РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В ходе экспериментальных исследований рассмотрены системы на основе дистиллированной воды с последующим переходом к более сложным водным растворам, что позволило создать целостное представление о процессах, протекающих в жидкой среде при ее обработке КНП. Использование в ходе исследований реальных сточных вод позволило определить эффективность предложенного метода для извлечения ионов поливалентных металлов.
2.1 Характеристика объектов исследований
В качестве объектов исследований использовались:
1) вода дистиллированная;
2) вода водопроводная;
3) водные растворы этанола, бутанола-1;
4) растворы NaOH, KOH, KJ, KCl, NaCl в дистиллированной воде;
5) модельные растворы сульфатов Cu, Ni, Zn, Fe различных концентраций в дистиллированной воде;
6) модельные растворы сульфатов Cu, Ni, Zn, Fe различных концентраций в дистиллированной воде с добавками этанола;
7) отработанные фиксажные растворы, и модельные растворы AgNO3;
8) сточные воды после цианистого цинкования, пассивации, хромирования, никелирования, травления.
2.1.1 Физико-химические свойства растворителя (воды)
Дистиллированная вода. Вода (оксид водорода) Н2О, молекулярная масса равна 18,016 г/моль; плотность при 20?С ? = 998кг/м3; динамическая вязкость ?= 1,028 мПа?с; рН=6,15; простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Жидкость без вкуса, запаха и цвета [115].
Водопроводная вода. Используемая в данное время водопроводная вода содержит ряд примесей, которые существенным образом влияют на ее физические свойства. Плотность водопроводной воды при 20?С ? = 998кг/м3; динамическая вязкость ? = 1,112 мПа?с; рН=7,30. Содержание примесей регулируется специальными нормами и ГОСТами. Так, согласно ГОСТ 2874-73, химические вещества в водопроводной воде не должны превышать концентраций, указанных в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Нормы содержания химических веществ в водопроводной воде
Сухой остаток, мг/л1000Хлориды, мг/л350Сульфаты, мг/л500Железо(Fe2+ ,Fe3+), мг/л0,3Марганец, мг/л0,1Медь, мг/л1,0Цинк, мг/л5,0Никель, мг/л1,0Алюминий, мг/л0,5Хром, мг/л0,1Гексаметафосфат, мг/л3,5Общая жесткость, мг-экв/л7
2.1.2 Характеристики используемых спиртов.
Этанол (СН3СН2ОН) - этиловый спирт, относится к низшим спиртам, молекулярная масса которого 46,07г/моль; при 20?С плотность ? = 789кг/м3; динамическая вязкость ? = 1,19 мПа?с; неограниченно растворим в воде, при растворении образует с ней водородные связи, не разрушающие каркас молекул воды [116].
Бутанол (СН3СН2СН2СН2ОН) - n-бутиловый спирт, молекулярная масса 74,124 г/моль; при 20?С плотность ? = 810кг/м3; динамическая вязкость
? = 2,95 мПа?с; растворимость в воде при 20?С составляет 9г на 100мл воды.
2.1.3 Характеристики используемых растворов
Особенностью растворов, исследуемых в данной работе, заключается в том, что в них находятся заряженные частицы (ионы), имеющие заряды разного знака. Основная составляющая взаимодействий в таких растворах - это взаимодействие между ионами и молекулами растворителя. Ионы оказывают значительное поляризующее влияние: индуцируемые ими дипольные моменты в молекулах растворителя соизмеримы с дипольным моментом воды. Кроме действия электростатических сил, возможен частичный или полный перенос электронов от ионов к молекулам растворителя, приводящий к перераспределению заряда между ионом и его сольватной оболочкой. В результате усиления влияния заряженных частиц друг на друга могут образовываться ионные пары и более сложные группировки, содержащие как ионы, так и молекулы [117].
Характер и интенсивность взаимодействия между всеми этими частицами определяется природой компонентов. В водных растворах она различна для ионов с s-, d-элементов, для ионов Н+ и т.д.
Важнейшей формой существования щелочных металлов в природе являются гидратированные катионы. Наиболее распространенными примесями в воде являются соединения натрия и калия. Характерные особенности их гидратированных катионов отражены в таблице 2.2
Таблица 2.2
Характеристики гидратированных катионов натрия и калия
ХарактеристикаNа+К+Электронная конфигурация3s14s1Ионный радиус, пм116152?G гидратации, кДж/моль-447-371Среднее время жизни координированных молекул воды, с1?10-98?10-10Координационное число первичной гидратной сферы66; 8
Из-за близости строения и свойств катионов всех щелочных металлов, разнообразие свойств их ионных соединений обусловлено анионами.
Fe, Ni, Zn, Cu, Ag - относятся к важнейшим биогенным металлам. Все они являются d-элементами, для которых характерно проявление двух или нескольких степеней окисления. Их свойства объясняются, прежде всего, строением их валентных оболочек. Например, в воде катионы 3d-металлов всегда существуют в виде аквакомплексов. Различие координационных сфер аквакомплексов определяет их устойчивость и энергию гидратации. Различия в строении координационных сфер сильно сказываются на среднем времени жизни молекул Н2О в них. При сравнимых энергиях гидратации все двухзарядные катионы имеют очень большие скорости обмена координированной воды, и эта скорость уменьшается в последовательности Fe2+, Ni2+, Zn2+, что соответствует усилению взаимодействия катиона с водой при уменьшении радиуса катиона. У катиона Cu2+ эта скорость резко возрастает, так как две удаленные молекулы Н2О связаны с катионом значительно слабее. Аквакомплексы 2-3-разрядных катионов 3d-металлов существуют в водных растворах многих солей.
Таблица 2.3
Характеристики некоторых гидратированных катионов 3d-металлов
ХарактеристикаFe2+Ni2+Cu2+Zn2+Fe3+Электронная конфигурацияD6d8d9d10d5Ионный радиус, пм7869737564,5?G гидратации, кДж/моль-1974-2115-2134-2083-4460Среднее время жизни координированных молекул воды,2,5?10-73,1?10-5
- Київ+380960830922