WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

На рис. 4 представлены зависимости степени восстановления Cr(VI) (, %) при нейтральных и щелочных рН модельной сточной воды для различных температур. При увеличении температуры от 20°С до 80°С степень восстановления хрома (VI) при соотношении реагентов H2CrO4:Na2SO3 = 1:1 уменьшается в 3 раза (с 39 до 12%). Также уменьшается для соотношения H2CrO4:Na2SO3 =1:10 и 1:15 в 2 раза (с 56% до 27%), а при соотношении реагентов H2CrO4:Na2SO3 = 1:6 степень восстановления хрома, (VI) не изменяется. Дополнительное влияние на восстановление хрома (VI) оказывает температура проведения процесса. При щелочных рН модельного раствора вызванных избыточным внесением сульфита натрия, и температурах 60-80оС происходит удаление сульфит- ионов из раствора в виде SO2. Это приводит к снижению степени восстановления хрома (VI) из-за недостатка восстановителя в растворе.

Результаты эксперимента показали, что для исследуемых модельных растворов Na2Cr2O7 и (NH4)2Cr2O7, увеличение соотношения Cr(VI) : Na2SO3 от 1:1 до 1:15 позволяет повысить степень восстановления Cr(VI) от 1 до 46% и для K2Cr2O7 от 1 до 40%. Степени восстановления для изученных модельных растворов можно расположить в следующей последовательности: (NH4)2Cr2O7Na2Cr2O7>K2Cr2O7.

Рис.3 Зависимость конечного pH раствора от температуры

Рис. 4 Зависимость степени восстановления Cr(VI) от температуры. Модельный раствор 100 мг/л Н2CrO4

Процесс восстановления для модельного раствора хромовой кислоты в кислой среде протекает по реакции:

2H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 5 H2O, (3)

а процесс восстановления в кислой среде для модельного раствора, содержащего бихромат- ионы, протекает по реакции:

М2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 Cr2(SO4)3+ 3Na2SO4 + M2SO4+ 4H2O (4)

Получены зависимости степени восстановления хрома (,%) от соотношения Cr(VI):Na2SO3 при соотношениях Сr(VI):H2SO4 равных 1:0,5; 1:1; 1:2 и 1:3. На основании анализа экспериментальных данных установлено, что с увеличением соотношения Na2SO3:H2SO4 от 1,0 до 3,0 степень восстановления Сr(VI) достигает 99% и 100% соответственно.

Так как в нейтральной среде скорость восстановления Cr(VI) чрезвычайно низка, поэтому, чтобы поддерживать скорость восстановления хрома (VI) на должном уровне, нами предложено использовать в качестве катализаторов соли металлов, таких, как Cu(NO3)2, CuCl2, CuSO4, Fe(NO3)3, FeCl3, Fe2(SO4)3. Восстановление хрома (VI) при введении в модельные растворы солей меди и железа протекает по следующей реакции:

(5)

На основании данных окислительно-восстановительной способности веществ (стандартных электродных потенциалов), присутствующих в модельном растворе, используя правило «Z» был проведен термодинамический анализ возможности протекания реакций окисления-восстановления с ионами, представленными в растворе. Зная стандартные электродные потенциалы (°), можно вычислить электродвижущую силу (ЭДС) процесса. Она определяется как разность потенциалов окислителя и восстановителя, причем реакция протекает при положительном значении ЭДС: 0 = 0окисл 0восст. С учетом механизма процесса восстановления хрома можно записать по правилу «Z» для определения направления окислительно-восстановительных процессов в присутствии добавки к раствору ионов меди (+2) следующем образом:

SO42- + H2O +2e- SO32- + 2OH- ° = -0.93 В

Cu2+ +1e- Cu+ ° = +0,153 В

2Cu2+ + SO32- + 2OH- 2Cu+ + SO42- + H2O (6)

Cu2+ +1e- Cu+ ° = +0,153 В

CrO42- +8H+ +3e- Cr3+ + 4H2O ° = +1,477 В

3Cu+ + CrO42- + 8H+ 3Cu2+ + Cr3+ + 4H2O (7)

Рассматриваемые реакции 6 и 7 на основании правила «Z» имеют довольно высокий стандартный потенциал, что указывает на высокую вероятность их протекания. Исходя из свойств ионов Cu (+2) в растворе можно предположить, что механизм реакции окисления-восстановления Cr(VI) с сульфитом натрия выглядит так, как это представлено в уравнениях 6 и 7. Аналогичным образом было оценено направление окислительно-восстановительных процессов в присутствии нитрата железа (III) и подтверждена возможность участия ионов железа (III) в протекании реакции окисления-восстановления Cr(VI) с сульфитом натрия.

Для систем сульфит натрия – хромовая кислота с добавками соли меди практически не наблюдается изменение конечного рН раствора от температуры восстановления, а для системы с соли железа происходит некоторое снижение рН, с 4,5 до 3,0. Для зависимости рН раствора температура процесса восстановления в присутствии добавок раствора солей меди и железа с соотношением H2CrO4: Na2SO3 = 1:3-1:15 экспериментально установлено, что увеличение соотношения H2CrO4: Na2SO3, приводит к увеличению pH исследуемых раствора. При соотношениях H2CrO4:Na2SO3, равных 1:1, 1:3, 1:6, 1:10 и 1:15 с повышением температуры от 20°С до 80°С pH раствора уменьшается незначительно.

Получены зависимости степени восстановления Cr(VI) от времени в присутствии катиона Cu+2, Fe+3 и анионов (NO3-, Cl-, SO42) при соотношениях H2CrO4: Na2SO3 = 1:3 и различных температурах. На основании полученных данных можно заключить, что при использовании добавок растворов солей металлов при температуре 80оС степень восстановления хрома (VI) достигает 99.9%, 82%, 91.9 % и 74% соответственно.

В ходе эксперимента были получены зависимости степени восстановления (, %) Cr(VI) до Cr(III) от времени. Данные были получены для разных соотношений Na2SO3: Cr(VI) представлены на рисунке 5. Для этих зависимостей можно отметить, что набольшее количество хрома восстанавливается в первые 5-15 минут процесса, после чего степень восстановления практически не изменяется, что характерно для соотношения Na2SO3/K2Cr2O7 1:1 и 1:3 в присутствии катионов меди и для соотношения 1:1 в присутствии катионов железа. При соотношениях, больших 1:3, вид кривых не соответствует виду кривых с насыщением, что свидетельствует о продолжении протекания процесса восстановления в данных условиях

На основе этих зависимостей можно сделать вывод, что увеличение температуры от 20°С до 80°С оказывает влияние на восстановление хрома в присутствии гомогенного катализатора солей меди и железа.

а

б

Рис.5 Зависимости степени восстановления Cr(VI)от соотношения K2Cr2O7: Na2SO3 Условия: 80°C, добавка: а- Cu2+ б- Fe3+

таблица 1

Эффективные константы скорости процесса восстановления

шестивалентного хрома сульфитом натрия

Тип

добавки

t,°C

Эффективные константы скорости (k) л·моль-1·мин.-1 102

H2CrO4:Na2SO3= 1:3

K2Cr2O7:Na2SO3= 1:6

Na2Cr2O7:Na2SO3= 1:6

(NH4)2Cr2O7:Na2SO3= 1:6

1

2

3

4

5

6

Cu(NO3)2

20

1,3

1,5

2,0

1,7

40

2,9

2,2

3,7

4,9

60

23,6

7,1

8,7

10,5

80

586,0

12,4

17,1

69,5

окончание таблицы 1

1

2

3

4

5

6

CuСl2

20

1,2

1,4

1,5

1,3

40

2,4

1,9

2,2

3,4

60

4,9

3,2

4,3

3,5

80

14,3

6,3

9,9

7,8

CuSO4

20

1,1

1,9

2,4

1,9

40

1,3

2,6

2,7

2,5

60

2,2

3,3

3,5

3,6

80

6,4

3,8

4,8

6,1

Fe(NO3)3

20

1,4

1,3

3,9

1,4

40

2,4

1,8

5,8

2,4

60

6,6

4,5

6,9

5,2

80

12,5

8,4

11,8

9,8

FeСl3

20

1,8

2,3

3,1

1,2

40

2,5

2,8

4,2

1,8

60

4,9

3,1

5,5

3,5

80

11,6

4,6

7,0

5,0

Fe2(SO4)3

20

1,5

2,1

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»