Диффузионный диализ водного солянокислого раствора хлорида железа (III) с применением гетерогенной анионообменной мембраны Ralex AMH-PP
Аннотация
Проведено экспериментальное исследование и теоретическое моделирование процесса диффузионного переноса при диализе водного раствора соляной кислоты и хлорида железа (III) с применением гетерогенной сильноосновной анионообменной мембраны Ralex AMH-PP с четвертичными аммониевыми фиксированными группами. Диффузионный диализ проводили в двухкамерном проточном диализаторе в режиме рецикла. Расчет ионного состава исходного исследуемого раствора показал, что Fe3+ представлен в виде [FeCl]2+, [FeCl2]+ и [FeCl3]. Контроль концентрации соляной кислоты в пер
меате и ретентате осуществляли с использованием потенциометрического и титриметрического методов, содержание железа определяли комплексонометрическим титрованием. Найдены основные характеристики диффузионного переноса HCl и ионов железа (III) через анионообменную мембрану Ralex AMH-PP. Диффузионный поток соляной кислоты в 20-100 раз превышает поток соли железа (III), вероятно, благодаря более высокой подвижности иона водорода как в растворе, так и в мембране, а также менее выраженному его доннановскому исключению из фазы мембраны. При снижении мольного соотношения соляной кислоты и хлорида железа (III) в исходном растворе диффузионный диализ становится менее эффективным. Численное моделирование процесса диффузионного диализа солянокислого раствора хлорида железа (III) в программе COMSOL Multiphysics с привлечением данных о коэффициентах диффузии ионов в мембране, определенных по электропроводности ионообменной мембраны, подтверждает результаты эксперимента. Найдено, что ионы Fe3+ через анионообменную мембрану переносятся в основном в составе ионов [FeCl2]+. Снижение доли [FeCl]2+ и Fe3+ в общем потоке ионов железа (III) может быть обусловлено как их низкой концентрацией в питающем растворе, так и их высоким зарядовым числом. Предложена блок-схема процесса регенерации компонентов отработанного солянокислого травильного раствора с применением диффузионного диализа, который включает возвращение полученного в ходе диализа раствора HCl на ранние стадии процесса, а также возможность использования обогащенного солью железа (III) ретентата для травления медных печатных плат.
Скачивания
Литература
Braun T.M., Josell D., Silva M., Kil-don J., Moffat T.P. Effect of chloride con-centration on copper deposition in through silicon vias. J. Electrochem. Soc. 2019; 166: D3259. https://doi.org/10.1149/2.0341901jes
Yusfin Yu.S., Pashkov N.F. Metal-lurgiya zheleza. Moskva, Akademkniga, 2007, 464 p. (In Russ.)
Zaplatin V.N., Sapozhnikov Yu.I., Dubov A.V., Dukhneev E.M. Osnovy mate-rialovedeniya (metalloobrabotka). Moskva, Akademiya, 2017, 272 p. (In Russ.)
Grilikhes S.Ya. Obezzhirivanie, travlenie i polirovanie metallov. Leningrad, Mashinostroenie, 1983, 101 p. (In Russ.)
Bekkert M. Sposoby metallur-gicheskogo travleniya. M., Metallurgiya, 1988, 400 p. (In Russ.)
Yampol'skii A.M. Travlenie metallov. M., Metallurgiya, 1980, 168 p. (In Russ.)
Katsko A.S. Issledovanie sostava rast-vorov travleniya staleprokatnykh zavodov. «Khimiya i fizika – XXI vek. Teoriya, praktika, obrazovanie», sbornik materialov V Vserossiiskoi nauch.-prakt. konf. s mezhdunarodnym uchastiem, 18-19 maya 2022 g., Bryansk, 2022: 85-87. (In Russ.)
Kibartas D.V., Senyuta A.S., Smirnov A.A., Bayanov V.A., Ordo S.F. Patent RF, № 2752352, 2021. (In Russ.)
Khomyakova E.N., Pashayan A.A., Lukuttsova N.P. Ispol'zovanie travil'nykh rastvorov staleprokatnykh zavodov v kachestve dobavok dlya betona. «Effek-tivnye stroitel'nye kompozity», sbornik trudov nauch.-prakt. konf. k 85-letiyu zasl. deyat. nauki RF, akad. RAASN, d.t.n. Ba-zhenova Yuriya Mikhailovicha, 2-3 aprelya 2015 g., Belgorod, 2015: 729-733. (In Russ.)
Pashayan A.A., Khomyakova E.N. Novyi sposob utilizatsii otrabotannykh travil'nykh rastvorov staleprokatnykh za-vodov. «Fundamental'nye i prikladnye is-sledovaniya v oblasti khimii i ekologii – 2018», materialy mezhdunarodnoi nauch.-prakt. konf., 24-26 sentyabrya 2018 g., Kursk, 2018: 198-200. (In Russ.)
Pashayan A.A., Khomyakova E.N., Aminov D.O. Resursosberegayushchie tekhnologii utilizatsii rastvorov travleniya stali. «Resursosberezhenie i ekologiya stroitel'nykh materialov, izdelii i kon-struktsii», sbornik nauchnykh trudov 2-i Mezhd. nauch.-prakt. konf., 1 oktyabrya 2019 g., Kursk, 2019, 2, 39-42. (In Russ.)
Aksenov V.I., Nichkova I.I., Nikulin V.A., Petsura S.S., Ibragimova N.M. Utili-zatsiya otrabotannykh solyanokislykh zhelezosoderzhashchikh travil'nykh stokov v protsesse obezvozhivaniya osadkov bio-khimicheskikh ochistnykh sooruzhenii. Vo-doochistka. Vodopodgotovka. Vodosnab-zhenie. 2010; 33: 38-40. (In Russ.)
Vasil'eva V.I., Saud A.M., Akberova E.M. Effect of the mass fraction of ion-exchange resin in a Ralex CM cation-exchange membrane on demineralization of phenylalanine aqueous salt solutions by neutralization dialysis. Membranes and Membrane Technologies. 2021; 3(2): 98-106. https://doi.org/10.1134/S2517751621020074
Loza S., Loza N., Kovalchuk N., Romanyuk N., Loza Ju. Comparative study of different ion-exchange membrane types in diffusion dialysis for the separation of sulfuric acid and nickel sulfate. Mem-branes. 2023; 13(4): 396. https://doi.org/10.3390/membranes13040396
Kozaderova O.A., Kalinina S.A., Morgacheva E.A., Niftaliev S.I. Sorption characteristics and diffusion permeability of the MA-41 anion-exchange membrane in lactic acid solutions. Sorbtsionnye I khromatograficheskie protsessy. 2021; 21(3): 317-325. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3465
Kozaderova O.A., Kozaderov O.A., Niftaliev S.I. Electromass transfer in the system “cation exchange membrane-ammonium nitrate solution”. Membranes. 2022; 12(11): 1144. https://doi.org/10.3390/membranes12111144
Palatý, Z., Žáková, A., Doleček, P. Modelling the transport of Cl− ions through the anion-exchange membrane NEOSEP-TA-AFN // Journal of Membrane Science. 2000. Vol. 165. № 2. P. 237-249. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(99)00239-2
Luo, J., Wu, C., Wu, Y., Xu, T. Dif-fusion dialysis of hydrochloric acid with their salts: effect of co-existence metal ions. Separation and Purification Technol-ogy. 2013; 118: 716-722. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.08.014
Gueccia R., Randazzo S., Chillura Martino D., Cipollina A., Micale G. Exper-imental investigation and modeling of dif-fusion dialysis for HCl recovery from waste pickling solution. Journal of Environmen-tal Management. 2019; 235: 202-212. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.01.028
AO MEGA. Available at: https://www.mega.cz/membranes (accessed 21 September 2024).
Zhang C., Zhang W., Wang Y. Dif-fusion dialysis for acid recovery from acid-ic waste solutions: anion exchange mem-branes and technology integration. Mem-branes. 2020; 169: 1-24. https://doi.org/10.3390/membranes10080169
Lur'e Yu.Yu. Spravochnik po anali-ticheskoi khimii. Moskva, Khimiya, 1989, 448 p. (In Russ.)
Kozaderova O.A., Shaposhnik V.A. Kinetic parameters of ion-exchange mem-brane in amino acid solutions. Russian Journal of Electrochemistry. 2004; 40(7): 698-703. https://doi.org/10.1023/B:RUEL.0000035251.04661.f7
Volkov A.I., Zharskii I.M. Bol'shoi khimicheskii spravochnik. Minsk, Sov-remennaya shkola, 2005, 603 p. (In Russ.)
