Jednoczesna i selektywna separacja jonów Cu(II) i Cr(VI) z roztworów metodą ultrafiltracji wspomaganej działaniem polielektrolitu

• Autorzy: Korus I. , Kaboczyk S.

Warianty tytułu

EN

Simultaneous and selective separation of Cu(II) and Cr(VI) ions by polyelectrolyte enhanced ultrafiltration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaproponowano równoczesną i selektywną separację jonów Cu(II) i Cr(VI) z roztworów bijonowych w oparciu o ultrafiltrację wspomaganą polielektrolitem. Badania prowadzono na modelowych roztworach zawierających: 0,9 mmol Cu(II)/l i 0,1 mmol Cr(VI)/l; 0,5 mmol Cu(II)/l i 0,5 mmol Cr(VI)/l oraz 0,1 mmol Cu(II)/l i 0,9 mmol Cr(VI)/l. Ultrafiltrację wspomagano polietylenoiminą (PEI), rozpuszczalnym w wodzie polimerem, zawierającym zdolne do wiązania jonów metali grupy aminowe. Polimer dozowano w ilościach zapewniających stosunek stężeń molowych PEI:suma metali równy 0,5:1; 1:1, 5:1 i 10:1. Tak przygotowane roztwory poddawano ultrafiltracji, korygując przed procesem pH w zakresie wartości 2; 4; 6; 8 i 10. Określono wpływ parametrów procesu (udział metali w mieszaninie bijonowej, pH, stosunek stężeń polimer:metale) na współczynniki retencji metali i na współczynnik selektywności. W celu weryfikacji zależności pomiędzy wielkościami wyznaczono współczynniki korelacji rang Spearmana, stwierdzając (przy poziomie istotności p = 0,05) istotne korelacje pomiędzy składem mieszaniny bijonowej i współczynnikami retencji chromu (w zakresie pH = 6 ÷ 10) oraz miedzi (w zakresie pH = 8 ÷ 10). Wysokie wartości współczynnika korelacji wskazywały również na zależność pomiędzy pH i współczynnikiem retencji miedzi. Potwierdzono możliwość równoczesnej separacji Cu(II) i Cr(VI) z zastosowaniem dostatecznej dawki polietylenoiminy (stosunek stężeń PEI:metale 5:1) oraz pH w zakresie 4 ÷ 8 (retencja metali > 90%). Selektywna separacja Cu(II) i Cr(VI) najefektywniej zachodziła w roztworach o równomolowym udziale obu metali, przy mniejszym niż równomolowy (względem sumy metali) udziale PEI oraz wysokim pH (pH = 10).

EN

The paper proposes the polymer enhanced ultrafiltration for simultaneous and selective separation of Cu(II) and Cr(VI) ions from solutions. The experiments were carried out on model solutions of contrasting molar concentrations of both metals: solution I Cu(II) 0.9 mmol/l, Cr(VI) 0.1 mmol/l; solution II Cu(II) 0.5 mmol/l, Cr(VI) 0.5 mmol/l; solution III Cu(II) 0.1 mmol/l, Cr(VI) 0.9 mmol/l. Polyethyleneimine (PEI), a water soluble polymer containing amine groups which cause it to exhibit complexing and weak anion exchange properties, was the binding agent used. It was proportioned following the molar concentration ratios of PEI:metals of 0.5:1, 1:1, 5:1 and 10:1. The pH of each of the solutions thus prepared was adjusted over a range of 2, 4, 6, 8 and 10, which was followed by ultrafiltration. The feed and permeate samples were assayed for copper and chromium concentrations which enabled to determine the retention coefficients of both metals (RCu and RCr) and selectivity coefficient ?Cr/Cu. Moreover, a permeate flux was determined, finding the volume of permeate obtained from unit of membrane area per unit time. It has been found that the retention coefficient of copper reached its lowest value at pH = 2, which is connected to the protonation of polymer amine groups, and was significantly increasing with increasing pH, reaching its maximum value at pH > 7 in the solutions of low polymer concentration, and at pH ? 4 in the solutions with fivefold and tenfold PEI excess against the total content of metals. The maximum value of Cr(VI) retention coefficient was observed at pH = 4 ÷ 8 (notably in the solutions of equimolar or predominant concentration of the metal) and exhibited a decreasing trend at both lower and higher pH. The selectivity coefficient ranged within 0.05 ÷ 94.2. The highest ?Cr/Cu values, for the assumed PEI:metals concentration ratios, were observed for the solutions of equimolar concentration of Cu(II) and Cr(VI), at pH = 10. In order to verify the dependences between obtained values, the Spearman's rank correlation coefficient was used. Significant correlations between the composition of the bi-ionic mixture (expressed as a molar fraction of copper XCu) and the retention coefficient of the metals (chromium in the solutions of pH = 6 ÷ 10 and copper in the solutions of pH = 8 ÷ 10) were found at the assumed significance level of p = 0.05. The results also confirmed a correlation between pH and copper retention coefficient, perceived particularly well in the solutions with equimolar and predominant copper concentration in the bi-ionic mixture and in the solutions of lower polymer concentration. Polyethyleneimine enhanced ultrafiltration proved to be an effective technique for both simultaneous and selective separation of Cu(II) and Cr(VI) ions from solutions. The first goal can be achieved provided a sufficient PEI concentration (concentration ratio PEI:metals of 5:1) and pH of 4 ÷ 8 (RCu and RCr > 0.9) are ensured. The most effective selective separation of Cu(II) and Cr(VI) takes place from solutions of equimolar concentration of both metals at a lower than equimolar (against the total of metals) concentration of PEI and high pH (pH = 10).

Słowa kluczowe

PL

ultrafiltracja wspomagana polielektrolitem; metale ciężkie

EN

polymer enhanced ultrafiltration; heavy metals

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 14, nr 4
• Strony: 345--355
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Korus I.

autor

Kaboczyk S.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Juang R.S., Chiou Ch.H., Ultrafiltration rejection of dissolved ions using various weakly basic water-soluble polymers, J. Membr. Sci. 2000, 177, 207-214.
• [2] Canizares P., de Lucas A., Pérez Á., Camarillo R., Effect of polymer nature and hydrodynamic conditions on a process of polymer enhanced ultrafiltration, J. Membr. Sci. 2005, 253, 1-2, 149- -163.
• [3] Tavares C.R., Vieira M., Petrub J.C.C., Bortoletto E.C., Ceravollo F., Ultrafiltration/ complexation process for metal removal from pulp and paper industry wastewater, Desalination 2002, 144, 1-3, 261-265.
• [4] Rivas B.L., Moreno-Villoslada I., Poly(sodium 4-styrenesulfonate) - metal ion interactions, J. Appl. Pol. Sci. 1998, 70, 2, 219-225.
• [5] Zakrzewska-Trznadel G., Harasimowicz M., Removal of radionuclides by membrane permeation combined with complexation, Desalination 2002, 144, 207-212.
• [6] Tabatabai A., Scamehorn J.F., Christian S.D., Economic feasibility study of polyelectrolyteenhanced ultrafiltration (PEUF) for water softening, J. Membr. Sci. 1995, 100, 3, 193-207.
• [7] Molinari R., Poerio T., Argurio P., Selective separation of copper(II) and nickel(II) from aqueous media using the complexation-ultrafiltration process, Chemosphere 2008, 70, 341-348.
• [8] Molinari R., Argurio P., Poerio T., Gullone G., Selective separation of copper(II) and nickel(II) from aqueous systems by polymer assisted ultrafiltration, Desalination 2006, 200, 728-730.
• [9] Müslehiddinoglu J., Uludag Y., Yelmaz L., Özbelge H.Ö., Effect of operating parameters on selective separation of heavy metals from binary mixtures via PEUF, J. Membr. Sci. 1998, 140, 251-266.
• [10] Zeng J., Ye H., Hu Z., Application of the hybrid complexation-ultrafiltration process for metal ion removal from aqueous solutions, J. Hazard Mater. 2009, 161, 2-3, 1491-1498.
• [11] Islamogalu S., Yilmaz L., Effect of ionic strength on the complexation of polyethyleneimine (PEI) with Cd2+ and Ni2+ in polymer enhanced ultrafiltration (PEUF), Desalination 2006, 200, 288-289.