RU2201400C2 - Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей - Google Patents

Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей Download PDF

Info

Publication number
RU2201400C2
RU2201400C2 RU2000133116/12A RU2000133116A RU2201400C2 RU 2201400 C2 RU2201400 C2 RU 2201400C2 RU 2000133116/12 A RU2000133116/12 A RU 2000133116/12A RU 2000133116 A RU2000133116 A RU 2000133116A RU 2201400 C2 RU2201400 C2 RU 2201400C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impurities
electrode
potential
destruction
oxidation
Prior art date
Application number
RU2000133116/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000133116A (ru
Inventor
Л.П. Лазарева
О.С. Жукова
Original Assignee
Лазарева Людмила Павловна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лазарева Людмила Павловна filed Critical Лазарева Людмила Павловна
Priority to RU2000133116/12A priority Critical patent/RU2201400C2/ru
Publication of RU2000133116A publication Critical patent/RU2000133116A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2201400C2 publication Critical patent/RU2201400C2/ru

Links

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электрохимической очистки воды от органических, преимущественно, вредных азотсодержащих примесей, и может быть использовано, например, для очистки промышленных сточных вод, содержащих гидразинпроизводные или алифатические амины. Очистка водных растворов от примесей включает хемосорбцию примесей на электродах из каталитически активного материала до достижения стационарного заполнения поверхности электрода и окислительно-восстановительную деструкцию примесей на электродах. Хемосорбцию примесей ведут при сходном потенциале погружения, присущем выбранному электродному материалу в отсутствии его поляризации. Окисление примесей ведут, заряжая электрод до потенциала деструкции примесей, с последующей выдержкой электрода при данном потенциале до полного окисления примесей. В качестве рабочего электрода используют пористые углеродные материалы, в частности, углеродное волокно. Технический эффект - высокая степень очистки и удешевление процесса за счет снижения расхода электроэнергии и отказа от использования электродов из платинированного титана. 5 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относится к области электрохимической очистки воды от органических, преимущественно, вредных азотсодержащих примесей, и может быть использовано, например, для очистки промышленных сточных вод, содержащих гидразинпроизводные или алифатические амины.
Известен способ очистки сточных вод от азотсодержащих органических соединений, сущность которого заключается в нагревании водного раствора до 50-60oС в присутствии щелочи, обработке смеси электролизом с одновременным вытеснением вредных примесей в паровую фазу и сжиганием их в пламени водорода и кислорода, образующихся при электролизе сточных вод (А.С. СССР 1787947, опубл. 15.01.93 г.) Барботирование аммиака через реакционную смесь обеспечивает удаление оксидов азота NOх при сжигании азотсодержащих веществ.
Однако указанный способ характеризуется высокими затратами электроэнергии на электролиз водного раствора, а также высокими температурами сгорания газовой смеси. Кроме того, воздействие потенциально коррозийного конденсата при охлаждении газового потока сокращает срок службы частей оборудования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ очистки воды от органических примесей, например спирта и мочевины, путем последовательного проведения хемосорбции и импульсного окисления примесей на электродах из каталитически активного материала (А.С. СССР 1474097, опубл. 23.04.89 г.). Согласно известному методу хемосорбцию осуществляют, выдерживая рабочий электрод при потенциале адсорбции загрязняющего вещества 0,4-1,2 В в течение 102-103 с до достижения стационарного заполнения поверхности электрода, а последующее окисление адсорбированных примесей ведут путем подачи анодного гальваностатического импульса плотностью тока 102-5•102 А/м2 на электрод с изменением анодной поляризации на катодную при достижении электродом потенциала электрода 1,5-1,6 В. Для восстановления неокислившихся примесей, а также продуктов окисления потенциал электрода возвращают к значению 0,0 В.
К недостаткам этого способа можно отнести недостаточно полное разложение вредных примесей, а также присущие электрохимическим процессам на гладких электродах высокие анодные потенциалы и плотности тока, ведущие к значительным затратам электроэнергии. Кроме того, к удорожанию процесса приводит и использование дорогостоящего платинированного титана в качестве материала для рабочего электрода.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей, преимущественно, аминосоединений и гидразинпроизводных, обеспечивающего высокую степень очистки, и удешевление процесса за счет снижения расхода электроэнергии и отказа от использования электродов из платинированного титана.
Поставленная задача решается способом очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей, включающим хемосорбцию примесей на электродах из каталитически активного материала до достижения стационарного заполнения поверхности электрода и окисление примесей на электродах, в котором, в отличие от известного способа, хемосорбцию ведут при исходном потенциале погружения, а окисление примесей ведут, заряжая электрод до потенциала деструкции примесей и выдерживая при данном потенциале до полного окисления примесей, при этом в качестве рабочего электрода используют пористые углеродные материалы.
В частных случаях осуществления способа в качестве пористого углеродного материала используют углеродное волокно.
В случае очистки растворов, содержащих различные виды примесей, их окисление ведут, заряжая электрод до потенциала деструкции наиболее трудноокисляемой примеси.
Способ осуществляют следующим образом.
Перед электрохимической очисткой в воду для обеспечения электропроводности раствора добавляют Na24 или К24 в концентрации 0,1-1 моль/л.
Подлежащие очистке от азотсодержащих органических примесей водные растворы, например сточные воды различных производств, содержащие аминосоединения и/или гидразин и его производные, помещают в электрохимическую ячейку с разделенным катодным и анодным пространством. Загрязняющие вещества сорбируются на рабочем электроде, выполненном из пористого углеродного электропроводящего материала, при исходном потенциале погружения (Е0), присущем выбранному электродному материалу. Наиболее оптимально использование высокопористого волокнистого углеродного материала.
После достижения стационарного заполнения поверхности электрода рабочий электрод с сорбированными примесями заряжают известными методами до потенциала деструкции загрязняющих веществ, который в общем случае не должен превышать +0,9 В, выше которого наблюдается электролиз воды и, соответственно, происходит перерасход электроэнергии. Наиболее рациональным способом заряжения электрода с точки зрения оптимизации энергозатрат является его поляризация в гальванодинамическом или потенциодинамическом режимах. Равномерность заряжения рабочего электрода, изготовленного из углеродного пористого материала, и, соответственно, более полное использование его внутренней поверхности, обеспечиваются как режимом заряжения, так и особенностями пористой структуры материала электрода.
При достижении значения потенциалов деструкции наиболее легкоокисляемых примесей на электроде начинается их окислительно-восстановительная деструкция, причем при потенциалах более низких, чем на металлических электродах по известному способу. Электрод при потенциале деструкции выдерживают в течение времени, необходимого для полного разложения примесей.
При очистке растворов, содержащих различные виды примесей, заряжение электрода ведут до потенциала деструкции наиболее трудноокисляемой примеси.
Вследствие окисления сорбированных примесей происходит их деструкция и десорбция с поверхности электрода. Одновременно с этими процессами происходит и регенерация сорбента. После окончания процесса потенциал электрода возвращается к исходному значению.
В результате осуществления предлагаемого способа происходит окисление токсичных азотсодержащих органических примесей до экологически безопасных продуктов (N2, СО2, Н2О) с высокой степенью конверсии.
Таким образом, отличительными особенностями предлагаемого способа являются проведение сорбции примесей на рабочем электроде, представляющем собой пористый углеродный материал, в частности углеродное волокно, при исходном потенциале погружения (Е0), т.е. в отсутствии его поляризации, и проведение деструкции сорбированных примесей заряжением рабочего электрода до потенциала деструкции с последующей выдержкой электрода при данном потенциале до полного окисления примесей.
Осуществление способа очистки водных растворов от азотсодержащих примесей указанным путем позволяет осуществлять хемосорбцию примесей и их электрокаталитическую деструкцию на всей поверхности углеродного сорбента, включая внутреннюю, что обеспечивает высокую эффективность очистки. С другой стороны, проведение хемосорбции примесей на электроде без его поляризации, а заряжение электрода при низких значениях плотности тока (не выше 5 мА/м2) и деструкции сорбированных примесей при более низких потенциалах, чем в известном способе, приводят к существенному сокращению расхода электроэнергии.
Преимуществом способа является и то, что одновременно с десорбцией продуктов деструкции примесей происходит регенерация поверхности сорбента - восстановление сорбционной емкости углеродного материала, который может быть использован повторно.
Следовательно, заявляемый способ обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высокой степени очистки растворов от указанных примесей при одновременном удешевлении процесса в сравнении с известным способом за счет снижения расхода электроэнергии и отказа от использования дорогостоящих электродов.
Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
Процесс проводят в трехэлектродной электрохимической ячейке, выполненной из инертного материала, с разделенным катодным и анодным пространством. Закрепленный на токоподводе рабочий электрод изготовлен из образца пористого углеродного волокнистого материала Актилен-А массой 0,05 г (удельная площадь поверхности 1000 м2/г, средний радиус пор 2,5 нм). Вспомогательным электродом является графитовый стержень. В ячейку помещают 0,1 н. водный раствор Na24, содержащий фенилгидразин (ФГ) в концентрации 5,0 ммоль/л. Процесс хемосорбции ведут при разомкнутой электрической цепи при постоянном перемешивании со скоростью 1500 об/мин в течение 10 мин. Электрохимическое окисление фенилгидразина осуществляют, заряжая пористое углеродное волокно от внешнего источника тока (потенциостата П-4827-М) до +0,40 В - потенциала деструкции ФГ - относительно хлорсеребряного электрода сравнения. После этого переходят на потенциостатический режим - выдерживают электрод при указанном потенциале в течение времени, необходимого для полного окисления фенилгидразина, которое в данном случае составляет 100 мин. Процесс окисления сопровождается обильным газовыделением, связанным с разложением фенилгидразина на поверхности углеродного волокна. По окончании деструкции, о чем свидетельствует прекращение газовыделения, отбирают пробу очищенной воды на анализ. Остаточное содержание фенилгидразина в растворе, определенное методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, составляет 0,03 ммоль/л. Степень очистки 99,4%. Затем углеродное волокно потенциодинамически возвращают к исходному потенциалу. При завершении цикла углеродный сорбент готов к повторному проведению сорбции примесей.
Пример 2.
Пример осуществляют аналогично примеру 1, за исключением следующих условий. Степень сорбции, как характеристику степени очистки раствора, определяют при двух значениях потенциала деструкции: +0,15 и +0,40 В. Исходная концентрация ФГ составляет 7 ммоль/л, остаточная концентрация ФГ при потенциале деструкции +0,15 В составляет 2,10 ммоль/л, при +0,40 В - 0,05 ммоль/л. Степень очистки составляет, соответственно, 70,0 и 99,3 отн.%.
Пример 3.
Пример осуществляют аналогично примеру 1, за исключением следующих параметров. Исходная концентрация ФГ составляет 50 ммоль/л, остаточная концентрация ФГ при потенциале деструкции +0,40 В составляет 0,30 ммоль/л. Степень очистки 99,4 отн.%.
Пример 4.
Пример осуществляют аналогично примеру 1, за исключением следующих условий. Очистке подвергают 0,1 н. водный раствор Na24, содержащий триэтиламин (ТЭА) в концентрации 1 ммоль/л. Сорбцию триэтиламина на незаряженном электроде осуществляют в течение 30 мин. Электрохимическое окисление триэтиламина осуществляют, заряжая пористое углеродное волокно до +0,72 В - потенциала деструкции ТЭА - относительно хлорсеребряного электрода сравнения и далее проводят электрохимическое разложение триэтиламина в потенциостатическом режиме в течение 3 час. Содержание триэтиламина в растворе после очистки, определяемое методом газовой хроматографии, находится на уровне ошибки определения (следы). Степень очистки 99,99 отн.%.
Пример 5.
Пример осуществляют аналогично примеру 4, за исключением следующих параметров. Исходная концентрация ТЭА составляет 50 ммоль/л, остаточная концентрация ТЭА при потенциале деструкции +0,72 В составляет 12,5 ммоль/л. Степень очистки 75,0 отн.%.

Claims (6)

1. Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей, включающий хемосорбцию примесей на электродах из каталитически активного материала до достижения стационарного заполнения поверхности электрода и окисление примесей на электродах, отличающийся тем, что хемосорбцию примесей ведут при исходном потенциале погружения, присущем выбранному электродному материалу в отсутствии его поляризации, а окисление примесей ведут, заряжая электрод до потенциала деструкции примесей и выдерживая при данном потенциале до полного окисления примесей, при этом в качестве рабочего электрода используют пористые углеродные материалы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пористого углеродного материала используют углеродное волокно.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при очистке растворов, содержащих различные виды примесей, их окисление ведут, заряжая электрод до потенциала деструкции наиболее трудноокисляемой примеси.
4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что окисление примесей ведут, заряжая электрод до потенциала не выше +0,9 В.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряжение электрода до потенциала деструкции примесей ведут в гальванодинамическом или потенциодинамическом режиме.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистке подвергают растворы, содержащие аминосоединения и/или гидразин и его производные.
RU2000133116/12A 2000-12-29 2000-12-29 Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей RU2201400C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000133116/12A RU2201400C2 (ru) 2000-12-29 2000-12-29 Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000133116/12A RU2201400C2 (ru) 2000-12-29 2000-12-29 Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000133116A RU2000133116A (ru) 2002-11-20
RU2201400C2 true RU2201400C2 (ru) 2003-03-27

Family

ID=20244214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000133116/12A RU2201400C2 (ru) 2000-12-29 2000-12-29 Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2201400C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ306269B6 (cs) * 2010-04-28 2016-11-09 Dfc Design, S.R.O. Zařízení pro synergické elektrochemické čištění vody

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3804733A (en) * 1973-01-02 1974-04-16 Univ Cal Method and apparatus for the electrochemical removal of metal ions
SU1474097A1 (ru) * 1986-07-04 1989-04-23 Институт медико-биологических проблем Способ очистки воды от органических примесей
RU2083500C1 (ru) * 1993-12-02 1997-07-10 Евгений Геннадьевич Абрамов Способ сорбционной очистки воды и устройство для его осуществления
RU2110482C1 (ru) * 1997-03-19 1998-05-10 Вестерн Пасифик Компани Инк. Способ электрохимически управляемой сорбции растворимых органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов и устройство для его реализации

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3804733A (en) * 1973-01-02 1974-04-16 Univ Cal Method and apparatus for the electrochemical removal of metal ions
SU1474097A1 (ru) * 1986-07-04 1989-04-23 Институт медико-биологических проблем Способ очистки воды от органических примесей
RU2083500C1 (ru) * 1993-12-02 1997-07-10 Евгений Геннадьевич Абрамов Способ сорбционной очистки воды и устройство для его осуществления
RU2110482C1 (ru) * 1997-03-19 1998-05-10 Вестерн Пасифик Компани Инк. Способ электрохимически управляемой сорбции растворимых органических веществ и ионов тяжелых металлов из водных растворов и устройство для его реализации

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ306269B6 (cs) * 2010-04-28 2016-11-09 Dfc Design, S.R.O. Zařízení pro synergické elektrochemické čištění vody

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang Regeneration of exhausted activated carbon by electrochemical method
Paidar et al. Electrochemical removal of nitrate ions in waste solutions after regeneration of ion exchange columns
CA2221851C (en) Regeneration of active carbon and polymeric adsorbents
US20200002180A1 (en) Electrochemical system for producing ammonia from nitrogen oxides and preparation method thereof
CN115010217B (zh) 一种高效电催化去除水中硝酸盐的三维复合电极制备方法和应用
CN101643258A (zh) 含有水的废液的处理方法
US5702587A (en) Chemical and electrochemical regeneration of active carbon
Liu et al. Active chlorine mediated ammonia oxidation in an electrified SnO2–Sb filter: Reactivity, mechanisms and response to matrix effects
De Mello et al. Combination of granular activated carbon adsorption and electrochemical oxidation processes in methanol medium for benzene removal
CN118619413A (zh) 一种高效处理水体中全氟化合物的方法
CN103041775B (zh) 一种基于石墨烯宏观体的石墨烯氧化反应器与应用
RU2201400C2 (ru) Способ очистки водных растворов от азотсодержащих органических примесей
KR20200090668A (ko) 질소 산화물로부터 암모니아를 제조하는 전기화학 시스템 및 제조방법
JPH08155463A (ja) アンモニア性窒素、硝酸性窒素及び/又は亜硝酸窒素の分解方法及び装置
JP4073699B2 (ja) 空気中に存在する有害物質の分解方法およびそのための装置
Ibanez et al. Environmental Electrochemistry
JP3788688B2 (ja) 酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置
RU2046014C1 (ru) Способ регенерации углеродного сорбента, загрязненного органическими веществами
KR20140027649A (ko) 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템
JP3615814B2 (ja) 硝酸性及び/又は亜硝酸性窒素の除去方法及び装置
Sonoyama et al. Electrochemical decomposition of ppb level trihalomethane in tap water
JPH10290996A (ja) 水の脱窒処理装置
JP3601673B2 (ja) 被酸化性汚染物質含有水の電解処理方法及び電解処理用電極
JP4062690B2 (ja) 有機性排水の処理方法
SU1699600A1 (ru) Способ регенерации активированного угл

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051230