ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАН В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОЙ ОЧИСТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ

  • Konstantin V. Shestakov Тамбовский государственный технический университет
  • Sergey I. Lazarev Тамбовский государственный технический университет
  • Konstantin K. Polyanskiy Воронежский филиал РЭУ им. Г.В. Плеханова
Ключевые слова: электродиализ, ионообменные мембраны, медьсодержащие растворы, структурные характеристики, кинетические характеристики

Аннотация

В данной работе приведены проанализированные результаты исследования структурных и кинетических характеристик ионообменных мембран МА-40, МК-40, PC Acid 60 и CM(H) (RALEX®) при разделении и концентрировании компонентов медьсодержащих растворов в процессе электродиализа. В частности, определены размеры аморфных и кристаллических областей структуры материала мембран, рентгеновская степень кристалличности, рассчитаны коэффициенты задержания мембранами катионов Cu2+, и анионов NO3- и SO42-. Для мембран МА-40 и МК-40 обнаружено, что в процессе насыщения водой структура материала мембран изменяется, что в свою очередь может влиять на кинетику массопереноса через мембрану, но при этом наблюдается малая чувствительность к механической и термической нагрузкам при циклических условиях эксплуатации. Это подтверждается совпадением углов дифракции, при которых наблюдаются пики сухих и водонасыщенных образцов мембран, и незначительным изменением рентгеновской степени кристалличности материала мембран в пределах 5-7% в меньшую сторону для водонасыщенных образцов. Данные, которые были получены в ходе выполнения работы, свидетельствуют об относительно хорошей очистке электродиализом медьсодержащих растворов от посторонних ионов (NO3- и SO42-) при высоких показателях концентрирования катионов Cu2+. В первой секции электродиализного аппарата удерживаются чуть меньше 90% катионов Cu2+, при этом анионов NO3- и SO42- в ней остается значительно меньше – около 16,7% и 25,7% соответственно. При этом стоит отметить, что с целью максимального повышения эффективности концентрирования требуется дальнейшие исследования оптимальных параметров электродиализа.

Литература

Zabolotskiy V.I., Berezina N.P., Nikonenko V.V., Shudrenko A.A. The evolution of membranous technologies on the base of electrodialysis method in Russia. Nau-ka Kubani. 2010. N 3. P. 4-10 (in Russian).

Dubrawski M., Czaplicka M., Mrozowski J. The application of electrodialysis to the treatment of industrial copper and zinc electrolytes. Desalin. Water Treat. 2015. V. 55. N 2. P. 389-400. DOI: 10.1080/19443994.2014.913995.

Peraki M., Ghazanfari E., Pinder G.F., Harrington T.L. Electrodialysis: An Application for the Environmental Protection in Shale-gas Extraction. J. Sep. Purif. Technol. 2016. V. 161. P. 96-103. DOI: 10.1016/j.seppur.2016.01.040.

Lokshin A.A., Volodin D.N., Lokshina A.A. Installation electrodialysis to improve recycling systems industrial enterprises. Transp. Khran. Neftepr. Uglevod. Syr'ya. 2014. N 3. P. 33-36 (in Russian).

Niftaliev S.I., Kozaderova O.A., Kim K.B., Vel'o F. Electrodialysis in the conversion step of the concentrated salt solutions in the process of battery scrap. Vestn. VGUIT. 2014. N 4 (62). P. 175-178 (in Russian).

Kotovenko E.A., Miroshnichenko E.Yu. One of the approaches to research and modeling of processes in the "system polymer membrane - water". Matem. Met. Tekhn. Tekhnol. - MMTT. 2013. N 4. P. 48-50 (in Russian).

Morgan J.M., Datta R. Understanding the gas diffusion layer in proton exchange membrane fuel cells. I. How its structural characteristics affect diffusion and performance. J. Power Sources. 2014. N 251. P. 269 - 278. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.09.090.

Kuvardina E.M., Niyazi F.F., Deberdeev R.Ya., Zaikov G.E., Kuvardin N.V. The influence of polyamide membranes on the performance of ultrafiltration. Vestn. Kaz. Tekhol. Univ. 2014. V. 17. N 3. P. 131-134 (in Russian).

Abdullin I.Sh., Nefed'ev E.S., Ibragimov R.G., Gallyamov R.T. Features of physical and chemical modification of membrane materials. Vestn. Tekhnol. Univ. 2015. V. 18. N 11. P. 137-143 (in Russian).

Svirskaya S.N., Trubnikov I.L. Structure and classification of polymers. Rostovna-Donu: YuFU. 2007. 24 p.

Niftaliev S.I., Kozaderova O.A., Vlasov Yu.N., Kim K.B., Match-ina K.S. Structural and kinetic parameters of the ion exchange membranes MС-40 and MA-41 in solutions of ammonium nitrate. Sorbts. Khrom. Prots. 2015. V. 15. N 5. P. 708-713 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2015.15/324.

Akberova E.M., Malykhin M.D. Structural and physico-chemical characteristics of the anion-exchange membranes MA-40 and MA-41 after thermochemical treatment. Sorbts.Khrom. Prots. 2014. V. 14. N 2. P. 232-239 (in Russian).

Zhelonkina E.A., Shishkina S.V. Physico-chemical properties of ion-exchange membranes in solutions containing multi-charged ions. Vestn. Tekhnol. Univ. 2016. V. 19. N 9. P. 132-136 (in Russian).

Ltd. "Innovative Enterprise" Shchekinoazot". Monopolar membranes. URL: http://www.azotom.com/monopolyarnye-membrany/

PCCell GmbH [Электронный ресурс]. URL: http://www.pca-gmbh.com/publi/PCAMembranes.pdf (Дата доступа 8.04.18).

Mega. URL: https://www.mega.cz/files/datasheet/MEGA-RALEX-CMH-PES-en.pdf .

Lazarev S.I., Golovin Yu.M., Yanovskaya E.Yu., Lazarev D.S., Shestakov K.V. The analysis of structural characteristics of mga-95 membrane in different physical conditions by x-ray scattering method. Vestn. TGTU. 2016. V. 22. N 4. P. 624-632 (in Russian). DOI: 10.17277/vestnik.2016.04.pp.624-632

Monshi A., Foroughi M.R., Monshi M.R. Modified Scherrer Equation to Estimate More Accurately Nano-Crystallite Size Using XRD. World J. Nanosci. Eng. 2012. N 2. P. 154-160. DOI: 10.4236/wjnse.2012.23020.

Arisova V.N. Structure and properties of composite materials. Volgograd: VolgGTU. 2008. 96 p.

Shestakov K.V., Lazarev S.I. The study of kinetic characteristics of reverse osmosis separation of industrial solutions containing nickel. Conference proceedings «V.I. Vernadskii: ustoichivoe razvitie regionov». Tambov: Izd-vo TGTU. 2016. P. 73-78.

Fukurawa T., Sato H., Kita Y., Matsukawa K., Yamaguchi H., Ochai S., Siesler H.W., Ozaki Y. Molecular structure, crystallinity and morphology of polyethylene/polypropylene blends studied by raman mapping, scanning electron microscopy, wide angle x-ray diffraction, and differential scanning calorimetry. Polym. J. 2006. V. 38. N. 11. P. 1127–1136. DOI: 10.1295/polymj.PJ2006056.

Deev I. A., Buryndin V.G., El'tsov O.S. The study of the possibility of using IR-Fourier spectroscopy data for assessing the degree of crystallinity of polyethylene. Vestn. Kazan. Tekhnol. Univ. 2011. V. 14. N 1. P. 90-99 (in Russian).

Опубликован
2019-07-21
Как цитировать
Shestakov, K. V., Lazarev, S. I., & Polyanskiy, K. K. (2019). ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАН В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОЙ ОЧИСТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(7), 65-71. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196207.5827
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений