Electrokinetic characteristics of electrodeionization purification and concentration of electroplating solutions containing cobalt, copper, and cadmium ions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, we investigate the electrochemical and electrokinetic characteristics of electrodeionization extraction of cobalt, copper, and cadmium ions from process solutions of electroplating plants for subsequent recycling. The research objects were selected following a review of publications on the possibility of using electromembrane methods for purification and concentration of industrial wastes. The current–voltage characteristics of the electrodeionization process were studied experimentally. The I–V curves showed the presence of a minimal linear ohmic section at voltages from 1 to 3 V and a plateau with a slight upward slope at the section from 3 to 5 V. Under a further increase in voltage, a region of supercritical current is observed, which is related to the formation of H+ and OH- ions at the membrane–ion-exchange resin interfaces. The kinetic dependencies of the concentrations of retained substances on the residence time in the desalting and concentration chambers of the electrodeionization unit at different current densities and flow rates were analyzed. At a low current density of 5 A/m2, three main sections were observed: (1) in the range from 0 to 900 s, where ion accumulation on ion-exchange membranes in desalting and concentration chambers occurs; (2) in the range from 900 to 2700 s, where intensive ion transfer is observed; (3) in the range from 2700 to 3600 s, where electrochemical regeneration of ions in purification chambers takes place. The results obtained were used to develop a technological scheme for wastewater treatment from heavy metal ions.

About the authors

S. I. Lazarev

Tambov State Technical University

Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru

I. V. Khorokhorina

Tambov State Technical University

Email: kotelnikovirina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8722-3685

M. I. Mikhailin

Tambov State Technical University

Email: ckiburs@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7540-5924

O. S. Filimonova

Tambov State Technical University

Email: nauka2613@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-4164-6919

References

  1. Li S., Dai M., Wu Y., Fu H., Hou X., Peng C., et al. Resource utilization of electroplating wastewater: obstacles and solutions // Environmental Science: Water Research & Technology. 2022. Vol. 8. P. 484–509. doi: 10.1039/D1EW00712B.
  2. Кругликов С С., Архипов Е.А., Жирухин Д.А., Смирнов К.Н., Ваграмян Т.А., Колесников В.А.. Повышение эффективности электромембранных процессов на участке электрохимического кадмирования // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. N 3. С. 286–290. doi: 10.31857/S0040357121030106. EDN: EGWNHO.
  3. Яковлева М.Р., Никулина О.К., Колоскова О.В., Дымар О.В. Сравнительная оценка процессов электродиализа и электродеионизации // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023. Т. 16. N 4. С. 61–68. EDN: DFYPER.
  4. Lazarev S.I., Khorokhorina I.V., Mikhailin M.I., Filimonova O.S. Extraction of heavy metals from washing waters of electroplating industries and calculation method of electrodeionization apparatus // Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59. P. 174–181. doi: 10.1007/s10556-023-01224-2.
  5. Koseoglu-Imer D.Y., Karagunduz A. Recent developments of electromembrane desalination processes // Environmental Technology Reviews. 2018. Vol. 7, no. 1. P. 199–219. doi: 10.1080/21622515.2018.1483974.
  6. Заболоцкий В.И., Утин С.В., Шельдешов Н.В., Лебедев К.А., Василенко П.А. Исследование процесса коррекции рН разбавленных растворов электролитов электродиализом с биполярными мембранами // Электрохимия. 2011. Т. 47. N 3. С. 343–348. EDN: NDPAMB.
  7. Shestakov K.V., Lazarev S.I., Polyanskii K.K., Ignatov N.N. Recovery of iron, nickel, and copper in waste water from printed circuit board manufacture by electrodialysis method // Russian Journal of Applied Chemistry. 2021. Vol. 94. P. 555–559. doi: 10.1134/S1070427221050013.
  8. Zhao C., Zhang L., Ge R., Zhang A., Zhang C., Chen X. Treatment of low-level Cu(II) wastewater and regeneration through a novel capacitive deionization-electrodeionization (CDI-EDI) technology // Chemosphere. 2019. Vol. 217. P. 763–772. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.071.
  9. Гуляева Е.С., Беренгертен М.Г. Перенос ионов через ионообменные мембраны в процессе электродиализного концентрирования // Вода: химия и экология. 2011. N 10. С. 77–81. EDN: OIMIJD.
  10. Demir G., Mert A.N., Arar Ö. Utilization of electrodeionization for lithium removal // ACS Omega. 2023. Vol. 8, no. 20. P. 17583–17590. doi: 10.1021/acsomega.2c08095.
  11. Чеснокова А.Н., Жамсаранжапова Т.Д., Закарчевский С.А., Кулшреста В., Скорникова С.А., Макаров С.С.. Влияние содержания цеолита на протонную проводимость и технические характеристики мембран на основе сшитого поливинилового спирта // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 2. С. 360–367. doi: 10.21285/2227-2925-2020-10-2-360-367. EDN: AMJLOB.
  12. Седнева Т.А., Иваненко В.И., Беликов М.Л. Электромембранная утилизация технологических растворов с получением кондиционных кислот и щелочей // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9. N 2-1. С. 349–352. doi: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.349-352. EDN: XYENHV.
  13. Краснова Т.А. Опыт использования электродиализа для переработки сточных вод органических производств // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. N 3. С. 419–427. EDN: NMNKYS.
  14. Дударев В.И., Минаева Л.А. Применение углеродных сорбентов для извлечения марганца из растворов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024. Т. 14. N 1. С. 35–40. doi: 10.21285/achb.897. EDN: NNHBMP.
  15. Быков В.И., Ильина С.И., Логинов В.Я., Равичев Л.В., Свитцов А.А. Электродиализ: история и перспективы развития // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24. N 7. С. 5–10. EDN: YWLUSF.
  16. Михайлин М.И., Лазарев С.И., Хорохорина И.В., Полянский К.К. Исследование вольт-амперных характеристик процесса электродеионизации с использованием различного ионообменного наполнителя // Вестник Технологического университета. 2022. Т. 25. N 7. С. 60–63. doi: 10.55421/1998-7072_2022_25_7_60. EDN: RHNJDI.
  17. Гаврилова Т.Г., Кондратьев С.А. Развитие механизма активации сульфидной флотации ионами тяжелых металлов // Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения – 2020): материалы Междунар. конф. (г. Апатиты, 21–26 сентября 2020 г.). Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2020. С. 147–149.
  18. Ren Y., Han Y., Lei X, Lu C., Liu J, Zhang G., et al. A magnetic ion exchange resin with high efficiency of removing Cr (VI) // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. Vol. 604. P. 125279. doi: 10.1016/j.colsurfa.2020.125279.
  19. Заболоцкий В.И., Лебедев К.А., Уртенов М.Х., Никоненко В.В., Василенко П.А., Шапошник В.А.. Математическая модель для описания вольт-амперных кривых и чисел переноса при интенсивных режимах электродиализа // Электрохимия. 2013. Т. 49. N 4. С. 416–427. doi: 10.7868/S0424857013040142. EDN: PWNFKJ.
  20. Елисеева Т.В., Харина А.Ю. Особенности вольт-амперных и транспортных характеристик анионообменных мембран при электродиализе растворов, содержащих алкилароматическую аминокислоту и минеральную соль // Электрохимия. 2015. Т. 51. N 1. С. 74–80. doi: 10.7868/S0424857015010041. EDN: TCJCRZ.
  21. Овсянникова Д.В., Бондарева Л.П., Селеменев В.Ф., Карпов С.И. Равновесная сорбция метионина на карбоксильных катионообменниках из растворов различной кислотности // Журнал физической химии. 2009. Т. 83. N 5. С. 961–966. EDN: KAVNWD.
  22. Никоненко В.В., Письменская Н.Д., Володина Е.И. Зависимость скорости генерации Н+ и ОН–-ионов на границе ионообменная мембрана / разбавленный раствор от плотности тока // Электрохимия. 2005. Т. 41. N 11. С. 1351–1357. EDN: HSIUHJ.
  23. Ткаченко Д.О., Зажигаева К.В. Применение установок электродеионизации в практике водоподготовки на тепловых электрических станциях // Новая наука: от идеи к результату. 2016. N 4-1. С. 87–89. EDN: VVHEFL.
  24. Федоренко В.И. Производство ультрачистой воды методом непрерывной электродеионизации // Химико-фармацевтический журнал. 2003. Т. 37. N 3. С. 49–52. EDN: SVZNWZ.

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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).