всероссийский научно-практический журнал
  • ISSN 2072-8158
  • -
  • Урал-Пресс: 012688

Очистка хромсодержащих концентрированных растворов от ионов хрома с использованием щавелевой кислоты

Опубликовано в журнале «Вода: химия и экология» № 7 за 2015 год, стр. 74-82.
Рубрика: Химия воды и водных растворов

 

Кузяков Н.Ю. магистрант, ФГБОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Комарова Г.В. кандидат химических наук, доцент кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства, ФГБОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Вешняков В.А. кандидат химических наук, доцент кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства, ФГБОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
Хабаров Ю.Г. доктор химических наук, профессор кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства, ФГБОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Аннотация:
Целью исследований было оценить возможность применения щавелевой кислоты для восстановления хрома(VI) с последующим депонированием хрома(III) в виде нерастворимых соединений из концентрированных растворов. Щавелевая кислота – сильная кислота, комплексообразователь и восстановитель, а окислительные свойства хрома(VI) зависят от рН. В экспериментах использовали 0,21 М растворы соединений хрома(VI). Восстановление проводили при 100ºС щавелевой кислотой, которая не только участвует в реакции, как восстановитель, но и поддерживает необходимую кислую среду. Установлено, что этот процесс завершается за 4 мин. Восстановление контролировали фотометрически при 590 нм, так как в этой области поглощают только продукты реакции. Оптимальный расход щавелевой кислоты определен в экспериментах, результаты которых показали, что для достижения полного восстановления необходимо добавлять избыток (5,6 молей на моль хрома) щавелевой кислоты. Щавелевая кислота связывает катионы хрома(III) в комплексные соединения, что обеспечивает высокую степень удаления ионов хрома из раствора. Влияние температуры оценено в кинетических опытах, проведенных в изотермических условиях при 25…100ºС. Установлено, что начальная скорость реакции линейно зависит от обратной термодинамической температуры. При осаждении использованы CaCl2 и MgCl2, а в качестве щелочного реагента – Na2CO3, что приводит к образованию труднорастворимых осадков и удалению из раствора ионов хрома(III). Произведение растворимости для Cr(OH)3 очень мало (6,3∙10-31), однако при использовании NaOH осадок не выделился, т.к. оксалатные комплексы хрома(III) растворимы в щелочной среде. Высокая степень удаления ионов хрома (97,3…99,9%) достигнута во всех экспериментах. При проведении восстановления при 20оС в течение 40 минут, степень удаления ионов хрома достигает 96,9%. Сочетание восстановления и последующего соосаждения соединениями кальция или магния позволяет практически полностью удалять ионы хрома из концентрированных растворов.

Ключевые слова: восстановление, ионы хрома, осаждение

Ссылка для цитирования:
Кузяков Н.Ю. , Комарова Г.В. , Вешняков В.А. , Хабаров Ю.Г. Очистка хромсодержащих концентрированных растворов от ионов хрома с использованием щавелевой кислоты // Вода: химия и экология. — 2015. — № 7. — c. 74-82. — http://watchemec.ru/article/27454/

Литература:
1. Антропов Б. Защита радиаторов от накипи и коррозии / Б. Антропов, Ю. Алешин, К. Работнов // Автомобильный транспорт. 1977. № 7. С. 26-27.
2. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / Под ред. Зигеля X., Зигеля А. М.: Мир, 1993. 368 с.
3. Хром. Гигиенические критерии состояния окружающей среды; 61. Женева: ВОЗ, 1990. 168 с.
4. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. В трех томах. Т. III. Неорганические и элементоорганические соединения / Под ред. Н.В. Лазарева, И.Д. Гадаскиной/ Л.: Химия, 1977. 608 с.
5. Peng C. Elimination of Cr(VI) from Electroplating Wastewater by Electrodialysis Following Chemical Precipitation / C. Peng, H. Meng, S. Song, S. Lu, A. Lopez-Valdivieso // Sep. Sci. Technol. 2004. V. 39. N. 7. Р. 1501-1517.
6. Parga J.R. Characterization of electrocoagulation for removal of chromium and arsenic / J.R. Parga, D.L. Cocke, V. Valverde, J.A.G. Comes, M. Kesmez, H. Moreno, M. Weir, D. Mencer // Chem. Eng. Technol. 2005. V. 28. N 5. P. 605-612.
7. Dermentzis K. Removal of nickel, copper, zinc and chromium from synthetic and industrial wastewater by electrocoagulation / K. Dermentzis, A. Christoforidis, E. Valsamidou // Int. J. Environ. Sci. 2010. V. 1. N 5. Р. 697-710.
8. Pare S. Trivalent Chromium removal from Aqueous solution using Raw Natural Mixed Clay from Burkina Faso / S. Pare, I. Persson, B. Guel, D. Lundberg // Int. Res. J. Environ. Sci. 2013. V. 2 (2). P. 30-37.
9. Ghorbel-Abid I. Sorption of chromium (III) from aqueous solution using bentonitic clay / I. Ghorbel-Abid, A. Jrad, K. Nahdi, M. Trabelsi-Ayadi // Desalination. 2009. V. 246. P. 595-604.
10. Сомин В.А. Использование сорбента на основе бентонитовых глин и древесных опилок для очистки воды от соединений тяжелых металлов / В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. 2009. № 3. С. 356-360.
11. Musić S. Sorption of chromium (VI) and chromium (III) on aluminium hydroxide // J. Radioanal. Nucl. Ch. 1986. V. 100. N 1. P. 186-196.
12. Acharya J. Removal of chromium (VI) from wastewater by activated carbon developed from Tamarind wood activated with zinc chloride / J. Acharya, J.N. Sahu, B.K. Sahoo // Chem. Eng. J. 2009. V. 150. P. 25-39.
13. Mohana D. Activated carbons and low cost adsorbents for remediation of tri- and hexavalent chromium from water / D. Mohana, C.U. Pittman Jr. // J. Hazard. Mater. 2006. V. B 137. P. 762-811.
14. Hossein E. Removal of chromium from waste water using polyaniline // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 104. P. 1964-1967.
15. Кабиева А.А. Разработка экстракционно-сорбционного метода регенерации токсичных хромсодержащих сточных вод / А.А. Кабиева, А.М. Сарсенов, А.Ж. Жакыпова, Б.Г. Алматова, Ш.Н. Туремуратов, Ж.А. Айбасова // Химический журнал Казахстана. 2013. № 2. С. 204-211.
16. Зубарева Г.И. Очистка хромсодержащих сточных вод от соединений хрома(VI) с применением флотации / Г.И. Зубарева, М.Н. Черникова // Экология и промышленность России. 2010. № 10. С.14-15.
17. Hafiarle A. Removal of hexavalent chromium by nanofiltration / A. Hafiarle, D. Lemordant, M. Dhahbi // Desalination. 2000. V. 130. P.305-312.
18. Смирнова Г.Ф. Восстановление хроматов Pseudomonas SP. шт. 10 в присутствии некоторых тяжелых металлов и альтернативных акцепторов электронов / Г.Ф. Смирнова, В.С. Подгорный // Мiкробiол. журн. 2013. Т. 75, № 4. С. 8-12.
19. Cohen R.R. Microbial Sulfate Reduction and Biogeochemistry of Arsenic and Chromium Oxyanions in Anaerobic Bioreactors / R.R. Cohen, T. Ozawa // Water Air. Soil. Pollut. 2013. V. 224. P. 1732-1746.
20. Smith W.L. Reduction and precipitation of chromate by mixed culture sulphate-reducing bacterial biofilms / W.L. Smith, G.M. Gadd // J. Appl. Microbiol. 2000. V. 88. P. 983-991.
21. Tobin J.M. Mucor biosorbent for chromium removal from tanning effluent / J.M. Tobin, J.C. Roux // Water Res. 1998. V. 32. N. 5. P. 1407-1416.
22. Денисов А.А. Очистка сточных вод от тяжелых металлов с помощью внеклеточных биополимеров / А.А. Денисов, Л.И. Жуйкова // Экология и промышленность России. 2007. № 8. С.42-44.
23. Poonkuzhalia K. Reduction of hexavalent chromium using Aerva lanata L.: Elucidation of reduction mechanism and identification of active principles / K. Poonkuzhalia, V. Rajeswarib, T. Saravanakumarc // J. Hazard. Mater. 2014. V. 272. P. 89-95.
24. Смирнов Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. Изд. 2-е. / Д.Н. Смирнов, В.Е. Генкин. M.: Металлургия, 1989. 224 с.
25. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / С.С. Виноградов. М.: Глобус, 2002. 352 с.
26. Liu T. Chromium(VI) Reduction Kinetics by Zero-Valent Iron in Moderately Hard Water with Humic Acid: Iron Dissolution and Humic Acid Adsorption / T. Liu, D.C.W. Tsang, I.M.C. Lo // Environ. Sci. Technol. 2008. V. 42. P. 2092-2098.
27. Gheju M. Hexavalent chromium reduction with scrap iron in continuous-flow system. Part 2: Effect of scrap iron shape and size / M. Gheju, I. Balcu // J. Hazard. Mater.. 2010. V. 182. P. 484-493.
28. Пат. 2056367 РФ / Халемский А.М., Паюсов С.А. Способ очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов и устройство для его осуществления. Заявлено 21.08.1992. Опубликовано 20.03.1996.
29. Пат. 2023674 РФ / Ляпкин А.А., Чуракова Н.С., Караваева Е.С. Способ очистки сточных вод от соединений хрома. Заявлено 15.07.1991. Опубликовано 30.11.1994.
30. Пат. 2025467 РФ / Горшков В.А., Фролова С.И., Бухаринова О.Л. Способ очистки хромсодержащих сточных вод. Заявлено 06.07.1992. Опубликовано 30.12.1994.
31. А.с. 882951 СССР. Способ очистки сточных вод от соединений хрома / Галахов В.С., Агасян Э.П., Козарова В.А. и др. // Заявлено 18.02.1980. Опубликовано 23.11.1981. Бюл. № 43.
32. Geng B. Kinetics of hexavalent chromium removal from water by chitosan-Fe0 nanoparticles / B. Geng, Z. Jin, T. Li, X. Qi // Chemosphere. 2009. V. 75. P. 825-830.
33. А.c. 2160717 СССР. Способ удаления шестивалентного хрома из растворов / Кундо Н.Н., Иванченко В.А., Куксанов Н.К., Петров С.Е., Слюдкин О.П., Корчагин А.И., Лаврухин А.В., Фадеев С.Н., Вагнер В.А., Болдырева Н.Н. // Заявлено 27.05.1996. Опубликовано 20.12.2000.
34. А.c. 1148836 СССР. Способ очистки сточных вод от хрома(VI) / Дикусар А.И., Молин А.Н., Солтановская Л.В., Хануков Л.А., Холодожкина Т.М., Коржевский Э.Г. // Заявлено 24.12.1982. Опубликовано 07.04.1985. Бюл. № 13.
35. А.с. 1520020 СССР. Способ очистки хромсодержащих сточных вод / Шарифов Р.Р., Ибадуллаев Ф.Ю., Мамедьярова Л.А., Ахмедова Т.А.-Б. // Заявлено 29.10.1987. Опубликовано 07.11.1989. Бюл. № 41.
36. А.с. 1623974 СССР. Способ очистки водных растворов от примесей соединений хрома (VI) / Галла В.Ю., Бузаш В.М., Деметер Е.С., Шахайда М.Ю. // Заявлено 17.11.1987. Опубликовано 30.01.1991.
37. А.с. 1819863 СССР. Способ переработки сточных вод гальванического производства, содержащих тяжелые металлы / Руденок В.А., Груздев В.Ф. // Заявлено 29.10.1987. Опубликовано 07.06.1993. Бюл. № 21.
38. А.с. 2109691 СССР. Способ очистки концентрированных отработанных водных растворов от соединений хрома(VI) / Гелес И.С. // Заявлено 22.01.1997. Опубликовано 27.04.1998.
39. Пат. 2395463 РФ / Афонин Е.Г. Способ нейтрализации отработанных растворов, содержащих хром(+6). Заявлено 13.08.2008. Опубликовано 27.07.2010. Бюл. № 28.
40. Зорькина О.В. Метод перевода шестивалентного хрома в трехвалентную форму органическим восстановителем / О.В. Зорькина, О.Е. Безбородова // Извести ПГПУ. 2011. № 25. С. 690-696.
41. Eary L.E. Chromate Removal from Aqueous Wastes by Reduction with Ferrous Ion / L.E. Eary, D. Ral // Environ. Sci. Technol. 1988. V.22. P.972-977.
42. Татыкаев Б.Б. Изучение восстановления хрома (VI) полисульфидом кальция спектрофотометрическим методом / Б.Б. Татыкаев, Г.В. Абрамова // Вестник КазНУ. Серия химическая. 2013. Т. 69. № 1. С.64-69.
43. Гошу Й.В., Царев Ю.В., Костров В.В. Исследование процесса восстановления хрома (VI) при очистке модельной сточной воды / Й.В. Гошу, Ю.В. Царев, В.В. Костров // Тез. докл. Научно-практич. конф. «Экологические проблемы Ивановской области», Иваново: ИГТА, 2005. С. 31-32.
44. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Изд. 5-е. М.: Химия, 1979. 480 с.
45. Лаврухина А.К. Аналитическая химия хрома / А.К. Лаврухина, Л.В. Юкина. М.: Наука, 1979. 219 с.
46. Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии / И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некряч. Киев: Наукова думка, 1974. 992 с.
47. Ciavatta L. Stability constants of chromium(III) oxalate complexes in 1 m NaClO4 at 60 °C / L. Ciavatta, M. Iuliano, A. Vitiello // Annali di chimica. 2000. V. 90/ N 3-4. P. 169-180.