The removal of copper, cadmium, and lead ions from dilute aqueous solutions using foam fractionation

Authors


Abstract

The removal of copper, lead and cadmium ions from aqueous solution by foam fractionation using sodium dodecylbenzene sulphonate (NaDBS) has been experimentally studied and theoretically predicted for solutions with a pH less than 4. A mathematical model of the system consisting of the equilibrium relations of chemical reactions occurring in the system was solved for the equilibrium concentration of all ions in the solution. Based on this equilibrium concentration and the effective radius of the hydrated ion, a modified theory of the Gouy-Chapman diffuse double layer(9) was used to predict the distribution factor of the metal ions. The work was extended to systems containing two metal ions for the determination of the separability of the ions with respect to each other.

It was found that the distribution factor for solutions containing one metal ion could be predicted theoretically for a bulk solution pH less than four. Deviation of results above this pH was attributed to the limitations of the bulk solution reaction model because it did not include reactions for the formation of poly hydroxyl and poly nuclear hydroxyl complexes. Good agreement was also obtained between experiment and theory in the separability study. The results indicate that the order of removal of the ions from solution is Pb++ > Cd++ > Cu++. This sequence is the reverse order of the effective radii of the hydrated ions. The results support the fact that the mechanism for removal of the ions from solution is that of electrical attraction and that selectivity depends upon the charge and size of the hydrated ion.

Abstract

On a étudié expérimentalement la séparation des ions de cuivre, plomb et cadmium d'une solution aqueuse par fractionnement de type écume, en employant le dodécylbènzenesulphonate de sodium (NaDBS); on l'a aussi prédite théoriquement pour des solutions dont le pH est inférieur à 4. On a résolu, pour la concentration d'équilibre de tous les ions en solution, un modèle mathématique du système comprenant les relations d'équilibre des réactions chimiques qui s'y produisent. En se basant sur la dite concentration d'équilibre et sur le rayon effectif de l'ion hydraté, on a employé une théorie modifiée de la couche double et diffuse de Gouy et Chapman(9) pour prédire le facteur de distribution des ions métalliques. On a fait une extension du travail aux systèmes qui contiennent deux ions métalliques pour déterminer la séparabilité des ions les uns des autres.

On a trouvé qu'on pouvait prédire théoriquement, pour des solutions dont le pH était moindre que 4, le facteur de distribution des solutions contenant un ion métallique. On a attribué l'écart des résultats, dans le cas d'un pH supérieur à 4, aux limitations du modèle des réactions en solution, parce qu'il n'embrassait pas les réactions pour la formation de polyhydroxyle et de complexes nucléaires de polyhydroxyle. On a obtenu une bonne concordance entre les résultats expérimentaux et les théoriques dans l'étude de séparabilité. Les résultats indiquent que l'ordre de séparation des ions de la solution est: Pb++ > Cd++ > Cu++, La dite séquence correspond à l'ordre inverse des rayons effectifs des ions hydratés. Les résultats appuient le fait que le mécanisme de séparation des ions d'une solution est celui de l'attraction électrique et que la sélectivité dépend de la charge et des dimensions de l'ion hydraté.

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