Water purification of technogenic solutions from nickel (II) ions by a combined process

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The option of combined purification of aqueous solutions from nickel (II) ions is based on sorption technologies using electrically generated aluminum hydroxide with an amorphous porous structure in the form of a hydrogel and a developed sorbing surface. Such aluminum hydroxide has a micellar structure and can be described by a colloidal particle: {[m Al(OH)3] nAl(OH)2+ (n-x) OH-}x+ хOH-. Purification is associated with the phenomenon of sorption of a contaminating ion on the surface of the sorbent due to the dispersion interaction. The limiting value of nickel adsorption at 298 K and pH 7.6 was 8.3 mmol/g, the consumption of electricity corresponded to 9.5 A.h with an optimal electrocoagulation time of ten minutes and a current density of 1.6 mA/cm2. The advantages of the electrocoagulation method using aluminum electrodes, in comparison with other wastewater treatment methods, are the simplicity of the equipment manufacturing and ease of maintenance. The purification efficiency during electrocoagulation treatment was 86%. Aftertreatment of technogenic aqueous solutions was performed using carbon sorbents in a slightly alkaline medium at pH 9.8. The sorption value of nickel reaches  0.25 mmol/g. A feature of the combined technology for extracting nickel from aqueous solutions is the disinfection of water with an improvement in its granoleptic properties and the possibility of avoiding secondary contamination of the treated aqueous solutions with applied reagents.

About the authors

N. V. Irinchinova

Irkutsk National Research Technical University

Email: irnavl@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-9575-430X

E. G. Filatova

Irkutsk National Research Technical University

Email: efila@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-8704-7455

V. I. Dudarev

Irkutsk National Research Technical University

Email: vdudarev@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-6477-4422

V. N. Kulkov

Irkutsk National Research Technical University

Email: kulkof.viktor@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3838-0777

References

  1. Коронкевич Н.И., Барабанова Е.А., Зайцева И.С. Антропогенные воздействия на мировые водные ресурсы // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2024. № 2. С. 67–79. https://doi.org/10.35567/19994508-2024-2-67-79. EDN: BELBFC.
  2. Akbal F., Camci S. Copper, Chromium and Nickel Removal from Metal Plating Wastewater By Electrocoagulation // Desalination. 2011. Vol. 269. P. 214–222. http://doi.org/10.1016/j.desal.2010.11.001.
  3. Li Chen, Mingxi Zhou, Jingzhe Wang, Zhiqin Zhang, Chengjiao Duan, Xiangxiang Wang et al. A Global Meta-Analysis of Heavy Metal(Loid)S Pollution in Soils Near Copper Mines: Evaluation Of Pollution Level And Probabilistic Health Risks // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 835. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155441.
  4. Чугунов А.Д., Филатова Е.Г. Тяжелые металлы: химические вопросы экологической безопасности. Монография. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2024. 180 с. EDN: APQDGW.
  5. 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.
  6. Akbarpour M.R., Gharibi Asl F., Rashedi H. Anti-corrosion and Microstructural Properties of Nanostructured Ni-Co Coating Prepared by Pulse-Reverse Electrochemical Deposition Method // Journal of Materials Engineering and Performance. 2024. Vol. 33. P. 94–101. https://doi.org/10.1007/s11665-023-07969-4.
  7. Keshtkar Z., Tamjidi S., Vaferi B. Intensifying Nickel (II) Uptake from Wastewater Using the Synthesized yAlumina: An Experimental Investigation of the Effect of Nano-Adsorbent Properties and Operating Conditions // Environmental Technology & Innovation. 2021. Vol. 22. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101439.
  8. Bilal M., Ihsanullah I., Younas M., Ul Hassan Shah M. Recent Advances in Applications of Low-Cost Adsorbents for the Removal of Heavy Metals from Water: A Critical Review // Separation and Purification Technology. 2021. Vol. 278. P. 1–28. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119510.
  9. Mohammadpour Z., Zare H.R. Improving the Corrosion Resistance of the Nickel–Tungsten Alloy by Optimization of the Electroplating Conditions // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2020. Vol. 73. P. 937–944. https://doi.org/10.1007/s12666-020-01894-z.
  10. Xinping He, Bing Yao, Yang Xia, Hui Huang, Yongping Gan, Wenkui Zhang Coal Fly Ash Derived Zeolite for Highly Efficient Removal of Ni2+ Inwaste Water // Powder Technology. 2020. Vol. 367. P. 40–46. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.11.037.
  11. Смирнов А.В., Смирнов В.Н., Смирнов К.В. Очистка шахтных вод с использованием природных сорбентов в условиях стационарных очистных сооружений предприятий металлургии // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2024. № 2. С. 62–76. https://doi.org/10.24866/2227-6858/2024-2/62-76. EDN: CAQCFK.
  12. Kruszelnicka I., Ginter-Kramarczyk D., Gora W., Staszak K., Baraniak M., Lota G. et al. Removal of Nickel(II) from Industrial Wastewater Using Selected Methods: A Review // Chemical and Process Engineering. 2022. Vol. 43. Iss. 4. P. 437–448. https://doi.org/10.24425/cpe.2022.142284.
  13. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. М.: Глобус, 2002. 352 с.
  14. Kumara A., Baloucha A., Pathanb A.A., Abdullaha, Jagirania M.S., Ali Muhammad Mahar et al. Remediation of Nickel Ion from Wastewater by Applying Various Techniques: A Review // Acta Chemica Malaysia. 2019. Vol. 3. Iss. 1. P. 1–16. https://doi.org/10.2478/acmy-2019-0001.
  15. Домрачева В.А., Васильковская Д.В. Обоснование ферментно-кавитационной обработки осадка сточных вод // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2024. № 3. С. 114–122. https://doi.org/10.35567/19994508-2024-3-114-122. EDN: UPZYBG.
  16. Ястребов К.Л., Дружинина Т.Я., Надршин В.В., Карлина А.И. Подготовка и очистка природных и сточных вод. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2014. 564 с. EDN: TJNFUX.
  17. Серпокрылов Н.С., Вильсон Е.В., Гетманцев С.В., Марочкин А.А. Экология очистки сточных вод физико-химическими методами. М.: Ассоциация строительных вузов, 2009. 261 с. EDN: QNOEEN.
  18. 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. С. 18–41. https://doi.org/10.31857/S0023117721020092. EDN: UOOLVP.
  19. Филатова Е.Г., Дударев В.И. Оптимизация электрокоагуляционной очистки сточных вод гальванических производств. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2013.140 с. EDN: TJNHKV.
  20. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. М.: Химия, 1974. 336 c.
  21. Дударев В.И., Филатова Е.Г. Углеродные адсорбенты на основе природных углей для извлечения металлов из растворов // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 13. С. 28–30. EDN: OOVWUJ.
  22. De Gisi S., Lofrano G., Grassi M., Notarnicola M. Characteristics and Adsorption Capacities of Low-Cost Sorbents for Wastewater Treatment: A Review // Sustainable Materials and Technologies. 2016. Vol. 9. P. 10–40. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2016.06.002.
  23. Браяловский Г.Б., Никифоров А.Ф., Насчетникова О.Б., Мигалатий Е.В. Экология водных систем: применение ингибиторов коррозии для очистки сточных вод // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2023. № 3. С. 114–123. https://doi.org/10.35567/19994508_2023_3_8. EDN: BMFUGK.
  24. Dudarev V.I., Filatova E.G. A Study of the Adsorption of Toxic Ions by Electrogenerated Gibbsite // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2021. Vol. 57. P. 283–288. https://doi.org/10.1134/S2070205121020052.
  25. Дударева Г.Н., Иринчинова Н.В., Дударев В.И. Адсорбционное извлечение никеля (II) из водных растворов техногенного характера // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. № 1. С. 133–139. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-1-133-139. EDN: AFTXBO.
  26. Фомкин А.А. Синтез, свойства и применение углеродных адсорбентов. М.: Граница, 2021. 312 с.
  27. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. СПб.: Химия, 1982. 168 с.
  28. Цивадзе А.Ю., Русанов А.И., Фомкин А.А. Физическая химия адсорбционных явлений. М.: Граница, 2011. 301 с.
  29. Тимощук И.В., Горелкина А.К., Иванова Л.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.
  30. Леонов С.Б., Елшин В.В. Дударев В.И., Рандин О.И., Ознобихин Л.М., Домрачева В.А. Углеродные сорбенты на основе ископаемых углей. Иркутск: Изд-во Иркутского национального исследовательского технического университета, 2000. 268 с. EDN: TZLQAD.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».