr(III) составили 97–98 %. Дополнительная фильтрация этой пробы не повлияла на степени извлечения этих металлов. Степени извлечения Fe(OH) 3 и Ni(OH) 2 остаются самыми низкими — 68 % и 39 %, но после фильтрации значения увеличиваются до 69 % и 49 %.

Влияние катионного ПАВ ЭКОЧАС (5 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 2.

Таблица 2

Время, мин

α, %

pH-7

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

91

26

39

84

69

95

46

94

95

69

20+ф

97

36

86

99

75

96

47

95

96

73

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ ] = 100 мг/л, С(Na 2 SO 4 ) = 1 г/л, i v = 0.4 А/л.

После 20 минут электрофлотации раствор был сильно загрязнен: хлопья желтого цвета плавали по всему объему раствора, пенный слой не образовывался. После выключения аппарата раствор оставили примерно на 25 минут, после чего он полностью очистился: хлопья из объема раствора поднялись наверх, образуя на поверхности желтый водянистый осадок. После смещения pH в щелочную сторону, наблюдается такое же явление, однако флотошлам оказался неустойчивым — после взятия пробы раствора пенный слой начал падать вниз.

Анализ результатов эксперимента (таблица 2) показал, что при концентрации ПАВ ЭКОЧАС 5 мг/л степени извлечения металлов Cu(OH) 2 , Cr(OH) 3 достигают 84–91 %. Фильтрация раствора позволяет увеличить степени извлечения до 97–99 %. Менее эффективно процесс электрофлотации протекал для извлечения гидроксидов металлов Ni(II), Zn(II) и Fe(III) степень извлечения достигала 26 %, 39 % и 69 % соответственно. Метод фильтрации позволил увеличить степени извлечения гидроксидов металлов до 36 %, 86 % и 75 % соответственно. При увеличении pH до 10 единиц степени извлечения труднорастворимых соединений Cu(II), Zn(II), Cr(III) составили 94–95 %. Дополнительная фильтрация незначительно повлияла на степень извлечения. Степени извлечения Fe(OH) 3 и Ni(OH) 2 остаются самыми низкими — 69 % и 46 %, но после фильтрации значения увеличивались до 73 % и 47 %.

Влияние катионного ПАВ ЭКОЧАС (10 мг/л) на эффективность электрофлотационного извлечения смеси труднорастворимых соединений Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III) из водного раствора приведено в таблице 3.

Таблица 3

Время, мин

α, %

pH-10

Cu

Ni

Zn

Cr

Fe

20

47

96

94

76

76

20+ф

49

99

99

80

80

Условия эксперимента — Σ [Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ ] = 100 мг/л, C(Na 2 SO 4 ) = 1 г/л, i v = 0.4 А/л.

После 20 минут электрофлотации раствор визуально был сильно загрязнен, хлопья желтого цвета плавали по всему объему раствора, пенный слой не образовывался. После выключения аппарата раствор оставили более чем на 20 минут: раствор не отстоялся, по объему раствора все еще плавало некоторое количество хлопьев. На поверхности образовался желтый водянистый осадок, который упал в раствор после попытки взять пробу.

При смещении pH в щелочную сторону, раствор так же не очистился за 20 минут электрофлотации, но отстоялся — образовался неустойчивый пенный слой, который упал на дно электрофлотатора.

При увеличении pH до 10 единиц степени извлечения гидроксидов Cu(II), Zn(II), Cr(III) и Fe(III) составили 91–96 % и 76 %. Дополнительная фильтрация этой пробы позволила увеличить степени извлечения до 95–99 % и 80 %. Степень извлечения Ni(OH) 2 остается самой низкой — 47 %, и после фильтрации значение практически не изменилось (49 %).

Литература:

  1. Хейн Тху Аунг. Электрофлотация и седиментация в очистке сточных вод от смеси гидроксидов тяжелых и цветных металлов // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — № 8(218). — С. 93–95.
  2. Колесников В. А., Ильин В. И., Бродский В. А., Колесников А. В. Электрофлотация в процессах водоочистки и извлечения ценных компонентов из жидких техногенных отходов. Обзор // Теоретические основы химической технологии. — 2017. — Т. 51. — С. 361–375.
  3. Колесников В. А., Ильин В. И., Капустин Ю. И. и др. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. Под. ред. Колесникова В. А. — М.: Химия, 2007. — 304 с.
Основные термины (генерируются автоматически): III, дисперсная фаза, объем раствора, водный раствор, извлечение, извлечение гидроксидов металлов, извлечение смеси, минута электрофлотации, процесс электрофлотации, дополнительная фильтрация.


Ключевые слова

электрофлотация, катионный ПАВ, алкилдиметилаллиламмония хлорид, ЭКОЧАС, Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cr(III), Fe(III)
Задать вопрос