RU2091317C1

RU2091317C1 - Method of adsorbing ions from solutions

Info

Publication number: RU2091317C1
Application number: RU94028264A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Воропанова; Е.Ю. Гетоева
Original assignee: Северо-Кавказский государственный технологический университет
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1997-09-27
Also published as: RU94028264A

Abstract

FIELD: waste water treatment. SUBSTANCE: adsorption of ions from solutions is effected with simultaneously controlling pH. Deviation of pH from its optimal value depending on adsorption time is maintained according to following relationship: ΔpH=ΔpH_о·exp(-k·t^m) where ΔpH is target deviation; t adsorption time; ΔpH_о maximum deviation of pH from its optimal value at zero time; k and m coefficients determined from experimental data. EFFECT: speeded up adsorption process due to improved kinetic characteristics. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области извлечения веществ ионообменными материалами и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. The invention relates to the field of extraction of substances by ion-exchange materials and can be used in non-ferrous and ferrous metallurgy, as well as for the treatment of industrial and domestic wastes.

Известен способ извлечения веществ ионообменными материалами в колоннах (Вольдман Г. М. А. Н. Зеликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М. Металлургия, 1993, с. 271 275). При ионном обмене в колоннах раствор пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой. Зарядка адсорбента в определенную форму и заданием pH исходного раствора создают определенную величину pH в начальный момент контакта исходного раствора с адсорбентом. A known method for the extraction of substances by ion-exchange materials in columns (Voldman G. M. A. N. Zelikman A. N. Theory of hydrometallurgical processes. M. Metallurgy, 1993, S. 271 275). In ion exchange in columns, a solution is passed through a column filled with ion exchange resin. Charging the adsorbent in a specific form and setting the pH of the initial solution creates a certain pH at the initial moment of contact of the initial solution with the adsorbent.

Недостатком способа является отсутствие регулирования pH в процессе адсорбции, что увеличивает продолжительность процесса, ухудшает показатели адсорбции. The disadvantage of this method is the lack of regulation of pH in the adsorption process, which increases the duration of the process, worsens the adsorption.

Наиболее близким к изобретению является способ адсорбции ионов из пульп (Вольдман Г. М. Зеликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М. Металлургия, 1993, с. 275 276), включающий обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора. Closest to the invention is a method of adsorption of ions from pulps (Woldman G. M. Zelikman A. N. Theory of hydrometallurgical processes. M. Metallurgy, 1993, S. 275 276), including processing the adsorbent and solution, the contact of the adsorbent and solution.

Недостатком прототипа является то, что при контакте раствора с адсорбентом величину pH не регулируют, что ухудшает кинетические характеристики адсорбции, увеличивает расход адсорбента. The disadvantage of the prototype is that when the solution is in contact with the adsorbent, the pH is not regulated, which affects the kinetic characteristics of adsorption, increases the consumption of adsorbent.

Задача изобретения ускорение процесса адсорбции за счет регулирования величины pH в процессе адсорбции. The objective of the invention is the acceleration of the adsorption process by controlling the pH in the adsorption process.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кинетических характеристик процесса и величины сорбционной обменной емкости (СОЕ) адсорбента. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to improve the kinetic characteristics of the process and the size of the sorption exchange capacity (SOE) of the adsorbent.

Технический результат достигается тем, что в известном способе адсорбции ионов из растворов, включающем обработку адсорбента и раствора, контакт адсорбента и раствора, в процессе адсорбции отклонение величины pH адсорбции от оптимального значения в зависимости от времени адсорбции поддерживают согласно следующей зависимости:
ΔpH = ΔpH_о•exp(-kt^m), (1)
где ΔpH - отклонение pH от оптимального значения;
t время адсорбции;
ΔpH_о- максимальное отклонение величины pH от оптимального значения в начальный момент времени;
k и m константы, определяемые по экспериментальным данным.The technical result is achieved by the fact that in the known method of adsorption of ions from solutions, including processing the adsorbent and the solution, the contact of the adsorbent and the solution, in the adsorption process, the deviation of the pH of the adsorption from the optimal value depending on the adsorption time is supported according to the following dependence:
ΔpH = ΔpH _о • exp (-kt ^m ), (1)
where ΔpH is the deviation of pH from the optimal value;
t adsorption time;
ΔpH _about - the maximum deviation of the pH from the optimal value at the initial time;
k and m are constants determined from experimental data.

Величина pH среды является интегрирующим показателем сложного физико-химического процесса адсорбции, регулированием которого до оптимального значения улучшали качественные характеристики процесса. The pH value of the medium is an integrating indicator of the complex physicochemical adsorption process, which, to the optimum value, improved the process’s qualitative characteristics.

Непрерывную нейтрализацию раствора до оптимальных значений pH осуществляли небольшими порциями нейтрализатора, так как при добавлении значительных количеств последнего можно перейти в область pH, в которой адсорбция осуществляется медленно. Continuous neutralization of the solution to optimal pH values was carried out in small portions of the neutralizer, since with the addition of significant amounts of the latter, it is possible to go to the pH region, in which adsorption is carried out slowly.

На фиг. 1 и 2 даны показатели адсорбции хрома (VI) из водного раствора на адсорбентах АМ-2б (фиг. 1) и активированном костном угле (фиг. 2) в SO $\binom{2-}{4}$ -формах; на фиг. 3 и 4 показатели адсорбции вольфрама (VI) из водного раствора на адсорбенте АМ-2б в H₂O-форме (фиг. 3) и в SO $\binom{2-}{4}$ -форме (фиг. 4) при нейтрализации раствора до заданной величины pH_адс и поддержании ее постоянной во времени адсорбции в соответствии с уравнением (1), которое для процессов, представленных на фиг. 1 4, имело вид
ΔpH = ΔpH_о•exp(-0,01t^3,5), (2)
где t в минутах.In FIG. Figures 1 and 2 show the adsorption of chromium (VI) from an aqueous solution on adsorbents AM-2b (Fig. 1) and activated bone charcoal (Fig. 2) in SO $\binom{2-}{4}$ -shapes; in FIG. 3 and 4 indicators of adsorption of tungsten (VI) from an aqueous solution on an adsorbent AM-2b in the H ₂ O form (Fig. 3) and in SO $\binom{2-}{4}$ -form (Fig. 4) when neutralizing the solution to a given pH _ads and maintaining its constant adsorption time in accordance with equation (1), which for the processes shown in Figs. 1 4, had the form
ΔpH = ΔpH _о • exp (-0.01t ^3.5 ), (2)
where t in minutes.

Примеры конкретного выполнения способа. Адсорбцию осуществляли из 200 мл исходного раствора K₂Cr₂O₇ и Na₂WO₄ с концентрацией 100 мг/л в расчете на MeO₃ (Me Cr, W).Examples of specific performance of the method. Adsorption was carried out from 200 ml of the initial solution of K ₂ Cr ₂ O ₇ and Na ₂ WO ₄ with a concentration of 100 mg / L calculated on MeO ₃ (Me Cr, W).

Исходный раствор готовили растворением в воде солей K₂Cr₂O₇ и Na₂WO₄ марки х. ч. концентрацию металла определяли на фотокалориметре КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали pH-метром.The initial solution was prepared by dissolving in water salts of K ₂ Cr ₂ O ₇ and Na ₂ WO ₄ grade x. including the metal concentration was determined on a KFK-3 photo-calorimeter, the acid-base characteristics of the solution were controlled by a pH meter.

Показатели адсорбции представлены в виде C, в мг/л в расчете на MeO₃- концентрации металла (Me Cr, W) в данный момент времени от начала адсорбции, pH_адс постоянной величины pH раствора в процессе адсорбции, СОЕ, в мг/л сорбционной емкости ионита, в мг адсорбента на 1 г адсорбента.Adsorption values are presented in the form of C, in mg / l per MeO ₃ - metal concentration (Me Cr, W) at a given time from the start of adsorption, pH _{ads of a} constant solution pH during adsorption, СОЕ, in mg / l sorption ion exchange capacity, in mg of adsorbent per 1 g of adsorbent.

Концентрация адсорбента в растворе соответствовала величине pH раствора в данный момент времени адсорбции. The concentration of the adsorbent in the solution corresponded to the pH of the solution at a given time of adsorption.

Адсорбент (вес сухого ионита 2 г) заряжали противоионами насыщением из 0,1 н растворов H₂SO₄ или NaOH (SO $\binom{2-}{4}$ , OH^--формы) или выдерживали в дистиллированной воде (H₂O-форма).The adsorbent (dry ion exchanger weight 2 g) was charged with counterions by saturation from 0.1 N solutions of H ₂ SO ₄ or NaOH (SO $\binom{2-}{4}$ , OH ^- forms) or kept in distilled water (H ₂ O form).

Пример 1 (фиг. 1). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в SO $\binom{2-}{4}$ -форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (2), в котором I<ΔpH_о<5 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах 3 - 8.Example 1 (Fig. 1). The adsorbent AM-2b was processed by charging in SO $\binom{2-}{4}$ -form. A constant pH of _ads during the adsorption was maintained by neutralizing the solution with NaOH alkali in accordance with equation (2), in which I <ΔpH _o <5 with an optimal pH of _ads within 3 - 8.

Из графика (фиг. 1) следует, что адсорбция предлагаемым способом Cr(VI) завершалась за время менее часа, адсорбция осуществлялась в интервале 1≅pH≅11. From the graph (Fig. 1) it follows that the adsorption of the proposed method Cr (VI) was completed in less than an hour, adsorption was carried out in the range of 1≅pH≅11.

Пример 2 (фиг. 2). Активированный костный уголь обрабатывали зарядкой в SO $\binom{2-}{4}$ --форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (2), в котором I<ΔpH_о<2 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах значений 3 5.Example 2 (Fig. 2). Activated bone charcoal was treated by charging in SO $\binom{2-}{4}$ --form. A constant pH of _ads during the adsorption was maintained by neutralizing the solution with NaOH alkali in accordance with equation (2), in which I <ΔpH _о <2 with an optimal pH of _ads within the range of 3–5.

Из графика на фиг. 2 следует, что адсорбция предлагаемым способом Cr(VI) завершалась за время менее суток, адсорбция осуществлялась в интервале 2<pH<7. From the graph in FIG. 2 it follows that the adsorption of the proposed method Cr (VI) was completed in less than a day, adsorption was carried out in the range of 2 <pH <7.

Пример 3 (фиг. 3). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в H₂O-форму. Постоянную величину pH_адс. в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH или кислотой H₂SO₄ в соответствии с уравнением (2), в котором 0,1<ΔpH_о<0,5 при оптимальном значении pH_адс, находящемся в пределах значений 2 5.Example 3 (Fig. 3). The adsorbent AM-2b was processed by charging in the H ₂ O form. Constant pH _ads. during the adsorption process, they were maintained by neutralizing the solution with NaOH alkali or H ₂ SO ₄ acid in accordance with equation (2), in which 0.1 <ΔpH _о <0.5 at the optimum pH _ads , which is in the range of 2-5.

Из графика (фиг. 3) следует, что адсорбция предлагаемым способом W(VI) завершалась за время менее 5 ч, адсорбция осуществлялась в интервале 1<pH<6. From the graph (Fig. 3) it follows that the adsorption of the proposed method W (VI) was completed in less than 5 hours, adsorption was carried out in the range 1 <pH <6.

Пример 4 (фиг. 4). Адсорбент АМ-2б обрабатывали зарядкой в SO $\binom{2-}{4}$ -форму. Постоянную величину pH_адс в процессе адсорбции поддерживали нейтрализацией раствора щелочью NaOH в соответствии с уравнением (II), в котором 0,5<ΔpH_о<1,0 при оптимальном значении pH_адс, находящемся пределах 2 4.Example 4 (Fig. 4). The adsorbent AM-2b was processed by charging in SO $\binom{2-}{4}$ -form. A constant pH of _ads during the adsorption was maintained by neutralizing the solution with NaOH alkali in accordance with equation (II), in which 0.5 <ΔpH _о <1.0 with an optimum pH of _ads within 2-4.

Из графика фиг. 4 следует, что адсорбция предлагаемым способом W(VI) завершалась за время менее 5 ч, адсорбция осуществлялась в интервале 1<pH<6. From the graph of FIG. 4 it follows that the adsorption of the proposed method W (VI) was completed in less than 5 hours, the adsorption was carried out in the range 1 <pH <6.

В таблице представлены величины СОЕ исследованных адсорбентов для различных условий адсорбции хрома (VI) по предлагаемому способу и по прототипу при концентрации исходного раствора 100 мг/л по CrO₃.The table shows the SOE values of the studied adsorbents for various conditions of chromium (VI) adsorption according to the proposed method and according to the prototype at a concentration of the initial solution of 100 mg / l according to CrO ₃ .

Из данных таблицы следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом резко увеличивает скорость адсорбции и величину СОЕ. From the table it follows that the proposed method in comparison with the prototype sharply increases the adsorption rate and the value of SOE.

Аналогичные результаты получены для Mo(VI), W(VI) и ряда других элементов. Similar results were obtained for Mo (VI), W (VI), and a number of other elements.

Claims

The method of adsorption of ions from solution, including processing the adsorbent and the solution, the contact of the adsorbent and the solution, characterized in that in the adsorption process, the deviation of the pH of the adsorption from the optimal value depending on the time of adsorption is supported according to the following dependence:
ΔpH = ΔpH _o • exp (-k • t ^m ),
where ΔpH is the deviation of the pH from the optimal value;
t adsorption time;
ΔpH _o - the maximum deviation of the pH from the optimal value in the initial period of time;
k, m are constants determined from experimental data.