Процесс электрокоагуляции/флотации для удаления меди из водной среды.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13334 (2023) Цитировать эту статью

206 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Присутствие меди в водной среде, такой как питьевая вода, привело к ряду экологических последствий, таких как вкус и запах. Увеличение содержания меди в грунтовых и поверхностных водах в основном связано с антропогенными и природными источниками. Следовательно, данное прикладно-аналитическое исследование было направлено на изучение удаления меди из городской питьевой воды посредством электрокоагуляции/флотации периодического действия (ECF) с алюминиевыми электродами. Эффективность удаления меди оценивали при различных условиях эксплуатации по плотности тока (0,8–2,4 мА/см2), начальной концентрации (1–100 мг/л), pH (3,5–10,5) и времени (10–30 мин). Cu определяли методом, описанным в стандартных процедурах (3500-Cu B при 4571 нм). Результаты показали, что увеличение плотности тока с 0,8 до 2,4 мА/см2 и времени реакции с 10 до 30 минут повышает эффективность удаления Cu+2 (с 95 до 100%). Кроме того, результаты показали, что восстановление Cu+2 составляет 100% при начальной концентрации 100 мг/л, pH 7,5, времени реакции 30 мин и плотности анодного тока 2,4 мА/см2. Результаты метода Тагучи по эффективности удаления меди показывают, что время реакции является наиболее значимой переменной. Кроме того, модели кинетики удаления Cu в реакторе ECF имеют второй порядок (R2 > 0,92). Удаление Cu в реакторе ECF происходит за счет окислительно-восстановительного процесса и адсорбции. Более того, эксплуатационные затраты на обработку меди парами алюминиевых электродов оцениваются в диапазоне от 8857 до 9636 риалов/кг удаленной меди. Таким образом, можно сделать вывод, что процесс ECF очень эффективен при удалении Cu из водной среды в оптимальных условиях.

Медь (Cu) — пластичный металл с чрезвычайно высокой электро- и теплопроводностью. Cu является важным микроэлементом для всех живых организмов, поскольку он является ключевым компонентом комплекса дыхательных ферментов цитохромоксидазы. Элемент Cu существует в формах Cu+1 и Cu+21,2. Cu присутствует в печени, мышцах и костях. Соединения меди в настоящее время используются в качестве бактериостатических веществ, фунгицидов и консервантов древесины. Кроме того, сульфат меди (CuSO4) широко используется в качестве альгицида в водной среде3, где высокая концентрация Cu в очищенной питьевой воде вызывает неблагоприятные последствия для здоровья, такие как анемия, раздражение глаз и кожи, а также повреждение человеческого мозга и органов сердца4.

Различные соединения меди используются при лечении опухолей5. Кроме того, была доказана известная связь между аномальными уровнями меди в сыворотке и болезнью Альцгеймера (БА)6. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) утверждает, что максимальный уровень концентрации (MCL) меди в питьевой воде составляет 1,3 мг/л7. Ферменты Cu и Cu влияют на энергетический обмен, окислительную детоксикацию и митохондриальное дыхание8, где Cu и другие микроэлементы, такие как железо, необходимы для предотвращения AD9. Кроме того, антропогенные (провода и кабели, электроника и сопутствующие устройства, архитектура, применение противомикробных препаратов, деревообработка, промышленная, горнодобывающая и сельскохозяйственная деятельность, а также сброс сточных вод) и природные (коррозия бытовых водопроводных систем, выветривание горных пород, эрозия горных пород и почвы, и атмосферные осаждения) на долю источников приходится большая часть увеличения уровней меди в грунтовых и поверхностных водах10. Из-за негативного воздействия на здоровье человека и водные экосистемы Cu особенно рассматривается при очистке промышленных сточных вод, где мембранное разделение, ионный обмен, химическое осаждение, электрохимия, адсорбция и биотехнология входят в число применений11.

По данным систематического обзора, проведенного в Иране, концентрация Cu в питьевой воде превышает допустимые нормы в 7,69% проведенных исследований12. Концентрация Cu в 8 пробах из 58 проб превышает допустимую норму (2,99 мг/л) в источниках питьевой воды города Карадж, Иран13. По данным исследований, проведенных в 6 прудах с ливневой водой во Флориде, концентрация меди в отложениях в несколько раз превышает концентрацию в воде14. Важными источниками поступления меди в пресную воду являются природные источники (3,7 тыс. тонн в год), сельское хозяйство (1,8 тыс. тонн в год) и сточные воды (1,8 тыс. тонн в год) в Европейском Союзе15. Диапазон концентрации растворенной меди составляет 6,4–45,4 нМ в прибрежных и устьевых водах высокоиндустриальной и городской прибрежной системы16.

30 min to 30 min (Table 1)./p> 30 min to 30 min. This result is consistent with data previously published by Adamovic et al. (2015). They report that the highest copper removal efficiency (> 92.8%) is achieved after 5 min with an 8 mA/cm2 current density and aluminum electrodes38./p> 8) due to the precipitation of insoluble hydroxide Cu(OH)2. Kim et al. (2020) observed that the formation of metal hydroxide is complex at acidic pH due to the formation difficulty of OH− anions39. Due to the formation of metal hydroxides during the ECF process, the environment's pH is optimal for removing copper. Due to the amphoteric behavior of Al(OH)3, acidic and basic conditions produce soluble Al3+ cations and Al (OH)2+ and monomeric anions Al(OH)4−, respectively. These organisms are ineffective for water purification. This result is consistent with Prasetyaningrum et al. (2019)40. Mota et al. (2015) observed that theoretically the pH of 8.0 is the best point for the Pb ECF during the first 20 min of flotation41./p> 95% of Cu is removed50. The current density of 2.4 mA/cm2, which has an efficiency close to the optimal value while consuming less energy, was chosen for economic reasons. SEM shows the behavior of the electrodes during the process and to characterize the morphology and corrosion mechanism51. Based on the SEM results, systematic corrosion and indentations on the surface of the anode due to production of various aluminum hydroxides leads to forming aluminum nanostructures, which may alter the mechanism and kinetics of electron transfer and oxidation. In other hands, corrosion of the electrode over time is caused by the effect of the current density and the partial stripping of the metal ions of the aluminum electrode./p>