Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией

Исследована флотоэкстракция ионов Ni (ІІ) и Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 с использованием в качестве собирателей олеата калия и триэтаноламина, а в качестве органической фазы – октана, декана и деканола. Максимальная степень извлечения указанных ионов составляет соответственно 72 и 52%. На основе данных И...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автори:	Обушенко, Т.И., Астрелин, И.М., Толстопалова, Н.М., Варбанец, М.А., Кондратенко, Т.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2008
Назва видання:	Химия и технология воды
Теми:	Технология водоподготовки и деминерализация вод
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130577
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией / Т.И. Обушенко, И.М. Астрелин, Н.М. Толстопалова, М.А. Варбанец, Т.А. Кондратенко // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 429-436. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130577
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1305772018-02-17T03:03:32Z Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией Обушенко, Т.И. Астрелин, И.М. Толстопалова, Н.М. Варбанец, М.А. Кондратенко, Т.А. Технология водоподготовки и деминерализация вод Исследована флотоэкстракция ионов Ni (ІІ) и Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 с использованием в качестве собирателей олеата калия и триэтаноламина, а в качестве органической фазы – октана, декана и деканола. Максимальная степень извлечения указанных ионов составляет соответственно 72 и 52%. На основе данных ИК-спектроскопии проанализированы возможные структуры сублатов. Проведено дослідження флотоекстракції іонів Ni (ІІ) і Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 з використанням олеату калію та триетаноламіну як збирачів, октану, декану і деканолу – в якості органічної фази. Максимальний ступінь видалення вказаних іонів складає відповідно 72 та 52%. За даними ІЧ-спектроскопії проаналізовано можливі структури сублатів. The flotoextraction of Ni (ІІ) and Cu (ІІ) ions at рН 3 – 9 using potassium oleate and triethanolamine as collecting agents and octane, decane and decanol as an organic phase, has been researched. The maximal degree of delete of the indicated ions makes according to 72 and 52 %. From the data of ІRspectroscopy the structures of sublates are possible. 2008 Article Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией / Т.И. Обушенко, И.М. Астрелин, Н.М. Толстопалова, М.А. Варбанец, Т.А. Кондратенко // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 429-436. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0204-3556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130577 622.765:542.61:546.571 ru Химия и технология воды Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Технология водоподготовки и деминерализация вод Технология водоподготовки и деминерализация вод
spellingShingle	Технология водоподготовки и деминерализация вод Технология водоподготовки и деминерализация вод Обушенко, Т.И. Астрелин, И.М. Толстопалова, Н.М. Варбанец, М.А. Кондратенко, Т.А. Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией Химия и технология воды
description	Исследована флотоэкстракция ионов Ni (ІІ) и Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 с использованием в качестве собирателей олеата калия и триэтаноламина, а в качестве органической фазы – октана, декана и деканола. Максимальная степень извлечения указанных ионов составляет соответственно 72 и 52%. На основе данных ИК-спектроскопии проанализированы возможные структуры сублатов.
format	Article
author	Обушенко, Т.И. Астрелин, И.М. Толстопалова, Н.М. Варбанец, М.А. Кондратенко, Т.А.
author_facet	Обушенко, Т.И. Астрелин, И.М. Толстопалова, Н.М. Варбанец, М.А. Кондратенко, Т.А.
author_sort	Обушенко, Т.И.
title	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
title_short	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
title_full	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
title_fullStr	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
title_full_unstemmed	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
title_sort	очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Технология водоподготовки и деминерализация вод
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130577
citation_txt	Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией / Т.И. Обушенко, И.М. Астрелин, Н.М. Толстопалова, М.А. Варбанец, Т.А. Кондратенко // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 429-436. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT obušenkoti očistkastočnyhvodottoksičeskihmetallovflotoékstrakciej AT astrelinim očistkastočnyhvodottoksičeskihmetallovflotoékstrakciej AT tolstopalovanm očistkastočnyhvodottoksičeskihmetallovflotoékstrakciej AT varbanecma očistkastočnyhvodottoksičeskihmetallovflotoékstrakciej AT kondratenkota očistkastočnyhvodottoksičeskihmetallovflotoékstrakciej
first_indexed	2025-07-09T13:51:50Z
last_indexed	2025-07-09T13:51:50Z
_version_	1837177620883570688
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 429  Т.И. ОБУШЕНКО, И.М. АСТРЕЛИН, Н.М. ТОЛСТОПАЛОВА, М.А. ВАРБАНЕЦ, Т.А. КОНДРАТЕНКО, 2008 УДК 622.765:542.61:546.571 Т.И. Обушенко, И.М. Астрелин, Н.М. Толстопалова, М.А. Варбанец, Т.А. Кондратенко ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТОКСИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ ФЛОТОЭКСТРАКЦИЕЙ Исследована флотоэкстракция ионов Ni (ІІ) и Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 с использова- нием в качестве собирателей олеата калия и триэтаноламина, а в качестве органической фазы – октана, декана и деканола. Максимальная степень извле- чения указанных ионов составляет соответственно 72 и 52%. На основе дан- ных ИК-спектроскопии проанализированы возможные структуры сублатов. Токсические металлы принадлежат к числу наиболее опасных заг- рязнителей окружающей среды. Попадая вместе со сточными водами в водоемы, они нарушают ход естественных биологических процессов во- доочистки и ухудшают качество природных вод. Среди предприятий, интенсивно загрязняющих природные воды ионами токсических метал- лов, лидируют гальванические производства [1]. Для удаления таких веществ обычно используют реагентные методы очистки [2]. Существен- ным недостатком последних является почти безвозвратная потеря цен- ных металлов при одновременных значительных затратах на поддержа- ние в безопасном состоянии хранилищ и полигонов образующихся токсических шламов. Поэтому для кардинального решения указанной проблемы необходим поиск приемлемых технологий регенерации ток- сических металлов из разнообразных промышленных сточных вод (вклю- чая гальванические). На наш взгляд, достаточно перспективным в этом отношении является флотоэкстракционный метод очистки сточных вод. Флотоэкстракция представляет собой такой флотационный процесс, при котором сфлотированное вещество (сублат) концентрируется в тон- ком слое органического растворителя на поверхности водной фазы [3]. Этот метод нашел применение при очистке сточных вод от органичес- ких примесей [4], а также в аналитической химии – для определения в водах следов некоторых металлов и ПАВ [5, 6]. Для очистки сточных вод от ионов металлов флотоэкстракцию применяют достаточно мало [7, 8]. Важной особенностью флотоэкстракции является возможность много- кратного концентрирования ионов металлов в небольших объемах орга- нического растворителя, даже при низких значениях коэффициента рас- пределения. При очистке сточных вод можно также легко осуществить регенерацию ценных металлов. Цель данной работы – исследование возможностей применения фло- тоэкстракции на примере извлечения из водных растворов ионов Ni (ІІ) 430 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 и Cu (ІІ). Для образования сублата использовали смесь растворов олеата калия и триэтаноламина, которую ранее применяли в экстракционных целях [9]. Методика эксперимента. Флотоэкстракцию проводили в стеклян- ной колонке, выполненной в виде цилиндра диаметром 35 мм и объемом 100 см3, дном которого служил фильтр Шотта с пористостью ~ 40 мкм. Через фильтр микрокомпрессором АЭН-3 подавался воздух. Расход воз- духа составлял 80 см3/мин и контролировался ротаметром. Растворы оле- ата калия С17H33COOK (ОЛК) и триэтаноламина N(C2H4OH)3 (ТЭА) по- давали в колонку под слой экстрагента (октана, декана и деканола). Образование сублата происходило непосредственно при флотоэкстракции. Объем органической фазы составлял 2 – 5 см3. Процесс проводили в тече- ние 25 мин до постоянной остаточной концентрации ионов металлов. Модельные растворы, содержащие ионы никеля, меди и их смеси, готовили соответственно из солей NiSO47H2O и CuSO45H2O квалифи- кации "ч.д.а." Концентрацию ионов никеля и меди в растворах определя- ли фотометрическими методами (никель – с диметилглиоксимом, медь – с диэтилдитиокарбаматом свинца [10]). Установлено, что взаимодействие олеата калия с ионами никеля в ди- апазоне рН 3,5 – 8,5 приводит к образованию коллоидного раствора. При рН < 3,5 сублат не образуется, при рН > 8,5 формируется гидрофильный гидроксид никеля. При этом флотация и, естественно, флотоэкстракция резко снижаются. Введение же триэтаноламина приводит к коагуляции и образованию гидрофобных агрегатов, которые легко флотируются и ра- створяются в октане. Методом изомолярных серий в продуктах реакции установлено молярное соотношение ОЛК:ТЭА 2:3. При таком соотноше- нии максимальное связывание никеля в сублат достигается при коэффи- циенте дозирования олеат-иона относительно ионов никеля и меди соот- ветственно 1,2 и 0,8. Степень извлечения никеля – 72, меди – 52%. В отсутствие триэтаноламина наблюдается снижение степени извлечения ни- келя до 45, меди – до 48%. Определяющее влияние на степень извлечения металлов оказывает процесс коагуляции коллоидов, образующихся при взаимодействии оле- ата калия с ионами металлов. Поверхностный заряд коллоидов является негативным за счет адсорбции на них отрицательно заряженных потен- циалопределяющих поверхностно-активных олеат-ионов. То есть коагу- ляцию полученной системы вызывает положительно заряженный ион, которым является ион извлекаемого металла. Максимальная степень извлечения Ni (III) из растворов соответ- ствует молярному отношению ОЛК:Ni =1:2 (рис. 1), которое ниже сте- хиометрического, необходимого для полного связывания металла в ком- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 431 плекс. При увеличении этого соотношения до стехиометрического (ОЛК:Ni = 2) наблюдается снижение степени извлечения никеля, при этом раствор представляет собой стойкую коллоидную систему. При значительном избытке количества олеат-ионов против стехиометричес- кого происходит стабилизация системы за счет их адсорбции на повер- хности гидрофобной части олеата металла, что приводит к увеличе- нию отрицательного заряда мицеллы и способствует гидрофилизации этой части, а при значительной концентрации – к лиофилизации сис- темы. Введение триэтаноламина в раствор (рН 6,5), содержащий ионы нике- ля и олеат-ионы, способствует образованию комплексных ионов состава     2 342 OHHCNNi ,       2 223422 OHOHHCNNi , десятичные логариф- мы констант стойкости которых равны соответственно 95,2lg 1 k ; 2,18lg 2 k [11], что приводит к гетерокоагуляции. На рис.1 при сравнении кривых 1 и 2 выявлено, что оптимальная степень извлечения никеля соответствует молярному соотношению 2,1:1COOKHC:Ni 3317  и при наличии триэтаноламина, и в его отсут- ствие. При этом полнота образования определяется произведением ра- створимости олеата металла. Рис. 1. Влияние молярного соотношения ОЛК:Ме на степень извлечения ионов никеля (150 мг/дм3) (1,2) и меди (162 мг/дм3) (3,4) из индивидуальных растворов в присутствии (1, 3) и в отсутствие TЭА (2, 4). ОЛК:ТЭА =2:3, рН 6,5 432 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 Обнаруженная при экспериментах сравнительно высокая остаточная кон- центрация никеля (30 мг/дм3) обусловлена неполной адсорбцией на по- верхности частиц и агрегатов не связанного в сублат комплекса никеля с триэтаноламином, который, являясь по своей природе гидрофильным, не будет флотироваться. Ионы меди при взаимодействии с олеат-ионом ведут себя аналогич- но ионам никеля (см. рис.1, кривая 4). При этом оптимальное молярное соотношение между олеат-ионами и ионами меди остается практически тем же, что и для ионов никеля. Однако при введении в раствор триэта- ноламина максимум извлечения смещается к значению ОЛК:Cu = 0,8 (кри- вая 3). В нейтральных и слабощелочных растворах преимущественной формой существования триэтаноламина и ионов меди является одноза- рядный ион      OHOHHCNCu 342 , 5,12lg k [11]. То есть для более полной коагуляции необходимо меньшее количество олеата. Полученные зависимости для системы  COOKHCCuNi 3317  342 OHHCN указывают на отсутствие аддитивности и взаимного влия- ния ионов меди и никеля на степень извлечения (рис.2). Это вызвано, в первую очередь, тем, что олеаты никеля и меди имеют достаточно отлича- ющиеся произведения растворимости, а комплексы металлов с триэтано- ламином – разные как по составу, так и по значениям констант стойкости. Рис. 2. Влияние молярного соотношения ОЛК:Ме на степень извлечения ионов никеля (150 мг/дм3) (1), меди (162 мг/дм3) (2), а также на их суммарную степень извлечения из эквимолярной смеси растворов (3). ОЛК:ТЭА=2:3, рН 6 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 433 Из данных рис. 2 следует, что для ионов меди и никеля молярное соотношение  3423317 OHHCN:COOKHC:Me приобретает одинаковоее оптимальное значение как для их индивидуальных растворов (медь – 1:0,8:1,2 (кривая 2), никель – 1:1,2:1,8 (кривая 1)), так и для эквимоляр- ной смеси ионов металлов (кривая 3). Как видно из рис. 3, извлечение никеля флотоэкстракцией из его ин- дивидуального раствора возможно в интервале рН 3 – 8. Рис. 3. Зависимость степени извлечения ионов никеля (150 мг/дм3) от рН раствора в присутствии (1) и в отсутствие TЭА (2). Ni:ОЛК:ТЭА=1:1,2:1,8 При рН < 3 происходит резкое снижение степени извлечения метал- ла, которое является следствием гидролиза сублата с образованием нера- створимой в воде олеиновой кислоты и гидрофильного аквакомплекса металла. При рН > 8 проведение флотоэкстракционного процесса невоз- можно из-за образования гидрофильного осадка гидроксида металла и свободных олеат-ионов, что сопровождается разрушением слоя октана (экстрагента). Это проявляется в его разрывах и "втягивании" в глубь вод- ной фазы. При снижении рН процесса образования сублата и его коагуляции (до введения собирателей) до 3,5 наблюдается и изменение характера зависимости степени извлечения металлов от содержания олеат-иона и триэтаноламина (рис.4). При этом максимум для меди (кривая 2) сдвигается в область более высокой концентрации олеат-ионов (и со- ответствует соотношению Cu:ОЛК:TЭА =1:0,95:1,425), а для никеля (кривая 1), наоборот, – в область более низких концентраций олеат- иона (и соответствует молярному соотношению Ni:ОЛК:TЭА = 434 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 1:0,85:1,275). При этом степень извлечения меди, в отличие от степени извлечения никеля, повышается по всей кривой. Изменение вида зависи- мости связано, в первую очередь, с изменением состава комплексов ме- таллов с триэтаноламином при снижении рН, потому что образование ком- плекса, содержащего гидроксид-ионы, невозможно, и часть триэтаноламина протонируется с образованием катиона триэтаноламмо- ния. Кроме этого, при снижении рН начинается также образование сво- бодной олеиновой кислоты – гидрофобной жидкости, молекулы которой при ее достаточном количестве в свободной форме могут выступать в силу их гидрофобности как центры образования агрегатов. Рис. 4. Влияние молярного соотношения ОЛК:Ме на степень извлечения ионов никеля (150 мг/дм3) (1) и меди (162 мг/дм3) (2), а также на их суммарную степень извлечения из эквимолярной смеси растворов ( 3). ОЛК:ТЭА = 2:3, рН 3,5 Существенное влияние на процессы, сопровождающие флотоэк- стракцию и коагуляцию, оказывают состав и структура сублата. На- личие в нем несвязанных гидрофильных гидроксидных или карбок- сильных групп может препятствовать (или замедлять) осаждению сублата на поверхность пузырька и растворению его в органической фазе. То есть основные или кислые мыла должны флотироваться и экстрагироваться менее эффективно. Для изучения состава сублатов на приборе SPECORD M80 были ис- следованы их инфракрасные спектры в области волновых чисел 4000 – 600 см-1. В спектре сублата, образованного олеат-ионом и ионом никеля, ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 435 наряду с полосами, свойственными углеводородной цепи олеиновой кислоты (2930 – 3010 см-1), широкой полосой адсорбированной воды (3600 см-1) и полосами, характеризующими двойную связь (970 см-1 (транс) и 720 см-1 (цис)), присутствовали следующие экстремумы: ши- рокие полосы в области 1570 и 1410 – 1460 см-1, характеризующие со- ответственно асимметричные и симметричные валентные колебания ионизированной карбоксильной группы; полоса 720 см-1, характерная для связи металл – кислород (валентные колебания); слабые полосы 1710, 1310 см-1, свойственные неионизированной карбоксильной груп- пе. Кроме этого, в спектре отсутствовали полосы, характерные для гидроксидной группы. Таким образом, установлено, что в состав сублата входит, кроме ато- ма никеля, только олеат-анион. Кислому мылу должно было бы соответ- ствовать стехиометрическое количество олеиновой кислоты, чего в спек- тре не наблюдается. Следовательно, состав сублата условно можно обоз- начить как  yx COOHCNi 3317 или   zyx KCOOHCNi 3317 . В спектре сублата, образованного из раствора, который содержал, помимо иона никеля и олеата калия, триэтаноламин, была обнаружена также широкая полоса 3200 – 3100 см-1, характерная для валентных ко- лебаний гидроксида спиртовой группы, и слабые полосы 1060 и 810 – 780 см-1, характерные для молекулы триэтаноламина. То есть установле- но, что молекула триэтаноламина тоже входит в состав сублата. Выводы. Сравнение флотоэкстракции с использованием системы олеат калия – триэтаноламин с традиционными реагентными методами очистки сточных вод показывает, что рассматриваемый метод уступает им по степени очистки (79% в случае флотоэкстракции ионов никеля по сравнению с 90 – 94% при осаждении никеля в виде гидроксидов [1]). Его основное преимущество – возможность концентрации ионов метал- лов в виде слоя раствора в органической фазе – позволяет рассматривать флотоэкстракцию как метод извлечения ионов металлов из высококон- центрированных сточных вод или промышленных растворов с реализа- цией регенерации металлов или их многократной концентрации в вод- ной фазе путем селективной реэкстракции. Резюме. Проведено дослідження флотоекстракції іонів Ni (ІІ) і Cu (ІІ) при рН 3 – 9,3 з використанням олеату калію та триетаноламіну як збирачів, октану, декану і деканолу – в якості органічної фази. Макси- мальний ступінь видалення вказаних іонів складає відповідно 72 та 52%. За даними ІЧ-спектроскопії проаналізовано можливі структури сублатів. 436 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 T.I. Obushenko, I.M. Astrelin, N.M. Tolstopalova, M.A. Varbanets, T.A. Kondratenko WASTEWATER PURIFICATION FROM TOXIC METALS WITH FLOTOEXTRACTION Summary The flotoextraction of Ni (ІІ) and Cu (ІІ) ions at рН 3 – 9 using potassium oleate and triethanolamine as collecting agents and octane, decane and decanol as an organic phase, has been researched. The maximal degree of delete of the indicated ions makes according to 72 and 52 %. From the data of ІR- spectroscopy the structures of sublates are possible. 1. Запольский А.К., Образцов В.В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства. – Киев: Техніка, 1989. – 199 с. 2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М.: Химия, 1989. – 512 с. 3. Себба Ф. Ионная флотация. – М.: Металлургия, 1965. – 170 с. 4. Bryson G., Valsaraj K. // J. of Hazardous Materials. – 2001.– B82. – P. 65 – 75. 5. Kim Y.-S., Shin J.-H., Choi Y.-S., Lee W., Lee Y.-I. //Korean Chem. Soc. – 2001. – 22, N 1. – P. 19 – 24. 6. Lu Y.-J., Wang Y.-S., Xiong Y., Zhu X.-H. // J. Anal. Chem. – 2001. – 370. – P. 1071 – 1076. 7. Воронин Н.Н., Демидов В.Д., Черкасов А.Е. и др. //Журн. прикл. химии. – 1992. – 65, №9. – С. 2005 – 2012. 8. Стрижко В.С., Шехирев Д.В., Алимова Р.Э. и др. //Изв. вузов. Цвет. металлургия. – 2000. – № 1. – С. 12 – 17. 9. Воропанова Л.А. //Там же. – 2001. – № 5. – С. 32 – 37. 10. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. – 448 с. 11. Инцеди Я. Применение комплексов в аналитической химии. – М.: Мир, 1979. – 376 с. Нац. техн. ун-т Украины "Киев. политехн. ин-т", г. Киев Поступила 25.04.2007

Очистка сточных вод от токсических металлов флотоэкстракцией

Репозитарії

Схожі ресурси