Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)

Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)

Исследовано влияние катионогенного ПАВ на очистку загрязненных вод от Сr(VI) методами ультра- и нанофильтрации. Определено влияние на эти процессы рН среды, рабочего давления и концентрации ПАВ. Наиболее эффективные показатели очистки вод от Сr(VI) получены при рН 5 и концентрации ПАВ, близкой к его...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Химия и технология воды
Datum:2013
Hauptverfasser: Юрлова, Л.Ю., Криворучко, А.П., Доленко, С.А., Романюкина, И.Ю.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2013
Schlagworte:
Физическая химия процессов обработки воды
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130747
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI) / Л.Ю. Юрлова, А.П. Криворучко, С.А. Доленко, И.Ю. Романюкина // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 18-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130747
record_format dspace
spelling Юрлова, Л.Ю.
Криворучко, А.П.
Доленко, С.А.
Романюкина, И.Ю.
2018-02-20T18:13:32Z
2018-02-20T18:13:32Z
2013
Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI) / Л.Ю. Юрлова, А.П. Криворучко, С.А. Доленко, И.Ю. Романюкина // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 18-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
0204-3556
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130747
628.33:541.18.045
Исследовано влияние катионогенного ПАВ на очистку загрязненных вод от Сr(VI) методами ультра- и нанофильтрации. Определено влияние на эти процессы рН среды, рабочего давления и концентрации ПАВ. Наиболее эффективные показатели очистки вод от Сr(VI) получены при рН 5 и концентрации ПАВ, близкой к его критической концентрации мицеллообразования.
Досліджено вплив катіоногенної ПАР на очистку забруднених вод від Cr(VI) методами ультра- та нанофільтрації. Визначений вплив на ці процеси рН середовища, робочого тиску та концентрації ПАР. Найкращі показники очистки вод від Cr(VI) отримані при рН 5 і концентрації ПАР, близькій до її критичної концентрації міцелоутворення.
The influence of cationic surfactant in the treatment of polluted water from the Cr(VI) by the ultra- and nanofiltration methods was investigated. Effect of pH, operating pressure and the concentration of the surfactant on these processes were determined. The best data of contaminated water purification from Cr(VI) were obtained at pH 5 and the concentration of surfactant close to its critical micelle concentration.
ru
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
Химия и технология воды
Физическая химия процессов обработки воды
Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
Application of cationic surfactants in the baromembrane process of water purification contaminated by Cr (VI) salts
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
spellingShingle Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
Юрлова, Л.Ю.
Криворучко, А.П.
Доленко, С.А.
Романюкина, И.Ю.
Физическая химия процессов обработки воды
title_short Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
title_full Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
title_fullStr Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
title_full_unstemmed Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI)
title_sort применение катионогенных пав в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями cr(vi)
author Юрлова, Л.Ю.
Криворучко, А.П.
Доленко, С.А.
Романюкина, И.Ю.
author_facet Юрлова, Л.Ю.
Криворучко, А.П.
Доленко, С.А.
Романюкина, И.Ю.
topic Физическая химия процессов обработки воды
topic_facet Физическая химия процессов обработки воды
publishDate 2013
language Russian
container_title Химия и технология воды
publisher Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
format Article
title_alt Application of cationic surfactants in the baromembrane process of water purification contaminated by Cr (VI) salts
description Исследовано влияние катионогенного ПАВ на очистку загрязненных вод от Сr(VI) методами ультра- и нанофильтрации. Определено влияние на эти процессы рН среды, рабочего давления и концентрации ПАВ. Наиболее эффективные показатели очистки вод от Сr(VI) получены при рН 5 и концентрации ПАВ, близкой к его критической концентрации мицеллообразования. Досліджено вплив катіоногенної ПАР на очистку забруднених вод від Cr(VI) методами ультра- та нанофільтрації. Визначений вплив на ці процеси рН середовища, робочого тиску та концентрації ПАР. Найкращі показники очистки вод від Cr(VI) отримані при рН 5 і концентрації ПАР, близькій до її критичної концентрації міцелоутворення. The influence of cationic surfactant in the treatment of polluted water from the Cr(VI) by the ultra- and nanofiltration methods was investigated. Effect of pH, operating pressure and the concentration of the surfactant on these processes were determined. The best data of contaminated water purification from Cr(VI) were obtained at pH 5 and the concentration of surfactant close to its critical micelle concentration.
issn 0204-3556
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130747
citation_txt Применение катионогенных ПАВ в баромембранных процессах очистки вод, загрязненных солями Cr(VI) / Л.Ю. Юрлова, А.П. Криворучко, С.А. Доленко, И.Ю. Романюкина // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 1. — С. 18-28. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT ûrlovalû primeneniekationogennyhpavvbaromembrannyhprocessahočistkivodzagrâznennyhsolâmicrvi
AT krivoručkoap primeneniekationogennyhpavvbaromembrannyhprocessahočistkivodzagrâznennyhsolâmicrvi
AT dolenkosa primeneniekationogennyhpavvbaromembrannyhprocessahočistkivodzagrâznennyhsolâmicrvi
AT romanûkinaiû primeneniekationogennyhpavvbaromembrannyhprocessahočistkivodzagrâznennyhsolâmicrvi
AT ûrlovalû applicationofcationicsurfactantsinthebaromembraneprocessofwaterpurificationcontaminatedbycrvisalts
AT krivoručkoap applicationofcationicsurfactantsinthebaromembraneprocessofwaterpurificationcontaminatedbycrvisalts
AT dolenkosa applicationofcationicsurfactantsinthebaromembraneprocessofwaterpurificationcontaminatedbycrvisalts
AT romanûkinaiû applicationofcationicsurfactantsinthebaromembraneprocessofwaterpurificationcontaminatedbycrvisalts
first_indexed 2025-11-24T16:25:58Z
last_indexed 2025-11-24T16:25:58Z
_version_ 1850482579976749056
fulltext 18                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 Л.Ю. ЮРЛОВА, А.П. КРИВОРУЧКО, С.А. ДОЛЕНКО, И.Ю. РОМАНЮКИНА, 2013 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ УДК 628.33:541.18.045 Л.Ю. Юрлова, А.П. Криворучко, С.А. Доленко, И.Ю. Романюкина ПРИМЕНЕНИЕ КАТИОНОГЕННЫХ ПАВ В БАРОМЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ВОД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ СОЛЯМИ Сr(VI) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев Исследовано влияние катионогенного ПАВ на очистку загрязненных вод от Сr(VI) методами ультра- и нанофильтрации. Определено влияние на эти про- цессы рН среды, рабочего давления и концентрации ПАВ. Наиболее эффек- тивные показатели очистки вод от Сr(VI) получены при рН 5 и концентрации ПАВ, близкой к его критической концентрации мицеллообразования. Ключевые слова: критическая концентрация мицеллообразования, мицел- лы, нанофильтрация, ПАВ, ультрафильтрация, хромат-анионы. Введение. Хром встречается в природе в основном в качестве хро- мовой руды. Он широко распространен в почвах и растениях, но редко наблюдается в природных водах. Однако широкое использование соеди- нений хрома в машиностроении (гальванические покрытия), металлур- гии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры), при изготовлении кож, красок и других приводит к  попаданию этих соединений вместе со сточ- ными водами в водоемы, создавая серьезную угрозу экосистеме. Важ- ность экологической стороны данной проблемы усиливается тем, что со- единения  Cr  (III)  и,  особенно,  Cr(VI)  относятся  к  третьему  классу опасности и оказывают на организм человека общетоксическое, аллер- генное и канцерогенное мутагенное действия [1]. В связи с этим соеди- нения хрома в Украине и за рубежом нормируются законодательно. Так, ПДК  хрома  в воде  водоемов хозяйственно-бытового  водопользования составляют 0,5 мг/дм3 для Cr(III) и 0,05 мг/дм3 для Cr(VI),  рыбохозяй- ственного – соответственно 0,005 и 0,001 мг/дм3. В настоящее время для удаления трех- и шестивалентного хрома в основном применяют химические, биологические и физико-химические методы, такие, как реагентная обработка, нейтрализация, сорбция, коа- гулирование и ионообменный метод [2, 3]. При этом традиционные спо- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1                                         19 собы очистки загрязненных вод от хрома создают дополнительные про- блемы, связанные с высокой стоимостью применяемых химикатов, их способностью вторично загрязнять окружающую среду и образованием больших количеств отходов, требующих утилизации [4, 5]. Извлечение хрома из сточных вод и его повторное использование в производстве может дать значительный экономический эффект. Кроме того, при повторном применении очищенных вод существенно сокраща- ются затраты на водопотребление и водоотведение. В этой связи основ- ной задачей в решении проблемы очистки загрязненных вод от соедине- ний хрома является создание и разработка новых, а также модернизация уже известных методов очистки, направленных на создание полностью замкнутых бессточных или малоотходных систем водопотребления на промышленных предприятиях. Такая возможность появилась с развити- ем мембранных (баромембранных) методов, которые позволяют создать экономически высокоэффективные и малоотходные технологии очистки загрязненных вод для их повторного использования на технологические нужды [6, 7]. Сочетанием этих методов с комплексообразованием, ми- целлообразованием, осадкообразованием, сорбцией, ионным обменом и другими процессами можно успешно и экономично очищать загрязнен- ные воды от загрязняющих веществ  в ионной форм е [8 – 12]. Следует отметить, что применение ПАВ при ультра- и нанофильтра- ции зачастую приводит к достаточно эффективным результатам. Такие про- цессы называют мицеллярно-усиленной ультрафильтрацией (МУУФ) и ми- целлярно-усиленной нанофильтрацией (МУНФ). Они были предложены в основном для извлечения ограниченно растворимых в воде органичес- ких веществ [13]. Однако в работах [14, 15] отмечается возможность ис- пользования МУУФ и МУНФ для удаления неорганических ионов из заг- рязненных вод,  в  частности для извлечения  драгоценных  металлов  из водных растворов [16]. Анализ литературных  данных   за последние годы [17, 18] показывает    ограниченность использования указанных методов для удаления хромат-анионов. Это обусловлено, скорее всего, проблема- ми подбора ПАВ, обработки концентрата для возврата в систему ПАВ и извлечения удаляемого элемента [12]. Цель  данной  работы –  исследование  возможности  использования МУУФ и МУНФ для очистки загрязненных вод от Сr(VI). Методика эксперимента. Опыты проводили в  тупиковом режиме на стандартной ячейке УФМ объемом 1 дм3 при рабочем давлении 200 – 500 кПа и интенсивном перемешивании раствора над мембраной с помо- щью магнитной мешалки  (~ 300 об/мин). Для ультрафильтрационного процесса использовали рабочее давление 200 кПа, которое было нами определено ранее как оптимальное [19]. 20                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 Рабочие хромсодержащие растворы готовили из соли К 2 СгО 4  квали- фикации "х.ч." растворением соответствующей навески в дистиллиро- ванной воде при концентрации Сr(VI) в них 10 мг/дм3. Объем исследуе- мых растворов  составлял 0,5  дм3.  В  течение  экспериментов  отбирали пробы пермеата объемом 40 см3. Степень отбора – 0,6. Необходимые зна- чения рН создавали введением растворов НCl, NaOH и измеряли с помо- щью иономера И-160. Исследования проводили в диапазоне рН 3 – 11. Для улучшения извлечения Cr(VI) из водных растворов применяли катионогенное ПАВ (КПАВ) – цетилтриметиламмоний бромид (ЦТАБ, фирма "Fluka-Aldrich", США). Концентрация ЦТАБ составляла 0,05 – 0,67 г/дм3 (1,37·10-4 – 18,38·10-4 М). Критическая концентрация мицеллообра- зования (ККМ) для ЦТАБ – 0,335 г/дм3 (9,19·10-4 М) [20]. Хромсодержащие  модельные  растворы  очищали  с  добавлением КПАВ и в его отсутствие. Содержание Сr(VI) и ЦТАБ в пробах опреде- ляли фотометрическим и сорбционно-спектрофотометрическим метода- ми  [21, 22]  с  использованием  соответственно  приборов  Unicо 1201  и Specol-11. В процессах МУУФ или МУНФ используют относительно мелкопо- ристые мембраны, поскольку радиус мицелл ПАВ составляет несколько нанометров.  В  связи  с  этим  были  применены  полимерные  мембраны УПМ-20 (ультрафильтрационная) и ОПМН-П (нанофильтрационная). Обе мембраны – производства фирмы "Владипор", Россия. Характеристики мембран представлены в табл. 1. Рабочая площадь мембраны – 95 см2. Таблица 1. Характеристики использованных мембран Мембрана  Материал  Размер  пор,  нм  Макси- мальное,  давление,  МПа  Рабочий  диапазон  рН  Производительность  по дистилляту,  дм3/(м2·ч)  ОПМН-П  Полиамид  < 10  1,6  2 –11  25 (при давлении  0,5 МПа)  УПМ-20  Поли- сульфонамид  ~ 20  0,6  2 –12  60 (при давлении  0,1 МПа)    Исходя из полученных экспериментальных данных, были рассчита- ны основные характеристики баромембранных процессов: – коэффициент  задерживания удаляемого компонента R  (в данном случае Cr(VI) или ЦТАБ [23]) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1                                         21                         0 1 C C R f , где С f  и C 0  – концентрации Cr(VI) или ЦТАБ соответственно в пермеате и исходном растворе; –  трансмембранный поток (J v ) [24]                            tS V J v   , где V – объем раствора, прошедшего через мембрану площадью S за еди- ницу времени t; – cтепень отбора пермеата φ ) [24]                             0 φ fV V  , где V f  и V 0  – объемы отбираемого пермеата и исходного раствора. Результаты и их обсуждение. В ходе работы установлено оптималь- ное рабочее давление (400 кПа) для нанофильтрационного процесса очи- стки хромсодержащих растворов (табл. 2). Как видно из указанной таб- лицы,  показатели  коэффициента  задерживания  и  трансмембранного потока при исследованных значениях рН, полученные при давлении 400 и 500 кПа, отличаются незначительно. Кроме этого, следует отметить, что чем ниже давление, тем экономически целесообразней применение того или иного баромембранного процесса. Поэтому дальнейшие НФ- исследования проводили при давлении 400 кПа. Таблица 2. Выбор рабочего давления при очистке воды от Cr(VI) методом нанофильтрации с помощью мембраны ОПМН-П при разных значениях рН рН 3  рН 5  Давление,  кПа  R  Jv, мкм/с  R  Jv, мкм/с  200  0,45  1,3  0,43  1,5  400  0,51  2,8  0,49  3,0  500  0,50  3,2  0,50  3,2    Исследован процесс  удаления Сr(VI) из модельных растворов мето- дами ультра- и нанофильтрации без добавок КПАВ. Наиболее эффектив- ные результаты очистки воды от Cr(VI) при указанных условиях (соот- ветственно R = 0,77 – 0,82 и R =  0,92 – 0,96) получены при рН 7 – 9 (рис. 1, 22                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 кривые 1, 2). Можно предположить, что улучшение задерживания Сr(VI) связано с сорбцией соединений хрома на поверхности изучаемых мемб- ран и повышением степени гидратации ионов [1]. Установлено, что задерживание Сr(VI) скачкообразно зависит от рН (см. рис. 1, кривые 1, 2). Это обусловлено тем, что в водных растворах, в зависимости от рН и концентрации, хром находится в виде различных ионов. В диапазоне рН 1 – 5 существуют анионы НCrO 4 - (рК = – 0,61), при рН > 6 – анионы CrO 4 2- (рК = 6,49) [25]. В более кислых растворах (рК = – 2,2) анионы НCrO 4 - при концентрации выше ~110-4 М полимери- зуются с образованием анионов Cr 2 O 7 2-. При обоих методах очистки ани- оны НCrO 4 - задерживаются исследуемыми мембранами примерно в два раза менее  эффективно,  чем хромат-анионы. При  этом трансмембран- ный поток с повышением степени задерживания Сr(VI) в случае ультра- фильтрации  закономерно  монотонно уменьшается  с  18  до 12,5  мкм/с (см. рис.1, кривая 1'), а при нанофильтрации (кривая 2') – остается прак- тически неизменным (2,8 – 3,0 мкм/с). Уменьшение трансмембранного потока в процессе ультрафильтрации связано, скорее всего, с образова- нием динамической мембраны вследствие сорбции соединений Сr(VI) на поверхности мембраны УПМ-20 и, возможно, частично – в ее порах, что и препятствует потоку раствора (кривая 1'). В случае нанофильтрации динамическая мембрана, образованная из соединений Сr(VI), находится на поверхности мембраны. В отличие от ультрафильтрационной, соедине- ния Сr(VI) не попадают в поры нанофильтрационной мембраны, что прак- тически не влияет на прохождение раствора через нее (кривая 2'). 0,2 0,6 1 2 6 10 pH R 0 5 10 15 20 Jv, мкм/с 1 1' 2' 2 Рис. 1.  Зависимость  коэффициента  задерживания  (R) Cr(VI)  (1,  2)  и трансмембранного потока (J V   ) (1', 2') от рН раствора для мембран УПМ- 20 (1, 1') и ОПМН-П (2, 2'). ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1                                         23 Введение добавок КПАВ в модельные растворы, содержащие Cr(VI), приводит к существенному повышению степени очистки как в процессах МУУФ (рис. 2, а, кривые 2 – 4), так и в процессах МУНФ (рис. 2, б, кривые 2 – 4). Особенно это заметно при рН < 6. Коэффициент задерживания Cr(VI) при  рН  5  увеличивается  от  0,48  до  0,98  при  очистке  хромсодержащих растворов методом МУУФ и от 0,50 до максимально возможного 0,999 – методом  МУНФ.  Следует  отметить,  что  на  характер  зависимости коэффициента  задерживания Cr(VI)  от  рН  раствора  при  использовании обеих мембран влияет концентрация ЦТАБ. Так, при введении 0,1 г/дм3 ЦТАБ  (рис.  2,  а,  3,  а,  кривые  2)  c  рН  <  6  наблюдается  монотонное увеличение  коэффициента  задерживания  Cr(VI),  достигающее  своего максимального значения при рН 5 (0,93 – 0,95 для мембраны УПМ-20 и 0,98  –  для  ОПМН-П),  в  сравнении  с  результатами,  полученными  в отсутствие  КПАВ  (рис.  2,  а,  3,  а,  кривые  1).  При  рН  >  6  происходит некоторое  уменьшение величины  коэффициента  задерживания  Cr(VI) (рис. 2, а,3, а, кривые 2). В присутствии ЦТАБ при концентрации 0,335 г/дм3 и выше коэффициент задерживания Cr(VI) методами МУУФ и МУНФ уве- личивается и практически не зависит от рН (рис. 2, а, 3, а, кривые 3, 4). 0,2 0,6 1 2 6 10 R 1 2 3 4 a 0 10 20 2 6 10 pH 12 3 4 б Jv, мкм/с Рис.  2.  Зависимость  коэффициента  задерживания Cr(VI)  мембраной УПМ-20 (а) и трансмембранного потока (б) в присутствии добавок ЦТАБ от рН раствора. С ЦТАБ  , г/дм3: 0 (1); 0,1 (2); 0,335 (3); 0,67 (4). Как видно из рис. 2, б, 3, б, существенное влияние на трансмембран- ный поток оказывает также концентрация КПАВ. Причем имеются раз- личия и при использовании разных мембран. Так, трансмембранный по- ток  при  использовании  мембраны  УПМ-20  в  условиях  эксперимента изменяется во всем исследованном интервале рН (см. рис. 2, б). 24                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 0,2 0,6 1 2 6 10 1 2 3 4 0 2 4 2 6 10 pH 1 2 3 4 R a б Jv, мкм/с Рис.  3.  Зависимость  коэффициента  задерживания Cr(VI)  мембраной ОПМН-П  (а) и трансмембранного  потока  (б)  в присутствии добавок ЦТАБ от рН раствора. С ЦТАБ  , г/дм3: 0 (1); 0,1 (2); 0,335 (3); 0,67 (4). При рН < 6 с повышением концентрации ЦТАБ до 0,335 г/дм3 транс- мембранный поток  уменьшается (рис. 2, б, кривые 2 – 4). Величины R и J v  значительно отличаются при очистке хромсодержащих вод методом МУНФ. При использовании мембраны ОПМН-П в более кислой области (рН < 5) введение ЦТАБ в исследуемом концентрационном диапазоне не приводит к изменению величины J v  (рис. 3, б, кривая 1). При рН > 5 с ростом концентрации ЦТАБ, вплоть до величины ККМ ЦТАБ, наблю- дается уменьшение  J v   (рис. 3, б, кривые 2 – 4). Зависимость коэффициента задерживания Cr(VI) мембраной УПМ-20 от концентрации ЦТАБ при разных значениях рН (рис. 4) позволяет объяс- нить эти различия. При рН 5 и концентрации ЦТАБ 0,08 г/дм3 (210-4 М), эквивалентной содержанию Cr(VI) в растворе (10 мг/дм3 – 1,9210-4 М), Cr(VI) существует в основном в виде аниона HCrO 4 -; коэффициент за- держивания Cr(VI) достигает максимально возможных значений (0,999). Следовательно, концентрации ЦТАБ, составляющей 0,1 г/дм3 (2,7410-4 М), достаточно для полного связывания указанной формы Cr(VI). Следует отметить, что такая концентрация ЦТАБ примерно в три раза ниже его ККМ. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1                                         25 0,5 1,0 0,5 1,0 0 0,4 0,8 R 10 20 10 201  2 a 0 0,4 0,8 1 2 бJv, мкм/с R Jv, мкм/с CЦТАБ, г/дм3 Рис. 4. Зависимость коэффициента задерживания  Cr(VI) (1) мембраной УПМ-20 и трансмембранного потока (2) от концентрации ЦТАБ при рН 5 (а) и 8 (б). Ступенчатый характер зависимости трансмембранного потока от кон- центрации ЦТАБ (рис. 4, а, кривая 2) подтверждает предположение, что образование мицелл КПАВ не всегда является основополагающим в дан- ном процессе. Так, первая ступенька на кривой 2 (рис. 4, а) соответствует полному  связыванию  анионов  HCrO 4 - катионами  ЦТАБ  и  по  величине трансмембранного потока (12,5 – 13,0) соответствует полному связыванию Cr(VI)  при  рН  7  –  9  в  случае  отсутствия  КПАВ  (рис.  1,  кривая  1). Дальнейшее уменьшение трансмембранного потока при концентрации ЦТАБ  > 0,1 г/дм3 (2,7410-4 М) обусловлено увеличением вязкости систе- мы вследствие мицеллообразовании. При росте концентрации ЦТАБ до ККМ и выше величина J v  остается неизменной. В связи с этим для дан- ной концентрации Cr(VI) применение мицеллярных концентраций КПАВ не рационально. Однако химический анализ пермеата показал присут- ствие в нем ЦТАБ. Так, при исходной концентрации ЦТАБ 0,1 г/дм3  его содержание в пермеате составляет 0,2 – 0,3 мг/дм3, что превышает ПДК для ЦТАБ в воде (0,1 мг/дм3). В пермеате при исходных концентрациях, близких к ККМ, ЦТАБ практически отсутствует. В связи с этим его кон- центрация должна составлять ~ 0,2 г/дм3. При рН 8, в области существования аниона CrO 4 2-, максимальное свя- зывание  Cr(VI)  наблюдается  также  при эквивалентной  концентрации ЦТАБ 0,2 г/дм3 (5,4910-4 М). В связи с этим 0,1 г/дм3 (2,7410-4 М) ЦТАБ недостаточно для полного связывания Cr(VI) (рис. 2, а, кривая 2). Неко- торое снижение коэффициента задерживания Cr(VI) при концентрации 26                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 ЦТАБ 0,1 г/дм3 и изменение трансмембранного потока (рис. 4, б) ука- зывают на наличие в системе мицеллярного раствора. Валентность, на- ряду с концентрацией противоионов, вносит существенный вклад во влияние добавок электролита на величину ККМ ПАВ. В данном слу- чае ККМ хромата цетилтриметиламмония несколько ниже (~310-4 М), чем ККМ ЦТА+HCrO 4 - (~810-4 М). Различие в величине трансмембран- ного потока (рис. 2, б, кривые 2 – 4) отражает существование в системе мицелл  хромата  цетилтриметиламмония  (кривая  2)  и  ЦТАБ  (кри- вые 3, 4). Таким образом, при рН > 6 увеличение коэффициента задержива- ния Cr(VI) связано с влиянием мицелл цетилтриметиламмония. Выводы. Методы мицеллярно-усиленной ультрафильтрации и ми- целлярно-усиленной нанофильтрации можно использовать для очистки хромсодержащих вод, причем степень очистки воды от Cr(VI) достигает 0,995 – 0,997; коэффициент задерживания Cr(VI) при ультра- и нанофиль- трации зависит от формы его существования в водном растворе, которая, в свою очередь, зависит от рН. Так, двухзарядный анион CrO 4 2- (рН > 5) эффективнее  задерживается  обеими  мембранами,  чем  однозарядный HCrO 4 - (рН  5). Кроме того, применение указанных методов для удаления Cr(VI)  из  загрязненных  вод наиболее  эффективно при  концентрациях КПАВ близких к ККМ. Обнаружен эффект дифференцированного влияния добавок КПАВ на коэффициент задерживания различных форм Cr(VI) обеими мембра- нами в зависимости от концентрации катионов ПАВ в растворе. Уста- новлено, что повышение коэффициента задерживания Cr(VI) обусловле- но как полным связыванием анионов Cr(VI) в ионный ассоциат с КПАВ (рН < 5), так и мицеллярным эффектом (рН > 5). Методы МУУФ и МУНФ можно рекомендовать для очистки вод, со- держащих не только Cr(VI), но и ПАВ. Резюме. Досліджено вплив катіоногенної ПАР на очистку забрудне- них вод від Cr(VI) методами ультра- та нанофільтрації. Визначений вплив на ці процеси рН середовища, робочого тиску та концентрації ПАР. Най- кращі показники очистки вод від Cr(VI) отримані при рН 5 і концент- рації ПАР, близькій до її критичної концентрації міцелоутворення. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1                                         27 L.Yu. Yurlova, A.P. Kryvoruchko, S.O. Dolenko, I.Yu. Romaniukina APPLICATION OF CATIONIC SURFACTANTS IN THE BAROMEMBRANE PROCESS OF WATER PURIFICATION CONTAMINATED BY Cr (VI) SALTS Summary The influence of cationic surfactant in the treatment of polluted water from the Cr(VI) by the ultra- and nanofiltration methods was investigated. Effect of pH, operating pressure and the concentration of the surfactant on these processes were determined. The best data of contaminated water purification from Cr(VI) were obtained at pH 5 and the concentration  of surfactant close to its critical micelle concentration. Список использованной литературы [1] Лаврухина А.Н., Юкина Л.В. Аналитическая химия хрома. – М.: Наука, 1979. – 218 с. [2] Lуpez-Tellez G., Barrera-Diaz C., Balderas-Hernandez P. et al. Removal of hexavalent chromium in aquatic solutions by iron nanoparticles embedded in orange peel pith // Chem. Eng. J. – 2011. – 173, N 2. – P. 480 – 485. [3] Kumar  P.A.,  Ray  M.,  Chakraborty S.  Hexavalent  chromium  removal  from wastewater using aniline formaldehyde condensate coated silica gel // J. Haz- ard. Materials. – 2007. – 143, N 1/2. – P. 24 – 32. [4] Neagu V., Mikhalovsky S. Removal of hexavalent chromium by new quater- nized crosslinked poly(4-vinylpyridines) // Ibid. – 2010. – 183, N 1/3. – P. 533 – 540. [5] Erdem M., Tumen F. Chromium removal from aqueous solution by the ferrite process // Ibid. – 2004. – 109, N 1/3. – P. 71 – 77. [6] Первов  А.Г.  Современные  высокоэффективные  технологии  очистки питьевой и технической воды с применением мембран: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация. – М.: Изд-во ассоциации строител. вузов, 2009. – 232 с. [7] Li N.N., Fane A.G., Ho W.S.W., Matsuura T. Advanced membrane technology and applications. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2008. – 994 p. [8] Kryvoruchko A.P., Kornilovich B.Yu. Water deactivation by reverse osmosis // Desalination. – 2003. – 157. – Р. 403 – 407. [9] Katsou E., Malamis S., Haralambous K. Examination of zinc uptake in a com- bined system using sludge, minerals and ultrafiltration membranes // J. Hazard. Materials. – 2010. – 182, N 1/3. – P. 27 – 38. [10] Kryvoruchko A.P., Yurlova L.Yu., Atamanenko I.D. et al. Ultrafiltration removal of U(VI) from contaminated water // Desalination. – 2004. – 162. – P. 229 – 236. 28                                         ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №1 [11] Jianxian Z., Hongqi Ye., Zhongyu H. Application of the hybrid complexation– ultrafiltration process for metal ion removal from aqueous solutions // J. Hazard. Materials. – 2009. – 161. – P. 1491–1498. [12] Schlichter B., Mavrov V., Erwe T. et al. Regeneration of bonding agents loaded with heavy metals by electrodialysis bipolar membranes // J. Membrane Sci. – 2004. – 232. – P. 99 – 105. [13] Zeng G.-M., Xu Ke, Huang J.-H. et al. Micellar enhanced ultrafiltration of phenol in synthetic wastewater using polysulfone spiral membrane // Ibid. – 2008. – 310. – P. 149 – 160. [14]  Das C., Maity P., DasGupta S., De S. Separation of cation-anion mixture using micellar-enhanced ultrafiltration in a mixed micellar system // Chem. Eng. J. – 2008. – 144. – P. 35 – 41. [15] Криворучкo А.П., Юрлова Л.Ю. Удаление U(VI) и Cо(II) из загрязненных вод  методом  мицеллярно-усиленной  ультрафильтрации  //  Химия  и технология воды. – 2006. – 28, № 2. – С. 163 – 171. [16] Ghezzi L., Robinson B.H., Secco F. et al. Removal and recovery of palladium(II) ions from water using micellar-enhanced ultrafiltration with a cationic surfac- tant // Colloids and Surfaces,  A. – 2008. – 329, N 1/2. – P. 12 – 17. [17] Ghosh G., Bhattacharya P.K. Hexavalent chromium ion removal through mi- cellar enhanced ultrafiltration // Chem. Eng. J. – 2006. – 119, N 1. – P. 45 – 53. [18] Bade R., Lee S.H., Jo S. et al. Micellar enhanced ultrafiltration (MEUF) and activated  carbon  fibre  (ACF)  hybrid  processes  for  chromate  removal  from wastewater // Desalination. – 2008. – 229, N 1/3. – P. 264 – 278. [19] Yurlova L., Kryvoruchko A., Kornilovich B. Removal of Ni(II) ions from waste water by micellar-enhanced ultrafiltration // Ibid. – 2002. – 144. – P. 255 – 260. [20] Поверхностно-активные вещества: Справочник / Под ред. А.А. Абрам- зона и Г.М. Гаевого. – Л.: Химия, 1979. – 376 с. [21] Марченко З. Фотометрическое определение элементов. – М.: Мир, 1971. – 502 с. [22] Доленко  С.А.,  Запорожец  О.А.,  Шевченко  В.В.  и  др.  Сорбционно- фотометрическое определение катионных ПАВ в воде // Химия и техно- логия воды. – 2006. – 28, №2. – С.125–133. [23] Tsapiuk E.A. Calculation of the product composition and the retention coeffi- cient by pressure driven membrane separation of solutions containing one and two solutes // J. Membrane Sci. – 1997. – 124. – P. 107 – 117. [24] Брык  М.Т.  Енциклопедія  мембран:  У  2  т.  –  К.:  Вид.  дім  "Києво- Могилянська академія", 2005. – Т. 2. – 684 с. [25] Аникин В.Ю., Басаргин Н.Н., Косолапова Н.И. и др. Определение хрома (VI) и хрома (III) в почвах, питьевых, природныых и сточных водах после предварительного концентрирования сорбентом // Завод. лаб. – 2008. – 74, № 6. – С. 15 – 19. Поступила  в редакцию 01.06.2012 г.

Ähnliche Einträge