АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ПОКРАЩЕННЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ УМОВ ПРОЦЕСУ ІОННОГО ОБМІНУ ПРИ ВОДОПІДГОТОВЦІ
Ковтун Давід Євгенович
Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна
https://orcid.org/0009-0001-8911-4148
Душкін Станіслав Сергійович
Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна
https://orcid.org/0000-0002-9345-9632
DOI: 10.52363/2522-1892.2023.2.9
Ключові слова: іонообмінні смоли, електродіаліз, регенерація, очистка води, катіоніт, аніоніт, сорбція, селективність
Анотація
У статті розглядаються питання існуючих процесів покращення фізико-хімічних умов процесу іонного обміну при водопідготовці. Проаналізовано патенти та публікації досліджень використання методу іонного обміну при водопідготовці. Доцільність і наукове значення визначається можливістю в подальшому на основі отриманих результатів, підвищення ефективності процесу іонного обміну при водопідготовці.
Існуючі методи, такі як термічна та кріогенна обробка, мембранні установки, дистиляція та зворотний осмос, мають ряд недоліків, у вигляді великої енергоємності проведення процесу, не можливість застосування у промислових масштабах. Перспективним методом підвищення ефективності модифікованих іонообмінних смол є використання дії магнітного поля на вихідну воду при постійному перемішуванні.
У статті проведено аналіз іонообмінних смол та їх проблеми, існуючі дослідження, які направлені на модернізацію проведення іонообмінного процесу, розглянуто способи оптимізації селективності іонообмінних смол, їх модифікація дендритними агрегатами, використання змішаних катіоніт та аніоніт іонообмінних смол. Регенерація іонообмінних смол за допомогою технології бікарбонату амонію, безреагентних методів регенерації, таких як електродіаліз, системи електродеонізації, з метою зменшення відходів процесу, можливі схеми застосування іонообмінних установок в комплексі з іншими методами очищення води.
Проведений аналіз свідчить про актуальність використання процесу іонного обміну при водопідготовці та перспективу подальших досліджень способів інтенсифікації процесу для зниження витрати енергетичних та економічних ресурсів.
Отримані результати демонструють найбільш розвинені шляхи покращення методу іонного обміну для очистки води, такі як безреагентна регенерація іонітів з використання електродіалізу, модифікація смол введенням необхідних функціональних груп.
Посилання
1. Ковтун Д. Є. Аналіз сучасних методів процесу демінералізації природних вод. Міжгалузеві диспути: динаміка та розвиток сучасних наукових досліджень : матеріали IV міжнар. наук. конф., м. Хмельницький, 12 лип. 2023 р. Вінниця, 2023. С. 129–131.
2. Водопідготовка: навчальний посібник / Дорощенко В. В., Коцюба І. Г., Єльнікова Т. О., Уваєва О. І. Житомир: Державний університет «Житомирська політехніка», 2020. 153 с.
3. Черненко Я. М., Волошин М. Д., Ларичева Л. П. Каталізатори та сорбенти: навчальний посібник. Кам’янське: Дніпровський державний технічний університет, 2017. 317 с.
4. Cummins P. M., Rochfort K. D., O’Connor B. F. Ion-Exchange Chromatography: Basic Principles and Application. Methods in Molecular Biology. 2017. Vol. 1485. P. 209-223. DOI: 10.1007/978-1-4939-6412-3_11.
5. Characterisation of Ion-Exchange Resins Under Thermal Loading / Zárybnická L. et al. 2016. 7 р.
6. Сабадаш В. В. Теоретичні основи сорбційних процесів на природних та синтетичних сорбентах: дис. … д-ра. техн. наук : 05.17.08. Львів, 2019. 472 с. URL: https://lpnu.ua/spetsrady/d-3505209/sabadash-vira-vasylivna (дата звернення: 28.09.2023).
7. Maltseva T. V., Dzyazko Y. S. Development of sorption materials of wide functional purpose in the V.I. Vernadskii institute of general and inorganic chemistry of the NAS of Ukraine. Ukrainian Chemistry Journal. 2023. Vol. 88, No. 12. P. 139-174. DOI: 10.33609/2708-129X.88.12.2022.139-174
8. Characterization of Natural Zeolite and Determination of its Ion-exchange Potential for Selected Metal Ions in Water / Wangi G. M., Olupot P. W., Byaruhanga J., Kulabako R. Environmental Processes. 2023. Vol. 10, No. 4. P. 53. DOI: 10.1007/s40710-023-00654-7.
9. Коломієць В. О. Морфологічні особливості та сорбційні властивості аніонообмінних полімер-неорганічних композитів, які містять гідратовані оксиди багатовалентних металів: дис. … канд. хім. наук : 02.00.04. Київ, 2019. 187 с. URL: http://ionc.com.ua/PDF/Kolomiets_thesis.pdf (дата звернення: 28.09.2023).
10. Segmented Regeneration of Ion Exchange Resins Used for Natural Organic Matter Removal / Liu Z., Mohseni M., Sauvé S., Barbeau B. Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 303, No. 39. Art. 122271. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.122271.
11. Технологія та обладнання для виробництва питної та технічної води: навчальний посібник / Толстопалова Н. М., Концевой А. Л., Косогіна І. В., Концевой С. А. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. 130 с.
12. Electro-Regeneration of Ion Exchange Resins Used in Hexavalent Chrome Removal / Aquilera-Vargas M. A. et al. ECS The Electrochemical Society. 2021. Vol. 101, No. 1. P. 113-119. DOI: 10.1149/10101.0113ecst.
13. Коломієць Є. О., Мальцева Т. В., Дзязько Ю. С. Органо-неорганічні іоніти для вибіркової електродеіонізації розведених водних розчинів. Питання хімії та хімічної технології. 2019. № 1. С. 18-25. DOI: 10.32434/0321-4095-2019-122-1-18-25
14. Xavier C., Jhonny V. F. Application of the bipolar electrodialysis technique for the production of hydrochloric acid from wastewater regeneration of ion exchange resins. Journal of sciences and engineering. 2017. Vol. 1, No. 1. P. 1-11. DOI: 10.32829/sej.v1i1.26.
15. Електродеонізація. Litech Aqua, 2022. URL: https://litechaqua.com/ua/obladnannia/elektrodeionizatsiia (дата звернення: 28.09.2023).
16. Boron and lithium recovery from aqueous solutions by ion-exchange resin stuffed electro-electrodialysis process with hydrogen production / Ragad F. A., Salsabila N., Yuzer B., Bicer Y. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11, No. 5. Art. 110687. DOI: 10.1016/j.jece.2023.110687.
17. An innovative compound bed of EDI device with enhancing ion-exchange resins regeneration efficiency / Chen X. et al. Water Science & Technology. 2021. Vol. 83, No. 10. P. 2549-2559. DOI: 10.2166/wst.2021.161.
18. Gettongsong T., Taseidi-far M., Pashley R. M. New Resins for Ion Exchange Applications and a Process for Their Sustainable Regeneration. Substantia. 2021. Vol. 4, no. 2. P. 33-37. DOI: 10.36253/Substantia-824
19. Selective removal of nitrate using a novel asymmetric amine based strongly basic anion exchange resin / Sun Y., Zheng W., Ding X., Singh R. P. Adsorption Science & Technology. 2020 Vol. 38, No. 7–8. P. 271–285. DOI: 10.1177/0263617420945839.
20. Грабітченко В.М. Комплексна переробка високомінералізованих стоківв екологічно безпеченому промисловому водоспоживанні: дис. … канд. техн. наук: 21.06.01. Київ, 2017. 234 с. URL: https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/19427/1/Hrabitchenko_diss.pdf (дата звернення: 28.09.2023).
21. Dikmen Z. Investigation of ion exchange and magnetic properties of magnetically modified zeolite 13x. Journal of Science and Technology. 2020. Vol. 21. P. 17-19. DOI: 10.18038/estubtda.818009.
22. Кульский Л. А., Душкин С. С. Магнитное поле и процессы водообработки. Киев: Наукова думка, 1987. 112 с.
23. А.с. 664330 СССР, МКИ3 С 02 F 1/42. Способ фильтрации растворов в процессе очистки природных и сточных вод / Шахов А. И. и др. №21559083-26; заявл. 11.07.75, опубл 23.06.82, Бюл. №23.