RU2740685C1 - Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов - Google Patents

Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов Download PDF

Info

Publication number
RU2740685C1
RU2740685C1 RU2020126996A RU2020126996A RU2740685C1 RU 2740685 C1 RU2740685 C1 RU 2740685C1 RU 2020126996 A RU2020126996 A RU 2020126996A RU 2020126996 A RU2020126996 A RU 2020126996A RU 2740685 C1 RU2740685 C1 RU 2740685C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
sorbent
sorption
solution
aqueous solutions
Prior art date
Application number
RU2020126996A
Other languages
English (en)
Inventor
Надежда Викторовна Печищева
Светлана Хусаиновна Эстемирова
Анна Дмитриевна Коробицына
Полина Владимировна Зайцева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority to RU2020126996A priority Critical patent/RU2740685C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2740685C1 publication Critical patent/RU2740685C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/22Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
    • C22B3/24Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition by adsorption on solid substances, e.g. by extraction with solid resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00Obtaining refractory metals
    • C22B34/30Obtaining chromium, molybdenum or tungsten
    • C22B34/32Obtaining chromium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов, в частности применения неорганических материалов для извлечения из водных растворов токсичных соединений хрома (VI). Сорбционное извлечение хрома (VI) из водных растворов включает обработку раствора неорганическим сорбентом на основе диоксида титана при воздействии ультрафиолетового излучения с последующим отделением сорбента. При этом обработке подвергают раствор при рН 5,0 в среде ацетатного буфера. В качестве сорбента используют механоактивированный диоксид титана с размером частиц не более 20 нм модификации рутил при соотношении сорбент:раствор 1:30÷60 в течение 1,5-3,0 ч. Отделение сорбента проводят коагуляцией с помощью дигидрофосфата калия (КН2РО4) при нагревании до 50°С и выдержке при этой температуре в течение 30 мин. Способ обеспечивает высокую степень сорбции хрома в форме ионов хрома (VI). 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов, в частности применения неорганических материалов для извлечения из водных растворов токсичных соединений хрома (VI).
Хром и его соединения широко используются в различных отраслях промышленности, например, в качестве легирующего компонента стали, для гальванических покрытий, для производства красок, кожи, катализаторов, текстиля, для деревообработки и т.д. Сточные воды, образующиеся в результате такой деятельности, являются основным источником хрома (VI) в поверхностных водах. Хром (VI) является потенциальным канцерогеном с довольно низкой предельно допустимой концентрацией (ПДК) в воде, 0,05 мг/л. Сорбция является распространенным методом удаления хрома (VI) из водных растворов, так как относится к простым, малозатратным и хорошо управляемым процессам.
Известен способ извлечения хрома (VI) из водных растворов, включающий сорбцию хрома (VI) на анионите марки АМП. Сорбцию хрома (VI) из водного раствора с концентрацией 2,56 г/л по Cr (VI) проводили на гелевом анионите марки АМП с предварительной кислой, щелочной или водной обработкой, сорбцию осуществляли при рН 0-2,0. Соотношение фаз при сорбции Т:Ж=1:100 (RU, патент №2288290, МПК С22В 34/32, С22В 3/24, опубл. 27.11.2006).
Основными недостатками способа являются необходимость в предварительной обработке сорбента (анионита и катионита) перед процедурой сорбции и продолжительность этого процесса (сутки), необходимость проведения коррекции заданного значения рН раствора.
Известен также способ фотокаталитического извлечения хрома (VI) из водных растворов, включающий сорбцию хрома (VI) с помощью диоксида титана (анатаз: рутил=80: 20, размер кристаллитов: 20-30 нм) под действием УФ-излучения (Koohestani Η. Photocatalytic removal of cyanide and Cr(IV) from waste water in the presence of each other by using TiO2/UV // Micro Nano Letters. 2019. V. 14. P. 45-50). Сорбцию хрома (VI) проводили в присутствии цианид-ионов при концентрации по Cr (VI) 30-50 мг/л при рН 2,0-5,0 в течение 3-3,5 ч.
Основным недостатком данного способа является недостаточная эффективность удаления хрома (VI) (81%).
Наиболее близким к заявленному способу является способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов (Nasiri E.F., Kebria D.Y., Qaderi F. An Experimental Study on the Simultaneous Phenol and Chromium Removal From Water Using Titanium Dioxide Photocatalyst // Civil Engineering Journal. 2018. V. 4. №3. P. 585-593). В качестве сорбента использовали фотокатализатор - наночастицы диоксида титана, смесь рутила и анатаза (20 и 80%, соответственно). Размер наночастиц составлял 20 нм. Сорбцию проводили в статических условиях из растворов с концентрацией хрома (VI) 50 мг/л в присутствии фенола (1:1) при рН 7,0 с добавлением фотокатализатора под УФ-излучением в течение 3 ч - прототип.
Недостатками данного способа являются присутствие в процессе сорбции токсичного вещества - фенола - и недостаточная степень сорбции (не более 70%).
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение степени сорбции хрома в форме ионов хрома (VI) из водных растворов неорганическим сорбентом под воздействием ультрафиолетового излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов, включающем обработку раствора неорганическим сорбентом на основе диоксида титана при воздействии ультрафиолетового излучения, с последующим отделением сорбента, согласно изобретению обработке подвергают раствор при рН 5,0 в среде ацетатного буфера, в качестве сорбента используют механоактивированный диоксид титана модификации рутил с размером кристаллитов не более 20 нм при соотношении соответственно сорбент: раствор 1:30÷60 в течение 1,5-3,0 часов, а отделение проводят путем коагуляции с помощью дигидрофосфата калия (KH2PO4) при нагревании до 50°С и выдерживают в течение 30 минут.
Использование механоактивированного рутила с размером кристаллитов не более 20 нм (установленным на основании размера областей когерентного рассеяния по данным рентгеновской дифракции) в качестве сорбента при определенном соотношении сорбент: раствор, с облучением ультрафиолетовым светом и в среде ацетатного буферного раствора (смесь 1 Μ NaOH и 1М СН3СООН) позволяет извлекать хром из водных растворов со степенью сорбции 98% за 3 ч.
Рисунок 1. Зависимость степени сорбции бихромат-ионов в разных средах от рН: 1 - среда ацетатного буфера, 2 - соляная кислота и гидроксид натрия, 3 -среда универсального буфера.
Рисунок 2. Зависимость степени сорбции бихромат-ионов от времени облучения УФ светом и массы навески сорбента.
Способ осуществляют следующим образом.
Сорбцию хрома (VI) из водных растворов проводят в статическом режиме при УФ-облучении с постоянным перемешиванием при температуре 40°С.Соотношение твердой и жидкой фаз составляет 100-500 мг сорбента к 15 мл раствора хрома (VI) концентрацией 50 мг/л. После сорбции фазы разделяют путем коагуляции с помощью дигидрофосфата калия (KH2PO4) с последующим фильтрованием.
Пример 1. Степень сорбции хромат-ионов в разных средах в зависимости от кислотности среды. Показатель рН в диапазоне от 2 до 6 раствора с концентрацией хрома (VI) 50 мг/л устанавливают в трех средах: ацетатный буфер (смесь 1 Μ NaOH и 1 Μ СН3СООН), универсальная буферная смесь (смесь Н3РО4, СН3СООН, Н3ВО3 0,04 Μ в отношении каждой из кислот и 0,2 н NaOH), растворы 1 Μ ΗΝO3 и 1 Μ NaOH. В 15 мл приготовленного раствора помещают навеску сорбента 250 мг. Для протекания сорбции полученную суспензию 3 часа облучают УФ светом при перемешивании.
Методом спектрофотометрии определяют остаточное содержание хрома (VI) в растворах после выше указанной процедуры сорбции, предварительно отделив твердую фазу от жидкой путем коагуляции (добавление 300 мг коагулянта KH2PO4, выдерживание в течение 30 мин при температуре 50°С, фильтрование с помощью бумажного фильтра «зеленая лента»).
Механоактивированный рутил с размером кристаллитов не более 20 нм после обработки ультразвуком создает в водных растворах устойчивую суспензию, частицы которой не оседают в течение нескольких часов/суток, поэтому необходимо коагулировать частицы TiO2 и при помощи фильтра «зеленая» лента отделять сорбент с хромом, сорбированным на нем. Метод коагуляции позволяет сократить время отделения сорбента от раствора и уменьшить риски потери сорбируемого вещества. Использование дигидрофосфата калия (KH2PO4) позволяет провести объединение мелких диспергированных частиц в большие по размеру агломераты (коагуляцию) благодаря нейтрализации положительно заряженной поверхности диоксида титана при рН 5 (ниже рН точки нулевого заряда) отрицательно заряженными ионами Н2РО4 -.
Степень сорбции (R) хрома (VI) рассчитывают как отношение разницы между исходным и остаточным содержанием хрома (VI) в растворе к исходному содержанию, в %.
Результаты представлены на рисунке 1, который демонстрирует, что максимальная степень сорбции (98%) хрома (VI) достигается в среде ацетатного буфера при рН 5,0.
Пример 2. Влияние механоактивации и источника излучения на сорбционную способность сорбента. Сорбция хрома (VI) из его водного раствора с концентрацией 50 мг/л с рН=5,0 (установлено с помощью ацетатного буферного раствора) с добавлением 250 мг рутила с или без механоактивации проводилась в зависимости от условий и времени облучения.
После механоактивации диоксид титана модификации рутил представлял собой частицы с размером кристаллитов до 20 нм, удельная площадь поверхности которого увеличилась от 0,8 до 9,0 м /г.Использование сорбента с более крупными кристаллитами не позволяет существенно увеличить его сорбционную активность по сравнению с традиционными сорбентами на основе диоксида титана.
Механоактивация позволила не только увеличить удельную площадь поверхности материала, но также модифицировать ее, благодаря образованию структурных дефектов, пор, метастабильных кристаллических и аморфных фаз, тем самым улучшив сорбционную способность и реакционную активность сорбента.
Результаты, представленные в таблице 1, демонстрируют, что механоактивация сорбента и ультрафиолетовое облучение являются обязательными условиями для эффективного удаления хрома (VI) из водных растворов.
Figure 00000001
Пример 3. Степень сорбции хрома (VI) в зависимости от времени и массы навески сорбента. В 15 мл раствора концентрацией хрома (VI) 50 мг/л с рН 5,0 (используют раствор ацетатного буфера) добавляют навеску механоактивированного сорбента (100-500 мг) с размером частиц до 20 нм Полученную суспензию подвергают воздействию УФ излучения в течение 10, 20, 30, 60, 90, 120, 180, 240 мин. По полученным данным строят кинетическую кривую сорбции.
Результаты представлены на рисунке 2, который демонстрирует, что при массовом соотношении сорбент: раствор 1:30 максимальная (более 98%) степень сорбции достигается через 1,5 ч, при 1:60 - через 3 ч, при 1:150 -более чем за 4 ч.
Основным преимуществом предлагаемого способа перед другими является высокая степень сорбции хрома (VI).

Claims (1)

  1. Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов, включающий обработку раствора неорганическим сорбентом на основе диоксида титана при воздействии ультрафиолетового излучения с последующим отделением сорбента, отличающийся тем, что обработке подвергают раствор при рН 5,0 в среде ацетатного буфера, в качестве сорбента используют механоактивированный диоксид титана с размером частиц не более 20 нм модификации рутил при соотношении сорбент:раствор 1:30÷60 в течение 1,5-3,0 ч, при этом отделение сорбента проводят путем коагуляции с помощью дигидрофосфата калия (КН2РО4) при нагревании до 50°С и выдержке при этой температуре в течение 30 мин.
RU2020126996A 2020-08-11 2020-08-11 Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов RU2740685C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126996A RU2740685C1 (ru) 2020-08-11 2020-08-11 Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126996A RU2740685C1 (ru) 2020-08-11 2020-08-11 Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740685C1 true RU2740685C1 (ru) 2021-01-19

Family

ID=74184137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126996A RU2740685C1 (ru) 2020-08-11 2020-08-11 Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740685C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775549C1 (ru) * 2021-04-28 2022-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов на механоактивированном графите

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1225617A1 (ru) * 1984-11-06 1986-04-23 Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева Способ извлечени хрома (у1) из слабокислых водных растворов
EA014285B1 (ru) * 2007-01-09 2010-10-29 Бадулин, Николай Александрович Сорбент для очистки воды от ионов тяжелых металлов
CN104787952A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 湖南永清环保研究院有限责任公司 一种从含六价铬废水中回收铬的工艺
RU2596744C1 (ru) * 2015-07-03 2016-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(vi)
CN107473310A (zh) * 2017-07-17 2017-12-15 北京矿冶研究总院 一种光还原耦合膜萃取脱除和回收铬的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1225617A1 (ru) * 1984-11-06 1986-04-23 Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева Способ извлечени хрома (у1) из слабокислых водных растворов
EA014285B1 (ru) * 2007-01-09 2010-10-29 Бадулин, Николай Александрович Сорбент для очистки воды от ионов тяжелых металлов
CN104787952A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 湖南永清环保研究院有限责任公司 一种从含六价铬废水中回收铬的工艺
RU2596744C1 (ru) * 2015-07-03 2016-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(vi)
CN107473310A (zh) * 2017-07-17 2017-12-15 北京矿冶研究总院 一种光还原耦合膜萃取脱除和回收铬的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NASIRI E.F. et al. An Experimental Study on the Simultaneous Phenol and Chromium Removal From Water Using Titanium Dioxide Photocatalyst. Civil Engineering Journal, 2018, V.4, N3, p. 585-593. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775549C1 (ru) * 2021-04-28 2022-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов на механоактивированном графите

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Farrokhi et al. Application of ZnO–Fe 3 O 4 nanocomposite on the removal of azo dye from aqueous solutions: kinetics and equilibrium studies
Licsko Realistic coagulation mechanisms in the use of aluminium and iron (III) salts
Chen et al. Removal of humic acids from water by hybrid titanium-based electrocoagulation with ultrafiltration membrane processes
Wang et al. Photocatalysis-coagulation to control ultrafiltration membrane fouling caused by natural organic matter
dos Santos et al. Magnetic coagulant based on Moringa oleifera seeds extract and super paramagnetic nanoparticles: optimization of operational conditions and reuse evaluation
Wang et al. Effect of aggregate characteristics under different coagulation mechanisms on microfiltration membrane fouling
Zhao et al. Removal of natural organic matter by titanium tetrachloride: The effect of total hardness and ionic strength
Mahdavi et al. Removal of different NOM fractions from spent filter backwash water by polyaluminum ferric chloride and ferric chloride
Harfouchi et al. Response surface methodology for the elimination of humic substances from water by coagulation using powdered Saddled sea bream scale as coagulant-aid
Chen et al. Application of potassium ferrate combined with poly-aluminum chloride for mitigating ultrafiltration (UF) membrane fouling in secondary effluent: Comparison of oxidant dosing strategies
RU2740685C1 (ru) Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов
Liu et al. Surface chemical groups of flocs are key factors for the growth of flocs in sweep coagulation: a case study of surface occupation by humic acid
Yu et al. Combining magnetic ion exchange media and microsand before coagulation as pretreatment for submerged ultrafiltration: Biopolymers and small molecular weight organic matter
Chu et al. Properties of CuO nanoparticles–humic acid (CuONP–HA) flocs and subsequent effect on membrane fouling: Influence of aluminum species and solution pH
US9133047B2 (en) Decontamination system with insoluble additives
JP2000033387A (ja) 水中砒素の除去方法
Tsarenko et al. Removal of humic substances from aqueous solutions with a photocatalytic membrane reactor
RU2598935C1 (ru) Способ очистки питьевой воды от соединений мышьяка
RU2323267C2 (ru) Способ извлечения металлов
Su et al. Filtering whitewater with an ultrafiltration membrane: Effects of the interaction between dissolved organics and metal ions on membrane fouling
Zeinu et al. Adsorption of Chromium From Tannery Wastewater by Surface Response Method.
Jung et al. Performance of photocatalytic microfiltration with hollow fiber membrane
RU2775549C1 (ru) Способ сорбционного извлечения хрома (VI) из водных растворов на механоактивированном графите
Zaccheus et al. Adsorption and Optimization Studies of Congo Red from Solution Using Montmorillonite-Silica Nanocomposite
Mutlu et al. Removal of natural organic matter from drinking water by hybrid coagulation/adsorption-membrane filtration