Вилучення іонів важких металів із водних розчинів з використанням азотовмісного полімерного реагенту

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21. - Технологія водоочищення.- Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Робота присвячена розробці наукових засад технології вилучення іонів важких металів із водних розчинів з використанням полігексаметиленгуанідину (ПГМГ). В роботі встановлено наявність асоціації іонів важких металів з макромолекулами ПГМГ у водних розчинах з утворенням метало-полімерних комплексів за механізмом депротонування полімерного ліганду. Розраховані ступінчасті та повні константи стійкості комплексів, та побудовані графіки розподілу форм сполук іонів металів в залежності від рН середовища.

Встановлено, що зв'язування іонів металів макромолекулами ПГМГ відбувається всередині статистичних макроклубків, а здатність макромолекул зв'язувати іони важких металів збільшується в концентраційному інтервалі, де проявляється поліелектролітний ефект.

Встановлена поверхнева активність ПГМГ і його здатність переводити іони металів у вигляді метало-полімерних комплексів в поверхневий шар розчину, що дозволило обґрунтувати застосування ПГМГ для вилучення іонів важких металів із водних розчинів методом флотації.

Визначені технологічні умови синтезу ПГМГ. Розроблений метод аналітичного визначення концентрації ПГМГ в присутності іонів важких металів.

Розроблена технологічна схема і проведена апробація технології при очищенні промислових стічних вод. При цьому досягнуті високі ступені (більше 99%) очищення цих вод від іонів важких та перехідних металів.

Ключові слова: іони важких металів, поліелектроліт, ПГМГ, комплексоутворення, поверхнева активність, технологічна схема, дослідна установка, технологія очищення стічних вод.

Нижник Т.Ю. Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов с использованием азотсодержащего полимерного реагента. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.21. - Технология водоочистки.- Национальный технический университет Украины „Киевский политехнически й институт”, Киев, 2007.

Работа посвящена разработке научных основ технологии извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов с использованием полигексаметиленгуанидина (ПГМГ). В работе установлено наличие ассоциации ионов тяжелых металлов с макромолекулами ПГМГ в водных растворах с образованием металло-полимерных комплексов, которые являются продуктом частичного вытеснения координированных молекул воды исходного аквакомплекса полимерным лигандом по механизму депротонирования полимерного лиганда. С помощью специально разработанной компьютерной программы рассчитаны ступенчастые и полные константы стойкости комплексов, с использованием которых построены графики распределения форм соединений ионов металлов в зависимости от рН среды.

Установлено, что связывание ионов металлов макромолекулами ПГМГ происходит внутри статистических макроклубков, а способность макромолекул связывать ионы тяжелых металлов увеличивается в концентрационном интервале, где проявляется полиэлектролитный эффект.

Установлена поверхностная активность ПГМГ и его способность переводить ионы металлов в виде металло-полимерных комплексов в поверхностный слой, что позволило обосновать применение ПГМГ для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов методом флотации. Построены диаграммы растворимости комплексов, которые образуются при взаимодействии ПГМГ и ионов тяжелых металлов в водном растворе, и проведена оценка изменения рН растворов, которую вызывает присутствие соли металла в растворе полиэлектролита ПГМГ. Установлены оптимальные концентрационные интервалы компонентов для удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов в виде нерастворимых поликомплексних соединений.

Определены технологические условия синтеза ПГМГ и впервые предложено использование этого полимера для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов. Разработан метод аналитического определения концентрации ПГМГ в присутствии ионов тяжелых металлов.

Установлены основные технологические параметры извлечения ионов металлов из водных растворов с использованием ПГМГ и разработана принципиальная технологическая схема, которая включает стадию химического осаждения и флотационного извлечения ионов тяжелых металлов. Для реализации предложенной технологической схемы разработана и изготовлена опытная установка, испытания которой подтвердили високую эффективность метода извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов с применением ПГМГ.

Ключевые слова: ионы тяжелых металлов, полиэлектролит, ПГМГ, комплексообразование, поверхностная активность, технологическая схема, опытная установка, очистка сточных вод.

Nyzhnik T.Y. The extraction of heavy metal ions from the water solution with usage of nitrogen-containing polymeric reagent. - Manuscript.

Philosophy doctor degree dissertation thesis. Speciality 05.17.21. - Technology of water treatment. - National Technical University of Ukraine "Kyiv Politechnic Institute", Kyiv, 2007.

This thesis is about the development of the scientific basis and technology of heavy metal ion extraction from the water solutions with usage of polyhexamethylene guanidine (PHMG). The existance of association of heavy metal ions with PHMG macromolecules in water solutions with forming of metal-polymeric complexes according to mechanism of deprotonation of polymeric ligand was shown. The step and full constants of complex stability were calculated and the graphs of distribution of forms of compounds of metal ions depending on pH were made.

It was shown that metal ion linking with PHMG macromolecules are inside of static macroballs and the macromolecule ability to bound heavy metal ions increases in range of concentration where the polyelectrolitic effect is present.

It was shown PHMG superficial activity and its ability to transform metal ions in the form of metal-polymeric complexes into superficial layer. It allowed to prove the usage of PHMG to extract heavy metal ions from water solutions using flotation method.

The technological conditions of PHMG synthesis were determined. The method of analytical determination of PHMG concentration with presence of heavy metal ions was deviseded.

It was developed the technological scheme on the basis of which the pilot plant was made. It's testing showed high efficiency while treatment of industrial wastewater.

Keywords: heavy metal ions, polyelectrolyte, PHMG, complexation, superficial activity, technological scheme, pilot plant, wastewater treatment.

Размещено на Allbest.ru