| Главная | Технологии | Статьи | Контакт |
Удаление ионов тяжелых металлов из воды и извлечение металлов
Введение:
Технология основана на введение в воду наноуглерод-полимерных нанокомпозиций, которые соединяют к себе ионы металлов, растут в размере, коагулируют и осаждаются. Осадок легко удаляется из воды фильтрацией или центрифугированием и термически перерабатывается для извлечения металлов.
Процесс высокоэффективен и технологически прост, работает в широком диапазоне рН, не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат.
Принцип процесса:
Технология основана на формировании наноуглерод-полимерных композиций (NCPC) из наноуглеродных коллоидов (NCC) и полиэтиленимина (PEI), как показано ниже на рис.1.
 |
Рис.1 - структура (a) наночастиц углерода с присоединенными ионами металлов, (b)полимерных комплексов PEI-моны металлов и (c) формирование NCPC |
Процесс удаления ионов металлов из воды включает следующие стадии:
1) сорбция ионов металлов PEI и NCC с одновременным формирование NCPC;
2) коагуляция NCPC, содержащий ионы металлов; и
3) удаление скоагулированных NCPC фильтрацией или центрифугированием.
Преимущества:
Процесс
- Селективная сорбция металлов катионов и анионов.
- Высокая емкость и скорость сорбции
- Высокая эффективность удаления металлов в широком диапазоне концентраций
- Высокая эффективность удаления металлов в широком диапазоне pH
Капитальные, эксплуатационные и монтажные затраты
- Низкие капитальные затраты
- Очень низкие эксплуатационные расходы
- Простота монтажа оборудования
- Низкое энергопотребление
- Отсутствие необходимости в складских помещений для химикатов
- Отсутствие необходимости очистки фильтров и их замены
Обработка осадка
- Высокая эффективность обезвоживания углерод/металл осадков
- Небольшой объем осадков
- Простота обработки сухих осадков
Извлечение металлов
- Извлечение металлов осуществляется термически, как при сжигании угля
- До 100% воды возвращаются в процесс извлечения металлов
Система состоит из следующих этапов:
- Генератор наночастиц углерода (CNP) (1)
- Смесительная емкость (2)
- Осадительная емкость (3)
- Проточная центрифуга (4)
 |
Описание процесса:
Сточные воды поступают в смесительную емкость (2). Наночастицы углерода из CNP генератора (1) и полиэтиленимин дозировано поступают в смесительную емкость (2). Далее раствор поступает в осадительную емкость (3). Процесс сорбции металлов происходит в течение стадий смешивания и осаждения. Коагуляция наноуглерод-полимерных композиций (NCPC) происходит в осадительной емкости.
Стоки из осадительной емкости (3) подаются в проточную центрифугу (4), имеющую скорость вращения 2000 RPM и выше. Центрифуга может быть заменена на обычный фильтр.
Осадок из центрифуги может быть направлен на извлечение металлов.
Скоагулированные NCPC с химически связанными тяжелыми металлами обезвоживаются и могут быть сожжены как обычный уголь с образованием чистых металлов, их карбидов или оксидов, а также газа CO2.
Лабораторные эксперименты:
Лабораторные испытания проведены для определения эффективности очистки воды с помощью NCPC. Исходная вода содержала ионы Cd2+, Cu2+, Zn2+ с концентрация ми 3 мг/лl, 10 мг/л и 5 мг/л, соответственно, температура воды была 24 C, pH = 6.8. 4 литра 0.5% NCPC раствора с соотношением Cpei/Cncc = 0.78 ± 0.15 были добавлены к 200 литрам исходной воды. Поток воды через песчаный фильтр составлял 1000 л/час, образцы воды отбирались через каждые 4 минуты. Результаты испытаний, приведенные в таблице 1, показывают:
1) время жизни NCPC с соотношением Cpei/Cncc = 0.78 ± 0.15 не превышает 8 минут,
2) осадок после коагуляции NCPC дегко удаляется даже песчаным фильтром,
3) вода после фильтрации не содержит NCPC и PEI (по крайней мере, ниже предела обнаружения);
4) ионы металлов не вымываются из осадка в процессе фильтрации.
Полученные результаты показывают высокую эффективность предлагаемого метода очистки воды.
Таблица 1- Результаты лабораторных испытаний
| Ионы металлов | Исходная концентрация, mg/l | Концентрация в воде после песчаного фильтра, µg/l | ||
| Через 4 min | Через 8 min | Через12 min | ||
| Cu | 10 | 5.1 ± 0.3 | 5.0 ± 0.3 | 4.9 ± 0.3 |
| Zn | 5 | 10.2 ± 0.5 | 9.8 ± 0.5 | 10.3 ± 0.5 |
| Cd | 3 | 5.3 ± 0.3 | 5.1 ± 0.3 | 5.2 ± 0.3 |
| PEI | 0.044 | < 0.5 | < 0.5 | < 0.5 |
Эффективность удаления металлов:
Описанная методика обеспечивает высокую эффективность удаления металлов. Таблица 2 демонстрирует абсорбционную емкость в единицах грамм металла на грамм углерода:
Таблица 2- Лабораторные испытания удаления металлов из воды
| Ионы | Исходные концентрации, mg\l |
После удаления, mg/l |
Эффективность удаления , % | Сорбционная емкость (г металлаl /г углерода) |
| Cr(VI) Cr(VI) Cr(III) Co(II) Co(II) Ni(II) Ni(II) Cu(II) Cu(II) Zn(II) Zn(II) Cd(II) Cd(II) |
1000 10 10 1000 10 1000 10 1000 10 1000 10 1000 10 |
1,1 0.01 0.009 0.9 0.007 1.5 0.009 0.6 0.007 0.8 0.01 1.8 0.01 |
>99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 >99 |
25 25 18 56 56 65 65 124 124 166 166 220 220 |
Фигуры 1-7, приведенные ниже демонстрируют удадение металлов при различных pH
| Graph 1. Кадмий | Graph 2. Кобальт |
 |
 |
| Graph 3. Хром | Graph 4. Медь |
 |
 |
| Graph 5. Ртуть | Graph 6. Никель |
 |
 |
| Graph 7. Цинк | |
 |
|