Concentration distribution of molecules and particles in a chromium-containing model system: Fe-K2Cr2O7-NaCl-H2SO4-H2O at different temperatures of electrocoagulation process

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Thermodynamic modeling of the electrocoagulation process in the systemFe-K2Cr2O7-NaCl-H2SO4-H2Oat wide limits of temperature change (278-300 K) has been carried out for the purpose of water purification from chromium (Cr6+). Physicochemical (pH, I, Eh, Cp) and thermodynamic (H, S, U, G) parameters of the system at the established optimal ratios of the initial components have been calculated. Taking into account the calculated data the experimental research was carried out and the influence on the electrocoagulation processes was revealed: pH, current, type and concentration of electrolytes. The concentration distribution of individual molecules and particles (cations, anions) was established, including: Cr2+, Cr3+, CrO+, CrOH2+, Fe+, FeOH+, FeOH2+in solution and thereby eliminating the use of ion chromatography for analytical purposes. AnEh-pHdiagram showing the fields of presence of various forms of chromium has been drawn up, and a formula for calculating the value of the redox potential as a function of solution pH has been obtained. It is shown that Eh> 0, i.e., the medium is oxidizing, and the formation ofCr3+in concentrated solution (I > 0.8) was observed. The electrocoagulation process achieved the binding of sulfur and iron in the form of FeS2and followed by the production ofFe(ОН)3and co-precipitation ofCr(OH)3.The degree of water purification from chromium was more than 97% (reduction ofCr6+in water from 100 mg/L to 2.29-2.30 mg/L).

About the authors

Z. K. Maimekov

Manas Kyrgyz-Turkish University

Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

D. A. Sambaeva

Razzakov Kyrgyz State Technical University

Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

Z. B. Izakov

Manas Kyrgyz-Turkish University

Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

N. T. Shaikieva

Manas Kyrgyz-Turkish University

Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

M. Dolaz

Manas Kyrgyz-Turkish University

Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

M. Kob’ya

Manas Kyrgyz-Turkish University

Author for correspondence.
Email: zarlyk.maymekov@manas.edu.kg
Bishkek, Kyrgyz Republic

References

  1. Pan C., Troyer L.D., Catalano J.G., Giammar D.E.Dynamics of Chromium(VI) Removal from Drinking Water by Iron Electrocoagulation // Environmental science & technology. 2017. V. 50. № 24. P. 13502. doi: 10.1021/acs.est.6b03637.
  2. Hu S.Y., Li D., Huang C., Sun D.L., Yuan X.Z.A continuous electrocoagulation system with pH auto-adjusting by endogenous products to treat Cr(VI)-contaminated soil flushing solution // Separation and purification technology. 2017. V. 189. P. 213. doi: 10.1016/j.seppur.2017.07.081.
  3. Maitlo H.A., Kim K.H., Park J.Y., Kim J.H.Removal mechanism for chromium (VI) in groundwater with cost-effective iron-air fuel cell electrocoagulation // Separation and purification technology. 2019. V. 213. P. 378, doi: 10.1016/j.seppur.2018.12.058.
  4. Gaikwad M.S., Balomajumder C.Tea waste biomass activated carbon electrode for simultaneous removal of Cr(VI) and fluoride by capacitive deionization // Chemosphere. 2017. V. 184. P. 1141. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.074.
  5. Kaya A., Onac C., Alpoguz H.K.,Yilmaz A., Atar N.Removal of Cr(VI) through calixarene based polymer inclusion membrane from chrome plating bath water // Chemical engineering journal. 2016. V. 283. P. 141, doi: 10.1016/j.cej.2015.07.052.
  6. Demir A., Arisoy M.Biological and chemical removal of Cr(VI) from waste water: Cost and benefit analysis // Journal of hazardous materials. 2007. V. 147. № 1-2. P. 275. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.12.076.
  7. Ahluwalia S.S., Goyal D.Removal of Cr(VI) from aqueous solution by fungal biomass // Engineering in life sciences. 2010. V. 10. № 5. P. 480. doi: 10.1002/elsc.200900111.
  8. MeshalkinV.P.Current Theoretical and Applied Research on Energy– and Resource-Saving Highly Reliable Chemical Process Systems Engineering//Theor. Found. Chem. Eng.2021. V. 55. № 4. P. 563. [Мешалкин В.П. Актуальные теоретические и прикладные исследования по инжинирингу энергоресурсосберегающих высоконадежных химико-технологических систем // Теор. осн. хим. технол. 2021. Т. 55. № 4. С. 399].
  9. Кичигин В.И., Цыпин А.В.К вопросу электрохимической очистки промышленных сточных вод // Материалы 70-й юбилейной Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР / СГАСУ. Самара. 2013. С.217.
  10. Aoudj S., Khelifa A., Drouiche N., Belkada R., Miroud D.Simultaneous removal of chromium(VI) and fluoride by electrocoagulation-electroflotation: Application of a hybrid Fe-Al anode // Chemical Engineering Journal. 2015. V. 267. P. 153.
  11. KabdaşlıI., Arslan-Alaton I., Olmez-Hancı T., Tunay O.Electrocoagulation applications for industrial wastewaters: a critical review // Environmental Technology Reviews.2012. V. 1. № 1. P. 2. doi: 10.1080/21622515.2012.715390.
  12. Чернышев П.И., Визен Н.С., Кузин Е.Н., Кручинина Н.Е., Халиуллина Д.Р.Очистка сточных вод от ионов хрома (VI) // Успехи в химии и химической технологии. 2018. Т. ХХХII. № 12. С. 79.
  13. Hamdan S.S., El-Naas, M.H. Characterization of the removal of Chromium(VI) from groundwater by electrocoagulation // J. Ind. Eng. Chem. 2014. V. 20. № 5. P. 2775. doi: 10.1016/j.jiec.2013.11.006.
  14. Thirugnanasambandham K., Shine K.Investigation on the Removal of Chromium from Wastewater using Electrocoagulation // International Journal of Chemical Reactor Engineering. 2018. V. 16. № 5. P. 20170155. doi: 10.1515/ijcre-2017-0155.
  15. Omwene P.I., Oncel M.S., Celen M., Kobya M.Heavy metal pollution and spatial distribution in surface sediments of Mustafakemalpasa stream located in the world’s largest borate basin (Turkey) // Chemosphere. 2018. V. 208. P. 782.doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.06.031.
  16. Demirbas E., Kobya M., Senturk E., Ozkan T.Adsorption kinetics for the removal of chromium (VI) from aqueous solutions on the activated carbons preapared from agricultural wastes // Water SA. 2004. V. 30. № 4. P. 533. doi: 10.4314/wsa.v30i4.5106.
  17. Kobya M., Demirbas E., Bayramoglu M.Modelling the effects of adsorbent dose and particle size on the adsorption of Cr(VI) ions from aqueous solutions // Adsorption Science and Technology. 2004. V. 22. № 7. P. 583.doi: 10.1260/0263617042879465.
  18. Kobya M., Erdem N., Demirbas E.Treatment of Cr, Ni and Zn from galvanic rinsing wastewater by electrocoagulation process using iron electrodes //Desalination and Water Treatment. 2014. V. 56. № 5. P. 1. doi: 10.1080/19443994.2014.951692.
  19. Takeno N.Atlas of Eh-pH diagrams. Intercomparison of thermodynamic databases // Geological Survey of Japan Open File Report No.419. 2005.
  20. FACT (FACT database) bundled with commercially available software FACTSAGE (Fact Sage 5.2). 2002 released by GTT-Technologies.
  21. Bale C.W., Chartrand P., Degtrev S.A. , Eriksson G., Hack K., Ben Mahfoud R., Melancon J., Pelton A.D., Petersen S.FactSage thermochemical software and databases // Calphad, 2002. V. 26. P. 189. doi: 10.1016/S0364-5916(02)00035-4.
  22. Maimekov Z., Sambaeva D., Izakov J., Shaykiyeva N., Dolaz M., Kobya M.Concentration Distribution of Molecules and Other Species in the Model System Fe–NaCl–Na2S–H2SO4–H2O at Various Temperatures of the Electrocoagulation Process // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2023. V. 57. № 2. P. 205[Маймеков З.К., Самбаева Д.А., Изаков Ж.Б., Шайкиева Н.Т., Долаз М., Кобья М. Концентрационное распределение молекул и частиц в модельной системе: Fe–NaCl–Na2S–H2SO4–H2O при различных температурах процесса электрокоагуляции // Теорет. основы хим. технологии. 2023. Т. 57. № 2. С. 205].
  23. APHA (American Water Work Association), Standard methods for the examination of water and wastewater, Washington, DC, 1998, 19th ed.
  24. Karpov I.K., Chudnenko K.V., Kulik D.A., Bychinskii V.A.The convex programming minimization of five thermodynamic potentials other than Gibbs energy in geochemical modeling // American Journal of Science. 2002. V. 302. №. 4. P. 281.
  25. Karpov I.K., Chudnenko K.V., Kulik D. A.Modeling chemical mass transfer in geochemical processes; thermodynamic relations, conditions of equilibria and numerical algorithms // American Journal of Science. 1997. V. 297. № 8. P. 767.
  26. Yokokawa H.Tables of thermodynamic properties of inorganic compounds // Journal of the national chemical laboratory for industry.1988. V. 83. P. 27.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».