Электрокинетические характеристики электродеионизационной очистки и концентрирования технологических растворов гальванических производств, содержащих ионы кобальта, меди и кадмия

Данное исследование посвящено изучению электрохимических и электрокинетических характеристик электродеионизационного извлечения ионов кобальта, меди и кадмия из технологических растворов гальванических производств для повторного использования. С целью обоснования выбора объектов исследования выполнен литературный обзор материалов на тему возможности использования электромембранных методов для очистки и концентрирования стоков промышленных производств. В ходе работы проведены экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик процесса электродеионизации. Отмечено, что на кривых наблюдается минимальный линейный омический участок при напряжении от 1 до 3 В, на участке от 3 до 5 В – плато с небольшим уклоном вверх. При дальнейшем увеличении напряжения отмечается область сверхпредельного тока, обусловленная образованием на границах раздела мембрана – ионообменная смола ионов Н⁺ и ОН^-. Проанализированы кинетические зависимости концентраций задерживаемых веществ от времени в камерах концентрирования и обессоливания электродеионизационного аппарата при разных плотностях тока и расходах. При низкой плотности тока 5 А/м² отмечено три основных участка: первый – в диапазоне от 0 до 900 с,  обусловленный накоплением ионов на ионитах в камерах обессоливания и концентрирования; второй – в диапазоне от 900 до 2700 с, где наблюдается интенсивный перенос ионов; третий – в диапазоне от 2700 до 3600 с, в котором происходит электрохимическая регенерация ионитов в камерах очистки. По результатам разработана технологическая схема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

1. Li S., Dai M., Wu Y., Fu H., Hou X., Peng C., et al. Resource utilization of electroplating wastewater: obstacles and solutions // Environmental Science: Water Research & Technology. 2022. Vol. 8. P. 484–509. DOI: 10.1039/D1EW00712B.

2. Кругликов С С., Архипов Е.А., Жирухин Д.А., Смирнов К.Н., Ваграмян Т.А., Колесников В.А. [и др.]. Повышение эффективности электромембранных процессов на участке электрохимического кадмирования // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. N 3. С. 286–290. DOI: 10.31857/S0040357121030106. EDN: EGWNHO.

3. Яковлева М.Р., Никулина О.К., Колоскова О.В., Дымар О.В. Сравнительная оценка процессов электродиализа и электродеионизации // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023. Т. 16. N 4. С. 61–68. EDN: DFYPER.

4. Lazarev S.I., Khorokhorina I.V., Mikhailin M.I., Filimonova O.S. Extraction of heavy metals from washing waters of electroplating industries and calculation method of electrodeionization apparatus // Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59. P. 174–181. DOI: 10.1007/s10556-023-01224-2.

5. Koseoglu-Imer D.Y., Karagunduz A. Recent developments of electromembrane desalination processes // Environmental Technology Reviews. 2018. Vol. 7, no. 1. P. 199–219. DOI: 10.1080/21622515.2018.1483974.

6. Заболоцкий В.И., Утин С.В., Шельдешов Н.В., Лебедев К.А., Василенко П.А. Исследование процесса коррекции рН разбавленных растворов электролитов электродиализом с биполярными мембранами // Электрохимия. 2011. Т. 47. N 3. С. 343–348. EDN: NDPAMB.

7. Shestakov K.V., Lazarev S.I., Polyanskii K.K., Ignatov N.N. Recovery of iron, nickel, and copper in waste water from printed circuit board manufacture by electrodialysis method // Russian Journal of Applied Chemistry. 2021. Vol. 94. P. 555–559. DOI: 10.1134/S1070427221050013.

8. Zhao C., Zhang L., Ge R., Zhang A., Zhang C., Chen X. Treatment of low-level Cu(II) wastewater and regeneration through a novel capacitive deionization-electrodeionization (CDI-EDI) technology // Chemosphere. 2019. Vol. 217. P. 763–772. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.071.

9. Гуляева Е.С., Беренгертен М.Г. Перенос ионов через ионообменные мембраны в процессе электродиализного концентрирования // Вода: химия и экология. 2011. N 10. С. 77–81. EDN: OIMIJD.

10. Demir G., Mert A.N., Arar Ö. Utilization of electrodeionization for lithium removal // ACS Omega. 2023. Vol. 8, no. 20. P. 17583–17590. DOI: 10.1021/acsomega.2c08095.

11. Чеснокова А.Н., Жамсаранжапова Т.Д., Закарчевский С.А., Кулшреста В., Скорникова С.А., Макаров С.С. [и др.]. Влияние содержания цеолита на протонную проводимость и технические характеристики мембран на основе сшитого поливинилового спирта // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 2. С. 360–367. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-2-360-367. EDN: AMJLOB.

12. Седнева Т.А., Иваненко В.И., Беликов М.Л. Электромембранная утилизация технологических растворов с получением кондиционных кислот и щелочей // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9. N 2-1. С. 349–352. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.349-352. EDN: XYENHV.

13. Краснова Т.А. Опыт использования электродиализа для переработки сточных вод органических производств // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. N 3. С. 419–427. EDN: NMNKYS.

14. Дударев В.И., Минаева Л.А. Применение углеродных сорбентов для извлечения марганца из растворов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024. Т. 14. N 1. С. 35–40. DOI: 10.21285/achb.897. EDN: NNHBMP.

15. Быков В.И., Ильина С.И., Логинов В.Я., Равичев Л.В., Свитцов А.А. Электродиализ: история и перспективы развития // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24. N 7. С. 5–10. EDN: YWLUSF.

16. Михайлин М.И., Лазарев С.И., Хорохорина И.В., Полянский К.К. Исследование вольт-амперных характеристик процесса электродеионизации с использованием различного ионообменного наполнителя // Вестник Технологического университета. 2022. Т. 25. N 7. С. 60–63. DOI: 10.55421/1998-7072_2022_25_7_60. EDN: RHNJDI.

17. Гаврилова Т.Г., Кондратьев С.А. Развитие механизма активации сульфидной флотации ионами тяжелых металлов // Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения – 2020): материалы Междунар. конф. (г. Апатиты, 21–26 сентября 2020 г.). Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2020. С. 147–149.

18. Ren Y., Han Y., Lei X, Lu C., Liu J, Zhang G., et al. A magnetic ion exchange resin with high efficiency of removing Cr (VI) // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. Vol. 604. P. 125279. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.125279.

19. Заболоцкий В.И., Лебедев К.А., Уртенов М.Х., Никоненко В.В., Василенко П.А., Шапошник В.А. [и др.]. Математическая модель для описания вольт-амперных кривых и чисел переноса при интенсивных режимах электродиализа // Электрохимия. 2013. Т. 49. N 4. С. 416–427. DOI: 10.7868/S0424857013040142. EDN: PWNFKJ.

20. Елисеева Т.В., Харина А.Ю. Особенности вольт-амперных и транспортных характеристик анионообменных мембран при электродиализе растворов, содержащих алкилароматическую аминокислоту и минеральную соль // Электрохимия. 2015. Т. 51. N 1. С. 74–80. DOI: 10.7868/S0424857015010041. EDN: TCJCRZ.

21. Овсянникова Д.В., Бондарева Л.П., Селеменев В.Ф., Карпов С.И. Равновесная сорбция метионина на карбоксильных катионообменниках из растворов различной кислотности // Журнал физической химии. 2009. Т. 83. N 5. С. 961–966. EDN: KAVNWD.

22. Никоненко В.В., Письменская Н.Д., Володина Е.И. Зависимость скорости генерации Н⁺ и ОН^–-ионов на границе ионообменная мембрана / разбавленный раствор от плотности тока // Электрохимия. 2005. Т. 41. N 11. С. 1351–1357. EDN: HSIUHJ.

23. Ткаченко Д.О., Зажигаева К.В. Применение установок электродеионизации в практике водоподготовки на тепловых электрических станциях // Новая наука: от идеи к результату. 2016. N 4-1. С. 87–89. EDN: VVHEFL.

24. Федоренко В.И. Производство ультрачистой воды методом непрерывной электродеионизации // Химико-фармацевтический журнал. 2003. Т. 37. N 3. С. 49–52. EDN: SVZNWZ.