Електрохимична обработка на водата. Електролиза

Когато постоянен електрически ток преминава през електролит, на електродите протичат химични реакции.Този процес се нарича електролиза, което означава разлагане (на материята) чрез електричество.

В Сект. 8.1 беше посочено, че електролитът е течност, която при преминаване на електрически ток преминава през химическа реакция. Електролитът може да бъде разтопена сол, като разтопен оловен (Н) бромид, или воден разтвор на киселина, основа или сол.

Електрическият ток се подава към електролита с помощта на електроди - телени проводници, метални пръти или пластини, които осъществяват електрически контакт с електролита. Отрицателно зареденият електрод е катод, а положителният електрод е анод. Електроди, които не влизат в химични реакции при контакт с електролити и при преминаване на електрически ток през тях се наричат ​​инертни електроди. Инертните електроди включват графит и платина.

ЙОННА ТЕОРИЯ НА ЕЛЕКТРОЛИЗАТА

Според тази теория преминаването на постоянен електрически ток през електролита се осъществява с помощта на йони. При електродите електроните се прехвърлят към или от йони. Следователно процесите, протичащи върху електродите, могат да се разглеждат като редукционни или окислителни полуреакции. Следователно електролизата е редокс процес.

На анода винаги протича окислителна полуреакция. При тази реакция анионите губят електрони и се разреждат, превръщайки се в неутрални частици. Следователно анодът действа като поглътител за електрони от анионите.

Редукционна полуреакция винаги възниква на катода. Тук катионите придобиват електрони и се разреждат, превръщайки се в неутрални частици. Следователно катодът действа като източник на електрони за катиони.

Електролизата на разтопен оловен (Н) бромид се състои от две полуреакции:

1) бромидните йони се изхвърлят на анода. (Уравнението за тази полуреакция е

2Br-(g.) = Br2(g.) + 2e-

Тази полуреакция е окисление.)

2) оловните йони се разреждат на катода. (Уравнението за тази полуреакция е:

Pb2+(разт.) + 2e- = Pb(l.)

Тази полуреакция е намаляване.)

Трябва да се отбележи, че реакциите, протичащи на анода и катода във всяка конкретна система, са предварително определени от полярността на източника на ток във външната електрическа верига. Отрицателният извод на външния източник на ток (акумулатор) доставя електрони към един от електродите на електролитната клетка. Това причинява отрицателен заряд на този електрод. Става катод. Тъй като този електрод е отрицателно зареден, той от своя страна предизвиква електродна реакция, при която се изразходват електрони. По този начин процесът на редукция се извършва на този електрод. При другия електрод електроните текат от електролитната клетка обратно във външната верига, което прави този електрод положителен електрод. Това означава, че този електрод играе ролята на анод. Поради положителния си заряд, върху него възниква реакция, която е придружена от загуба на електрони, т.е. окисление.

Схематично представяне на целия процес на електролиза е показано на фиг. 10.6.

Образуването на неразтворимо вещество в резултат на химическа реакция е само едно от условията за получаване на колоиден разтвор. Друго също толкова важно условие е нееднаквостта на изходните материали, взети в реакцията. Следствието от това неравенство е ограничаването на нарастването на размера на частиците в колоидните разтвори, което би довело до образуването на грубо дисперсна система.

Нека разгледаме механизма на образуване на колоидна частица, като използваме примера за образуване на зол на сребърен йодид, който се получава чрез взаимодействие на разредени разтвори на сребърен нитрат и калиев йодид.

AgNO3 +KI = AgI + KNO3

Ag + + NO 3 ¯ +K + + I ¯ = AgI ↓ + NO 3 ¯ + K +

Неразтворимите неутрални молекули на сребърен йодид образуват ядрото на колоидната частица.

Първоначално тези молекули се комбинират в безпорядък, за да образуват аморфна, хлабава структура, която постепенно се развива в силно подредена кристална сърцевина. В примера, който разглеждаме, ядрото е кристал от сребърен йодид, състоящ се от голям брой (m) молекули AgI:

m - ядрото на колоидната частица

На повърхността на ядрото протича процес на адсорбция. Съгласно правилото на Песков-Фаян, йони, които са част от ядрото на частицата, се адсорбират върху повърхността на ядрата на колоидните частици, т.е. адсорбират се сребърни йони (Ag +) или йодни йони (I –). От тези два вида йони тези, които са в излишък, се адсорбират.

По този начин, ако получите колоиден разтвор в излишък от калиев йодид, тогава йодните йони ще бъдат адсорбирани върху частиците (ядрата), които допълват кристалната решетка на ядрото, естествено и здраво влизайки в неговата структура. В този случай се образува адсорбционен слой, който дава на ядрото отрицателен заряд:

Йоните, които се адсорбират на повърхността на ядрото, придавайки му съответен заряд, се наричат ​​потенциалообразуващи йони.

В същото време в разтвора има и противоположно заредени йони, те се наричат противойони.В нашия случай това са калиеви йони (K +), които са електростатично привлечени от зареденото ядро ​​(стойността на заряда може да достигне I in). Някои от K+ противойоните са здраво свързани от електрически и адсорбционни сили и навлизат в адсорбционния слой. Ядрото с образуван върху него двоен адсорбционен слой от йони се нарича гранула.

(m . nI – . (n-x) K + ) x – (гранулирана структура)

Останалата част от противойоните (ние ги обозначаваме с числото "x K +") образува дифузен слой от йони.

Ядрото с адсорбционни и дифузни слоеве се нарича мицел :

(m . nI –. (n-x) K + ) x – . x K + (мицелна структура)

Когато постоянен електрически ток преминава през колоиден разтвор, гранулите и противойоните ще се придвижат съответно към противоположно заредените електроди.

Наличието на същия заряд на повърхността на золните частици е важно фактор за неговата стабилност.Зарядът не позволява на частиците да се слепят и да станат по-големи. В стабилна дисперсна система частиците се държат в суспензия, т.е. Няма утаяване на колоидно вещество. Това свойство на золите се нарича кинетика химическа стабилност.

Структурата на мицелите от зол на сребърен йодид, получен в излишък от AgNO 3, е показана на фиг. 1а, в излишък на KCI - 1б .

Фиг.1.5. Структурата на мицелите от зол на сребърен йодид, получен в излишък:

а) сребърен нитрат; б) калиев хлорид.

Електролиза- окислително-редукционен процес, който протича на електродите, когато постоянен електрически ток преминава през разтвор или разтопен електролит. В електролизера електрическата енергия се преобразува в енергия на химическа реакция.

Катод (–) – отрицателен електрод, върху който се извършва редукция по време на електролиза.

Анод (+) – положителен електрод, при който протича окисление по време на електролиза.

За разлика от електролизата, в галваничния елемент редукцията се извършва при положително заредения катод, а окисляването се извършва при отрицателно заредения анод.

При електролизата могат да се използват инертни (неразтворими) и активни (консумируеми) аноди. Активният анод, когато се окислява, изпраща свои йони в разтвора. Инертният анод е само предавател на електрони и не се променя химически. Като инертни електроди обикновено се използват графит, платина и иридий.

По време на електролизата на стопилки и разтвори на електролити йоните, образувани по време на тяхната дисоциация (под въздействието на температура или вода) - катиони (Kt n +) и аниони (An m -) се придвижват съответно към катода (–) и анод (+). След това при електродите електроните се прехвърлят от катода към катиона, а анионите дават електрони на анода.

Количествено електролизата се описва от двата закона на Фарадей.

Първият закон на Фарадей: Масата на веществото, освободено по време на електролиза, е пропорционална на количеството електричество, преминаващо през електролизера:

m = k∙ аз∙τ = k∙Q ,

Където аз– сила на тока; τ – текущо време на протичане; Q = I∙τ– количество електроенергия; к– коефициент на пропорционалност, чиято стойност зависи от избраната система от единици (ако Q = 1 Kl, тогава m = k).

Масата на веществото, освободено по време на преминаването на 1 C електричество, се наричаелектрохимичен еквивалент.

II закон на Фарадей: при едни и същи количества електричество, преминало през електролита, броят на грам еквивалентите на продуктите на електролизата е същият.

За да се освободи един еквивалент от всяко вещество върху електрода, е необходимо да се изразходва същото количество електроенергия, равно на Фарадеева константа F= 96485 C/mol. Наистина, един еквивалент от дадено вещество съдържа N A = 6.02322∙10 23 частици и за възстановяване на този брой еднократно заредени йони на катода е необходимо да се изразходва следното количество електричество:

F = N A∙ ē = 6.02322∙10 23 частици/mol ∙ 1.6021∙10 –19 C = 96485 C/mol,

къде е зарядът на електрона ē = 1.6021∙10 –19 Cl.

Обобщавайки двата закона на Фарадей, можем да напишем:

Електроактивираните водни разтвори - католити и анолити могат да се използват в селското стопанство, за повишаване на продуктивността на растенията, в животновъдството, медицината, за дезинфекция на вода и за битови нужди. Електрохимичната обработка на водата включва няколко електрохимични процеса, свързани с преноса на електрони, йони и други частици в постоянно електрическо поле (електролиза, електрофореза, електрофлотация, електрокоагулация), основният от които е електролизата на водата. Тази статия запознава читателя с основните процеси, които са в основата на електролизата на водата.

Въведение

Феноменът на електрохимично активиране на вода (ECAW) е комбинация от електрохимични и електрофизични ефекти върху водата в двойния електрически слой (EDL) на електродите (анод и катод) с неравновесен пренос на заряд през EDL от електрони и при условия на интензивна дисперсия на получените газообразни продукти от електрохимичните реакции в течността. По време на процеса на ECHA протичат четири основни процеса:

— електролитно разлагане на вода (електролиза) поради окислително-редукционни реакции върху електродите, причинени от външно постоянно електрическо поле;

- електрофореза - движение в електрическо поле на положително заредени частици и йони към катода, и отрицателно заредени частици и йони към анода;

— електрофлотация — образуването на газови флокули и агрегати, състоящи се от фино диспергирани газови мехурчета (водород на катода и кислород на анода) и едри водни примеси;

- електрокоагулация - образуването на колоидни агрегати от частици от отложената дисперсна фаза поради процеса на анодно разтваряне на метала и образуването на метални катиони Al 3+, Fe 2+, Fe 3+ под въздействието на постоянно електрическо поле .

В резултат на третиране на вода с постоянен електрически ток, при потенциали, равни или надвишаващи потенциала на разлагане на водата (1,25 V), водата преминава в метастабилно състояние, характеризиращо се с аномални стойности на електронна активност и други физикохимични параметри (pH , Eh, ORP, електрическа проводимост). Преминаването на постоянен електрически ток през обем вода се придружава от електрохимични процеси, в резултат на които протичат окислително-възстановителни реакции, водещи до разрушаване (унищожаване) на замърсители на водата, коагулация на колоиди, флокулация на груби примеси и последващата им флотация .

Феноменът на електрохимично активиране на водата е комбинация от електрохимични и електрофизични ефекти върху водата в двоен електрически слой от електроди по време на неравновесен трансфер на заряд.

Електрохимичното третиране се използва за избистряне и обезцветяване на природни води, тяхното омекотяване, пречистване от тежки метали (Cu, Co, Cd, Pb, Hg), хлор, флуор и техните производни, за пречистване на отпадъчни води, съдържащи петролни продукти, органичен и органохлор. съединения, багрила, повърхностно активно вещество, фенол. Предимствата на електрохимичното пречистване на вода са, че ви позволява да регулирате стойностите на стойността на pH и редокс потенциала E h, от които зависи възможността за различни химични процеси във водата; повишава ензимната активност на активната утайка в аеротенките; намалява съпротивлението и подобрява условията за коагулация и утаяване на органични утайки.

През 1985 г. ECHA беше официално призната за нов клас физикохимични явления. Със заповед на правителството на Руската федерация от 15 януари 1998 г. № VCh-P1201044 бяха дадени препоръки на министерства и ведомства за използване на тази технология в медицината, селското стопанство и промишлеността.

Електролиза на вода

Основният етап на електрохимичната обработка на водата е електролизата на водата. Когато постоянен електрически ток преминава през вода, навлизането на електрони във водата при катода, както и отстраняването на електрони от водата при анода, се придружава от поредица от редокс реакции на повърхността на катода и анод. В резултат на това се образуват нови вещества, променя се системата на междумолекулни взаимодействия, съставът на водата, включително структурата на водата. Типична инсталация за електрохимично пречистване на водата се състои от водоподготовка 1, електролизьор 2, вода след електрохимично пречистване 3 (фиг. 1).

Някои инсталации за електрохимично пречистване на водата осигуряват предварително механично пречистване на водата, което намалява риска от запушване на електролитната клетка с груби примеси с високо хидравлично съпротивление. Блок за механично пречистване на водата е необходим, ако в резултат на електрохимично третиране водата е наситена с груби примеси, например люспи от метални хидроксиди (Al (OH) 3, Fe (OH) 3, Mg (OH) 2 ) след електрокоагулация. Основният елемент на инсталацията е електролизатор, състоящ се от една или няколко електролизни клетки (фиг. 2).

Електролизна клетка се формира от два електрода - положително зареден анод и отрицателно зареден катод, свързани към различни полюси на източник на постоянен ток. Междуелектродното пространство е изпълнено с вода, която е електролит, способен да провежда електрически ток. В резултат на работата на устройството електрическите заряди се прехвърлят през слой вода - електрофореза, т.е. миграцията на полярни частици, носители на заряд - йони, към електроди с противоположен знак.

Когато постоянен електрически ток преминава през вода, навлизането на електрони във водата при катода, както и отстраняването на електрони от водата при анода, се придружава от поредица от редокс реакции на повърхността на катода и анод.

В този случай отрицателно заредените аниони се придвижват към анода, а положително заредените катиони се придвижват към катода. На електродите заредените йони губят своя заряд, деполяризират се, превръщайки се в продукти на разпадане. В допълнение към заредените йони в електрофорезата участват полярни частици с различни дисперсии, включително груби частици (емулгирани частици, газови мехурчета и др.), Но основната роля в преноса на електрохимични заряди играят заредените йони с най-голяма подвижност. Полярните частици включват полярни частици от водни примеси и водни молекули, което се обяснява с тяхната специална структура.

Централният кислороден атом, който е част от водната молекула, има по-висока електроотрицателност от водородните атоми, привлича електрони към себе си, придавайки на молекулата асиметричност. В резултат на това се получава преразпределение на електронната плътност: водната молекула се поляризира, придобивайки свойствата на електрически дипол с диполен момент 1,85 D (Дебай), с положителни и отрицателни заряди на полюсите (фиг. 3).

Продуктите на електродните реакции са неутрализирани водни примеси, водород и кислород, образувани по време на електролитното разрушаване на водни молекули, метални катиони (Al 3+, Fe 2+, Fe 3+) в случай на използване на метални аноди от алуминий и стомана , молекулярен хлор и т.н. В този случай на катода се генерира газ водород, а на анода - кислород. Водата съдържа известно количество хидрониев йон H 3 O +, който се деполяризира на повърхността на катода, за да образува атомен водород H:

H 3 O + + e - → H + H 2 O.

В алкална среда Н 3 О + отсъства, но водните молекули се разрушават, придружени от образуването на атомен водород Н- и хидроксидион ОН -:

H 2 O + e - → H + OH - .

Реактивните водородни атоми се адсорбират върху катодните повърхности и след рекомбинация образуват молекулярен водород H2, който се отделя от водата в газообразна форма:

N + N → N 2.

В същото време на анодите се отделя атомарен кислород. В кисела среда този процес е придружен от разрушаване на водните молекули:

2H 2 O - 4e - →O 2 +4H +.

В алкална среда източникът на образуване на кислород винаги са хидроксидните йони OH -, които се движат под действието на електрофореза върху електродите от катода към анода:

4 OH - → O 2 + 2 H 2 O + 4 e - .

Нормалните редокс потенциали на тези реакции са съответно +1,23 и +0,403 V, но процесът протича при условия на някои

пренапрежение. Електролизна клетка може да се разглежда като генератор на горепосочените продукти, някои от които, влизайки в химично взаимодействие помежду си и с водни замърсители в междуелектродното пространство, осигуряват допълнително химическо пречистване на водата (електрофлотация, електрокоагулация). Тези вторични процеси не протичат на повърхността на електродите, а в обема на водата. Следователно, за разлика от електродните процеси, те се обозначават като обемни. Те се инициират от повишаване на температурата на водата по време на електролиза и повишаване на рН по време на катодното разрушаване на водните молекули.

Прави се разлика между катодно и анодно окисление. По време на катодното окисление молекулите на органичните вещества, сорбирани върху катодите, приемат свободни електрони, редуцират се, превръщайки се в съединения, които не са замърсители. В някои случаи процесът на възстановяване протича на един етап:

R + H + + e - → RH, където R е органично съединение; RH е хидратираната форма на съединението и не е замърсител.

В други случаи катодната редукция протича на два етапа: в първия етап (I) органичната молекула се превръща в анион, във втория (II) анионът се хидратира, взаимодействайки с воден протон:

R + e - → R - , (I) R - + H + → RH. (II)

Прави се разлика между катодно и анодно окисление. По време на катодното окисление молекулите на органичните вещества, сорбирани върху катоди, приемат свободни електрони и се редуцират.

Катодите, направени от материали, които изискват високо пренапрежение (олово, кадмий), позволяват с голям разход на електроенергия да се разрушат органичните молекули и да се генерират реактивни свободни радикали - частици, които имат свободни несдвоени електрони във външните орбити на атоми или молекули (Cl *, O*, OH*, НО*2 и т.н.). Последното обстоятелство дава на свободните радикали свойството реактивност, т.е. способността да влизат в химични реакции с водни примеси и да ги унищожават.

RH → R + H + + e - .

Анодното окисление на органичните съединения често води до образуването на свободни радикали, чиито по-нататъшни трансформации се определят от тяхната реактивност. Процесите на анодно окисление са многоетапни и протичат с образуването на междинни продукти. Анодното окисляване намалява химическата стабилност на органичните съединения и улеснява тяхното последващо разрушаване по време на процесите в насипно състояние.

В обемните окислителни процеси специална роля играят продуктите от електролизата на водата - кислород (O 2), водороден прекис (H 2 O 2) и кислородсъдържащи хлорни съединения (HClO). По време на процеса на електролиза се образува изключително реактивно съединение - H 2 O 2, чието образуване на молекули се дължи на хидроксилни радикали (OH *), които са продукти на изпускане на хидроксилни йони (OH-) в анода:

2OH - → 2OH* → H 2 O 2 + 2e - , където OH* е хидроксилният радикал.

Реакциите между органичните вещества и окислителите протичат за определен период от време, чиято продължителност зависи от стойността на редокс потенциала на елемента и концентрацията на реагиращите вещества. Тъй като пречистването и концентрациите на замърсители намаляват, процесът на окисление намалява.

Скоростта на процеса на окисление по време на електрохимично третиране зависи от температурата на водата, която се третира, и pH. По време на окисляването на органичните съединения се образуват междинни продукти, които се различават от първоначалния както по своята устойчивост на по-нататъшни трансформации, така и по своята токсичност.

Източникът на активен хлор и неговите кислородсъдържащи съединения, генерирани в електролизера, са хлориди, намиращи се в третираната вода и натриев хлорид (NaCl), който се въвежда в третираната вода преди електролиза. В резултат на анодно окисляване на Cl- аниони се генерира хлорен газ Cl 2. В зависимост от pH на водата, тя или се хидролизира, за да образува хипохлориста киселина HOCl, или образува хипохлоритни йони ClO - . Равновесието на реакцията зависи от стойността на pH.

При pH = 4-5 целият хлор е под формата на хипохлориста киселина (HClO), а при pH = 7 половината от хлора е под формата на хипохлоритен йон (OCl -), а половината е под формата на хипохлориста киселина (HClO) (фиг. 4). Механизмът на взаимодействие на хипохлоритния йон (ClO -) с окисленото вещество се описва със следното уравнение:

ClO - + A = C + Cl, където A е окисляващото се вещество; С е продукт на окисление.

Електрохимичното окисление на органични съединения с хипохлоритион (ClO -) е придружено от повишаване на редокс потенциала Eh, което показва преобладаването на окислителните процеси. Увеличаването на Eh зависи от съотношението на концентрацията на активен хлор в междуелектродното пространство към съдържанието на органични примеси във водата. Тъй като количеството на замърсяването се почиства и количеството на замърсяването намалява, това съотношение се увеличава, което води до увеличаване на Eh, но след това този показател се стабилизира.

Количеството вещество, което реагира върху електродите при преминаване на постоянен електрически ток според закона на Фарадей, е право пропорционално на силата на тока и времето за обработка:

G = AI cur τ, (1)

където A е електрохимичният еквивалент на елемента, g/(A⋅h); I cur - сила на тока, A; τ — време за обработка, часове Електрохимичният еквивалент на даден елемент се определя по формулата:

A = M/26,8z, (2)

където M е атомната маса на елемента, g; z е неговата валентност. Стойностите на електрохимичните еквиваленти на някои елементи са дадени в табл. 1.

Действителното количество вещество, генерирано по време на електролиза, е по-малко от теоретичното, изчислено по формула (1), тъй като част от електроенергията се изразходва за нагряване на вода и електроди. Следователно изчисленията вземат предвид текущия коефициент на използване η< 1, величина которого определяется экспериментально.

По време на електродните процеси се извършва обмен на заредени частици и йони между електрода и електролита - вода. За да направите това, при установени равновесни условия е необходимо да се създаде електрически потенциал, чиято минимална стойност зависи от вида на окислително-възстановителната реакция и от температурата на водата при 25 ° C (Таблица 2).

Основните параметри на водната електролиза включват силата и плътността на тока, напрежението в електродната клетка, както и скоростта и продължителността на пребиваване на водата между електродите.

Напреженията, генерирани в електродната клетка, трябва да са достатъчни, за да предизвикат окислително-възстановителни реакции върху електродите. Стойността на напрежението зависи от йонния състав на водата, наличието на примеси във водата, например повърхностноактивни вещества, плътността на тока (силата му на единица площ от електрода), материала на електрода и т.н. При равни други условия задачата При избора на електроден материал е да се намалят реакциите върху електродите, необходимото напрежение е минимално, тъй като това намалява цената на електрическата енергия.

Някои окислително-редукционни реакции са конкурентни - те протичат едновременно и взаимно се инхибират. Техният поток може да се регулира чрез промяна на напрежението в електролитната клетка. Така нормалният реакционен потенциал за образуване на молекулярен кислород е +0,401 V или +1,23 V; когато напрежението се повиши до +1,36 V (нормалният потенциал на реакцията за образуване на молекулярен хлор), на анода ще се освободи само кислород, а при по-нататъшно увеличаване на потенциала ще се отделят едновременно кислород и хлор, и освобождаването на хлор ще се случи с недостатъчна интензивност. При напрежение от около 4-5 V, отделянето на кислород практически ще спре и електролитната клетка ще генерира само хлор.

Изчисляване на основните параметри на процеса на водна електролиза

Основните параметри на електролизата на водата включват силата и плътността на тока, напрежението в електродната клетка, както и скоростта и продължителността на пребиваване на водата в междуелектродното пространство.

Силата на тока I cur е стойност, определена в зависимост от изискваната производителност на генерирания продукт [A], определена по формулата:

I cur = G/A Tη, (3)

Тази формула се получава чрез преобразуване на формула (1), като се вземе предвид текущият коефициент на използване η. Плътността на тока е неговата сила на единица площ от електрода [A/m 2], например анода, се определя от следния израз:

i an = I cur / F an, (4)

където Fan е площта на анода, m2. Плътността на тока има най-решаващо влияние върху процеса на електролиза: т.е. с увеличаване на плътността на тока, електродните процеси се засилват и повърхността на електродите намалява, но в същото време напрежението в електролизната клетка и, като в резултат на това се увеличава цялата енергийна интензивност на процеса. Увеличеното увеличаване на плътността на тока засилва отделянето на електролизни газове, което води до кипене и дисперсия на неразтворими продукти от електрическата обработка на вода.

С увеличаването на плътността на тока се увеличава и пасивирането на електродите, което се състои в блокиране на входящите електрони чрез повърхностни отлагания на анода и катода, което увеличава електрическото съпротивление в клетките на електрода и инхибира окислително-редукционните реакции, протичащи върху електродите.

Анодите се пасивират в резултат на образуването на тънки оксидни филми върху техните повърхности в резултат на сорбция на кислород и други компоненти върху анодите, които от своя страна сорбират частици от водни примеси. Карбонатните отлагания се образуват главно върху катодите, особено при обработка на вода с повишена твърдост. Поради тези причини плътността на тока по време на електролизата на водата трябва да бъде минимална при условия за стабилно протичане на необходимите редокс реакции по време на технологичния процес.

Времето, през което водата остава в междуелектродното пространство на електролизера, е ограничено от времето, необходимо за генериране на необходимото количество продукти от електролизата.

Напрежението в електродната клетка [V] се определя по формулата:

V i = i an ΔK g / χ R, (5)

където i an е плътността на тока, A/m 2 ; D - разстояние между електродите (ширина на междуелектродния канал), m; χ R—специфична електропроводимост на водата, 1/(Ohm⋅m); K g е коефициентът на газово запълване на междуелектродното пространство, обикновено се приема K g = 1,05-1,2.

Формула (5) не отчита електрическото съпротивление на електрода поради ниските им стойности, но при пасивиране тези съпротивления се оказват значителни. Ширината на междуелектродния канал се приема за минимална (3-20 mm), за да се гарантира, че не е запушен с примеси.

Специфичната електропроводимост на водата χ R зависи от редица фактори, сред които най-значими са температурата, pH, йонният състав и концентрацията на йони (фиг. 5). С повишаване на температурата електрическата проводимост χ R се увеличава и напрежението намалява (фиг. 6). Минималната стойност на електропроводимостта съответства на pH = 7. Освен това, по време на процеса на електролиза, температурата и pH на водата се повишават. Ако pH > 7, тогава можем да очакваме намаляване на специфичната електропроводимост на водата χ R и при стойности на pH< 7 удельная электропроводность воды χ R , наоборот, возрастает (рис. 5).

Специфичната електропроводимост на природните води със средна минерализация е 0,001-0,005 1/(Ohm⋅m), градските отпадъчни води са 10-0,01 1/(Ohm⋅m). По време на електролиза специфичната електрическа проводимост трябва да бъде в диапазона 0,1-1,0 1/ (Ohm⋅m). Ако изходната вода има недостатъчна електропроводимост, съдържанието на сол трябва да се увеличи (фиг. 7). Обикновено за това се използва натриев хлорид (NaCl), чиито дози се определят експериментално и най-често възлизат на 500-1500 mg/l (8-25 mEq/l). Натриевият хлорид е не само удобен от гледна точка на използване и безопасност (съхранение, приготвяне на разтвор и т.н.), но в присъствието на NaCl пасивирането на електродите се забавя. Чрез дисоциация във вода NaCl насища водата с хлорни аниони Cl - и натриеви катиони Na ​​+. Хлорните йони Cl - са малки по размер и, прониквайки през пасивиращи отлагания към повърхността на анода, разрушават тези отлагания. В присъствието на други аниони, особено сулфатни йони (SO 2-4), депасивиращият ефект на хлорните йони (Cl -) намалява. Стабилната работа на електролизера е възможна, ако йоните - Cl - съставляват най-малко 30% от общия брой аниони. Натриевите катиони Na ​​+ в резултат на електрофореза се придвижват към катодите, върху които се генерират хидроксидни йони OH - и, взаимодействайки с последния, образуват натриев хидроксид (NaOH), който разтваря карбонатните отлагания върху катодите.

Консумираната мощност [W] на електролизера се определя от следната зависимост:

Консумация на N = η e I cur V e, (6)

където η e е ефективността на електролизера, обикновено се приема η e = 0,7-0,8; I cur - сила на тока, A; V e е напрежението на електролизера, V.

Времето на престой на водата в междуелектродното пространство на електролизера е ограничено от времето, необходимо за генериране на необходимото количество продукти на електролизата, както и от продължителността на съответните обемни реакции и се определя експериментално.

Скоростта на движение на водата в междуелектродното пространство се определя, като се вземат предвид условията за отстраняване на продуктите от електролизата и други примеси от електролизера; В допълнение, турбулентното смесване зависи от скоростта на движение на водата, което влияе върху хода на обемните реакции. Подобно на времето за престой на водата, скоростта на водата се избира въз основа на експериментални данни.

Следва продължение.

1. Бахир В.М., Лиакумович А.Г., Кирпичников П.А., Спектор Л.Е., Мамаджанов У.Д. Физическа природа на явленията на активиране на вещества // Изв. Академия на науките на UzSSR. сер. техн. наук., No1/1983.

2. Кулски Л.А. Пречистване на водата чрез електрокоагулация / L.A. Кулски, П.П. Строкач, В.А. Слипченко и др. - Киев: Будивелник, 1978.

3. Липовецки Я.М. Електрохимични методи за пречистване на питейни и отпадъчни води / Я.М. Липовецки, Я.Д. Rappoport - М.: CBNTI на Министерството на жилищното строителство и комуналните услуги на RSFSR, 1985 г.

4. Кирпичников П.А., Бахир В.М., Гамер П.У., Добренков Г.А., Лиакумович А.Г., Фридман Б.С., Агаджанян С.И. За природата на електрохимичното активиране на медиите // Dokl. Академия на науките на СССР, № 3/1986, Т. 286.

5. Бахир В.М., Задорожни Ю.Г. Електрохимични реактори RPE. - М.: "Хиперокс", 1991 г.

6. Яковлев С.В. Технология на електрохимичното пречистване на вода / S.V. Яковлев, И.Г. Краснобородко, В.М. Рогов. — Л.: Л.О. Стройиздат, 1987г.

7. Бахир В.М. Съвременни технически електрохимични системи за дезинфекция, пречистване и активиране на вода. - М.: ВНИИИМТ, 1999.

8. Бахир В.М., Задорожни Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцки В.И. Електрохимична активация: пречистване на водата и получаване на полезни разтвори. - М.: ВНИИИМТ, 2001.

9. Кулски Л.А. Наръчник за свойства, методи за анализ и пречистване на вода. Част 1 / L.A. Кулски, И.Т. Гороновски, А.М. Когановски и др. - Киев: Наукова думка, 1980.

10. Медриш Г.Л. Дезинфекция на природни и отпадъчни води чрез електролиза / G.L. Медриш, А.А. Тайшева, Д.Л. басейн. - М.: Стройиздат, 1982.

11. Воловник Г.И. Теоретични основи на пречистването на водата / G.I. Воловник, Л.Д. Терехов. Част 1. - Хабаровск: Издателство ДВГУПС, 2000 г.

12. Бахир В.М. Електрохимично активиране. Част 2. - М.: ВНИИИИ мед. технология, 1992 г.

13. Бабцова Н.Ф., Комаров И.Ф. Опит от използване на инсталацията STEL в хирургичното отделение / II Int. симп. „Електр. активиране”, част 1. - М., 1999.

14. Леонов Б.И., Прилуцки В.И., Бахир В.М. Физикохимични аспекти на биологичното действие на електрохимично активирана вода. - М.: ВНИИИМТ, 1999.

15. Бахир В.М. Теоретични аспекти на електрохимичната активация / II Int. симп. „Електр. активиране". Част 1. - М., 1999.

16. Торопков В.В., Алтшул Е.Б., Торопкова Е.В. Токсикологична характеристика на препарата католит / III Междун. симп. „Електр. активиране". - М., 2001.

17. Леонов Б.И., Бахир В.М., Вторенко В.И. Електрохимично активиране в практическата медицина / II Междун. симп. “Електрохимично активиране”, част 1. - М., 1999.

18. Торопков В.В. Алтшул Е.Б., Пересипкин О.И. Фармакологична ефективност на действието на анолитите AN и ANK върху лигавиците на устната кухина / II Int. симп. „Електр. активиране" // Резюмета, доклади. и съобщение Част 1. - М., 1999.

19. Прилуцки В.И., Бахир В.М. Електрохимично активирана вода: аномални свойства, механизъм на биологично действие. - М.: ВНИИИМТ, 1997.

20. Паничева С.А. Нови технологии за дезинфекция и стерилизация на комплексни медицински изделия. - М.: ВНИИИМТ, 1998.

1. Какво се наблюдава в експеримента на Ерстед?
а) Взаимодействие на два успоредни проводника с ток.
б) Взаимодействие на две магнитни стрелки.
в) Въртене на магнитна стрелка в близост до проводник при преминаване на ток през нея.
г) Появата на електрически ток в намотка, когато в нея се постави магнит.

2. Как взаимодействат помежду си два паралелни проводника, ако през тях протичат токове в една и съща посока?
а) Те са привлечени. б) Те се отблъскват. в) Силата на взаимодействие е нула. г) Не е даден верен отговор.

3. При преминаване на постоянен електрически ток през проводник около него възниква магнитно поле. Открива се чрез разположението на стоманени стружки върху лист хартия или въртенето на магнитна стрелка, разположена близо до проводник.Как може това магнитно поле да се движи в пространството?
а) Прехвърляне на стоманени стружки. б) Прехвърляне на магнит. в) Пренасяне на проводник с ток. г) Магнитното поле не може да бъде преместено.

4. Как ще бъдат позиционирани магнитните стрелки, поставени в точки A и B вътре в намотката, когато ключ K се отвори?
а) Същият северен полюс вдясно според фигурата.
б) Същият северен полюс вляво според фигурата.
в) Северните полюси на стрелките са обърнати един към друг.
г) Стрелките са с южните си полюси един срещу друг.

5. Защо дизайнът на двигателите с променлив ток е по-прост от двигателите с постоянен ток? Защо постояннотокови двигатели се използват в транспорта?

6. Определете полюсите на електромагнита.

7. Начертайте магнитното поле на токовете и определете посоката на силовите линии на магнитното поле.

8. Определете посоката на силата, действаща върху проводник с ток, поставен в магнитно поле.

9. Имате три обекта - "устройства": дървен блок, два стоманени пирона, които не се привличат един към друг, и постоянен магнит.
Трите „черни кутии” съдържат съответно: магнит, два пирона и дървено блокче. Какви инструменти и в какъв ред е най-добре да използвате, за да разберете какво има във всяко чекмедже?

10. Постояннотоков електродвигател консумира ток 2 A от източник 24 V. Каква е механичната мощност на двигателя, ако съпротивлението на намотката му е 3 ома? Каква е неговата ефективност?

Определете посоката на тока в проводника, чието напречно сечение и магнитното поле са показани на фигура 1.

3. Каква е посоката на тока в проводника, чиято посока на силовите линии на магнитното поле е означена със стрелки (фиг. 3)?

5. Въз основа на посоката на магнитните силови линии, показани на фигура 5, определете посоката на кръговия ток в пръстена.

Електромагнитни вълни възникват: А. Когато електрическите заряди се движат с постоянна скорост. Б. С ускорено движение на ел

B. Около стационарни заряди.

Г. Около неподвижен проводник, през който преминава постоянен електрически ток.

Г. Около неподвижна заредена метална плоча

1. Електрическият ток се нарича... А). движение на електрони. Б). подредено движение на заредени частици. Б). подредено движение на електрони. 2.

За да създадете електрически ток в проводник, трябва... А). създаде електрическо поле в него. Б). създават електрически заряди в него. Б). отделни електрически заряди в него. 3. Какви частици създават електрически ток в металите? А). Свободни електрони. Б). Положителни йони. Б). Отрицателни йони. ^ 4. Какъв ефект на тока се използва в галванометрите? А. Термичен. Б. Химически. Б. Магнитни. 5. Силата на тока във веригата на електрическа печка е 1,4 A. Какъв електрически заряд преминава през напречното сечение на нейната спирала за 20 минути? А). 3200 Kl. Б). 1680 Cl. Б). 500 Кл. ^ 6. В коя схема (фиг. 1) амперметърът е включен правилно във веригата? А). 1. Б). 2. Б). 3. 7. При преминаване на електричен заряд, равен на 6 C през проводник се извършва работа с 660 J. Какво е напрежението в краищата на този проводник? А). 110 V. B). 220 V.V). 330V. ^ 8. В коя схема (фиг. 2) волтметърът е включен правилно към веригата? А). 1. Б). 2. 9. Две намотки от меден проводник с еднакво сечение имат дължини съответно 50 и 150 м. Коя от тях има по-голямо съпротивление и с колко? А). Първият е 3 пъти. Б). Второто е 3 пъти. ^ 10. Каква е силата на тока, преминаващ през никелова жица с дължина 25 cm и сечение 0,1 mm2, ако напрежението в краищата й е 6 V? А). 2 A. B). 10 A. B). 6 А

1. В какви единици се измерва електрическият ток? А. Ом; B.J; W. W.; Г.А.

2. Какви действия се случват винаги, когато електрическият ток преминава през някаква среда?

А. Термична; б.магнитни; IN. химически; Ж.Светлина.

4. Определете под какво напрежение е електрическата крушка, ако при преместване на заряд 10 C се извърши работа с 2200 J.

5. Определете съпротивлението на участък AB във веригата, показана на фигурата.

6. Изчислете съпротивлението на нихромов проводник с дължина 150 m и площ на напречното сечение 0,2 mm2.

7. По меден проводник със сечение 3,5 mm2 и дължина 14,2 m протича ток със сила 2,25 A. Определете напрежението в краищата на този проводник.

8. Колко електрона преминават през напречното сечение на проводник за 35 s, когато силата на тока в него е 16 A?

9. Определете масата на желязна жица с напречно сечение 2 mm2, взета за направата на резистор със съпротивление 6 ома.