Research of Co²⁺ ions removal from water solution by using ion exchangers

• Autorzy: Bożęcka A. , Sanak-Rydlewska S.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122583

Warianty tytułu

PL

Badania nad usuwaniem jonów Co²⁺ z roztworów wodnych przy użyciu wymieniaczy jonowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

At present, industrial development is increasing pollution of soils, air and natural waters. These pollutants have a negative effect on the health and life of living organisms. Metals which interfere with the natural biological balance and inhibit self-cleaning processes in water bodies have particularly toxic effects. Cobalt, which gets into the environment from industrial sewage from electrochemical plants and the metallurgical industry, also belong to this group. This is also relatively rare and precious element, so it is important to look for additional sources of its recovery. Chemical and physicochemical methods such as: precipitation, extraction, membrane processes – nanofiltration, reverse osmosis, sorption and ion exchange are used to recover cobalt. The choice of method depends on: the kind and composition of wastewaters as well as on form and concentration of the pollutants. Ion exchange resins produced by Purolite which were used to remove cobalt ions from solutions with concentrations corresponding to its contents in galvanic wastewater was the subject of the study. It has been shown that the C 160 ion exchange resin has the best the sorption properties for Co²⁺ ions (54.7 mg/g). In case of this ion exchange resin, after sorption process carried out in one 50 minute cycle, cobalt concentration decreased from about 30 g/L to about 9 g/L. The values of the sorption capacity do not depend on the method of introducing the solution into an ion exchange column (pouring or dropping). Each of the tested ion exchange resins is characterized by a high degree of cobalt concentration after regeneration using mineral acids, which can be advantageous in selecting the recovery method for this metal.

PL

Współcześnie rozwój przemysłu przyczynia się do wzrostu zanieczyszczenia gleb, powietrza i wód naturalnych. Zanieczyszczenia te negatywnie wpływają na zdrowie i życie organizmów żywych. Toksyczne działanie wykazują zwłaszcza metale, które zakłócają naturalną równowagę biologiczną oraz hamują procesy samooczyszczania w zbiornikach wodnych. W tej grupie jest również kobalt, który dostaje się do środowiska naturalnego ze ścieków przemysłowych pochodzących z zakładów elektrochemicznych oraz z przemysłu metalurgicznego. Jest to również stosunkowo rzadki i cenny pierwiastek, dlatego ważne jest poszukiwanie dodatkowych źródeł jego odzysku. Do pozyskiwania kobaltu stosuje się metody chemiczne i fizykochemiczne, takie jak: strącanie; ekstrakcja; procesy membranowe – nanofiltracja, odwrócona osmoza, sorpcja i wymiana jonowa. Wybór metody zależy od rodzaju i składu ścieków oraz postaci i stężenia usuwanych form zanieczyszczeń. Przedmiotem badań były jonity firmy Purolite, które zastosowano do usuwania jonów Co²⁺ z roztworów o stężeniach odpowiadających zawartościom tego metalu w ściekach galwanicznych. Wykazano, że najlepsze właściwości sorpcyjne w stosunku do badanych jonów ma kationit C 160 (54,7 mg/g). W przypadku tego jonitu po jednym, 50-minutowym cyklu, stężenie kobaltu obniża się z około 30 do około 9 g/dm³. Wartości pojemności sorpcyjnej nie zależą od sposobu wprowadzania roztworu do kolumny jonitowej (wlanie lub wkraplanie). Każdy z badanych jonitów charakteryzuje się wysokim stopniem koncentrowania kobaltu w wyniku regeneracji przy użyciu kwasów mineralnych, co może być korzystne przy wyborze metody odzysku tego metalu.

Słowa kluczowe

EN

ion exchange resin; ion exchange; wastewater; cobalt ions

PL

jonit; wymiana jonowa; ścieki; jony kobaltu

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 3
• Strony: 85--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bożęcka A.

• AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

autor

Sanak-Rydlewska S.

• AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Abbasi et al. 2018 − Abbasi, P., McKevitt, B. and Dreisinger, D.B. 2018. The kinetics of nickel recovery from ferrous containing solutions using an Iminodiacetic acid ion exchange resin. Hydrometallurgy 175, pp. 333–339.
• [2] Argun et al. 2009 − Argun, M.E., Dursun, S. and Karatas, M. 2009. Removal of Cd(II), Pb(II), Cu(II) and N i(II) from water using modified pine bark. Desalination 249, pp. 519−527.
• [3] Beauvais, R.A. and Alexandratos, S.D. 1998. Polymer supported-reagents for the selective complexation of metal ions: an overview. Reactive Functional Polymers 36(2), pp. 113–123.
• [4] Bożęcka, A. 2013. Usuwanie jonów metali toksycznych z roztworów wodnych za pomocą odpadów organicznych. Doktoral Dissertation AGH (in Polish).
• [5] Bożęcka et al. 2016 − Bożęcka, A., Bożęcki, P. and Sanak-Rydlewska, S. 2016. Removal of Pb(II) and Cd(II) ions from aqueous solutions with selected organic waste. Physicochemical Problems of Mineral Processing 52(1), pp. 380–396.
• [6] Bożęcka et al. 2017 − Bożęcka, A., Bożęcki, P. and Sanak-Rydlewska, S. 2017. Use of models of sorption isotherms for describing the removal of Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solution on organic sorbents (Zastosowanie modeli izoterm sorpcji do opisu procesu usuwania jonów Pb2+ i Cd2+ z roztworów wodnych na sorbentach organicznych). Przemysł Chemiczny 96(3), pp. 575–579 (in Polish).
• [7] Burzyńska et al. 2002 − Burzyńska, L., Gumowska, W . and Rudnik, E . 2002. A review of hydrometallurgic technologies for cobalt recovery (Przegląd hydrometalurgicznych technologii odzysku kobaltu). Part I. Rudy i Metale Nieżelazne 47(3), pp. 122–127. Ibid. Cz II. 47(4), pp. 168–173. Ibid. Cz III, 47(6), pp. 277–281. Ibid. Cz IV. 47(8), pp. 383–386 (in Polish).
• [8] Duman, O. and Ayranci, E . 2010. Attachment of benzo-crown ethers onto activated carbon cloth to enhance the removal of chromium, cobalt and nickel ions from aqueous solutions by adsorption. Journal of Hazardous Materials 176, 1–3, pp. 231–238.
• [9] Eyupoglu, V. and Kumbasar, R.A. 2015. Extraction of N i(II) from spent Cr–Ni electroplating bath solutions using LIX 63 and 2BDA as carriers by emulsion liquid membrane technique. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 21, pp. 303–310.
• [10] Floriańczyk, Z . and Penczek, S. 1998. Polymer chemistry (Chemia polimerów). Vol. III. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (in Polish).
• [11] Kasaini et al. 2013 − Kasaini, H., Kekana, P.T., Saghti, A.A. and Bolton, K. 2013. Adsorption characteristic of cobalt and nickel on oxalate-treated activated carbons in sulphate media. World Academy of Science, Engineering and Technology 76, pp. 707–721.
• [12] Kołodyńska, D. and Hubicki, Z . 2008. Application of chelating agents in cadmium(II) removal from aqueous solutions (Zastosowanie czynników kompleksujących w procesie usuwania kadmu(II) z roztworów wodnych). Przemysł Chemiczny 87(7), pp. 781–785 (in Polish).
• [13] Kopytko et al. 2015 − Kopytko, D., Leszczyńska-Sejda, K., Benke, G., Chmielarz, A., Baranek, W ., Hanke, M. and Dubrawski, M. 2015. The recovery of tungsten and cobalt from the sintered carbides treatment wastes (Odzysk wolframu i kobaltu z odpadów pochodzących z obróbki węglików spiekanych). Rudy i Metale Nieżelazne 60(1), pp. 15–23 (in Polish).
• [14] Kozłowski, C.A. and Jabłońska, J. 2003. Removal and separation of zinc and cadmium ions by amine solvent extraction and liquid membranes (Zastosowanie amin do wydzielania jonów cynku i kadmu za pomocą ekstrakcji i ciekłych membran). Przemysł Chemiczny 82(1), pp. 27–34 (in Polish).
• [15] Krzak, M. and Krzak, I. 2016. Cobalt market at the beginning of XXI century (Rynek kobaltu z początkiem XXI w.). Rudy i Metale Nieżelazne 61(10), pp. 444–452 (in Polish).
• [16] Landaburu-Aguirre et al. 2011 − Landaburu-Aguirre, J., Pongracz, E . and Keiski, R.L. 2011. Separation of cadmium and copper from phosphorous rich synthetic waters by micellar-enhanced ultrafiltration. Separation and Purification Technology 81, pp. 41–48.
• [17] Langauer-Lewowicka, H. and Pawlas, K. 2012. The role of cobalt in the ecosystem – likelihood of adverse effects (Rola kobaltu w ekosystemie – prawdopodobieństwo niepożądanego działania). Medycyna Środowiskowa 15(4), pp. 139–141 (in Polish).
• [18] Li et al. 2012 − Li, B., Liu, F., Wang, J., Ling, C., Li, L., Hou, P., Li, A. and Bai, Z . 2012. Efficient separation and high selectivity for nickel from cobalt-solution by a novel chelating resin: Batch, column and competition investigation. Chemical Engineering Journal 195–196, pp. 31–39.
• [19] Li et al. 2017 − Li, Q., Fu, L., Wang, Z ., Li, A. and Gao, C. 2017. Synthesis and characterization of a novel magnetic cation exchange resin and its application for efficient removal of Cu2+ and N i2+ from aqueous solutions. Journal of Cleaner Production 165, pp. 801–810.
• [20] Nadimi et al. 2014 − Nadimi, H., Amirjani, A., Fatmehsari, D.H., Firoozi, S. and Azadmehr, A. 2014. Effect of tartrate ion on extraction behavior of Ni and Co via D2EHPA in sulphate media. Minerals Engineering 69, pp. 177–184.
• [21] Paulo, A. and Strzelska-Smakowska, B. 1996. Materiały do ćwiczeń z nauki o złożach i geologii gospodarczej. Rudy metali, Vol. 1, Kraków: Wydawnictwa AGH (in Polish).
• [22] Purolite. Karty katalogowe produktów Purolite C 160, S 950, S 930, S 920, S 910. [Online] Available at: www.purolite.pl [Accessed: 1 June 2017].
• [23] Smakowski et al. 2015 − Smakowski, T., Galos, K. and Lewicka, E . 2015. Cobalt (Kobalt) [In:] Bilans gospodarki surowcami mineralnymi Polski i Świata 2013, Kraków: IGSMiE PAN, Warszawa: PIG-PIB, pp. 469–484 (in Polish).
• [24] Stefan, D.S. and Meghea, I. 2014. Mechanism of simultaneous removal of Ca2+, N i2+, Pb2+ and Al3+ ions from aqueous solutions using Purolite® S930 ion exchange resin. Comptes Rendus Chimie 17, 5, pp. 496–502.
• [25] Sulaymon et al. 2009 − Sulaymon, A.H., Abid, B.A. and Al-Najar, J.A. 2009. Removal of lead copper chromium and cobalt ions onto granular activated carbon in batch and fixed-bed adsorbers. Chemical Engineering Journal 155(3), pp. 647–653.
• [26] Szymanowski, J. 1997. Progress in the field of industrial use of metal extraction (Postęp w zakresie przemysłowego wykorzystania ekstrakcji metali). Rudy i Metale Nieżelazne 6, pp. 275–278 (in Polish).
• [27] Tomczak, E . and Sulikowski, R. 2010. Description of sorption equilibrium and kinetics of heavy metal ions on clinoptilolite (Opis równowagi i kinetyki sorpcji jonów metali ciężkich na klinoptylolicie). Inżynieria i Aparatura Chemiczna 49(1), pp. 113–114 (in Polish).
• [28] Wang, L.Y. and Lee, M.S. 2017. Recovery of Co(II) and Ni(II) from chloride leach solution of nickel laterite ore by solvent extraction with a mixture of Cyanex 301 and TBP. Journal of Molecular Liquids 240, pp. 345–350.
• [29] Yenphan et al. 2010 − Yenphan, P., Chanachai, A. and Jiraratananon, R. 2010. Experimental study on micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) of aqueous solution and wastewater containing lead ion with mixed surfactants. Desalination 253, pp. 30–37.
• [30] Zabochnicka-Świątek, M., 2013. Biosorbents for heavy metal-contaminated environment (Biosorbenty stosowane w usuwaniu jonów metali ciężkich z zanieczyszczonego środowiska). Chemik 67(10), pp. 971–978 (in Polish).
• [31] Zainol, Z . and N icol, M.J. 2009. Comparative study of chelating ion exchange resins for the recovery of nickel and cobalt from laterite leach tailings. Hydrometallurgy 96(4), pp. 283–287.
• [32] Zhang et al. 2018 − Z hang, L., Hessel, V. and Peng, J. 2018. Liquid-liquid extraction for the separation of Co(II) from Ni(II) with Cyanex 272 using a pilot scale Re-entrance flow microreactor. Chemical Engineering Journal 332, pp. 131–139.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).