去除金属离子的水溶液Polymer-Assisted超滤

文摘

超滤是一个膜过程用于各个行业,从喝到废水处理。在核研究和能源,超滤去除锕系元素在胶体或从废水pseudo-colloidal形式。这项研究旨在确定超滤去除溶解的可能使用金属,特别是铁和铝,从解决方案使用聚丙烯酸作为有机聚合物。三个解决方案测试包含利息和硼酸的金属,这是种存在于液体LVR-15反应堆的核废料。结果表明,超滤膜的适当组合,pH值和有机聚合物^{3 +}和菲^{3 +}可以成功地从解决方案中删除。

关键字

Polymer-assisted超滤;膜技术;金属切削;液体放射性废物;有机聚合物

介绍

各种类型的膜分离过程已经发展在过去的几十年。这些过程发现他们的应用程序在生产饮用水和后来的各种过程和废水的净化。利用膜技术的扩张已经成为创造一系列的商业产品的原因,无论他们是膜或复杂的技术解决方案。由于膜的足够的耐久性和证明功能在传统水处理技术中,膜技术是一种用于处理液体放射性废物除了传统的技术,如吸附了核工业的发展。这并不一定意味着一个完整的替代传统的技术,但膜可以提供支持的情况下传统技术不够效率或经济。

超滤用于范围广泛的行业,从饮用水和废水处理化工、食品和制药行业,回收下游产品的流或增加价值。在核领域,超滤常被用来去除α放射性废水。锕系元素包含在废水通常出现在胶体或pseudo-colloidal形式,可以有效地去除超滤。除了去除胶体粒子的解决方案,可以使用超滤作为反渗透预处理的步骤(1]。

几项研究使用超滤对放射性废物的处理已经出版。在大多数情况下,超滤后发生的一种化学物质。这些方法使用表面活性的物质,所谓的胶束增强超滤(MEUF)或聚合代理在播种的情况下超滤/ Polymer-Assisted超滤(PAUF)。在第一个变化的情况下,使用钠十二烷基硫酸盐(SDS)描述了一种表面活性的物质(2]。SDS添加到加工解决方案,经过几个小时的混合,这个解决方案随后通过膜纯化。pH值最高的保留的放射性金属达到8 - 11当大多数放射性金属离子除了Cs几乎完全移除。

对于PAUF涉及试剂的使用,如聚乙烯亚胺(PEI)和微晶壳聚糖(MCH)放射性核素Co-60和Cr-513]。的过程类似于MEUF-addition试剂、混合、反应和随后通过膜过滤。的去污因素52到68实验室仪器和37为试点单位,62年。除了裴,聚丙烯酸(PAA)去除Co-60和sr - 90通过描述了再生纤维素膜(4]。保留了价值观与低压反渗透。贝聿铭的使用也是检测去除铜、镍和锌结合醋酸纤维素膜(5]。金属保留略有增加随着pH值和减少盐(氯化钠、K2SO4)的存在。上述试剂没有显著去除cs - 137。铜铁氰化物(CuFC)碱性pH值和镍铁氰化物(NiFC)结合复合超滤膜用于除去溶液(cs - 13736)。增加Cs添加SDS NiFC一起保留。研究中的测试与实际发生液体放射性废物(生)7]。解决方案包含Co-60、锌- 65 ba - 133, cs - 134,欧盟cs - 137, - 152, - 241。通过陶瓷膜超滤进行,使用的试剂和聚丙烯酸钠盐(NaPAA)、试剂龄作为(大分子丙烯酰胺的共聚物和聚丙烯酸钠)和钴铁氰化物(CoCF)。原料处理进行了类似的在上面的例子。根据这项研究,最好的结果是实现所有3家上市代理的组合。在实验进行一个真正的原始解决方案,使用陶瓷膜超滤进行和NaPAA CoCF试剂(8]。本研究发现减少污染因素当特工都是同时补充说。提出了一种两相系统,在第一阶段,CoCF将被添加,其次是通过膜过滤。在第二阶段,NaPAA将被添加到获得通过膜渗透和滤液。

研究中心的研究基础设施资源文件格式,LVR-15反应堆,产生各种类型的废液(不同成分的放射性核素,内容的有机物质,等等)。浪费的光谱范围从纯水含有硼酸盐水溶液,铁和铝。水净化是复杂的,因为它含有放射性核素,很难管理这些废物。出于这个原因,理想的使用超滤,在此期间,所有不必要的物质集中在一个流和纯净水在另一个流(在横向气流的情况下)或简单的过滤,偶尔冲洗膜的(在终端的情况下)。这项工作旨在测试的可能性使用PAUF去除铁和铝离子从模拟液体放射性废物。

材料和方法

化学物质

稳定的水溶液模拟饲料浪费含有硼酸(1 g / l),铁^{3 +}(1 mg / l),硝酸铁nonahydrate(费舍尔化学)和艾尔^{3 +}(1 mg / l),硝酸铝nonahydrate(费舍尔化学)。氢氧化钾(Lachner)被用来调节pH值,和聚丙烯酸PAA(西格玛奥德里奇)分子量(Mw) 100年000年000年和250年作为有机聚合物。所有化学试剂在分析纯。一定数量的PAA添加到测试解决方案获得PAA M^{3 +}率介于5到50。

超滤系统

实验进行了实验室使用超滤单元测试平板膜组成的高压泵和过滤室(图1)。PAA的加入后,测试解决方案是搅拌30分钟的搅拌速度100 rpm使用电磁搅拌器(IKA),然后离开反应另一个60分钟。遵循和重聚砜膜GHPS媒体0.02微米47毫米盘使用(过滤组)。流量通过单位设置为20毫升/分钟,和操作温度是22±2ºC。三个方案进行了测试;一个由硼酸和铁^{3 +},第二个硼酸和艾尔^{3 +}最后用硼酸和三价金属。每个实验测试的解决方案是在碱性和酸性博士饲料浪费的解决方案和渗透样品收集分析金属含量、pH值和电导率。

分析

金属离子的浓度在给水和渗透测量使用ContrAA 700高分辨率连续源原子吸收光谱仪(德国耶拿分析仪器公司、德国),UV / Vis分光光度计Jenway 6850(美国Cole-Parmer仪器公司)和一系列WTW Photolab S12(木质部分析,德国)。

电导率和pH值在所有的解决方案是使用WTW pH /电导率测量的3320(木质部分析,德国)。

每个金属的去除效率计算如下:

其中c₀金属离子的浓度在饲料浪费的解决方案和c1是渗透中金属离子的浓度。

结果与讨论

去除铁离子

一个额外的有机聚合物的影响金属切削效率使用的超滤膜是调查的第一个解决方案包含硼酸和铁^{3 +}。100兆瓦的去除效率使用PAA 000碱性pH值增加PAA:铁^{3 +}比率。一个重要的拒绝菲^{3 +}高于90%发生在20 - 50的比例。的PAA Mw 250 000在碱性条件下,观察一个相反的趋势。高铁^{3 +}拒绝效率高达95%的实现较低PAA:铁^{3 +}比率(10、20)。减少排斥反应效率更高的PAA观察趋势:铁^{3 +}比率。在酸性环境中,低铁^{3 +}删除实现对PAA的分子量比碱性条件。拒绝效率降低了在这两种情况下的PAA Mw越来越PAA:铁^{3 +}比率。所示的去除效率进行了比较图2。

铝离子的去除

铝被这种方法在酸性pH值只在一个较低的有机polymer-to-metal比率,即使用PAA兆瓦时12%和36% 100 000 000和250兆瓦,分别。随着比例的增加,^{3 +}不再从解决方案中删除。类似的情况发生在PAA Mw 250 000添加在碱性环境中去除的效率^{3 +}随PAA:增加而降低^{3 +}比例从14%降至零值。PAA Mw 100 000时使用,减少离子去除效率并非如此重要。不过,最高的值在18%,随PAA金属比例增加而降低的价值7%。金属切削效率的函数PAA:^{3 +}PAUF系统比在酸性和碱性条件下所示图3。

去除铁和铝离子

一个解决方案与菲^{3 +},艾尔。^{3 +}和硼酸测试调查的可能性,同时切除两种金属的使用PAA PAUF系统100 000兆瓦。比较两个三价金属离子的去除效率的解决方案所示图4。减少拒绝越来越PAA: M^{3 +}观察两种金属的比例在pH值4。铁的去除效率是94%^{3 +}和74%,^{3 +}PAA: M^{3 +}比率为2.5,下降比例增加到35%,0,分别。这符合个人的结果在酸性金属测试博士不过,它可以表示,铁的存在^{3 +}溶液中产生积极的影响^{3 +}拒绝在pH值4。菲时去除效率为9%^{3 +}没有出现在解决方案相比,74%的时候。同样的效果的存在^{3 +}对铁的去除效率^{3 +}最高的45%,这是为了防止基地的存在^{3 +}相比与艾尔·94%^{3 +}在解决方案。在pH值8,铁^{3 +}去除效率值从0增加到35%,明显低于当没有其他金属出现在解决方案。在该测试中,艾尔^{3 +}不是从解决方案中删除。

同时去除的金属离子与PAA 000 Mw 250测试比较不同的有机聚合物分子量的影响。在酸性环境中,铁的去除效率^{3 +}和艾尔^{3 +}解决方案达到最大值的96%和89%,分别在一个较低的PAA: M^{3 +}比率。然后值减少更多的PAA添加到解决方案。比较PAA分子量,结果是类似于那些使用Mw 100 000,在去除效率略低于000年使用250兆瓦时。铁的存在^{3 +}增强的拒绝^{3 +}从单个金属溶液的37%至89%的低PAA: M^{3 +}比率。相应地,基地的存在^{3 +}在解决方案积极影响铁^{3 +}删除在pH值4。去除效率是16%的最高价值的存在^{3 +}比例为96%。

在碱性环境中,高铁的拒绝^{3 +}(90%)发生在从5和10比率,然后下降。整个铁的去除效率^{3 +}略低的另一个金属。相反,像以前的测试中,铁的存在^{3 +}积极的影响^{3 +}在58%到14%之间。铁的去除效率的趋势^{3 +}和艾尔^{3 +}从解决方案使用超滤的组合和PAA在不同PAA: M^{3 +}比率和不同pH值所示图5。

结论

额外的有机聚合物的影响在PAUF系统金属切削用聚砜平板超滤膜进行了研究。三个方案进行了测试,一个铁^{3 +},第二个^{3 +}和第三。硼酸是存在于所有解决方案和PAA作为两种不同分子量的有机聚合物。模拟废水的结果表明,超滤膜的精心挑选的组合,一个剂量的有机聚合物和pH值^{3 +}和菲^{3 +},可以成功地从硼酸溶液中删除。

的铁^{3 +}有一个总体较高的去除效率比阿尔^{3 +}。铁的去除率^{3 +}达到95%的碱性环境对PAA分子量的测试。相比之下,这个方法只删除^{3 +}从单一金属在一定程度上解决方案,最大限度的去除效率的pH值4 37%。比较单一金属溶液pH值的影响,去除效率普遍较高的铁在碱性条件^{3 +}。然而,同时去除铁^{3 +}和艾尔^{3 +}解决方案是更成功的两种金属的pH值4。在大多数情况下,更高的PAA的负面影响:M^{3 +}在观察去除效率比率。因此,有必要仔细确定PAA使用最好的结果的数量。

它可以表示,铁的存在^{3 +}溶液中有一个积极的影响^{3 +}拒绝4 pH值的两种类型的PAA。考虑使用PAA分子量的影响,结果是类似的金属溶液混合,在去除效率略低于使用兆瓦时使用PAA Mw 100 000 250 000。

确认

的呈现结果意识到工业和贸易的制度支持。

引用

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