Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Сорбция ионов Cr (IV) 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 (IV) на модифицированных ионитах из водных растворов"

РГб о

2 3 MAP 1934

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

На правах рукописи

ПОЛУЭКТОВ КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

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

tl.00.ll — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

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.

1994 г. на заседании специализированного совета

Д 053.34.11 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047

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

Защита диссертации состоится

Москва, А-47, Миусская пл., 9) в /0 час, в ауд.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

Я. Я. КАМЕНЧУК

Актуальность. Среди . растворенных веществ, присутствующих в поверхностных И подземных водах,тяжелые металлы в- их ионных формах принадлежат к категории приоритетных загрязнителей,с ярко выраженными токсичными свойствами.

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

Ионообменные методы предполагают выделение соединений хро-ма(V1) 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 вйСросы 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..Боронежа привело' к заражению питьевых горизонтов до глубины 80 и,что в настоящее время тре-, бует гораздо больших материальных 'затрат.нежелисвоевременное;1 создание комплекса очистки. Природоохранные технологии требуют больших затрат,как капитальных,так и текущихг-на стадии регенерации ионитов. Поэтому, исследования по подбору ионитов для сорбции ионов тяжелых металлов должны учитывать на только макси-■ мальную селективность ионообменной сшлы по кзвлекаемоу 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 ре©

генерации, позволяющих прогнозировать :: 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 рР. и концентраций, характерных для применения ионообменных технологий. Получены и оптимизированы физико-химические параметры сорбции-регенерации,адекватно описывающие процесс., определены

константы ионизации,количественно описывающие кислотно-основные свойства аммонитов с различной структурой функциональных групп.

Практическая значимость. Установлена возможность использования высокоэффективного низкоооновного анионита А-16 для извлечения Cr(VI) из сточных и природных вод. Разработана технология очистки от токсичных соединений Cr(VI) промывных вод гальванически производств. Опытными испытаниями на реальной природной и сточной воде показана применимость указанного сорбента для извлечения целевого компонента,требующих наименьших затрат реагентов для элюирования сорбированного токсагента.

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

Апробация работи Во материалам работы'сделан доклад на XIУ научно-технической конференции молодых ученых РХГУ им. Д. И. Менделеева(Москва,1388).

Публикации. По теме диссертации опубликовано два авторских свидетельства.

Объем м структура работа 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 работ

Разработка способа модификаций низкоосновных анионитов и исследование некоторых закономерностей сорбции Cr(VI).

Анализ отечественной и зарубежной ературы показывает,.что селективность анионитов по хрому существенно зависит от типа и соотношения слабоосновных и сильноосновных аминогрупп и их подвижности в полимерной структуре,а также гидрофобиости и гидрофильности матрицы.

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

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

Анализ литературы по синтезу ТВЭКСов и импрегнированных ТВЭКСов 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 модифмсатора активной фазы выбран применяемый в промышленности экстра-гент:триоктил-метиламмоний сульфат,обладающий высокой селективностью по отношению к Сг(VI).Кроме того,ЧАО позволяет осуществить перенос извлекаемого реагента из водной фазы в. органическую, т. е. являются межфазными катализаторами.

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

0*1 - ¿а'- 1/К1УР (1) СК2 - - 1/К2\Г3 (2) где Ск -емкость аниснита(ммоль/г),5 -предельная емкость аниони-та,Р-коэффициент распределения,К-константа обмена.

Как показали 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-18-10П,так как для нее значения констант обмена по обеим ступеням выше,"чем у двух других структур.

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

и

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

о

коэффициентов распределения. •

« Можно предположить,что после введения в полимер небольшого количества каталитической соли с липофильным катионом про-исходит"активациям 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 промышленно выпускаемых анионитов и выдачи исходных Данных на проектирование промышленной установки,были изучены динамические характеристики сорбции соединений Сг(У1) из водных растворов АН-28-ЮП и АН-18-10-П-М.

Результаты расчета экспериментальных данных (таблица 2) свидетельствуют,что критерий Вз 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 анионита АН-18-ЮП-м наблюдается значительное увеличение емкости по токсичным соединениям Сг(У1) (-на.16£) и снижение проскоковой концентрации токсагента,что является очень Еажным для практических целей.

Синтезированный таким образом, ионит пригоден для очистки сточных вод гальванических производств.Однако, его применение для очистки питьевых й. 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. .

- б -

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 S 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 0,068 ' 0,593

АН-511 255 0,0069 3,17 11.4 0,081 0,865

Таблица 2.

Параметры сорбции Cr(VI) исходным и модифицированным ионитом

Наименование параметра АН-18-10П АН-18-10П-М

Емкость Cr(VI).моль/л 0,529 0,566

Критерий Bio ' 7,56 . 28,66

Концентр.проск.моль/л 0,968 0.428

Кислотно-основное равновесие анионитов а различной структурой функциональных групп. Изучение кислотно-основного равновесия является важнейшим фактором,обуславливающим сорбционное поведение нонитов и подтверждающим структуру функциональных групп.Исследование потенциометрических кривых зависимости рН-Г (СОЕ) проводили на фоне 1н №01.

Расчет констант ионизации осуществляли по модифицированному уравнению рН-рКа+п П-Л, где рКа -константа ионизации, «¿-степень диссоциации,п-константа, зависящая от природы функциональных групп.

Исследуемые иониты содержали в своей структуре"различные группы:триметиламин(марка АМ-п).диметиламин(марка АН-13-10П и А-15).фталимид(марка АН-109-10П). »

Содержание в структуре анионитов первичных(-МНй).вторичных (-Ш), третичных (гЮ и четвертичных (гШН) аминогрупп определяли по данным элементного и функционального анализов. Как показывают результаты таблицы 3,иониты АН-13-10П и; АМ-п являются полифункциональными,т.е.содержат в своей структуре как третичные,так и четвертичные аминогруппы.Аниониты-А-15' и АН-109 являются монофункциональными и содержат в своей структуре соответственно только третичин-' и первичные аминогруппы.

в -

•ю

pH

СОЕ-Ъ

Метод определения рК основывается на анализе кривой СОЕ-!1 (рН) ,где СОЕ-статическая обменная емкость ионита(мМ/г).Величину СОЕ определяют по уравнению:

СОЕ-ЦСисх.-Сравн.)/^ V, где Сисх.и Сравн.-исходная и равновесная концентрация титранта(мг/мл),V-объем жидкой фазы (мл), навеска ионита(г).

Расчет экспериментальных данных полисигмо-идных кривых проводили по указанному выше уравнению в координатах СОЕ-Г(рН), где СОЕ и рН-емкость ио-нита и кислотность равновесного раствора при заданной концентрации ионов водорода.

1 ß 3 4

1.AM-п 3.АН-18г10П

2.АН-109-10П 4.А-15 Рис.1.Потенциометрическое

титрование анионитов. Программа предусматривала расчет ступеней по линейной ап-проксийации согласно уравнению:

Pili min" PKja +Л lg СОЕ i - COEp,ínj / COEmaXj - C0E¡. где] -номер ступени,COErolnj,COEninK3 .C0E¡ -минимальное,максимальное и .текущее значение емкости для ступени.Границ:4 ионизации каждой ступени определяли сопоста?5?нием дел-г. лг<д«>и?зсгэ •и функционального анализа.

.-.'.•'•' Таблица 2

Структура функциональных, групп исследуемых ионитов.

Ионит

СОЕ по О,IM Содержание аминогрупп,мМ/г KCl (мМ/г) ' ¿N >N -NH -NHg

АН-18-10П АН-109-10П А-15 АМ-п

2,85 5,24 2,46 3,35

0,85 1¿96

0,21

1,79

2,47 0,64

5,1С

Как показывают : результаты расчета (таблица 4),предложенная программа адекватно описывает экспериментальные данные, абсолютная погрешность составляет не более 3-БХ.что позволяет судить о достоверности выбранного метода описания структуры иони-тов- ■ .'

При анализе параметров кислотно-основного равновесия нужно учитывать значение, величины п .характеризующей эффекты в фазе полимерной матрицы,кооперативные взаимодействия и ассоциацию ионогеииых групп.'

Из результатов таблицы 4 видно, что наиболее сильная ассоциация ионогенных . групп наблюдается у смолы марки А-15,т.е. можно предположить более высокую химическую стабильность и предельную емкость по ионам Сг(VI) в. сравнении сдругими исследуемыми анионитачи.за счет эффекта в фазе полимерной матрицы.

Таблица 4.

Параметры, кислотно-основного равновесия исследуемых ионитов

Ионит . Аминогруппа ССЕ,мМ/г р1<а ' п Гкорр.

АН-18- ЮП. 1Н . 0,87 9,712 0,368 0,988

зН 1,94 7,794 0,826 0,988

АН-109-10П -N112 5,24 6,912 2,252 0,996

А-15 ■ аы 2,46 7,003 3,582 0,991

ДМ-п 2,72 9,118 0,736 0,996

НИ 0,78 7,173 1,002 0,994

Таким образом,подробное изучение кислотно-основного равновесия и структуры функциональных групп ионитов позволяет спрогнозировать поведение сорбции по различным типам ионов,что является важным фактором для решения конкретной научно-технической задачи.

Сорбцнопиое поведение в ря^/ тгакоосновных анионитов.

Содержание различных форм хрома в растворе зависит от общей концентрации хрома(У1) и от рН среды.

Хром(У1) существует в водных растворах в форме различных ионов, диапазон существования которых является функцией,как рН раствора,так и суммарной концентрации хрома.Однако,следует отметить, что при рН-сопз1 и С-сог^ можно однозначно оценить состояние форм хрома в. растворе.Эти зависимости достаточно сложны и могут быть рассчитаны,исходя из константа Индивидуальных равновесий.

В водных растворах хромовых солей могут . присутствовать следующие типы анионов:НСг207",Сг2072",НСг04",Сг042~,и их соотношение между собой зависит от рН среды и концентрации хро-ма(рис.2) В качестве базовой расчётной формы предпочтительнее использовать концентрации НСГО4" -ионов.

Исходя из констант индивидуальных равновесий и,выражая остальные формы хрома черев НСчО^ равновесие в растворе хро-мат-бихроматных ионов описывается следующей системой уравнений: [Н2С4О4З - 0,63 СН+] • СНСЧО;] (Б) 1НСЧ04"] 3,16.10® • ПГ]ДСЧ042г1 (6) [Счго?2"] - зз иктп2 (7)

ГНСч207~] - 38,61 гн+] [НСЧ04~] (8)

На рис.2 представлена распределительная диаграмма Сг{VI) . для концентраций , соответствующих концентрациям хрома в сточных водах при различных значениях рН.

Как свидетельствуют результаты изучения кислотно-основного равновесия,степень ионизации функциональных групп анионитов значительно возрастает при рН< '/.следовательно,происходит увеличение и сорбционной способности.При рН<7 раствор содержит №¿07 ,НСг04~ и Сг04г" -ионы,причем с уменьшением значений рН в водных растворах возрастает доля НСГО4" и Сг^О?2- -ионов согласно реакции: 2 Сг0^"+2 К+<—>8 НСг04~"; 2 НСГг04_<~>Сг207;г"+ Н20 (9)

Рис.2. Диаграмма форм существования хрома в зависимости от рН среды ( С- const ). \ •

- 9 - ■

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

1.Область кислых значений(рН < 1),характерная для сорбции хрома из слаборазбавленных хромсодержащих сточных вод гальванических производств с преобладанием Н-гСгОд .

2.Область рН-2-5,где преобладает HCrO/Г -ион.

З.Область щелочных эначений(рН >9),где практически единственным ионом является Сг042~-ион. Из вышесказанного следует, что важное значение при использовании ¿»ионообменных сорбентов в процессе очистки хромсодержащих сточных вод имеет изучение зависимости сорбционной способности штатов от píl исходного и равновесного'растворов.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-18-10П И А-15.

На рис.3 представлена зависимость логарифма Кр от рН раствора для исследуемых иони-гов.Как видно,пик сорбционных характеристик исследуемых ани-оиитов приходится на область рН-2-5,которая и соответствует рН реальных промывных еод.Снижение сорбционной способности в сильнокислотной области объясняется конкурентной сорбцией 304й"-ионов.концентрация которых на два порядка вьгае.чем концентрация хромат^ионов.(левая нисходящая часть кривой,рис.3).

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

%

43

3.3

а

-л-АМ-п

-О-/ИП9Ч0П — А 45

Рис.З Зависимость 1 g- Кр рН раствора для смол ■ЛМ-П. АН-10-10П, А-15.

ш

Т;.чим образом,левая 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 этом тангенс угла наклоне у А-15(1,83)несколько больше,чем у АМ-п(1,65).

Таким образом, • можно утверждать,что А-15 в диапазоне рН,соответствующим максимальным емкостным характеристикам,будет идеальным сорбентом монрформы токсагента.

При рассмотрении, сорбционной способности ионитов в области рН >5 следует отметить,что тангенс угла наклона у л-15 значи- ' телыю больше,чем у АМ:п й АН-18-10П,а по способности к регенерации исследуемые иоциты 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, сорбционных характеристик от концентрации хрома в растворе.

' В области концентраций 10~б-10-3 моль/л отмечена преимущественная сорбция' НСГО4" -иона и на один »;ояь функциональных групп будет сорбироваться 1 моль'хромат-ионов.

Такой тип сорбции наиболее предпочтителен для практических ионообменных технологий.

В области концентраций 10~3 -0,1 моль/л сосуцествуют две формы: НСг04~ и Cr-¿072- и будет' происходить нестехиомэтрическая сорбция.При концентрации свыае 0,1 моль/л форма Сг^О?2" становится доминирующей.

..Изучены изотермы сорбции Сг(У1)-иопов для различных солевых и гагслотних фонов.С увеличением концентрации конкурирующих анионов- кислоты сорбция значительно снижается,это же можно отметить и для солёвых фонов.

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

Анализ изотерм,полученных на одном фоне для различных смол, показывает значительно большую емкость для А-15, причем в области высоких концентраций достигается двукратное увеличение емкости.. Таким образом, копит А-15 по своим равновесным характеристикаи может быть рекомендован к применению в создании ионообменных технологий для очистки сточных вод от хрома.

Дннашка сорбции хрома(У1) на шгакарсновных ашгонитах. Для авиоиитов А-15 и ЛП-18-10П были изучены динамические характе-

ристик'и сорбции Сг(VI) при варьировании скорости патока раствора^). Указанные: исходные параметры варьировали, в пределах -0,12-0,48 л/мин.

На рис.4 представлены выходные динамические кривые сорбции при различных скоростях потока жидкости.

Риг.4 Выходные динамические кривые процесса сорбции хрома

(VI) на аниокитак А-15 и АН-18-10П. Экспериментальные точки нанесены на расчетные 'кривые.

Установлено,.что лимитирующей стадией динамического процесса на ашонитах ЛН-18-10П и А-15 является внутренняя ди-Музия.

Описание экспериментальных . динамических кривых приведено с использованием ур.\с.^:1:т.!.р»длсхеикстс; гл«-.:.-^' л ля процессов, протекающих ?;с ; путридибфуьиппюй ...тл. Урагненг -имеет вид:

' У1-и+т/с)Укол^/5//1,г. (Ш/Кц-ШпГ - ИК„ 1п(ЬТ)//51Г.(Ки-1)(Ю) гдеУ^ объем раствора,проведший через слой сорбента к моменту времени - емкость сорбента мМ/мл,^¡п -коэффициент внутреннего массопереноса.Г-С^уСо.где Сг,-концентрация целевого компонента на. выходе из колонны. К'ц-константа избирательности,с£ -доля .свободного объема колонки. . •

Уравнение(10) можно представить в виде у-А+ВХ1+СХ^(11),где XI - 1п Г ,.Х2 •■ 1м(1-Р)..

' Методом регрессионного анализа били рассчитаны величины А,В,С для уравнения (11) и определены" неизвестные параметры уравнения(Ю) для наядой экспериментальной кривой.

В. используемой программе в качестве критерия адекватности использовался минимум среднеквадратичной.абсолютной и относительной погрешностей для точек эксперимента. Минимизация данных критериев позволяет выбрать модель,описывающую процесс сорбции,а также произвёстй утонченный расчет констант Исследу-емого-уравнения с любой требуемой точностью.

Как показывают результаты (таблицы 5-6),средняя емкость для блока динамических кривых смолы марки А-15 составила 1,29 модь/л,а для АН-18-1011-1,08 моль/л,при этом для смол обеих марок происходит некоторое увеличение емкости с увеличением времени контакта. .

' . ° . * Таблица 5.

Параметры уравнения Елькина для смолы марки АН-18-1011 ( Укол.- 0,2д.,Сисх. -7,1-10~4 моль/л)

Параметр Скорость подачи раствора,л/мин

0,48 0,36 0,24 0,12

£ ш- 103,1/мин .9,24 3,69 3,61 2,59

Кобм. 1,65 4,63 4,28 7', 75

С0Е,моль/л 0,937 1,06 1,11 1,21

СПр. , моль/л 4.Б8 10"5 3,87 «Г7 3,51-10"7 1,52-10

Р 1321 1497 1569 1703

О^пчО см27сек 15,6 б,24 6,11 4,38

Ькон.сек 0,167 0,222 0,333 о; 667

Двя анионита А-15 коэффициент внутреннего массопереноса и коэффициент внутренней диффузии остается постоянным для всего диапазона скорости истечения жидкости,что говорит о практически идеальной соответствии процесса внутридиффузишному ли штпровзпга.

Таблица 6.

Параметры уравнения Елькина для смолы^марки А-15 ( Укол.-0,2л.,сисх..-?.3-10 моль/л)

Параметр Скорость подачи раствора,л/мин

0.48 О.гч 0,24 0,12

Р ir)'10 ,1/мин 4,17 4,17 4.01 4,21

К обм. 9,24 9,85 9.24 3,95

СОЕ,моль/л 1,18 1, 27 1,31 1,42"

СПр.,моль/л 2,25-10~10 1,48-10" J.5 5,89- Ю-22 0

р 1616 1744 1796 1941

Din 108 см2/сек 7,05 7,04 6,97 7,11

Ькон..сек 0,167 0,222 0,033 0,666

. Исследование процесса регенерация акионитов.

При разработке процесса сорбционной очистки сточных сод от токсических соединений наряду с изучением процесса сорбции важное значение имеет процесс регенерации анионитов.Изучение процесса элюирования Сч(У1) проводили в динамических условиях на аниони-тах АН-13 и А-15 с различной скоростью пропускания растворз.На рис.5 представлен общий вид регенерацнанных кривых смол А-15 и АН-18-10П.

В качестве элюирующего раствора был использован 15% раствор МаОН,который,как было определено в ходе эксперимента.является оптимальным злюирующим агентом.

Зарядка обеих смол производилась на реальной воде с одинаковой концентрацией Сч(У1),что позволяет сравнить и сорбци-оннне характеристики.

Для расчета процесса регенерации был иЬпольгован подход, предложенный Ю.А.Лейкиным.При этом были получены уравнения, которые связывают- концентрацию регенерирующего раствора с основными детерминирующимми параметрами внутридийузионной модели:

■ СреГщах~~ р>,г/У- т (т,0-ш)/т +1.тш.0; Ь - 1/К-1 где рш -коэффициент внутреннего массопереноса,1/мин

ш - максимальная емкость ионита

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

В Соответствии с предложенным уравнением,по специально разработанной программе, были рассчитаны кривые регенерации. Ре^ . зультатн расчетов представлены в таблицах 7-8. '

Рис.5 Общий вид регенерационных кривых для смол Л-15 и АН-18-10П.

В качестве параметра сравнения 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, Z десорбции хрома из сорбента.

- Анионит А-15 имеет значительно более высокую степень регенерации и меньшее время достижения степени регенерации 80Х .

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

Таким образом, расход реагента при использовании А-15 по сравнении с ЛН-18-10П будет снижен в 1,5-2 раза, и,если учесть его более высокую обменную емкость,то будет достигнут значи тельный зкономичесг-пи эффект.

Таблица 7.

Параметры,характеризующее процесс актирования хрома с ионита А-15 (Си-.)Ц - О,ста моль/л, \'кол. - 7-Ю"3 Л.)

ИЮ3 л/мин 0,08 0;8 4,0

т • 103 моль 2,862 2,862 2,862

Стах,моль/Л 0.453 0,238. . 0,202

Ьо. 8. МИН 113 17,5 4,4

Л СМ 140 176 '

У. десорб. 96.4 93,6 89,4

Козфф.конц. 244 216 • 204

Таблица 8.

Параметры,характеризующие процесс злгаирования хрома с ИОНИта АН- 18- 10П(Сма0Н "0,372 моль/л,Укол.-7- Ю"3Л)

Параметры 1 О К, О О

V/ Ю3 .л/мин 0,08 0,8 4,0

т 103 ,моль 2,203 ' 2,208 2,208

Стах ,моль/л 0,271 0,179 0,161

Ьо.8 »мин 244 121 -

Уо.о .л 1;95 9,63 -

7. десорб О" с иС, О 31.6 76,1

Коэфф.конц. 154 139 130

Выводы

1.Разработан ионообменный способ извлечения Сч(У1) из сточных вод при низких кснценгрзгшя;-: целевого компонента с использованием промышленных марок аниомитов.Проведено сравнительное изучение и выбор ионитов с различной структурой функциональных групп.

2.Изучено кислотно-основное рашювесие анионитов.Показа-: но,что все исследуемые иониты. являются полифункциональны-ми.Рассчитаны величины констант диссоциации ионогенных групп.адекватно описываюище процесс кислотно-основного равновесия.

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

4.Проведено сравнительное исследование закономерностей сорбции хрома анионйтами 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 АН-18 и А-15, получены уравнения,связывающие концентрацию регенерирующего раствора с основными детерминирующими параметрами внутридиффузионной модели.Показано,что анионит А-15 имеет значительно более высокую степень регенерации и .меньшее время достижения 80Х .

7.Разработан способ очистки от токсичеких соединений хрома гальваностоков с использованием полупромышленного анионита А-15.Проведены опытно-промышленные испытания.Ожидаемый предотвращенный ущерб составит.22 млн.руб. Пиданы данные на проектирование установи! по очистке гаш.;аностоков от соединений хрома с использованием анионита А-15.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1.Лейшш Ю.А. ,Мейчик Я.Р. .Авдюшкина Т.А.,Мазур С.И. .Полу эктовК.Н "Способ извлечения хрома (VI) из водных растворов", А.С.1028452.

2. Ыенчик Н.Р., Полуэктов-К.В. .Степанов С. И.,Лейиш М.А., Абрамова А.Г."Способ подготовки ионита для извлечения хроыа(У1) из 1Лст!:о[юв".Л.С. 1692643. ^