Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана
Показано можливiсть використання напiвпроникних динамiчних мембран, сформованих на основi сумiшi колоїдних частинок гiдроксополiмерiв алюмiнiю, колоїдного кремнезему i полiвiнiлового спирту при ультрафiльтрацiйному очищеннi води вiд урану. Встановлено вплив pH розчину, концентрацiї урану та тривалос...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8528 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.А. Гуменная, О.В. Джужа // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 168-171. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860000962255519744 |
|---|---|
| author | Руденко, Л.И. Гуменная, О.А. Джужа, О.В. |
| author_facet | Руденко, Л.И. Гуменная, О.А. Джужа, О.В. |
| citation_txt | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.А. Гуменная, О.В. Джужа // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 168-171. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Показано можливiсть використання напiвпроникних динамiчних мембран, сформованих на основi сумiшi колоїдних частинок гiдроксополiмерiв алюмiнiю, колоїдного кремнезему i полiвiнiлового спирту при ультрафiльтрацiйному очищеннi води вiд урану. Встановлено вплив pH розчину, концентрацiї урану та тривалостi процесу на коефiцiєнт затримання урану й об’ємний потiк очищуваної води.
We show a possibility of application of semipermeable dynamic membranes formed on the basis of a mixture of colloid particles of aluminum, colloid silica, and polyvinyl alcohol by ultra filtration water purification from uranium. We have established the influence of pH of a solution, the uranium concentration, and the process duration on the uranium retention coefficient and the volume flux of purified water.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:35:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.039:543.52
© 2009
Л.И. Руденко, О. А. Гуменная, О. В. Джужа
Свойства динамических мембран из соединений
кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды
от урана
(Представлено академиком НАН Украины В. П. Кухарем)
Показано можливiсть використання напiвпроникних динамiчних мембран, сформованих
на основi сумiшi колоїдних частинок гiдроксополiмерiв алюмiнiю, колоїдного кремнезе-
му i полiвiнiлового спирту при ультрафiльтрацiйному очищеннi води вiд урану. Вста-
новлено вплив pH розчину, концентрацiї урану та тривалостi процесу на коефiцiєнт
затримання урану й об’ємний потiк очищуваної води.
Возможность применения полупроницаемых мембран из гидроокисей железа и поливини-
лового спирта при ультрафильтрационной очистке грунтовых вод промплощадки объекта
“Укрытие” от радионуклидов описана в статье [1]. Наиболее полная очистка грунтовых вод
наблюдается при pH 2,60–2,80 для многозарядных ионов урана и стронция, а самая низкая —
для однозарядного иона цезия. Недостатком метода очистки от радионуклидов [1] является
необходимость введения стадии подкисления грунтовых вод до указанного значения pH.
Разработанный метод может быть использован для очистки промышленных и сточных вод
с малым содержанием урана (до 100 мг/дм3) в районах добычи и переработки урановых
руд. О применении динамических мембран на основе гидроксосоединений алюминия и по-
ливинилового спирта при ультрафильтрационной очистке воды от урана уже сообщалось
в публикации [2]. Оптимальные значения pH с максимальным коэффициентом задержа-
ния (до 97,4%) на этих динамических мембранах смещаются в сторону реакции, близкой
к нейтральной (pH 5,2–5,4).
Авторами настоящего сообщения изучена возможность применения динамических мемб-
ран на основе гидроксосоединений алюминия, метасиликата натрия и поливинилового спир-
та при ультрафильтрационной очистке воды от урана при pH 5,5–7,0. Добавление к раство-
рам хлоридов алюминия, железа и некоторых других металлов высокощелочного метасили-
ката натрия приводит к образованию гидроксополимеров [3]. При подкислении раствора ме-
тасиликата натрия растворами хлоридов металлов мономерные силикатные ионы полиме-
ризуются в полисиликатные ионы. Образуется смесь из положительно заряженных гидро-
ксополимеров металла и отрицательно заряженного коллоидного кремнезема (см. Р.К. Ай-
лер, 1959, 288 с.). Селективность динамических мембран обеспечивается тонким слоем кол-
лоидных частиц или адсорбционным слоем макроионов, формируемых на поверхности по-
ристой подложки из потока очищаемой воды, содержащей эти компоненты [4, 5].
Для формирования динамических мембран брали водные растворы солей AlCl3 · 6H2O,
Na2SiO3·9H2O, поливинилового спирта (ПВС) с концентрациями 2,8·10−3, 2,0·10−3 моль/дм3
и 1% соответственно. Полученный раствор пропускали через ультрафильтрационную уста-
новку, включающую мембранный модуль и насосный агрегат шестеренного типа с устрой-
ством для регулирования производительности насоса. Создаваемое насосом влияние кон-
центрационной поляризации устранялось с помощью турбулентного потока жидкости вдоль
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №5
мембраны. Для этого брали мембрану Мифил со средним размером пор 0,25 мкм. Рабочая
поверхность мембранного модуля ∼ 2 · 10−2 м2. Давление на входе в мембранный модуль
0,8 МПа. Структура коллоидной динамической мембраны, определяющая ее селективность
и объемный поток, формируется под влиянием нормального (через мембрану) и тангенци-
ального (вдоль мембраны) течения жидкости. Линейная скорость раствора вдоль мембра-
ны — 2 м/с. Для охлаждения жидкости использовался термостат. На сформированных ди-
намических мембранах изучали очистку соли UO2(NO3)2 с концентрацией урана в растворе
2–20 мг/дм3. В фильтрате после очистки и в исходном растворе измеряли концентрацию
урана и определяли коэффициент задержания урана R (R — отношение разности исходной
и конечной концентрации урана в фильтрате к исходной его концентрации, выраженной
в процентах). Концентрацию урана в воде определяли по стандартной методике фотоме-
трического определения урана в виде комплекса уранила с арсеназо III с использованием
фотометра КФК-2 при длине волны 670 нм [6].
Изучено влияние pH раствора на коэффициент задержания урана и объемный поток IV
очищаемой воды на динамических мембранах, полученных из растворов хлоридов алюми-
ния и метасиликата натрия. Исходный раствор AlCl3, Na2SiO3 и UO2(NO3)2 при pH 4–7
подавали на ультрафильтрационную установку и на 15 мин в эту смесь добавляли раствор
ПВС для достижения его концентрации в растворе ∼ 3,3 · 10−3 г/дм3. Формирование дина-
мической мембраны на пористой подложке вели при давлении 0,7–0,8 МПа в течение 30 мин.
Процесс ультрафильтрации протекал при давлении 0,8 МПа 60–300 мин. В течение 60 мин
очистки в зависимости от величины pH определяли значения R и IV . pH раствора регули-
ровали с использованием концентрированной азотной кислоты либо раствора гидроксида
натрия. Установлено, что при увеличении pH раствора от 4,0 до 5,5 происходит существен-
ный рост значений R от 2 до 94–96% (рис. 1, а). При дальнейшем росте pH до 7 значение R
меняется незначительно до 96–98%. Получена экстремальная зависимость IV от величины
pH раствора. Максимальное значение IV наблюдается при pH 5,5–6,0 (16,8 · 10−5 м/с). При
дальнейшем росте pH до 7 значение IV падает до 12,6 · 10−5 м/с.
Таким образом, показана возможность применения динамических мембран на основе ра-
створов, полученных из хлорида алюминия, метасиликата натрия и ПВС, при ультрафиль-
трационной очистке воды от урана. Исследовано влияние концентрации урана в исходном
растворе и длительности процесса ультрафильтрации на изученном составе динамической
мембраны на R и IV очищаемой воды. Увеличение концентрации урана от 2 до 20 мг/дм3
воды мало сказывается на задерживающих свойствах мембран: величина R меняется от
90–95 до 90–94%, а значение IV от (17–18) · 10−5 до (20–21) · 10−5 м/с. При увеличении вре-
мени ультрафильтрации происходит постепенное снижение величины Iv и одновременный
рост значения R от 97,5 до 99,0% (табл. 1).
Таблица 1. Влияние длительности процесса ультрафильтрации на коэффициент задержания урана (R)
и объемный поток воды (IV ) при очистке динамическими мембранами∗ при pH 6,0 и давлении 0,8 МПа
Характеристика
Длительность процесса ультрафильтрации, мин
60 120 180 240 300
R, % 97,5 98,1 98,5 98,8 99,0
IV , м/с 18,5 · 10−5 16,7 · 10−5 15,8 · 10−5 15,1 · 10−5 14,7 · 10−5
t, ◦С 23 26 25,5 25,5 25
∗Динамическая мембрана сформирована из раствора, содержащего AlCl3 · 6H2O 2,8 · 10−3 моль/дм3,
Na2SiO3 · 9H2O — 2,0 · 10−3 моль/дм3, UO2(NO3)2 — 5 мг/дм3, ПВС ∼ 3,3 · 10−3 г/дм3.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №5 169
Рис. 1. Влияние pH раствора на коэффициент задержания урана (R) и объемный поток очищаемой во-
ды (IV ) динамическими мембранами, сформированными из раствора, содержащего: а — AlCl3 · 6H2O
(2,8 · 10−3 моль/дм3), Na2SiO3 (2,0 · 10−3 моль/дм3), UO2(NO3)2 — 5 мгU/дм3, ПВС (∼ 3,3 · 10−3 г/дм3);
б — AlCl3 · 6H2O (2,8 · 10−3 моль/дм3), Na2SiO3 (2,63 · 10−3 моль/дм3), UO2(NO3)2 — 5 мгU/дм3, ПВС
(∼ 3,3 · 10−3 г/дм3); в — AlCl3 · 6H2O (2,8 · 10−3 моль/дм3), Na2SiO3 (2,82 · 10−3 моль/дм3), UO2(NO3)2 —
5 мгU/дм3, ПВС (∼ 3,3 · 10−3 г/дм3)
На следующем этапе работы меняли состав динамических мембран. В раствор соли
AlCl3 · 6H2O с концентрацией 2,0 · 10−3 моль/дм3 вводили соль Na2SiO3 · 9H2O с концент-
рацией 2,63 · 10−3 и 2,82 · 10−3 моль/дм3, а также соль UO2(NO3)2 с концентрацией урана
5 мг/дм3 и 1% раствор ПВС. Исследовано влияние pH раствора на коэффициент задержа-
ния урана и объемный поток очищаемой воды. Зависимости, полученные для этих составов,
приведены соответственно на рис. 1, б, в. Указанные закономерности аналогичны приведен-
ным ранее на рис. 1, а. Максимальные значения R (96–98%) наблюдаются при pH 5,5–7,0.
Получена экстремальная зависимость IV от значения pH. Самые высокие значения IV на-
блюдаются при pH 5,5–6,0. При дальнейшем увеличении pH до 7 значение IV снижается
от 16,5·10−5 до 12,8·10−5 м/с (см. рис. 1, б ) либо от (14–19)·10−5 до 10·10−5 м/с (см. рис. 1, в).
Наши результаты существенно отличаются от результатов, приведенных в статье [2].
Предложенный способ очистки воды от урана основан на использовании динамиче-
ских мембран на основе смеси коллоидных частичек, полученных из растворов AlCl3
(2,8 · 10−3 моль/дм3), Na2SiO3 (2,00–2,82) · 10−3 моль/дм3) и ПВС (∼ 3,3 · 10−3 г/дм3)
при давлении 0,8 МПа, pH 5,3–7,0 [7]. При концентрациях урана 5–20 мг/дм3 наблюда-
ется эффективная очистка воды от урана (R = 93,0–98,0%) и значительное увеличение
объемного потока воды (IV = (9,8–19,3) ·10−5 м/с). Анализируя данные, представленные
на рис. 1, а, в можно говорить о том, что предложенный нами способ очистки воды имеет
170 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №5
существенные преимущества по сравнению с данными работы [2]1. При одинаковом значе-
нии коэффициента R объемные потоки воды в 3,5–6,7 раз превышают аналогичные объем-
ные потоки, приведенные в статье [2]. Важным при промышленном применении описанно-
го способа является то, что предложенные динамические мембраны можно использовать
в нейтральных растворах или в растворах с pH, близким к 7,0.
Предложенный способ выделения урана из воды может быть использован для очистки
промышленных и сточных вод с низким содержанием урана, например при переработке
урановых руд в районах их добычи и переработки.
1. Руденко Л.И., Джужа О.В., Хан В.Е. Полупроницаемые динамические мембраны при ультрафиль-
трационной очистке воды от радионуклидов // Радиохимия. – 2007. – 49, № 1. – С. 85–88.
2. Руденко Л.И., Джужа О.В., Хан В. Е., Ковальчук С.И. Свойства динамических мембран при уль-
трафильтрационной очистке воды от урана // Доп. НАН України. – 2007. – № 6. – С. 139–143.
3. Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран из соединений кремнезема //
Химия и технология воды. – 1991. – 13, № 5. – С. 436–440.
4. Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. – Киев: Наук. думка, 1989. – 288 с.
5. Духин С.С., Князькова Т. В. Коллоидно-электрохимические аспекты формирования и функциони-
рования динамических мембран. Однослойные коллоидные мембраны // Коллоид. журн. – 1980. –
42, № 1. – С. 31–42.
6. Лукьянов В.Ф., Савин С.Б.. Никольская И.В. Фотометрическое определение микроколичеств урана
с реагентом арсеназо III // Журн. аналит. химии. – 1960. – 15, № 3. – С. 311–314.
7. Пат. G 21 F 9/04, G 21 F 9/00 Україна, МПК (2006). Спосiб очищення води вiд урану / Л. I. Руденко,
О.А. Гуменна, О.В. Джужа. – Заяв. № u 200808370; Заявл. 23.06.2008. – Опубл. 19.09.08.
Поступило в редакцию 07.11.2008Институт биоорганической химии
и нефтехимии НАН Украины, Киев
L. I. Rudenko, О.А. Gumennaya, О. V. Dzhuzha
Properties of dynamic membranes from silica compounds at
ultrafiltration water purification from uranium
We show a possibility of application of semipermeable dynamic membranes formed on the basis of
a mixture of colloid particles of aluminum, colloid silica, and polyvinyl alcohol by ultra filtration
water purification from uranium. We have established the influence of pH of a solution, the uranium
concentration, and the process duration on the uranium retention coefficient and the volume flux
of purified water.
1В работе использован динамический слой, сформированный из раствора, содержащего соль AlCl3 ·6H2O
с концентрацией 2,0 · 10−3 моль/дм3 и ПВС с концентрацией ∼ 3,3 · 10−3 г/дм3.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №5 171
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8528 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:35:59Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Руденко, Л.И. Гуменная, О.А. Джужа, О.В. 2010-06-07T15:42:56Z 2010-06-07T15:42:56Z 2009 Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.А. Гуменная, О.В. Джужа // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 168-171. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8528 621.039:543.52 Показано можливiсть використання напiвпроникних динамiчних мембран, сформованих на основi сумiшi колоїдних частинок гiдроксополiмерiв алюмiнiю, колоїдного кремнезему i полiвiнiлового спирту при ультрафiльтрацiйному очищеннi води вiд урану. Встановлено вплив pH розчину, концентрацiї урану та тривалостi процесу на коефiцiєнт затримання урану й об’ємний потiк очищуваної води. We show a possibility of application of semipermeable dynamic membranes formed on the basis of a mixture of colloid particles of aluminum, colloid silica, and polyvinyl alcohol by ultra filtration water purification from uranium. We have established the influence of pH of a solution, the uranium concentration, and the process duration on the uranium retention coefficient and the volume flux of purified water. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана Properties of dynamic membranes from silica compounds at ultrafiltration water purification from uranium Article published earlier |
| spellingShingle | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана Руденко, Л.И. Гуменная, О.А. Джужа, О.В. Хімія |
| title | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_alt | Properties of dynamic membranes from silica compounds at ultrafiltration water purification from uranium |
| title_full | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_fullStr | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_full_unstemmed | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_short | Свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_sort | свойства динамических мембран из соединений кремнезема при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8528 |
| work_keys_str_mv | AT rudenkoli svoistvadinamičeskihmembranizsoedineniikremnezemapriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT gumennaâoa svoistvadinamičeskihmembranizsoedineniikremnezemapriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT džužaov svoistvadinamičeskihmembranizsoedineniikremnezemapriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT rudenkoli propertiesofdynamicmembranesfromsilicacompoundsatultrafiltrationwaterpurificationfromuranium AT gumennaâoa propertiesofdynamicmembranesfromsilicacompoundsatultrafiltrationwaterpurificationfromuranium AT džužaov propertiesofdynamicmembranesfromsilicacompoundsatultrafiltrationwaterpurificationfromuranium |