ИССЛЕДОВАНИЯ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  АНИОНООБМЕННЫХ  МЕМБРАН  ДЛЯ  УДАЛЕНИЯ  ШЕСТИВАЛЕНТНОГО  ХРОМА  ИЗ  СТОЧНЫХ  ВОД

Квятковская  Адель  Станиславовна

канд.  техн.  наук,  доцент,  Уфимский  Государственный  Авиационный  Технический  Университет,  РФ,  г.  Уфа

Сабурова  Юлия  Борисовна

канд.  техн.  наук,  доцент,  Уфимский  Государственный  Авиационный  Технический  Университет,  РФ,  г.  Уфа

Амирханова  Наиля  Анваровна

д-р  техн.  наук,  профессор,  Уфимский  Государственный  Авиационный  Технический  Университет,  РФ,  г.  Уфа

E-mail:  

RESEARCH  OF  ANION  EXCHANGE  MEMBRANE  EFFECTIVENESS  FOR  HEXAVALENT  CHROMIUM  EXTRACTION  FROM  WASTE  WATER

Adel  Kvyatkovskaya

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  professor,  Ufa  State  Aviation  Technical  University,  Russia,  Ufa

Julia  Saburova

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  professor,  Ufa  State  Aviation  Technical  University,  Russia,  Ufa

Nailya  Amirkhanova

doctor  of  Technical  Sciences,  Professor,  Ufa  State  Aviation  Technical  University,  Russia,  Ufa

АННОТАЦИЯ

В  данной  статье  предложен  метод  удаления  ионов  Cr₂O₇^2-  и  CrO₄^2-  из  растворов  хромирования  и  хроматирования  с  помощью  анионообменного  волокна.  Проведен  анализ  растворов  после  промывки  деталей  из  ванн  хромирования  и  хроматирования. 

ABSTRACT

In  the  article  the  method  of  ions  extraction  Cr₂O₇^2-  и  CrO₄^2-  from  solutions  of  chromium  plating  and  chromating  using  anion-exchange  fiber  is  offered.  The  analysis  of  the  solutions  after  cleaning  parts  of  the  chromium  plating  bath  and  chromating  is  carried  out. 

Ключевые  слова:   сточная  вода;  ионы  хрома;  волокнистые  материалы;  полиакрилонитрильное  волокно  нитрон. 

Keywords:   waste  water;  chrome  ions;  fiber  materials;  polyacrylic  fiber  of  nitrones. 

Изучалась  анионообменная  емкость  хроматов  из  растворов,  содержащих  разные  концентрации  хроматов  (0,5  г/л,  1  г/л,  2  г/л,  2,5  г/л),  для  создания  кислой  рН,  необходимого  для  эффективной  анионообменной  емкости  в  растворы  добавлялась  серная  кислота.  Для  того  чтобы  определить  эффективность  анионообменного  материала  образцы  ткани  помещались  в  модельные  растворы  разной  концентрации,  объем  раствора  составлял  200  мл.  Образцам  анионообменных  мембран  присваивались  следующие  номера  1,2,3.

Под  номером  1  была  выбрана  анионактивная  мембрана,  которая  была  изготовлена  в  лаборатории  кафедры  химии  УГАТУ  по  патенту  №  2368711  в  январе  2013  года.  Под  номером  2  выбран  образец  анионактивной  мембраны  предоставленный  опытным  предприятием  [5].  Образец  №  3  анионактивной  мембраны  предоставлен  одним  из  авторов  патента  2013  года  [1].

Заготавливались  образцы  мембраны  с  одинаковой  площадью  49  см².  В  12  химических  стаканов  объемом  250  мл,  которые  были  пронумерованы,  наливали  модельный  раствор  хромата  разной  концентрации,  в  данные  стаканы  помещались  все  три  виды  исследуемых  образцов.  Исследовалась  анионообменная  емкость  трех  мембран  в  течении  разного  промежутка  времени  от  1  до  25  суток.  Для  определения  эффективности  анионактивной  мембраны  после  выдерживания  образцов  мембран  в  растворах  той  или  иной  концентрации  хроматов,  проводилась  регенерация  мембраны  [2—4].  Анионактивные  мембраны  помещались  в  раствор  0,1  н  щелочи,  далее  промывались  проточной  и  дистиллированной  водой  и  в  конце  для  восстановления  анионной  активности  образцов,  ткань  помещали  в  0,1  н  раствор  соляной  кислоты  в  течение  суток.  Данные  представлены  в  таблице  1  и  2.

Таблица  1.

Концентрация  Cr ⁶⁺после  регенерации  в  щелочи

Таблица  2. 

Выявлено,  что  при  регенерации  анионообменного  волокна  выход  составляет  примерно  33  %. 

Для  приближения  экспериментальных  исследований  к  производственным  изучалась  анионная  активность  мембраны  изготовленной  на  кафедре  химии  УГАТУ  в  электролите  взятом  в  гальванотермическом  цехе  №  4  УМПО,  где  концентрация  хромата  составляла  55мг/л.

В  данном  электролите  изучалось  влияние  площади  ткани  на  анионообменную  емкость,  площадь  варьировалась  от  42,25  см²  до  84,5  см². 

Результаты  исследований  по  анионной  активности  мембран  в  зависимости  от  времени  анионного  обмена  и  площади  анионной  мембраны  представлено  в  виде  гистограмм  1  и  2.

Гистограмма  1.  Степень  очистки  (%)  электролита  анионообменной  мембраной  разной  площади  2S —84,5  см²,  I—42,25  см²,  в  зависимости  от  времени  выдержки

Гистограмма  2.  Остаточная  концентрация  хрома  в  электролите  после  анионного  обмена  мембраной  разной  площади  2S —84,5  см²,  I—42,25  см²,  в  зависимости  от  времени  выдержки

Анализ  гистограмм  показывает,  что  наиболее  эффективно  использование  удвоенной  площади  мембраны.  После  1  суток  при  удвоенной  площади  мембраны  концентрация  хромата  уменьшается  почти  в  14  раз,  а  после  четырех  суток  в  110  раз.  При  меньшей  площади  мембраны  через  сутки  количество  хрома  уменьшается  в  11  раз,  а  после  четырех  суток  в  36  раз.  Через  13  суток  мембраны  с  удвоенной  площадью  уменьшает  количество  хромата  в  36  раз,  а  при  меньшей  площади  количество  хромата  уменьшилось  в  12  раз.  По  истечении  22  суток,  выявлено  следующие,  что  мембрана  с  удвоенной  площадью  сокращает  хроматы  в  27,5  раз,  а  при  меньшей  площади  мембраны  количество  хромата  уменьшилось  в  12  раз.  Выявлено,  что  анионная  активность  мембраны  изменяется  не  в  прямолинейной  зависимости,  а  периодически,  что  очевидно  обусловлено  термодинамическим  равновесием  в  зависимости  от  состояния  мембраны.  Однозначно  можно  сделать  следующие  вывод,  что  анионная  активность  зависит  от  площади  мембраны.  Рекомендуется  использовать  площадь  мембран  85,5  см²  на  200  мл  раствора.

  Изучалось  влияние  на  анионную  активность  мембран  взвешенных  частиц.  С  опытного  предприятия  брались  пробы  электролитов  из  двух  ванн,  где  концентрация  хрома  составляла  55  мг/л,  но  раствор  из  1  ванны  был  без  осадка,  а  раствор  из  2  ванны  с  осадком.  Данные  по  исследованиям  представлены  на  гистограммах  3  и  4.

Гистограмма  3.  Концентрация  остаточного  содержания  шестивалентного  хрома  в  электролитах  с  осадком  и  без,  в  зависимости  от  времени  выдержки:  I  —  чистый  электролит,  II  —  электролит  с  осадком

Гистограмма  4.  Степень  очистки  шестивалентного  хрома  в  электролитах  с  осадком  и  без,  в  зависимости  от  времени  выдержки:  I   —  чистый  электролит,  II  —  электролит  с  осадком

Установлено,  что  анионная  активность  мембран  зависит  от  наличия  взвешенных  частиц.  В  загрязненном  электролите  при  наличии  шлама  анионная  активность  мембраны  снижается,  что  обусловлено  адсорбцией  частиц  шлама  на  мембране,  которые  затрудняют  процесс  анионообменных  свойств  мембраны.

Выводы:

1.  В  целом  длительные  испытания  показали,  что  образец  мембраны  изготовленный  на  кафедре  химии  по  патенту  обладает  большой  анионной  емкостью,  которая  не  снижается  в  течении  25  суток.

2.  Установлено,  что  для  эффективного  удаления  хроматов  площадь  мембраны  должна  быть  для  200  литров  электролита  должна  составлять  42250  см².

3.  При  проведении  данных  исследований  можно  судить  об  эффективной  работе  анионообменных  мембран  в  течении  25  суток.  Выявлено,  что  действие  мембраны  наиболее  эффективно  по  истечении  4  суток  при  удвоенной  площади,  а  после  22  суток  степень  очистки  достигает  лишь  18  %.  Таким  образом  после  четырех  суток  необходимо  регенерировать  мембрану  для  сохранения  анионной  активности. 

4.  Регенерация  мембраны  не  трудоемка,  так  как  заключается  в  обработке  мембраны  0,1  н  раствором  щелочи.  Вторая  операция  промывка  мембраны,  третья  выдержка  мембраны  в  течении  суток  в  растворе  0,1н  соляной  кислоты.

Список  литературы:

1.Гафурова  Д.А.,  Мусаев  У.Н.,  Хакимжанов  Б.Ш.,  Мухамадиев  М.Г.  Синтез  ионообменных  волокнистых  материалов  на  основе  нитрона  и  их  применение//  Вестник  ТашГУ.  Ташкент,  —  1999.  —  №  2.  —  С.  27—29.

2.Зеркаленкова  М.В.,  Новые  подходы  и  решения  проблемы  очистки  сточных  вод  от  хрома  (VI)  //  Вестник  Брянского  государственного  университета.  —  2010.  —  №  4.  —  С.  140—144.

3.Зубарева  Г.И.,  Филипьева  М.Н.,  Дегтев  М.И.,  Способы  очистки  сточных  вод  от  соединений  хрома  (VI)  //  Экология  и  промышленность  России.  —  2005.  —  №  2.  —  С.  30—33.

4.Каратаев  О.Р.,  Кудрявцева  Е.С.,  Мингазетдинов  И.Х.,  Очистка  сточных  вод  от  ионов  шестивалентного  хрома  //  Вестник  казанского  технологического  университета.  —  2014.  —  Т.  17.  —  №  2.  —  С.  52—55.

5.Кулинский  Д.А.,  Емец  Л.В.,  Котецкий  В.В.,  Вольф  Л.А.,  Модифицирование  полиакрилонитрила  и  волокон  на  его  основе  гидроксиламином  //  Химические  волокна.  —  1976.  —  №  6.  —  С.  21—22.