Комбинированное извлечения марганца при водоочистке техногенных растворов

Для деманганации техногенных водных растворов представлен метод, основанный на электрокоагуляционной очистке водных систем от больших содержаний металлов и доизвлечения ионов марганца (II) адсорбционным способом с помощью углеродных сорбентов. Используется коагуляционная технология на электрогенерируемом гидроксиде алюминия. По данным дифрактометрических исследований такой гидроксид имеет аморфную пористую структуру гидрогеля с развитой сорбирующей поверхностью. Мицелярное строение свежегенерируемого гидроксида алюминия, отнесенного к модификации гиббсита, может быть представлено коллоидной частицей: {[m Al(OH)₃] nAl(OH)₂⁺ (n-x) OH^-}^x+ хOH^-. Ассоциативный процесс сорбции на гиббсите идет за счет дисперсионного взаимодействия, которое осуществляется силой электростатического притяжения мгновенного и индуцированного диполей электрически нейтральных молекул сорбента и гидроксоаквакомплекса марганца [Mn (OH₂)₂(OH)₂]⁰. Предельная величина адсорбции ионов марганца при 298 К  и рН 5,8 составила 4,9 ммоль/г, а значение константы адсорбционного равновесия 1,36 ^. 10⁴. Расход количества электричества соответствовал 12,0 А^.ч при оптимальном времени электрокоагуляции 15 мин и плотности тока 1,6 мА/см². Доочистка водных растворов с использованием углеродных сорбентов выполняется в слабощелочной среде при рН 7,5. Величина сорбции марганца достигает 1,68 ммоль/г.  Ресурсосберегающий эффект переработки техногенных гидроминеральных ресурсов достигается значительным снижением содержания солей тяжелых металлов и получением из отходов очистки воды востребованных смешанных коагулянтов сульфатов алюминия и железа. Положительным является и то, что при электрохимической очистке воды производится ее обеззараживание, улучшаются ее огранолептические показатели.

1. Ястребов К.Л., Дружинина Т.Я., Надршин В.В., Карлина А.И. Подготовка и очистка природных и сточных вод. Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2014. 564 с. EDN: TJNFUX.

2. Jerroumi S., Amarine M., Gourich B. Technological trends in manganese removal from groundwater: A review // Journal of Water Process Engineering. 2023. Vol. 56. Iss. 12. P. 1–23. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104365.

3. Alvarez-Bastida C., Martínez-Miranda V., Solache-Ríos M., Linares-Hernández I, Teutli-Sequeira A., Vázquez-Mejía G. Drinking Water Characterization and Removal Of Manganese. Removal Of Manganese from Water // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6. Iss. 2. P. 2119–2125. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.019.

4. Иванова Л.А., Беляева О.В., Гора Н.В., Угарова И.М., Голубева Н.С. Анализ эффективности методов очистки сточных вод угольной промышленности от ионов железа и марганца // Уголь. 2023. № 11. С. 81–87. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-11-81-87. EDN: LDYBYC.

5. Niksirat M., Sadeghi R., Esmaili J. Removal of Mn from Aqueous Solutions, By Activated Carbon Obtained from Tire Residuals // SN Applied Sciences. 2019. Vol. 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0797-5.

6. Гора Н.В., Беляева О.В., Голубева Н.С., Горелкина А.К., Тимощук И.В., Иванова Л.А. Анализ способов повышения эффективности процесса обезжелезивания природных вод сорбционными методами // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 1 (127). С. 1–7. https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.127.44. EDN: AWERRK.

7. Моль Ж. Подготовка питьевой воды в XXI веке // Водоснабжение и санитарная техника. 1999. № 1. С. 14−15.

8. Filatova E.G. Optimization of Electrocoagulation Technology of Purifying Wastewaters of Ions of Heavy Metals // Journal of Water Chemistry and Technology. 2016. Vol. 38. Iss. 3. P. 167–172. https://doi.org/10.3103/S1063455X16030085.

9. Янин Е.П., Кузьмич В.Н., Иваницкий О.М. Региональная природная неоднородность химического состава поверхностных вод суши и необходимость ее учета при оценках их экологического состояния и интенсивности техногенного загрязнения // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2016. № 6. С. 3–72. EDN: WBALCN.

10. Дударев В.И., Минаева Л.А., Филатова Е.Г. Аналитический обзор методов очистки природных и технологических вод от марганца: монография. Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2013. 124 с. EDN: TJNFML.

11. Trus I. Optimal Conditions of Ion Exchange Separation of Anions in Low-Waste Technologies of Water Desalination // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2022. Vol. 57. Iss. 3. P. 550–558. EDN: TVIJLM.

12. Rajoria S., Vashishtha M., Sangal V.K. Treatment of Electroplating Industry Wastewater: A Review On the Various Techniques // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. P. 72196–72246. https://doi.org/10.1007/s11356-022-18643-y.

13. Пат. 2755988, Российская Федерация, C02F9/00, C02F9/12, C02F1/463, C02F1/32, C02F1/48, B01D61/14. Способ очистки сточных вод / С.И. Сапега, В.Н. Дигин; заявитель и патентообладатель Сапега С.И., Дигин В.Н. Заявл. 10.03.2021; опубл. 23.09.2021.

14. Дедюхина Е.М., Дылгирова В.А., Аполлонова В.С. Очистка карьерных сточных вод от ионов железа // Заметки ученого. 2020. № 12. С. 83–87. EDN: PENWCE.

15. Niksirat M., Sadeghi R., Esmaili J. Removal of Mn from Aqueous Solutions, By Activated Carbon Obtained from Tire Residuals // SN Applied Sciences. 2019. Vol. 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0797-5.

16. Краснова Т.А., Беляева Е.Е., Беляева О.В., Гора Н.В., Иванова Л.А. Использование углеродных сорбентов для удаления марганца из водных сред // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 7. С. 18–24. https://doi.org/10.35776/VST.2022.07.03. EDN: OPPBQZ.

17. Тимощук И.В., Горелкина А.К., Иванова Л.А., Просеков А.Ю., Латохин В.А. К вопросу о возможности использования адсорбции при очистке карьерных сточных вод // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2021. № 3. С. 59–63. EDN: BCZQVT.

18. Krasnova T.A., Gora N.V., Belyaeva O.V., Gorelkina A.K., Golubeva N.S., Timoshchuk I.V. The Use of Semi-Coke for Phenol Removal from Aqueous Solutions // Carbon Letters. 2021. Vol. 31 P. 1023–1032. https://doi.org/10.1007/s42823-020-00216-z.

19. Гайдукова А.М., Колесников В.А., Похвалитова А.А. Очистка сточных вод гальванического производства от ионов металлов с применением сорбции в статическом режиме и электрофлотации // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 160–166. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-4-160-166. EDN: EMPPDT.

20. Jebur M., Yu-Hsuan Chiao, Kupaaikekaiao Th., Tanmoy Patra, Yuhe Cao, Kyunghoan Lee [et al.] Combined Electrocoagulation-Microfiltration-Membrane Distillation for Treatment of Hydraulic Fracturing Produced Water // Desalination. 2021. Vol. 500. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114886.

21. Salahshoori I., Seyfaee A., Babapoor A., Cacciotti I. Recovery of Manganese Ions from Aqueous Solutions with Cyanex 272 Using Emulsion Liquid Membrane Technique: A Design of Experiment Study // Journal of Sustainable Metallurgy. 2021. Vol. 7. P. 1074–1090. https://doi.org/10.1007/s40831-021-00396-6.

22. Веденяпина М.Д., Курмышева А.Ю., Кулайшин С.А., Кряжев Ю.Г. Адсорбция некоторых тяжелых металлов на активированных углях (обзор) // Химия твердого топлива. 2021. № 2. C. 18–41. https://doi.org/10.31857/S0023117721020092. EDN: UOOLVP.

23. Филатова Е.Г., Дударев В.И. Оптимизация электрокоагуляционной очистки сточных вод гальванических производств. Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2013. 140 с. EDN: TJNHKV.

24. Дударев В.И., Минаева Л.А., Филатова Е.Г., Саламатов В.И. Электрокоагуляционное извлечение марганца из производственных вод обогатительного комбината // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 1. С. 194–201. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-194-201. EDN: YMMWIS.

25. Дударев В.И., Минаева Л.А. Современные методы деманганации природных и сточных вод // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2014. № 5. С. 76–81. EDN: TCTUFT.

26. Дударев В.И., Минаева Л.А. Применение углеродных сорбентов для извлечения марганца из растворов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024. Т. 14. № 1. С. 35–40. https://doi.org/10.21285/achb.897. EDN: NNHBMP.

27. Чугунов А.Д., Филатова Е.Г. Тяжелые металлы: химические вопросы экологической безопасности. Монография. Иркутск: Иркутский национально-исследовательский технический университет, 2024. 180 с.

28. Лаврухина А.К., Юкина Л.В. Аналитическая химия марганца. М.: Наука, 1974. 230 с.

29. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.

30. Курдюмов В.Р., Тимофеев К.Л., Мальцев Г.И., Лебедь А.Б. Сорбционное извлечение ионов никеля (II) и марганца (II) из водных растворов // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 209–2018. http://doi.org/10.31897/PMI.2020.2.209. EDN: WOJCRR.