Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Сорбция ионов Cr (VI) на модифицированных ионитах из водных растворов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Сорбция ионов Cr (VI) на модифицированных ионитах из водных растворов"

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

ПОЛУЭКТОВ КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

И.00.И — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

СОРБЦИЯ ИОНОВ Сг (VI) НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОНйТАХ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Москва — 1994

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — доктор химических наук, профессор Лейкин Ю. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Филиппов Е. А.; кандидат химических наук, старший научный сотрудник Гладков С. Ю.

Ведущая организация — Государственный научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ.

Защита диссертации состоится

1994 г. на заседании специализированного совета Д 053.34.11 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047

Москва, А-47, Миусская пл., 9) в.

10 .час. в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан _

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета.

И. Н, КАМЕНЧУК

Г

поверхностных И подземных водах,тяащлыз металлы В их ионных формах принадлежат к категории приоритетных загрязнителей, с ярко-выраженными токсичными свойствами.

При очистке хромсодержащих стоков наиболее широко применяются реагентние и ионообменные способы очистки.

Ионообменные методы предполагают выделение соединений хромав VI) с целью дальнейшего их использования в производстве. Большим преимуществом использования ионообменной сорбции в очистке сточных вод гальванических производств является возможность получения высоких степеней очистки,соответствующих современным требованиям,и возможность создания оборотных технологических способов очистки с возвратом в производство очищенной воды и хромовых солей. ■ ' '

На многих предприятиях происходят залповые вйЗросы концентрированных соединений хрома'в городские канализационные се-, ти. Это приводит в конечном счете к заражению грунтовых вод и питьевых горизонтов.Так,например,отсутствие современных технологий глубокой • очистки на КБХА г..Воронэжа привело; к заражению питьевых горизонтов до глубины 80 м.что-в настоящее время требует .'ораздо больших материальных'затрат,нежели ст современное ' создание комплекса очистки. Природоохранные технологии требуют больших затрат,кап капитальных,так и текущих:-на стадии регенерации ионитов. Поэтому,исследования по подбору ионитов для сорб- -ции ионов тяжелых металлов должны учитывать не только максимальную селективность ионообменной смоли по ювлекаемоу иону, но и возможность минимальных затрат регенерирующих реагентов.

Цель работы. Целью настоящей работы является сравнительное изучение и выбор, сорбента для практического использования при извлечении соединений шестивалентного хрома из сточных вод; получение физико-химических характеристик, процессов сорбции и регенерации, позволяющих прогнозировать и управлять технологическим процессом извлечения'и концентрирования.

Научная новизна . Разработан способ модификации ионита АН'18-ЮП, позволяющий повысить .сорбционные характеристики по хрому (VI). Проведено сравнительное исследование в ряду промышленных и полупромышленных анионитов и выбран анионит А-15,имеющий высокую селективность по Ионам Сг( VI) в широких, интервалах рН и концентраций,характерных для применения ионообменных технологий. Получены и оптимизированы физико-химические параметры сорбции-регенерации,адекватно описывающие процесс., онределс-ни

IVJttWl'ClJl.lDJ jjuji/juw^/j/^ , , „__________

свойства анионитов с различной структурой (функциональных групп.

Лршсгическая значимость. Установлена возможность использования высокоэффективного низкоосиовного анионита А-1Б для извлечения Cr(VI) из сточных и природных вод. Разработана технология очистки от токсичных соединений Cr(VI) промывных вод гальванических производств. Опытными испытаниями на реальной природной и сточной воде показана применимость указанного сорбента для извлечения целевого компонента,требующих наименьших затрат реагентов для элюироваиия сорбированного токсагента.

Выданы данные на проектирование промышленной установки производительностью 50 мЗ/час КБЗД г. Воронежа,позволяющие пол--ностью извлечь соединения Cr(VI) из зараженных грунтовых вод. Получены оптимальные регрессионные уравнения.позволяющие с точностью прогнозировать динамические кривые сорбции и регенерации, описывающие работу ионообменных колонн.

Апробация работы По материалам работы-"сделан доклад на Х1У научно-технической конференции молодых ученых РХТУ им. Д. И. Менделеева( Москва, 1988).

Цублжации. По теме диссертации опубликовано два авторских свидетельства.

Объем и структура работы Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, включающих 31 рисунка, 77 таблиц. Диссертация состоит из введения,7 глав,выводов и экспериментальной части. Список литературы насчитывает 107 наименований.

Содержание работы

Разработка способа модификации лизкооеновньи анионитов и исследование некоторых закономерностей сорбции Cr(VI).

Анализ отечественной и зарубежной л.п-ерагуры показывает, Что селективность анионитов по хрому существенно зависит от типа и соотношения слабоосновных и сильноосновных аминогрупп и их подвижности в полимерной структуре,а также гидрофобности и гидрофильности матрицы.

Для модификации свойств существующих ионитов • был предложен способ модификации ашюпитов с различными аминогруппами введением подвижного,относительно низкомолекулярного лиганда с целью обеспечения боле« четкого образования сорбата поливалентных анионов хрома. В этом случае можно предположить, ■ что поливалентные ионы хрома будут образовывать дисольсатный комплекс с полимерным малоподвижным лигандом.и с подвижным растворимым лигандом,содержащим группы оииевых оснований. Подобные

системы известны как ТВЗКСы(твердые зкстрагенты),одновременно содержащие лигандообменные группы по полимерной и модифицированной части.

Анализ литературы по синтезу ТВЭКСов и импрегнированнык ТВЗКСов показывает,что определяющим является сорбция модификатора на полимерной'основе. Причем в области малых концентраций модификатор может сорбироваться достаточно прочно за счет взаимодействия с полимером и затем происходит заполнение пор пористого сорбента.В связи с этим наиболее важным является исследование сорбции модификатора на полимерах.В качестве модификатора активной фазы выбран применяемый в промышленности экстра-гент:триоктил-метиламмоний сульфат,обладающий высокой селективностью по'отношению к Cr(Vi).Кроме того,ЧАО позволяет осуществить перенос извлекаемого реагента из водной фазы в органическую, т.е. являются иелфазнымн катализаторами.

В качестве объекта исследования были выбраны аниониты' АН-511,АН-18-10П,АН-221.Изотерму сорбции"ЧАО на аниоиитах можно описать по двум участкам линейными уравнениями:

Cri - Si - 1/KiVP (1) cR2 - s2 - 1/к2\Гр (2) где Cr -емкость анионита(ммоль/г),5 -предельная емкость аниони-та,Р-коэффициент распределения,К-константа обмена."

Как показал!! расчеты,максимальная относительная погрешность расчетных и экспериментальных кривых не превышает 3-5%, что свидетельствует об адекватном применении выбранного уравнения.

Как свидетельствуют результаты таблицы 1,наибольший эффект, от модификации наблюдается на смоле марки АН-18-ЮП, так как для нее значения констант обмена по обеим ступеням выше,"чем у двух других структур.

Выла изучена сорбция хрома (VI) на импрегнированных ЧАО носителях.

и

Эффект от модификации оказался самым значительным на АН-18-10П.Как показывают результаты расчетов.коэффициенты распределения,характеризующие способность твердой фазы к концентрированию токсичных соединений Cr(VI) возросли по сравнение) с исходной смолой в 3-4 раза.При этом максимальный эффект хостигается при минимальных'степенях зарядки носителя ЧАО. Это связано с переходом зкетрагента в раствор из макропор и конку-геиткой реакцией Cr(Vl) в растворе и,твердой фазе при больших степенях зарядкч.что приводит к некоторому снижению емкости и

о

коэффициентов распределения. •

и Можно предположить,что после введения в полимер небольшого количества каталитической соли, с липофильным катионом происходит "активация" внутренней поверхности и соответственно увеличение емкостных характеристик при сорбции из водных растворов.

Из вышеизложенного следует,что после подобной модификации должны возрасти константы обмена и увеличиться вклад внутридиф-фузионных процессов в сорбцию аниона, однако,нельзя считать механизм доказанным без количественной оценки параметров ионного обмена.

С целью изучения сорбционных характеристик промышенно выпускаемых анионитов и выдачи исходных данных на проектирование промышленной установки,были изучены динамические характеристики сорбции соединений Сг(V!) из водных растворов АН-1В-10П и АН-18-10-П-М.

Результаты расчета экспериментальных данных (таблица 2) свидетельствуют,что критерий В*о,характеризующий соотношение вкладов внутренней и внешней диффузии,для модифицированного сополимера больше,чем для исходного.Это может быть объяснено введением в структуру полимера экстрагента с частичным заполнением пор,а также большей емкостью для модифицированного ионита.Можно констатировать,что,хотя возрастает доля внутридиффузионных процессов, при этом не происходит снижения динамических характеристик, очевидно, за счет активации поверхности.

Экспериментально доказано и рассчитано, что для анион ¡¡та АН-18-ЮП-м наблюдается значительное увеличение емкости по токсичным соединениям Сг(У1) (-на .16%) и снижение просксковой концентрации токсаг'еята, что является очень важным для практических целей.

Синтезированный таким образом. ионит пригоден для очистки сточных вод гальванических производств.Однако, его применение для очистки питьевых к. котловых вод значительно ограничено из-за возможности попадания ЧАО в абсорбированный раствор.

В свяаи с этим были проведены дальнейшие исследования по выбору сорбента в ряду модифицированных ионитов с различными аминогруппами. • •

Таблица 1.

Зависимость констант обмена сорбции ЧАО от структуры ионита

Марка ионита 1-ая ступень . 2-ая ступень

К,г/моль 3 ммоль/г/ Р К,г/моль 3 ммоль/г Р

АН-18-10П 375 0,0046 2,96 16,4 0,048 0.624

АН-221 234 0,0075 3,06 13.2 0,058 ' 0,593

АН-Б11 255 0,0069 3,17 11,4 0,081 0,865

Таблица 2.

Параметры сорбции Сг(У1) исходным и модифицированным ионитом

Наименование параметра АН- 18-10П АН-18-10П-м

Емкость Сг(У1),моль/л •0. 529 0,566

Критерий В10 56 . 28,66

Концентр.проск. моль/л 0, 968 0.428

Кислотно-основное равновесие анианитов с различной структурой функциональных групп. Изучение кислотно-основного равновесия является важнейшим фактором,обуславливающим сорбционное поведение ионитов и подтверждающим структуру функциональных групп.Исследование потенциометрических кривых зависимости рН-Г (СОЕ) проводили на фоне 1н N901.

Расчет констант ионизации осуществляли по модифицированному уравнению рН-рКа+п /1-«(,где рКа -константа ионизации, .-степень диссоциации,п-константа,зависящая ог природы функцио-!альных групп.

Исследуемые ионита содержали в своей структуре различные •руппы:триметиламин(марка АМ-п).диметиламин(марка АН-13-10П и 1-15) ,фталимид (марка АН-109-10П). 0

Содержание в структуре анионитов первичных(-Шо),вторич-ых С-Ш), третичных ЫО и четвертичных (гШН) аминогрупп опреде-яли по данным элементного й функционального анализов. Как по-азывают результаты таблицы З.иониты АН-18-10П и; АМ-п являются олифунациональными,г.е. содержат в своей структуре как третич-ые,так и четвертичные аминогруппы.Аниониты-А-15' и АН-109 явля-тся монофункциональными и содержат в своей структуре соответс-еенно только третичные и первичные аминогруппы.

- ъ - .

Метод определения рК осношвается на анализе кривой COE-f(pH),где СОЕ-статическая обменная емкость ионита(мМ/г).Величину СОЕ определяют по уравнению:

СОЕ-ЦСисх.-Сравн.)/^ V, где Сцсх.и Сра^н.-исходная и равновесная концентрация титранта(мг/мл), V-объем жидкой фазы (мл), g-навеска ионитп(г).

Расчет зксперимен тальных данных полисигмо идных кривых проводили п указанному выше уравнени в координатах COE-f(pH) 4 е. -3 к 5 где СОЕ и pH-емкость ис

1.ЛМ-П 3. AÜ-IQ-ЮП нита и Кислотность равнс

2.АН-109-10П 4.А-15 . Бесного растЕсра при зг РисЛ.Потенвдометрическое данной концентрации нош

титрование анионитов. водорода.

Программа предусматривала расчет ступеней по линейной ац проксийгщии согласно уравнению:

Pili mirt - PKJa .+П lg'СОЕ; - COEmnj / C0EnKXXj - CQE; гдеЗ -номер ступени,COEminj.СОЕ"®*, ,C0Ej -минимальное,макс мальное и текущее 'значение емкости для ступени.Границы ионкз

Л Г-;

гченткс

ции каждой ступени определяли сопоста; :■ и функционального анализа.

Таблица

Структура функциональных, групп исследуемых попитое.

Ионит

СОЕ по О,Ш Содержанке аминогрупп,мМ/г HCl(мМ/г) ' '¿N >N -NH -NHe

АН-18-10П АН-109-10П А-15 АМ-п .

2,85 5,24 2,46 3.35

0,05 1..96

2,47 2,79 0,54

0,21 5,1С

При анализе параметров кислотно-основного равновесия нужно вать значение величины п .характеризующей эффекты в фазе еркой матрицы,кооперативные взаимодействия и ассоциацию ■елиых групп.'

Из результатов таблицы 4 видно, что наиболее сильная ассо-ю ионогашых . групп наблюдается у 'смолы марки Д-15,т.е. > предположить более высокую кимическу» стабильность и пре-!ую емкость по ионам Сг(\>1) в. сравнении сдругими исследуе-анионитами.за счет эффекта в фазе полимер!юй матрицы.

Таблица 4.

раметри кислотно-основного равновесие исследуемых ионитов

ИОНИТ Аминогруппа С0Е,мМ/Г рКа П ГКОРР.

АН-18-1011 0,87 9,712 0,368 0,988

ни 1,94 7,794 ;о,8гб 0,988

АЯ-109- ЮП 5,24 6,912 2,252 0,996

А-15 ЗМ 2,46 7,003 3,582 0,991

АМ-П 2,72 9,118 0,736 0,996

1Н 0,78 7,173 1,002 0,994

?им образом.подробное изучение кислотно-основного равиовеси грукгуры функциональных групп понитоз позволяет спрогнозиро з поведение сорбции по различным типам ионов,что являете ¡чым фактором для решения конкретной научно-технической зад а СорОциошгое поведение в рлду шпшоосновних аниошггов. Содержание различных форм хрома в растворе зависит от о( концентрации хроиа(71) и от рН среды. ХромС/1) существует в водных растворах в форме различи* ов.диапазон существования' которых является функцией,как [ твора.так и суммарной концентрации хрома.Однако,.следует о1: ить,что при рН-сопзЬ и С~ссп51 можно однозначно оценить со< [ние форм хрома п. растворе. Эти зависимости достаточно слож] гогут быть рассчитаны.исходя из константа индивидуальных ра ¡ёсий.

-----------«а* 1'' -миЛУЪ.

Исходя из констант индивидуальных равновесий I остальные формы хрома через НСчО£ .равновесие е рзсп мат-бихроматных ионов описывается следующей системой ур СН2С4О4] - 0,83 СН+] - [НСчО;] (5) [нсчо4"] - 3,16-ю6 ап.-[Счо42"з (6) ГСч207г"] - 33 СИСЧО4"]2 (У)

СНСЧ207_] - 38,61 С11+3 СНСч04~] (8)

На рис.2 представлена распределительная диаграмма для концентраций , соответствующих концентрациям хрома них водах При различных значенная рН.

Как свидетельствуют результаты изучения кислотно-равновесия,степень ионизации функциональных групп а) значительно возрастает при рН< 7,следовательно,ироисход] чение и сорбционной способности.При рН<7 раствор содерж! ,НСг04~ и СГО42" -ионы,причем с уменьшением значений р) ных растворах возрастает доля НСГО4" и СГ£>072~ -ионов с реакции: £ Сг042~+2 Н+<—>2 НСГО4"; 2 НСг04'<—>СГ2072"-(

Рис.2. Диаграмма форм существования хрома в завис: от рН среды ( С- const ).

Рассмотрение диаграмм распределения■ форм существования хрома при C-const поаволяет выделить три области,где многокомпонентная сорбция переходит практически в сорбцию моно-формы:

1.Область кислых значений(р'Н < 1),характерная для сорбции хрома из сдаборазбавленных хромсодержащих сточных вод гальванических производств с преобладанием ИаСгОд .

2.Область рН-2-5,где преобладает НСГО4" -ион. 3.Область щелочных значений(рН >9),где практически единственным ионом является Сг042~-ион.' Из вышесказанного следу- . ет.что важное значение при использовании анионообмешшх сорбен1 тов в процессе очистки хромсодержащих сточных вод имеет изучение зависимости сорбционной способности ионитов от р!! исходного и равновесного расгворов.Это обусловлено колебаниями кислотности промывных вод гальванических производств и изменениями рН в процессе сорбции.

Для исследования зависимости сорбции от рН было выбрано три анионита:АМ-п-макропористый аналог высокоосновного анионита АВ-17.АН-1В-10П и А-15. ••

На рис.3 представлена зависимость логарифма Кр от рН раствора для. исследуемых ионитов. Как видно.пик сорбционных характеристик исследуемых аки-онитов приходится на область pf 1-2-5,которая и соответствует рН реальных промывных вод.Снижение сорбционной способности в сильнокислотной области объясняется конкурентной сорбцией 304й ионо в.концентрация которых на два порядка гьпк.чем концентрация хромат-моноз.(левая нисходящая часть кривой,рис.3).

Резкое снижение . сорбции хрома, анионитами при рН > 7 обусловлено суммарным влиянием двух процессов: уменьшением степени ионизации аминогрупп и концентрации в растворе полимерных форм аниона хрома(правая нисходящая часть кривой).

-/¡1Н8-10П5' ь-АМ-п АЧ5

Рис.3 Зависимость Jg Кр pll раствора для смол ■АМ-П. АН-10-ЮЛ, А-15. ■

Т.'.'иш образом,девая часть кривой описывает процесс сорбции, а правая важна для изучения и прогнозирования процесса регенерации.

Анализ полученных экспериментальных кривых свидетельствует о преимуществе использования в процессе очистки сточных вод от хрома ионитов АМ-п и А-15,при зтом тангенс угла наклона у А-15(1,83)несколько больше,чем у АМ-п(1,65).

Таким образом, можно утверждать,что А-15' б диапазоне р[{, соответствующим максимальным емкостным характеристикам,будет идеальным сорбентом моноформы токсагента.

При рассмотрении сорбционной способности ионитов в области рН >5 следует отметить,что тангенс угла наклона у А-15 значительно больше,чем у АМ-п и АН-10-10Л,а по способности к регенерации исследуемые иониты располагаются в ряду АМ-п < АН-18-10П < А-15',т.е.наиболее значимое преимущество при применении исследуемого сорбента А-15 следует ожидать на стадии' регенерации.

Изучена зависимость сорбциснных характеристик от концентрации хрома в растворе.

В области концентраций-10~6-10~3 моль/л отмечена преимущественная сорбция' НСГО4" -пона и на один моль функциональных групп будет сорбироваться 1 моль' хромат-ионов.

Такой' тип сорбции наиболее предпочтителен для практических ионообменных технологий.

В области концентраций Ю-3 -0,1 моль/л сосуществуют две формы: НСг04~ и Сгф7г~ и будет происходить нестехиомзтрическая сорбция.При концентрации свьше 0,1 моль/л форма СГ2О72" становится доминирующей.

.Изучены изотермы сорбцш Сг(У1)-ионов для различных солевых и .кислотных фонов.С увеличением концентрации конкурирующих анионов кислота сорбция значительно снижается,это я.е можно отметить и для солёвых фонов.

Однако,® кислых средах дате при больших концентрациях солей будет происходить преимущественная сорбция хромат-анионов.

Анализ изотер«,полученных на одном фоке для различных смол, показывает значительно большую емкость для Л-15, причем в области высоких концентраций достигается двукратное увеличение емкости.. Таким образом, иоиит А-15 во свою,; равновесным характеристикам может быть рекомендован к применения в создании ионообменных технологий для очистки сточных вод от хрома.

Динамика сорбции крона(У1) на нкзкоосиовних аммонитах.Для анионитов А-15 к ЛИ-.13-10П были изучены динамические характе-

- и

ристики сорбции СгСVI") при варьировании скорости потока-раствора^). Указанные! исходные параметры варьировали в пределах -0,12-0,48 л/т».

На рис.4 преда явлены выходные динамические кривые сорбции при различных скоростях -потока жилкости.

(VI) на анионитах А-15 и АН-1С-10П.

Экспершлентальние точки нанесены па расчетные криёые.

Установлено,что лимитирующей стадией динамического процесса на анионитах АН-18-10П и А-15 является внутренняя диффузия.

Описание экспершонталь.'ых динамшкгких кригы:-: провезено

I

кап псорчкиом у г. -ч-мпя. предложенного Ег кигн • V» пт''-цесс-:Б.прствкассл1х во ;нутридиффуьиокнсй :5лагтл. 'раткиич имеет ¡.-иД:

С1 + 1/Ки-1) 1пГ - №„ 1п(1-Т)//61П(Ки-1)(10) гдеУ^-оОъем раст£ора,проюдший через слой сорбента к моменту времени -емкость сорбента мМ/мл,-коэффициент внутреннего массопереноса.Р-С^./Со.где Сг,-концентрация целевого компонента на. выходе из колонны. Ки-константа избирательности,^ -доля .свободного объема колонки.

Уравнение(10!) можно.представить ь виде у-А+ВХх+СХоСШ,где XI - 1п> „\'2 - 1п(1-П.

' Методом регрессионного анализа были рассчитаны величины А,В,С для уравнения Ш) и определены неизвестные параметры уравиения(Ю) для каждой экспериментальной кривой.

В. используемой программе в качестве критерия адекватности использовался минимум среднеквадратичной,абсолютной и относи-.тельной погрешностей для точек эксперимента. Минимизация данных критериев позволяет выбрать модель,описывающую процесс сорбции,а также произвести утонченный расчет констант йсследу-емого-уравнения с Л)обой требуемой точностью.

Как показывают результаты (таблицы 5-6),средняя емкость для блока динамических кривых смолы марки А-15 составила 1,29 моль/л,а для АН-18-10П-1,оа моль/л,при этом для смол обеих марок происходит некоторое увеличение емкости с увеличением времени, контаста. .

' . ' Таблица 5.

Параметры уравнения Елькина для смолы марки АН-18-10П ( Укол." 0,2л. (СИсх. -'М-10"4 моль/л)

Параметр Скорость подачи раствора,л/ыин

0,48 О,36 0,24 0,12

^ 4П- ДО3,1/мин , Коем. 9,24 3,69 3,61 2,59

1,65 ~ 4,63 4,28 7", 75

СОЕ,моль/л 0,937 1,06 1,11 1,21

Спр.•, моль/л 4,ее 10"5 3,67 Ю-7 3,51-Ю-7 1,52-10'

Р 1321 1497 1569 1703

Б1П'10® см2/сек 15,6 б,24 6,11 4,38

1кон.сек . 0,167 0,222 0,333 О;667 .

Для анионита А-15 коэффициент внутреннего массопереноса и коэффициент внутренней диффузии остается постоянным для всего диапазона скорости истечения жидкости,что говорит о практически идеальном соответствии процесса внутридиффузионному ли-

ИИТПрОВЗ."!Ю.

Таблица 6.

Параметры уравнения Елькипа для смолы марки Л-15 ( Укол.-0,2л.,Спсх.'?,3-Ю моль/л)

Параметр Скорость подачи раствора,л/мин

0.48 О.СЯ 0.24 0,12

РИГ 10 ,1/МИН 4,17 4.17 ■1.01 '4,21

К обм. 9,24 9.85 3,95

СОЕ,моль/л 1,18 1, "V. 1,01 1,42-

Спр.,моль/л 2,25.10~10 1,48-10" 5,83-ГО"22 0

р 1616 1744 ' 1796 1941

От 109 см2/сек 7,05 7,04 6.97 7,11

^кон.,сек 0,167 0,222 0,333 0,666

Исследование процесса регенерации анионитов.

При разработке процесса сорбционной очистки сточных вод от токсических соединён!»! наряду с изучением процесса сорбции важное значение имеет процесс регенерации анионитов.Изучение процесса элюирования Сч(У1) проводили в динамических условиях на аниони-тах АН-1С и А-15 с различной скоростью пропускания раствора.На рис.5 представлен общий вид регенерационных кривых смол А-15 и АН-18-10П.

В качестве злюирующего раствора был использован 152 раствор МаОН,который.как было определено в ходе эксперимента.является оптимальным элюируюпшм агентом.

Зарядка обеих смол производилась на реальной воде с одинаковой концентрацией Сч(У!),что позволяет сравнить и секционные характеристики.

- Для расчета процесса регенерации был иЬпользован подход, предложенный Ю. А.Лейкиным.При этом были получены уравнения, которые связывают концентрацию регенерирующего ра:твора с основными детермшшрующимми параметрами внутрэдт^узиенной модели:

. Срмтах~-рЧг/И- <" /т«-ш)/1П Н>п"и: Ь - 1/К-1 где -коэффициент внутреннего массоперчносаЛДшн т - максимальная.емкость ионига

И - скорость потока,л/мин,К-константа обмена по'Никольскому

В соответствии .с предложенным уравнением,по специально разработанной программе, были рассчитаны кривые регенерации.Ре- . гультаты расчетов представлены в таблицах 7-8.

Рис.5 Общий вид регенерадиоаных кривых для смол Л-15 ц АН-18-1011.

В качестве параметра сразнения било решено использовать "время достижения степени регенерации 80% ,а также объем щелочи, затраченный на десорбцию данного количества хрома.

Как свидетельствуют данные таблицы,с увеличением скорости пропускания раствора уменьшается время достижения степени регенерации 80% и,соответственно, % десорбции хрома из сорбента.

Анионит А-15 тлеет значительно более высокую степень . регенерации и меньшее время досттаения степени регенерации 80% .

Как видно из данных таблиц 7,8 анионит А-15 имеет и более высокий коэффициент концентрирования но сравнен™ с анионитом АН-18-10П.

Тагам образом, расход реагента при использовании А-15 по сравнению с Л!МУ- ЮН будет снижен в 1,5-2 раза, и, если учесть его более высокуп обменную емкость,то будет достигнут значительный экономически; эффект.

Параметры,характеризующие процесс актирования хрома с ионита А-15 (СНс.011 - 0,372 моль/л, Укол. - 7-10"3 л.)

У103 л/мин 0,00 0;8 . 4,0

ш • 103- моль 2,862 2,862 2,862

Ощах(моль/л 0.453 0,238- 0,202

ьо, 8> мин 118 17,5 4,4

уо.о л 140 176

% десорб. 56.4 93,6 89,-1

Коэфф. конц. 244 216 > 204

Таблица 8.

Параметры,характеризующие процесс злюироваиия хрома с ионита АН-18- 10П(Смаон "0.37" моль/л,У,сол.-7. 10~эл)

Параметры 1 о о с»

V/ Ю3 .л/мин 0,08 0,8 4,0

от 103 ,моль 2,208 2,200 2,208

Стах ,моль/л 0,271 0,179 0,161

1о. 8 , мин 244 121 -

Уо.с .л 1-.95 9,68 -

7. десорб о«"» ег ис, 0 31.6 76,1

Коэфф. конц. 154 139 130

Выводи

1. Разработан ионообменный способ извлечения Оч(У1) из сточных вод при низких концентрациях целевого (.оппонента с использованием промышленных марок анионитов.Проведено сравнительное изучение и выбор иснитов с различной структурой функциональных групп.

2.Изучено кислотно-основное равновесие анионитов.Показано, что все исследуемые иояиты. являются полифунгсцноналъны-ми.Рзссчптаны величины констант диссоциации ионогенных групп.адекватно описывающие процесс кислотно-основного равновесия.

свойств анионитов.Установлено,что максимум сорбции достигается в области pH равновесного раствора 2-5 и не зависит от структуры функциональных групп.Показано,что максимальная сорбцион-ная способность анионитов в указанном интервале pH обусловлена состоянием хромат-ионов в растворе и степенью диссоциации ио-ногенных групп.

4.Проведена сравнительное исследование закономерностей сорбции хрома анионитами с различной структурой функциональных групп и установлена высокая концентрирующая способность низкоосновных анионитов.

Были получены изотермы для различных солевых й кислотных фонов.Отмечена наибольшая емкость сорбента А-15,причем В области высоких концентраций достигается двукратное увеличение емкости.

.. 5.Для описания динамики сорбции анионитом типа А-15 применена внутридиффузионная модель и показано,что выбранная модель адекватно описывает исследуемый процесс при варьировании скорости течения жидкости.Получены регрессионные уравнения, позволяющие прогнозировать вид динамической кривой и время действия ионообменного фильтра при варьировали исходных параметров.

6.Проведено сравнительное изучение процесса десорбции хрома с анионитов АЯ-13 и А-15, получены уравнения,связывающие концентрацию регенерирующего раствора с основными детерминирующими параметрами внутрмдиффузиоппой модели.Показано,что анионит А-15 имеет вкачителыю более высокую степень регенерации и .меньшее время достижения 80% .

7.-Разработан способ очистки от токсичеких соединений хрома гальваностоков с использованием Полупромышленного анионита А-15.Проведены опытно-промышленные испытания.Ожидаемый предотвращенный ущерб составит 22 млк.руб. выданы данные на проектирование установки по очистке гсишваностоков от соединений хрома с использованием анионита А-15.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы;

1.Лейкин ¡0. А.,Мейчик Ii.Р. .Авдшкина Т. А. .Мазур С.И. .Полу зктовК.В "Способ извлечения хрома (V!) из водных раствороп", A.C.1628452.

2. Мейчик II.Р., Полуэктов-К.В. .Степанов-С.И.,Лейкин Ki.A., ------- -------—--------' " извлечения

3.Полуактов К „В .Лейкин Ю .А .Исследование сорбвдонных свойств , по анионам Сч(П) /Применение ионообменных материалов в прош ' Тез;доктг.У11 Всесоюзн.конй.-Воронеж.1991 ,-с,Т82