Теоретическое обоснование концентрационной поляризации в электрохимических баромембранных процессах очистки медьсодержащих растворов гальванических производств

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе предложен метод оптимизации одновременно для двух функций максимального удельного потока растворителя Jv max (водопроницаемости) и минимальной концентрационной поляризации θmin с помощью комплексного критерия Ф и критериальных и функциональных ограничений, позволяющий определить значения Jv max и θmin в зависимости от наложения электрического тока и коэффициентов гидравлической проницаемости растворителя. Выражения для оптимизации функций удельного потока растворителя Jv и концентрационной поляризации θ представлены в аналитическом виде без учета поправочных эмпирических коэффициентов, что позволяет упростить процесс оптимизации. Максимальные расхождения между значениями Jv, полученными аналитически и экспериментально, не превышают 3%, а для θmin – 2%.

About the authors

К. В. Шестаков

Тамбовский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: kostyanshestakov@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

С. И. Лазарев

Тамбовский государственный технический университет

Email: kostyanshestakov@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

М. С. Гессен

Тамбовский государственный технический университет

Email: kostyanshestakov@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

Д. С. Лазарев

Тамбовский государственный технический университет

Email: kostyanshestakov@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

Н. Н. Игнатов

Тамбовский государственный технический университет

Email: kostyanshestakov@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

References

  1. Курдюмов В.Р., Мальцев Г.И., Тимофеев К.Л. Извлечение ионов никеля из сточных вод и промышленных растворов (обзор) // Химия в интересах устойчивого развития. 2022. Т. 30. № 2. С. 123.
  2. Виноградов О.С., Виноградова Н.А., Завалин В.В., Ульянов А.А. Способы повышения техносферной безопасности электрохимических производств // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2021. Т. 10. № 3 (55). С. 154.
  3. Варенцов В.К., Кошев А.Н., Кузина В.В. Определение основных параметров электрохимических процессов в проточных трехмерных электродах при регенерации электролитов железнения // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 3 (52). С. 161.
  4. Кирикова Д.И., Киреева С.Н., Киреев С.Ю., Перелыгин Ю.П. Электроосаждение цинка из кислого лактатного электролита с использованием униполярного гальваностатического режима импульсного электролиза // Гальванотехника и обработка поверхности. 2016. Т. 24. № 3. С. 32.
  5. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. М.: Наука, 1996.
  6. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: пер. с англ. М.: Мир, 1999.
  7. Котов В.В., Перегончая О.В., Бодякина И.М. Электродиализ водных растворов, содержащих органические электролиты. Саарбрюккен: LAP LAMBERT, 2014.
  8. Лазарев С.И., Абоносимов О.А., Котенев С.И., Шестаков К.В. Теоретический расчет концентрационной поляризации при ультрафильтрационной очистке технологических растворов, содержащих тринатрийфосфат // Теор. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 6. С. 724. [Lazarev S.I., Abonosimov O.A., Kotenev S.I., Shestakov K.V. Theoretical calculation of concentration polarization in the ultrafiltration purification of technological solutions containing trisodium phosphate // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 6. P. 1015.].
  9. Духин С.С. Концентрационная поляризация ионитовых мембран в ламинарном режиме электродиализа и электрофильтрования // Химия и технология воды. 1984. Т. 6 № 5. С. 368.
  10. Коржов Е.Н. Модель электродиализа в ламинарном режиме // Химия и технология воды. 1986. Т. 8. № 5. С. 20.
  11. Коржов Е.Н. Концентрационная поляризация мембран при электродиализе в ламинарном режиме // Химия и технология воды. 1987. Т. 9. № 1. С. 6.
  12. Балавадзе Э.М., Бобрешова О.В., Кулинцов П.И. Концентрационная поляризация в процессе электродиализа и поляризационные характеристики ионоселективных мембран // Успехи химии. 1988. Т. 57. № 6. С. 1031. [Balavadze E.M., Bobreshova O.V., Kulintsov P.I. Concentration polarisation in the electrodialysis process and the polarisation characteristics of ion-selective membranes // Russian Chem. Rev. 1988. V. 57. № . 6. P. 585.].
  13. Гончарук В.В., Кучерук Д.Д., Дульнева Т.Ю. Очистка воды от гидроксосокомплексов тяжелых металлов электромикрофильтрацией при помощи неорганических мембран // Химия и технология воды. 2010. Т. 32. № 2. С. 173. [Goncharuk, V.V., Dul’neva, T.Y., Kucheruk D.D. Water purification of hydroxocomlexes of heavy metals by electromicrofiltration using inorganic membranes // J. Water Chem. Technol. 2010. V. 32. № 2. P. 95.].
  14. Узденова А.М. Моделирование электроконвекции в мембранных системах: анализ граничных условий у поверхности // Фундаментальные исследования. 2016. № 12 (5). С. 1010.
  15. Заболоцкий В.И., Лебедев К.А., Шельдешов Н.В. Перенос ионов через мембрану в условиях предшествующей медленной гомогенной химической реакции в диффузионном слое // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 9. С. 1083. [Zabolotskii V.I., Lebedev K.A., Shel’deshov N.V. Ion-transfer across a membrane in the presence of a preceding slow homogeneous chemical reaction in the diffusion layer // Russian J. Electrochem. 2017. V. 53. № 9. P. 966.].
  16. Кругликов С.С., Архипов Е.А., Жирухин Д.А., Смирнов К.Н., Ваграмян Т.А., Колесников В.А., Филатова Е.А. Повышение эффективности электромембранных процессов на участке электрохимического кадмирования // Теор. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 3. С. 286–290. [Kruglikov S.S., Arkhipov E.A., Zhirukhin D.A., Smirnov K.N., Vagramyan T.A., Kolesnikov V.A., Filatova E.A. Increasing the efficiency of electromembrane processes in the area of electrochemical cadmium plating // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. № 3. P. 359.].
  17. Шестаков К.В., Лазарев С.И., Хохлов П.А., Полянский К.К. Прогнозирование процесса электрохимического баромембранного разделения промышленных растворов на основе фрикционной теории // Теор. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 6. С. 754. [Shestakov K.V., Lazarev S.I., Khokhlov P.A., Polyanskii K.K. Predicting the Electrochemical Pressure-Driven Membrane Separation of Industrial Solutions Using Friction Theory // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. № 6. P. 1219.].
  18. Байков В.И., Бильдюкевич А.В. Нестационарная концентрационная поляризация при ламинарной ультрафильтрации в плоском канале // Инж.-физ. журн. 1994. Т. 67. № 1–2. С. 103. [Baikov V.I., Bil’dyukevich A.V. Nonstationary concentration polarization in laminar ultrafiltration in a plane channel // J. Eng. Phys. Thermophys. 1994. V. 67. P. 773].
  19. Байков В.И., Лучко Н.Н., Сидорович Т.В. Влияние гелеобразования на процесс ламинарной проточной ультрафильтрации // Инж.-физ. журн. 1998. № 1. С. 166. [Baikov V.I., Luchko N.N., Sidorovich T.V. Effect of gel formation on the process of laminar continuous-flow ultrafiltration // J. Eng. Phys. Thermophys. V. 71. P. 166].
  20. Тихомолова К.П. Электроосмос. Л.: Химия, 1989.
  21. Абоносимов О.А., Лазарев С.И., Арзамасцев А.А., Левин А.А., Лазарев Д.С., Котенев С.И. Коэффициенты массопереноса в процессе электрохимического мембранного извлечения ионов железа, магния и марганца из технологических растворов, осложненного концентрационной поляризацией // Хим. нефтегаз. машиностр. 2020. № 9. С. 3. [Abonosimov O.A., Lazarev S.I., Arzamastsev A.A., Levin A.A., Lazarev D.S., Kotenev S.I. Mass transfer coefficients in electrochemical membrane process of iron, magnesium and manganese ions extraction from technological solutions complicated by concentration polarization // Chem. and Petrol. Eng. 2021. V. 56. № . 9–10. P. 691.].
  22. Банди Б. Методы оптимизации. М.: Радио и связь, 1988.
  23. Лазарев С.И., Абоносимов О.А., Протасов Д.Н., Шестаков К.В. Теоретическое прогнозирование процесса электромембранного разделения медьсодержащих растворов гальванических производств // Теор. основы хим. технологии. 2020. Т. 54. № 1. С. 83. [Lazarev S.I., Abonosimov O.A., Protasov D.N., Shestakov K.V. Mathematical Model of Electromembrane Separation of Copper-Electroplating Production Solutions // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. № 1. P. 208].
  24. Хорохорина И.В. Сорбционная емкость слабоионизированных мембран ОПМН-К и ОПМН-П при нанофильтрационном разделении технологических растворов, содержащих ионы тяжелых металлов // Вестник Техн. ун-та. 2020. Т. 23. № 3. С. 67.
  25. Лазарев С.И., Хорохорина И.В., Шестаков К.В., Лазарев Д.С. Извлечение цинка, меди, никеля и кобальта из сточных вод гальванических производств методом электронанофильтрации // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. № 8. С. 1059. [Lazarev S.I., Khorokhorina I.V., Lazarev D.S., Shestakov K.V. Recovery of Zinc, Copper, Nickel, and Cobalt from Electroplating Wastewater by Electro-Nanofiltration // Russian J. Appl. Chem. 2021. V. 94. № . 8. P. 1105.].
  26. Абоносимов Д.О., Лазарев С.И. Применение мембранных технологий в очистке сточных вод гальванопроизводств // Вестник ТГТУ. 2014. Т. 20. № 2. С. 306.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences