L ượng Cr(VI) vùng cat ố t sau kh
4.7.2.Mô hình hiệu chỉnh thẩm tách hai giai đoạn dung dịch thải thụ động hoá
b. Ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất chuyển hoá
4.7.2.Mô hình hiệu chỉnh thẩm tách hai giai đoạn dung dịch thải thụ động hoá
Từ lập luận trong phần 4.7.1 đề xuất hiệu chỉnh mô hình thiết bị tái chế
crôm(VI) hai giai đoạn như hình 4.20.
Do phải tăng khối lượng kết tủa trên catốt nên cần tăng diện tích catốt. Vì vậy, thông số tỉ lệ diện tích điện cực giữa catốt và anốt phải giảm để tạo thuận lợi cho việc di chuyển ion Cr(VI) từ catốt sang anốt nhanh nhất ngăn không cho Cr(VI) phóng điện tại catốt. Vì lí do trên tỉ lệ Sa/Sc =1 được lựa chọn để khảo sát.
Bình điện phân hiệu chỉnh có dạng hình hộp với anốt và catốt là các tấm phẳng dạng lưới để có diện tích lớn nhất. Hai mặt điện cực đặt song song với nhau để tạo điện trường đều thuận lợi cho việc di chuyển ion. Thể tích của dung dịch anốt và catốt
_____________________________________________________________________________
bằng nhau do sản phẩm giai đoạn trước là nguồn nguyên liệu cho giai đoạn sau. Thiết bị phải có lỗ thông khí trên nắp vì phản ứng sinh nhiều khí trên hai điện cực.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị theo dạng mẻ. Trong giai đoạn đầu dung dịch thải được cho vào vùng catốt của thiết bị điện phân, còn vùng anốt chứa dung dịch thụ
động hóa crôm(VI) pha mới. Sau một thời gian điên phân, dung dịch vùng catốt được tách sắt và kẽm, sau khi lọc thu được dung dịch thụ động hóa. Sử dụng dung dịch này cho vào vùng anốt để điện phân chuyển hóa Cr cho giai đoạn tiếp theo.
Dung dich thải thụ động vào Bùn thải Dung dịch thu động Thu hồi
Hình4.20. Mô hình thiết bị điện phân hiệu chỉnh
Kết quả khảo sát theo mô hình điều chỉnh với điện thế 6 V, mật độ dòng là 0,6 A/dm2 được trình bày ở bảng 4.21 và 4.22. Kết quả này thể hiện sản phẩm thu được từ
giai đoạn hai (giai đoạn tuần hoàn) trở đi vì giai đoạn một (giai đoạn khơi mào) không có kẽm trong dung dịch anốt. Thời gian trong bảng 4.21 và 4.22 là thời gian thực hiện điện phân ở vùng catốt hoặc vùng anốt.
Căn cứ vào số liệu bảng 4.21 và qua quan sát quá trình điện phân có thể nhận thấy bọt khí sinh ra, một số sản phẩm bám trên bề mặt catốt theo các phản ứng:
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2Fe3++ 3H2O + 6e → 3H2 + Fe2O3↓
Cr3++ 3e → Cr Cr6+ + 3e → Cr3+
Zn2++ 2e → Zn
Bảng 4.21 chứng tỏ vùng catốt có hàm lượng Zn2+giảm không nhiều, nhất ở
trong khoảng 2 giờ đầu do pH còn cao, không thích hợp cho kết tủa kẽm; giảm nhanh từ 3 giờ đến 7 giờ và không thay đổi sau 8 giờ điện phân. Trong khoảng thời gian 3 giờ
đầu hàm lượng sắt trong dung dịch giảm nhanh đến 0, nghĩa là có phản ứng ưu tiên cho việc kết tủa sắt dưới dạng oxít sắt. Điều này phù hợp với việc trên bề mặt điện cực có kết tủa đỏ và kết tủa xám bám. Lớp kết tủa này tan mạnh trong axít HCl. Crôm(III) kết tủa theo sắt, hàm lượng Cr3+ giảm trong 2 giờ là 0,6 g/l và giảm hoàn toàn sau 5
Anốt + Catốt - Màng ngăn L ọ c
_____________________________________________________________________________
giờ điện phân. Hàm lượng crôm(VI) ở catốt giảm theo thời gian điện phân, như vậy có quá trình thẩm tách và quá trình crôm(VI) tham gia phóng điện ở catốt.
Bảng 4.21. Biến thiên hàm lượng các chất trong catốt theo thời gian điện phân TT Thời gian điện phân (giờ) Hàm lượng Zn2+ (g/l) Hàm lượng Cr(VI)(g/l) Hàm lượng Cr3+(g/l) Hàm lượng Fe tổng(g/l) 1 0 5,56 8,93 1,21 1,59 2 2 5,54 5,82 0,74 0,51 3 3 4,63 5,01 0,46 0,00 4 4 4,36 3,88 0,20 0,00 5 5 3,71 3,16 0,00 0,00 6 6 3,08 2,71 0,00 0,00 7 7 2,62 2,23 0,00 0,00 8 8 2,62 2,23 0,00 0,00
Theo kết quả của bảng 4.22 và quan sát trong quá trình điện phân nhận thấy bọt khí sinh ra do phản ứng trên anốt:
2H2O - 4e → O2 + 4H+
Từ quá trình điện phân anốt có thể đưa ra một số nhận xét sau:.
- Khi thực hiện quy trình điện phân trong 2÷4 giờ, ngoài phản ứng tạo O2, có phản ứng oxy hoá Cr3+ thành Cr(VI)xảy ra kèm theo. Điều này xảy ra do có mặt Cr3+ trong dung dịch anốt trước phản ứng. Sau một thời gian điện phân hàm lượng Cr3+ giảm dần.
- Khi thực hiện quy trình điện phân từ 5÷8 giờ thì phản ứng oxy hoá Cr3+ lên Cr(VI)không xảy ra nữa do Cr3+ không còn trong dung dịch anốt.
Nồng độ crôm(III) ở anốt giảm trong 2 -3 giờ là 0,5 g/l, trong 4 giờ là 0,2 g/l. Nồng độ Cr(VI) thu được từ dung dịch anốt ở 2 giờ là 8,2 g/l, trong 3 giờ là 8,4 g/l, trong 4-5 giờ là 8,0 g/l. Từ 6-8 giờ nồng độ tăng lên có thể do thể tích dung dịch giảm vì nước bị điện phân.
Bảng 4.22 và bảng 4.21 cho thấy khi điện phân trong khoảng từ 2 giờ đến 8 giờ
hàm lượng Zn2+ở vùng anốt giảm so với hàm lượng ban đầu. Điều đó chứng tỏ trong khoảng thời gian này có sự thẩm tách kẽm từ vùng anốt sang vùng catốt. Có thể tính tốc độ thẩm tách trung bình của kẽm dựa vào giá trị đầu vào và giá trị đầu ra của dung dịch anốt là 1÷0,26 g/l.h. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hiệu suất loại bỏ kẽm và thu hồi Cr(VI) từ dung dịch thải thụ động hoá được trình bày
ở bảng 4.23. Dựa vào bảng này có thể lựa chọn quy trình hai giai đoạn có thời gian điện phân là 3 giờ để lượng thu hồi Cr(VI) tối đa và loại bỏ kẽm tương đối.
_____________________________________________________________________________
Bảng 4.22. Biến thiên hàm lượng các chất trong anốt theo thời gian điện phân TT Thời gian điện phân
(giờ) Hàm lượng Zn2+ (g/l) Hàm lượng Cr(VI) (g/l) Hàm lượng Cr3+ (g/l) 1 2 3,54 8,22 0,25 2 3 2,20 8,47 0,00 3 4 1,81 7,96 0,00 4 5 1,37 8,08 0,00 5 6 1,14 8,55 0,00 6 7 0,58 9,05 0,00 7 8 0,58 11,2 0,00
Bảng 4.23. Hiệu suất thu hồi các chất theo thời gian điện phân TT Thphân (giời gian điện
ờ) Hiệu suất loại bỏ Zn2+ (%) Hiệu suất thu hồi Cr(VI)(%) Hiệu suất thu hồi tổng Cr(%) 1 2 11,9 95,3 91,5 2 3 29,0 95,5 89,5 3 4 31,8 89,3 82,0 4 5 40,4 88,4 80,1 5 6 58,9 84,8 76,6 6 7 59,2 88,8 79,7 7 8 59,2 88,8 79,7
Tóm lại: mô hình thiết bị thu hồi và tái chế crôm(VI) từ dung dịch thụ động hoá chứa nitrát hai giai đoạn đáp ứng việc loại bỏ một phần ion kẽm ra khỏi dung dịch thải, thu hồi Cr(VI) với thời gian điện phân là 3 giờở catốt và 3 giờ ở anốt.
Trên cơ sở số liệu khảo sát thực tế tại công ty CP Công nghiệp và Thương mại LIDOVIT, nơi có lưu lượng thải ra là 400 lít/tuần, đã tiến hành thiết kế và lắp ráp mô hình pilot với thời gian phản ứng của thiết bị là 6 giờ và thể tích của bình là 50 lít.
Mô hình thiết bị như hình 4.20 đã được chế tạo có tỉ lệ diện tích điện cực là Sa/Sc=1, anốt và catốt là các tấm phẳng dạng lưới, diện tích Sa= Sc= 6 dm2, đặt song song với nhau. Anốt làm bằng DSA hoặc Pt còn catốt làm bằng thép không gỉ SUS 316. Bình phản ứng có hình hộp kích thước 3x6x4 dm, màng sứ xốp phẳng 3x4 dm.
_____________________________________________________________________________