Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Щелочное осаждение из воды ионов никеля (II) с применением озона

щелочное осаждение из воды

ионов никеля (II) с применением озона

 

Среди различных методов очистки промышленных сточных вод от ионов тяжёлых металлов (ТМ) наиболее простым, недорогим и распространённым является щелочное осаждение их с использованием реагентов, содержащих Ca(OH)2 или CaO. В большинстве случаев известковое осаждение позволяет очистить воду от многих металлов до концентраций, соизмеримых с требованиями ПДК.

Однако различные ТМ-содержащие стоки зачастую включают в себя, кроме солей ТМ, множество попутных загрязнителей. Эти соединения, помимо собственной экологической вредности, могут создавать технологические проблемы, связанные с подавлением полноты осаждения ионов ТМ: коллоидная стабилизации частиц образующегося осадка (некоторые поверхностно-активные вещества) или образование с ионами ТМ устойчивых растворимых комплексов, вовсе не подверженных щелочному осаждению (NH3, NH4+, производные этилендиамина).

Перспективной видится модификация щелочного метода осаждения ТМ за счёт применения озона в качестве дополнительного реагента. Озон способен подвергать окислительной деструкции многие органические и неорганические ингредиенты воды, с которыми связанны перечисленные проблемы осаждения ионов ТМ.

Наконец, важным в теоретическом плане вопросом является влияние озона на полноту осаждения металлов, обусловленное химизмом его взаимодействия с самими соединениями этих металлов, помимо деструкции попутных ингредиентов.

Химической «основой» процесса щелочного осаждения металлов являются ионные равновесия M(II)–H2O–OH, которыми определяется остаточная концентрация ионов металла над осадками гидроксидов M(OH)2, гидроксосолей Mx(OH)yAn(2x–y) (где An – Cl, NO3, ½ SO42– и др.) и других соединений. Для интерпретации воздействия озона на равновесия M(II)–H2O–OH требуется учитывать по возможности весь спектр образующихся продуктов осаждения M(II), как потенциально способных подвергнуться химическому изменению в результате реакции с озоном.

В этом аспекте была экспериментально исследована система Ni(NO3)2–H2O–KOH методами остаточной растворимости Ni(II) и потенциометрического (рН) титрования раствор Ni(NO3)2 + раствор KOH. На основе полученных результатов апробирована симуляционная модель процесса щелочного осаждения ионов Ni(II) из воды с учётом образования полиядерных гидроксокомплексов (выпадающих в осадок в виде гидроксосолей) [Ni2OH]3+, [Ni2(OH)2]2+, [Ni2(OH)3]+, [Ni3(OH)4]2+ в дополнение к гидроксосоединениям базисного ряда NiOH+, Ni(OH)2, Ni(OH)3, Ni(OH)42–. Согласно этой модели, минимальная остаточная концентрация Ni(II) определяется константой насыщенности нейтральной (не диссоциированной на ионы) формой гидроксида Ni(OH)2 и составляет 10–5,5 моль/л.

Химизм воздействия озона на систему Ni(II)–H2O–OH интерпретирован на основе образования окисленного производного Ni(III) по предполагаемым реакциям взаимодействия с осадком гидроксосоли или гидроксида:

 

4 Ni2(OH)3NO3(S) + 3 O3 = 3 Ni2O3(S) + 2 Ni(NO3)2 + 6 H2O + 3 O2 (1)

2 Ni(OH)2(S) + O3 = Ni2O3(S) + 2 H2O + O2 (2)

 

Для максимально полного осаждения Ni(II) при озонировании требуется вводить количество щёлочи, обеспечивающее полный гидролиз гидроксосоли до Ni(OH)2, чтобы исключить протекание реакции (1), вызывающей повышение остаточной концентрации металла.

Каким образом и насколько появление в осадке производного Ni(III) влияет на минимальную остаточную концентрацию никеля, остаётся вопросом для дополнительных исследований.