Получение растворов комплексных коагулянтов на основе треххлористого титана

Одним из крупнейших источников поступления соединений тяжелых металлов в гидросферу является гальваническое производство. Несмотря на свою высокую опасность, соединения хрома (VI) нашли широкое применение в гальванотехнике. Электролиты на основе соединений хрома (VI) устойчивы при любых значениях рН и в случае попадания в воду создают серьезную проблему для очистных сооружений. Проведена оценка возможности термического и электрохимического получения растворов комплексных коагулянтов-восстановителей на основе треххлористого титана для очистки сточных вод от соединений хрома (VI). Установлено, что выход треххлористого титана практически не зависит от способа получения, однако электрохимический синтез протекает значительно стабильней, реакционная смесь незначительно нагревается, что положительно влияет на время хранения полученных растворов реагента. Доказано, что по эффективности образцы комплексного коагулянта-восстановителя превосходят индивидуальные реагенты на основе соединений железа (II). Кроме того, применение комплексных реагентов позволяет в значительной мере интенсифицировать седиментацию и фильтрацию образующихся шламов, что дает возможность существенно уменьшить габариты оборудования и повысить экономическую эффективность процесса очистки воды в целом

Работа выполнена в рамках программы поддержки молодых ученых-преподавателей РХТУ им. Д.И. Менделеева (заявка З-2020-013)

Литература

[1] Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению. М., Техносфера, 2006.

[2] Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. М., Глобус, 2002.

[3] Перелыгин Ю.П., Яскула М., Фролов А.В. Влияние рН раствора на равновесные концентрации хромат- и дихромат-ионов. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки, 2016, № 2, с. 39--43.

[4] Gheju M., Balcu I. Removal of chromium from Cr (VI) polluted wastewaters by reduction with scrap iron and subsequent precipitation of resulted cations. J. Hazard. Mater., 2011, vol. 196, pp. 131--138. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.09.002

[5] Vemula M., Ambavaram V.B.R., Kalluru G.R., et al. An overview on research trends in remediation of chromium. Res. J. Recent Sci., 2013, vol. 2, no. 1, pp. 71--83.

[6] Barrera-Diaz C.E., Lugo-Lugo V., Bilyeu B. A review of chemical, electrochemical and biological methods for aqueous Cr (VI) reduction. J. Hazard. Mater., 2012, vol. 223-224, pp. 1--12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.04.054

[7] Kuzin E.N., Chernyshev P.I., Vizen N.S., et al. The purification of the galvanic industry wastewater of chromium (VI) compounds using titanium (III) chloride. Russ. J. Gen. Chem., 2018, vol. 88, no. 13, pp. 2954--2957. DOI: https://doi.org/10.1134/S1070363218130200

[8] Hussain S., Awad J., Sarkar B., et al. Coagulation of dissolved organic matter in surface water by novel titanium (III) chloride: mechanistic surface chemical and spectroscopic characterization. Sep. Purif. Technol., 2019, vol. 213 pp. 213--223. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.12.038

[9] Xu J., Zhao Y., Gao B., et al. Enhanced algae removal by Ti-based coagulant: comparison with conventional Al- and Fe-based coagulants. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, vol. 25, no. 13, pp. 13147--13158. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-018-1482-8

[10] Zhao Y.X., Gao B.Y., Shon H.K., et al. Coagulation characteristics of titanium (Ti) salt coagulant compared with aluminum (Al) and iron (Fe) salts. J. Hazard. Mater., 2011, vol. 185, no. 2-3, pp. 1536--1542. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.10.084

[11] Galloux J., Chekli L., Phuntsho S., et al. Coagulation performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride and titanium tetrachloride compared with ferric chloride for coal mining wastewater treatment. Sep. Purif. Technol., 2015, vol. 152, pp. 94--100. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.08.009

[12] Kamrul Hasan A.T.M., Fang Y., Liu B., et al. Surface analytical approach to TiCl₃-based Ziegler --- Natta catalysts combined with microstructure analysis of polymer. Polymer, 2010, vol. 51, no. 16, pp. 3627--3635. DOI: https://doi.org/10.1016/J.POLYMER.2010.05.053

[13] Takahashi S., Wada T., Taniike T., et al. Precise active site analysis for TiCl₃/MgCl₂ Ziegler --- Natta model catalyst based on fractionation and statistical methods. Catalysts, 2013, vol. 3, no. 1, pp. 137--147. DOI: https://doi.org/10.3390/catal3010137

[14] Xue B., Sun T., Mao F., et al. Facile synthesis of mesoporous core-shell TiO₂ nanostructures from TiCl₃. Mater. Res. Bull., 2011, vol. 46, iss. 9, pp. 1524--1529. DOI: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.05.019

[15] Bernardes J.C., Pinheiro G.K., Muller D., et al. Novel modified nonalkoxide sol-gel synthesis of multiphase high surface area TiO₂ aerogels for photocatalysis. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2020, vol. 94, pp. 425--434. DOI: https://doi.org/10.1007/s10971-020-05286-z

[16] Kuzin E.N., Krutchinina N.E. Hydrolysis and chemical activity of aqueous TiCl₄ solutions. Inorg. Mater., 2019, vol. 55, no. 8, pp. 834--837. DOI: https://doi.org/10.1134/S0020168519080065

[17] Kuzin E.N., Krutchinina N.E., Chernyshev P.I., et al. Synthesis of titanium trichloride. Inorg. Mater., 2020, vol. 56, no. 5, pp. 507--511. DOI: https://doi.org/10.1134/s002016852005009x

[18] Лучинский Г.П. Химия титана. М., Химия, 1971.

[19] Горощенко Я.Г. Химия титана. Киев, Наукова думка, 1970.

[20] Кучумов В.А., Шумкин С.С. Анализ химического состава исходного сплава при производстве постоянных магнитов из сплавов системы Sm--Co. Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2017, т. 23, № 1. c. 219--225.

[21] Гетманцев С.В., Нечаев И.А., Гандурина Л.В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М., АСВ, 2008.

[22] Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., АСВ, 2005.

[23] Shon H.K., Vigneswaran S., Kandasamy J., et al. Preparation and characterization of titanium dioxide (TiO₂) from sludge produced by TiCl₄ flocculation with FeCl₃, Al₂(SO₄)₃ and Ca(OH)₂ coagulant aids in wastewater. Sep. Sci. Technol., 2009, vol. 44, iss. 7, pp. 1525--1543. DOI: https://doi.org/10.1080/01496390902775810

[24] Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов М., Академкнига, 2007.

[25] Wang T.-H., Navarrete-Lopez A.M., Li S., et al. Hydrolysis of TiCl₄: initial steps in the production of TiO₂. J. Phys. Chem. A, 2010, vol. 114, iss. 28, pp. 7561--7570. DOI: https://doi.org/10.1021/jp102020h

[26] Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Научное издание, 2005.

[27] Kolesnikov A.V., Savel’ev D.S., Kolesnikov V.A., et al. Electroflotation extraction of highly disperse titanium dioxide TiO₂ from water solutions of electrolytes. Glass Ceram., 2018, vol. 75, no. 5-6, pp. 237--241. DOI: https://doi.org/10.1007/s10717-018-0063-0

[28] Мешалкин В.П., Колесников А.В., Савельев Д.С. и др. Анализ физико-химической эффективности электрофлотационного процесса извлечения продуктов гидролиза четыреххлористого титана из техногенных стоков. ДАН, 2019, т. 486, № 6, c. 680--684. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-56524866680-684