Неорганічні іоніти та мембрани для потенціалкерованого вилучення хрому (Vi) з розбавлених розчинів - Автореферат

Для вилучення Cr (VI) з слабоконцентрованих розчинів традиційно використовують методи хімічного осадження, рідинної екстракції, сорбційні та біологічні, до недоліків яких відносяться значні витрати реагентів і матеріалів, утилізації вторинних відходів та дотримання дуже жорстких умов. Значно менш матеріаломісткими і більш екологічно чистими є електромембрані методи: електродіаліз і електродеіонізація, однак перспективність їх використання стримується низькою хімічною стабільністю полімерних аніонообмінних смол і мембран. Вернадського НАН України відповідно до планів науково-дослідних робіт: «Синтез і властивості неорганічних функціональних матеріалів на основі пористої оксидної кераміки для електрохімічно стимульованих сорбційних, мембранних та каталітичних процесів селективного вилучення іонів і органічних речовин із розчинів» (№Держреєстрації 0100U000813, 2001-2004 р.р.), «Сорбційно-мембранні системи на основі діоксиду марганцю, олова титану для електрохімічно стимульованого селективного вилучення іонів з водних розчинів» (№Держреєстрації 0106U011713, 2004-2006 р.р), «Іонпровідні, сорбційні та каталітичні властивості неорганічних полімерів на основі фосфонітрилхлориду й оксидів багатовалентних металів» (№Держреєстрації 0107U000179, 2007-2009 р.р), а також в рамках гранту НТЦУ №1183: «Розробка технології електромембранних процесів та дослідницьких зразків обладнання очищення питної води цивільного призначення». Мета роботи полягала в розробці неорганічних іонітів, що характеризуються високою рухливістю сорбованих іонів, діагностики та аналізу їх властивостей, зокрема, закономірностей переносу протиіонів, а також нових неорганічних композиційних зарядселектівних мембран, що містять іонообмінну складову і можливості їх використання в електромембранних процесах вилучення іонів Cr (VI) з слабоконцентрованих розчинів. Запропоновано методи синтезу неорганічних іонітів на основі дисперсного ГДЦ і композиційних неорганічних мембран, що містять цей іоніт і характеризуються зарядселективними властивостями.Знайдено, що ксерогель характеризується більшою обмінною ємністю в порівнянні з гідрогелем (1200 і 300 моль·м-3 відповідно), що обумовлено зменшенням обєму останнього під час сушіння. Показано, що в залежності від РН розчину ізотерми сорбції описуються рівняннями Ленгмюра (сорбція CRO42-) або БЕТ (сорбція Cr2O72-), параметри яких наведені в табл. Для кількісної оцінки дифузії сорбованих іонів Cr (VI) в іонітах була досліджена кінетика сорбції в умовах, при яких швидкість сорбції лімітується дифузією іонів у фазі іоніту, а саме при концентрації Cr (VI) в нейтральному розчині, яка дорівнює або перевищує 100 моль·м-3. У відповідності з рівнянням Гельферіха величина визначається концентрацією іонів, що обмінюються у фазі іоніту (, ) і коефіцієнтами самодифузії цих іонів , : (2) У випадку ГДЦ, це, зумовлено очевидно тим, що крім дифузії швидкість обміну лімітується і вірогідністю полімеризації іонів HCRO4-® Cr2O72 - безпосередньо в іоніті.На підставі проведеного синтезу та модифікації функціональних неорганічних іонітів і мембран, визначення механізмів іонного обміну і кінетичних залежностей, розроблено нові матеріали та визначено оптимальні умови для електромембранного вилучення шестивалентного хрому з водних розчинів. Встановлено, що сорбція Cr (VI) на іонітах органічної та неорганічної природи визначається кислотністю і концентрацією розчину: у кислій та нейтральній областях аніони Cr (VI) полімеризуються безпосередньо у твердій фазі, в той час як в слаболужному середовищі іони в іоніті знаходяться в неполімеризованій формі. Розроблено електроміграційний метод для визначення рухливості сорбованих іонів в іонітах з урахуванням внеску мембрани в загальний опір системи іоніти-розчин-мембрана.

Основний зміст роботиОсновний зміст роботи викладено в публікаціях

1. Дзязько Ю. Ионселективные свойства неорганических композиционных мембран / Ю. Дзязько, В. Беляков, Н. Стефаняк, С. Василюк // Укр. Хим. журнал. - 2006. - T. 72, №5-6. - С. 26-31.

Здобувачем проведено підготовку та проведення експерименту з дослідження селективних властивостей неорганічних мембран, участь в обговоренні результатів та підготовка рукопису статті.

2. Дзязько Ю.С. Анионообменные свойства композиционных керамических мембран, содержащих гидратированный диоксид циркония / Ю.С. Дзязько, В.Н. Беляков, Н.В. Стефаняк, С.Л. Василюк // Журнал прикладной химии. - 2006. - Т. 79, №5. - С. 778-782.

Здобувачем досліджено сорбційні характеристики композиційних мембран, участь в обговоренні результатів.

3. Рождественская Л.М. Электрохимическое обессоливание разбавленных Cr (VI) - содержащих растворов с использованием неорганического наноструктурированного ионообменника / Л.М. Рождественская, Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк, В.Н. Беляков // Вісник Національного Технічного Університету «ХПІ». - 2008. - №16. С. 95-98.

Здобувачем проведено вивчення процесу знесолення слабоконцентрованих хромвмисних розчинів, участь в обговоренні результатів та підготовка рукопису статті.

4. Дзязько Ю.С. Подвижность анионов Cr (VI) в фазе амфотерного неорганического ионита / Ю.С. Дзязько, Л.М. Рождественская, С.Л. Василюк // Химия и технология воды. - 2008. - Т. 30, №5. - С. 498-508.

5. Рождественская Л.М. Композиционные наноматериалы для извлечения ионов Cr (VI) из сточных вод / Л.М. Рождественская, Ю.М. Юхин, Ю.С. Дзязько, А.С. Руденко, С.Л. Василюк, В.Н. Беляков // Сборник трудов Российской конференции с международным участием «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах». - Краснодар - Туапсе, РФ. - 2008, 19 - 25 май. - С. 214-216.

Здобувачем проведено літературний огляд та порівняння сорбційних властивостей органічних та неорганічних іонообмінних матеріалів, участь в обговоренні результатів та підготовка рукопису статті.

6. Dzyazko Y. Transport of Cr (VI) species through anion-exchange resin and membrane / Y. Dzyazko, V.M. Linkov, L. Rozhdestvenskaya, N. Kabay, O. Arar, S. Vasilyuk, V. Belyakov, U. Yuksel, M. Yuksel // Proc. of 12th Aachener Membrane Kolloqium. Aachen, Germany. - 2008. Oct. - P. 139 - 145.

Здобувачем досліджено внутрішньодифузійну рухливість іонів хрому (VI) в фазі полімерної органічної смоли, підготовка рукопису статті.

7. Dzyazko Yuliya S. Electrodeionization of Cr (VI) - containing solution. Part I: Chromium transport through granulated inorganic ion-exchanger / Yuliya S. Dzyazko, Ludmila M. Rozhdestvenskaya, Sergey L. Vasilyuk, Vladimir N. Belyakov, Nalan Kabay, Mithat Yuksel, Ozgur Arar, Umran Yuksel // Chemical Engineering Communications. - 2009. - Vol. 196, Iss. 1-2. - P. 3-21.

Здобувач брав участь в проведені експериментів з електродеіонізаційного вилучення хрому з розбавлених розчинів, участь в обговоренні результатів та підготовка рукопису статті.

8. Бєляков В.М. Формування зарядселективних властивостей неорганічних композиційних мембран під впливом нанорозмірних внутрішньопорових шарів йонообмінної складової / В.М. Бєляков, Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк // Доповіді Національної академії наук України. - 2009. - №1. - С. 117-124.

9. Беляков В.Н. Транспорт анионов Cr (VI) через неорганический ионит и нанокомпозиционную керамическую мембрану / В.Н. Беляков, Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк // Доповіді НАН України. - 2009. - №12. - С. 140-146.

10. Дзязько Ю.С. Электропроводность керамических мембран, модифицированных наночастицами неорганического ионита / Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк // Химия и технология воды. - 2009. - Т.31, №6. - С. 373-380.

11. Дзязько Ю.С. Влияние наноразмерного ионпроводящего наполнителя на зарядселективные свойства неорганических композиционных макропористых мембран / Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк // Укр. Хим. журнал. - 2009. - Т. 75, №5. - С. 16-23.

12. Дзязько Ю.С. Кинетика обмена ионов с различной подвижностью на амфотерном неорганическом ионите / Ю.С. Дзязько, Л.М. Рождественская, С.Л. Василюк, В.Н. Беляков // Журнал Физической химии. - 2010. - Т. 84, №3. - С. 559-565.

Здобувачем виконана підготовка експерименту та проведення аналізу хромвмисних розчинів спектрофотометричним методом, участь в обговоренні результатів та підготовка рукопису статті.

13. Дзязько Ю.С. Перенос противоионов и диффузия электролита в неорганических мембранах, модифицированными частицами ионита / Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк, Н.В. Стефаняк // Химия и технология воды. - 2010. - Т. 32, №3. - С. 274 - 288.

14. Дзязько Ю.С. Образование наноразмерных проводящих каналов в неорганических композиционных мембранах / Ю.С. Дзязько, С.Л. Василюк, Н.В. Стефаняк // Химия и технология воды. - 2010. - Т. 32, №4. - С. 357 - 367.

15. Maltseva T.V. Inorganic cation-exchangers in combined ion-exchange electrodialisys process / T.V. Maltseva, A.G. Kotvitskyy, S.L. Vasilyuk, V.N. Belyakov // The second International conference «Interfaces against pollution». - Miskolc. - Hungary. - 2002. - May 27-30. - P.73.

16. Василюк С.Л. Электропроводность неорганических фосфат-содержащих материалов / С.Л. Василюк, А.Г. Котвицкий, Е.В. Высоцкая, Т.В. Мальцева // Міжнародна конференція «Функціоналізовані матеріали: синтез властивості та застосування». - Київ. - Україна. - 2002. - 24-29 вересня. - С. 307-308.

17. Vasilyuk S.L. The influence of water hardness on removal of copper ions by ion exchange assisted electrodialysis / S.L. Vasilyuk, T.V. Maltseva, V.N. Belyakov // Proceeding of Membrane Science and Technology Conference of the Visegrad Countries with wider International Participation. PERMEA. Tatranske-Matliare, Slovakia. - 2003. - September 7-11. - P. 45.

18. Dzyazko Yu. S. Determination of Na and Cl - Transport Numbers through Amphoteric Compose Inorganic Membranes / Yu. S. Dzyazko, F. Lapicque, N.V. Stefanyak, S.L. Vasilyuk // Proceeding of the 55th ISE meeting. - Thessaloniki, Greece. - 2004. - Sept. 19-24 - P. 1346.

19. Dzyazko Y. Removal of Cr (VI) from diluted solutions with electrodelonization method using inorganic ion-exchange materials / Y. Dzyazko, L. Rozhdestvenskaya, S. Vasilyuk, V. Belyakov, N. Kabay, O. Arar, U. Yuksel, M. Yuksel // Somer Symposium Series 1. Past, Present, Future Chemical Engineering. - Ankara, Turkey. - 2007. - 14-15 May - P. 109.

20. Dzyazko Y. Mobility of Cr (VI) anions in organic and inorganic ion-exchangers by electrodeionization method / Y. Dzyazko, L. Rozhdestvenskaya, S. Vasilyuk, V. Belyakov, N. Kabay, O. Arar, U. Yuksel, M. Yuksel // Somer Symposium Series 1. Past, Present, Future Chemical Engineering. - Ankara, Turkey. - 2007. - 14-15 May - P. 110.

21. Дзязько Ю.С. Транспорт ионов через композиционные мембраны, содержащие нанослои ионообменника / Ю.С. Дзязько, В.Н. Беляков, С.Л. Василюк, F. Lapicque // Нанорозмірні системи: будова, властивості, технології. - Україна, Київ. - 2007. - 21 - 23 листопад. - С. 586 (С10-1).

Размещено на .ru