Обушенко Т. І., Толстопалова Н. М., Науменко А. С. Флотоекстракція іонів міді з водних розчинів // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". — 2018. — №8.
Хімія
УДК 662.765:542.61:546.571
Обушенко Тетяна Іванівна
старший викладач кафедри технології неорганічних речовин,
водоочищення та загальної хімічної технології
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Обушенко Татьяна Ивановна
старший преподаватель
кафедры технологии неорганических веществ,
водоочистки и общей химической технологии
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Obushenko Tetіana
Senior Lecturer of Department of Inorganic Compounds Technology,
Water Purification and General Chemical Technology
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Толстопалова Наталія Михайлівна
кандидат технічних наук, доцент,
завідувач кафедри технології неорганічних речовин,
водоочищення та загальної хімічної технології
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Толстопалова Наталия Михайловна
кандидат технических наук, доцент,
заведующая кафедрой технологии неорганических веществ,
водоочистки и общей химической технологии
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Tolstopalova Nataliya
Candidate of Technical Science, Associate Professor of
Department of Inorganic Compounds Technology,
Water Purification and General Chemical Technology
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Науменко Анна Сергіївна
магістр
Національного технічного університету України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Науменко Анна Сергеевна
магистр
Национального технического университета Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского
Naumenko Anna
Master of the
National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
ФЛОТОЕКСТРАКЦІЯ ІОНІВ МІДІ З ВОДНИХ РОЗЧИНІВ
ФЛОТОЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕДИ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
SOLVENT SUBLATION OF COPPER IONS FROM WATER SOLUTIONS
Анотація. В роботі досліджено видалення іонів міді методом флотоекстракції. Згідно з отриманими результатам, найбільшу ступінь видалення (96,4%) отримано при рН 5,5, молярному співвідношенні Метал:ПАР = 1:1,5 та тривалості процесу 30 хв.
Ключові слова: флотоекстракція, поверхнево-активна речовина, мідь.
Аннотация. В работе исследовано удаление ионов меди методом флотоэкстракции. Согласно полученным результатам, самая высокая степень извлечения (96,4%) получена при рН 5,5, молярном соотношении Металл:ПАР = 1:1,5 и продолжительности процесса 30 мин.
Ключевые слова: флотоэкстракция, поверхносно-активное вещество, медь.
Summary. Presented work was research removal of copper ions. According to acquired data the highest copper removal ratio (96,4%) was obtained with pH of 5,5, molar ratio metal:dye = 1:1,5 and time of solvent sublation process 30 min.
Keywords: solvent sublation, surfactant, copper.
Завданням світового масштабу є охорона навколишнього середовища від забруднення токсичними промисловими відходами. Важкі метали (Ме) належать до числа найнебезпечніших у біологічному відношенні забруднювачів біосфери. Потрапляючи разом зі стічними водами у водойми, вони порушують хід природних процесів і знижують якість природних вод. Стічні води, які забруднені важкими металами, утворюються на підприємствах легкої, хімічної та гірничодобувної промисловості, чорної та кольорової металургії, гальванічних виробництвах тощо. Для здійснення очищення води зазвичай використовують такі методи: реагентний, сорбційний, іонообмінний, електрохімічний, біохімічний, мембранний метод. Недосконалість наявних технологій очищення стічних вод зумовлює необхідність пошуку таких методів, які дозволяють очищати стічні води до норм ГДК та регенерувати коштовні компоненти. Технологія флотоекстракції полягає у вилученні речовин їх адсорбцією на поверхні спливаючих бульбашок з подальшим концентруванням на поверхні розділу фаз чи у рідині, що не змішується з водною фазою та знаходиться на її поверхні. Однією з важливих характерних рис цього методу є можливість багатократного концентрування іонів металів у невеликих об’ємах органічного розчинника [1-3].
Метою роботи є вивчення процесу флотоекстракції іонів міді з модельних водних розчинів, вибір збирача та екстрагенту, визначення закономірностей вилучення металів в залежності від молярного співвідношення Ме:ПАР та рН вихідного розчину.
Основними джерелами міді в стічній воді є гальванічні цехи, наявні майже на всіх машинобудівних і приладобудівних підприємствах, а також стоки гірничозбагачувальної та шахтні води гірничодобувної мідної промисловості. Сполуки міді володіють яскраво вираженою токсичною дією на живі організми, тому їх ГДК для скидання у водойми рибогосподарського призначення становить 0,01 мг/дм3, а вміст міді в питній воді не більше 1 мг/дм3. Концентрація міді в техногенних СВ мідно-колчеданних родовищ за даними відділів охорони природи підприємств досягає 1 г/дм3, концентрація міді в техногенних стоках гальванічних виробництв коливається в межах від 10 до 50 мг/дм3.
Процес флотоекстракції проводили в скляній колонці, виконаній у вигляді циліндра (dвн.= 34 мм, Н= 375мм). В колону подавали повітря за допомогою компресора. Концентрація міді в модельних розчинах становила 100 мг/дм3. Витрату повітря контролювали ротаметром. Процес флотоекстракції відбувався до встановлення постійної залишкової концентрації міді, яку визначали за стандартними методиками [4].
На ефективність протікання процесу флотоекстракції впливає низка факторів: збирач, екстрагент, молярне співвідношення Ме:ПАР, рН, вихідна концентрація металу, розмір бульбашок газу, об’єм органічної фази, тривалість процесу [5-7].
Експериментально були обрані наступні поверхнево-активні речовини: лаурат натрію (C11H23COONa) та каприлат натрію (C7H15COONa) (солі вищих карбонових насичених кислот).
Було здійснено підбір органічного екстрагенту і виявлено, що найвищий ступінь вилучення досягається при використанні в якості органічної фази ізоамілового спирту.
Як видно з наведених на рис. 1 даних, ступінь вилучення міді найбільший при молярному співвідношенні Сu2+:ПАР = 1: 1,5.
Рис. 1. Залежність ступеня вилучення міді від молярного співвідношення метал:ПАР
При додаванні більшої кількості збирача ступінь вилучення металу спадає через появу надлишкової кількості аніонів ПАР. Згідно з даними, в діапазоні молярних співвідношень Cu2+:ПАР від 1:0,5 до 1:1, ступінь вилучення міді не досягає максимуму, і, наприклад, в системі Cu2+ – C7H15COONa зростає відповідно від 38,38 % до 58,03 %. Це можна пояснити нестачею ПАР для повного зв’язування міді в сублат. Максимальна кількість утворення сублату та насичення молекулами ПАР межі розділу фаз водний розчин – органічна фаза, а також максимальний ступінь вилучення міді спостерігається в системі Cu2+ – C11H23СООNa при співвідношенні 1:1,5 (XCu2+ = 95,13 %). Подальше зростання кількості ПАР в розчині (Cu2+ : ПАР = 1:2 і т.д.) призводить до того, що у водній фазі з’являється надлишкова кількість аніонів ПАР та ступінь вилучення металу спадає.
На ефективність перебігу процесу флотоекстракції впливає показник рН (рис. 2). Початковий показник рН стандартного розчину міді (Сu2+) з концентрацією міді 100 мг/дм3 рівний 5. Після додавання до цього розчину каприлату натрію в співвідношенні Сu2+ : С7H15COONa = 1:1,5 показник рН досягає значення 5,2 та візуально можна спостерігати утворення чималої кількості сублату яскраво-блакитного кольору.
Рис. 2. Залежність ступеня вилучення іонів міді від рН розчину
Корегування показника рН відбувалося за допомогою 0,1М розчинів HNO3 та 0,2М NaOH. Так зміна рН розчину в будь-яку сторону зашкоджує повноцінному утворенню сублату, відповідно змінюється ступінь вилучення міді. В кислому середовищі ступінь вилучення вкрай низький. Більшість простих негідролізованих катіонів легко гідратуються. Тому при низьких значеннях рН (рН 2 ÷ 3), коли гідроліз мінімальний, гідратована форма іону є більш стійкою, ніж продукт взаємодії зі збирачем. При збільшенні показника рН, в результаті гідролізу починає змінюватися характер взаємодії катіонів міді. Максимальний ступінь вилучення міді (II) при pH 5,5.
Тривалість процесу флотоекстракції варіювалась від 10 до 35 хвилин з використанням збирача лаурату натрію. Максимальний перехід сублата в органічну фазу спостерігався при тривалості флотоекстракції 30 хв.
Отже, досліджено закономірності вилучення іонів Cu2+ (концентрація 100 мг/дм3) з водних розчинів методом флотоекстракції. В результаті експериментів (в постійних умовах: об’єм органічної фази (ізоаміловий спирт) – 10 см3, робочий об’єм колонки – 200 см3, тривалість проведення процесу – 30 хвилин) було встановлено наступні закономірності: слід проводити процес при молярному співвідношенні метал: ПАР =1:1,5 та рН 5,5. Ступінь вилучення іонів міді за цих умов складає ХCu2+ = 93,9 – 96,4 %.
Література
