Електрохимична обработка на водата. Електролиза

Когато през електролита преминава постоянен електрически ток, върху електродите протичат химични реакции.Този процес се нарича електролиза, което означава разлагане (на вещества) с помощта на електричество.

В сек. 8.1 беше посочено, че електролитът е такава течност, която, когато през нея премине електрически ток, претърпява химическа реакция. Електролитът може да бъде разтопена сол, като 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 редуциращи 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 аниони.

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 има

2Вg-(l.) \u003d Vg2 (g.) + 2e-

Тази полуреакция е окисление.)

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

Pb2+(твърд) + 2e- = Pb(l.)

Тази полуреакция е редукция.)

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 полюс на външен източник на ток (батерия) 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 възстановяване се извършва върху този електрод. При другия електрод електроните текат от електролитната клетка обратно във външната верига, което прави този електрод положителен електрод. И така, този електрод играе ролята на анод. Благодарение на положителния си заряд, върху него възниква реакция, която е придружена от освобождаване 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.

AgNO 3 + KI \u003d AgI + KNO 3

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

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

Първоначално тези молекули се комбинират в безпорядък, образувайки аморфна, рохкава структура, която постепенно се превръща в силно подредена кристална структура на ядрото. 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.

Така че, ако се получи колоиден разтвор в излишък от калиев йодид, тогава йодните йони ще бъдат адсорбирани върху частици (ядра), които завършват 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, адсорбирани на повърхността на ядрото, придавайки му подходящ заряд, се наричат ​​йони, образуващи потенциал.

В същото време противоположно заредените йони също са в разтвор, 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 c). Част от K + противойоните е силно свързана от електрически и адсорбционни сили и навлиза в адсорбционния слой. Ядро с образуван върху него двоен адсорбционен слой от йони се нарича гранула.

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

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

Ядрото с адсорбционни и дифузионни 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.

Важно е наличието на същия заряд на повърхността на частиците зол. фактор за неговата устойчивост.Зарядът предотвратява залепването и уголемяването на частиците. В стабилна дисперсна система частиците се държат в суспензия, т.е. не настъпва утаяване на колоидното вещество. Това свойство на золите се нарича кинетика chesky стабилност.

Структурата на мицелите на зола на сребърен йодид, получен в излишък от AgNO 3, е показана на фиг. 3. 1а, над 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 възниква върху електродите, когато постоянен електрически ток преминава през електролитен разтвор или стопилка. В електролизера електрическата енергия се преобразува в енергията на химическа реакция.

катод (-) – отрицателен електрод, при който се получава редукция по време на електролиза.

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

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

При електролизата могат да се използват инертни (неразтворими) и активни (консумируеми) аноди. Активният анод, като се окислява, изпраща собствените си 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 стопилките и електролитните разтвори 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 анода (+). След това при електродите електроните се прехвърлят от катода към катиона, а анионите даряват електрони на анода.

Количествено електролизата се описва от два закона на Фарадей.

I закон на Фарадей: масата на веществото, освободено по време на електролиза, е пропорционална на количеството електричество, преминало през електролизера:

m = k аз∙τ = k∙Q ,

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

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

II Закон на Фарадей: при същото количество 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 да се възстанови такъв брой еднократно заредени йони на катода, е необходимо да се изразходва количеството електроенергия:

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, е възможно да се запише.

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 вода 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 (EAW) е комбинация от електрохимични и електрофизични ефекти върху водата в двоен електрически слой (DEL) от електроди (анод и катод) по време на неравновесно пренасяне на заряд през DEL от електрони и при условия на интензивно диспергиране в течността на получените газообразни продукти от електрохимични реакции. Има четири основни процеса в процеса на ECA:

- електролитно разлагане на вода (електролиза) поради окислително-възстановителни 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 грубо диспергирани водни примеси;

- електрокоагулация - образуването на колоидни агрегати от частици от утаената 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 водата 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 анормални стойности на електронна активност и други физико-химични параметри (pH , Eh, ORP, електрическа проводимост). Преминаването на постоянен електрически ток през обема на водата се придружава от електрохимични процеси, в резултат на които възникват окислително-възстановителни реакции, водещи до разрушаване (унищожаване) на замърсяване 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 третиране на отпадъчни води, съдържащи петролни продукти, органичен и органохлор съединения, багрила, повърхностноактивни вещества, фенол. Предимствата на електрохимичното пречистване на вода е, че ви позволява да регулирате стойностите на стойността на pH и редокс потенциала E h, което определя 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. EXHAV е официално признат за нов клас физични и химични явления. Постановление на правителството на Руската федерация от 15 януари 1998 г. № VCh-P1201044 даде препоръки на министерствата и ведомствата да използват тази технология в медицината, селското стопанство и промишлеността.

водна електролиза

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 повърхностите 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 третиране на вода се състои от блок за третиране на вода 1, електролизатор 2 и блок за третиране на вода 3 след електрохимично третиране (фиг. 1).

В някои електрохимични пречиствателни станции е предвидено 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 електрохимична обработка 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 повече електролизни клетки (фиг. 2).

Електролизната клетка се състои 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 има прехвърляне на електрически заряди през слой вода - електрофореза, тоест миграция 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 повърхностите 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 различна дисперсност, включително груби частици (емулгирани частици, газови мехурчета и др.), Но заредените йони с най-висока подвижност играят основна роля в преноса на електрохимични заряди. 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, която има по-голяма електроотрицателност от водородните атоми, привлича електрони към себе си, придавайки на молекулата асиметрия. В резултат на това електронната плътност се преразпределя: 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, газообразен 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 , молекулен хлор и т.н. В този случай на катода се генерира газообразен водород, а на анода се генерира кислород. Съставът на водата съдържа известно количество хидрониев йон H 3 O +, който се деполяризира на повърхността на катода с образуването на атомен водород H:

H 3 O + + e - → H + H 2 O.

В алкална среда H 3 O + отсъства, но водните молекули се разрушават, придружено от образуването на атомен водород H - и хидроксид OH -:

H 2 O + e - → H + OH -.

Реактивните водородни атоми се адсорбират върху повърхностите на катодите и след рекомбинация образуват молекулярен водород H 2, който се отделя от водата в газообразна форма:

H + H → H 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 OH хидроксидните йони винаги служат като източник на образуване на кислород, движейки се 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. Електролизната клетка може да се разглежда като генератор на горните 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 означават като обемни. Те се инициират от повишаване на температурата на водата по време на електролиза и повишаване на рН по време на катодно разрушаване на водните молекули.

Разграничете катодно и анодно окисление. По време на катодно окисление молекулите на органичните вещества, сорбирани върху катоди, приемат свободни електрони, възстановяват 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: на първия етап (I) органичната молекула се превръща в анион, на втория (II) анионът се хидратира чрез взаимодействие с воден протон:

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

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

Катодите, изработени от материали, които изискват високо пренапрежение (олово, кадмий), позволяват, при висока цена на електроенергия, да разрушат органичните молекули и да генерират реактивни свободни радикали - частици, които имат свободни несдвоени електрони (Cl*, O*, OH*) в външните орбити на атоми или молекули, NO*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 окисляване са многоетапни и протичат с образуването на междинни продукти. Анодното окисляване намалява химическата стабилност на органичните съединения и улеснява тяхното последващо разграждане 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). В 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 хидроксилен радикал.

Реакциите на взаимодействие на органични вещества с окислители протичат за определен период от време, чиято продължителност зависи от стойността на редокс потенциала на елемента и концентрацията на реагиращите вещества. Тъй като концентрацията на замърсителя намалява и концентрацията на замърсителя намалява, процесът на окисляване намалява.

Скоростта на процеса на окисление по време на електрохимично третиране зависи от температурата на третираната вода и pH. В процеса на окисляване на органични съединения се образуват междинни продукти, които се различават от изходния както по устойчивост на по-нататъшни трансформации, така и по показатели за токсичност.

Източниците на активен хлор и неговите кислородсъдържащи съединения, генерирани в електролизера, са хлориди в третираната вода и натриев хлорид (NaCl), който се въвежда в третираната вода преди електролиза. В резултат на анодно окисление на Cl– аниони се генерира газообразен хлор 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 -) се придружава от повишаване на редокс потенциала Eh, което показва преобладаването на окислителните процеси. Нарастването на Eh зависи от съотношението на концентрацията на активен хлор в междуелектродното пространство към съдържанието на органични примеси във водата. Тъй като почистването и намаляването на количеството замърсяване, 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 е времето за обработка, ч. Електрохимичният еквивалент на елемента 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.

При електродните процеси се извършва обмен на заредени частици и йони между електрода и електролита - вода. За да направите това, при стационарни условия на равновесие е необходимо да се създаде електрически потенциал, чиято минимална стойност зависи от вида на редокс реакцията и от температурата на водата при 25 ° C (Таблица 2).

Основните параметри на електролизата на водата включват силата и плътността на тока, напрежението в клетката на електрода, както и скоростта и продължителността на престоя на водата между електродите.

Напреженията, генерирани в електродната клетка, трябва да са достатъчни за протичане на 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 Изборът на електроден материал е да се гарантира, че за протичането на реакциите на окислително възстановяване върху електродите необходимото напрежение е минимално, тъй като това намалява цената на електрическата енергия.

Някои окислително-редукционни реакции се конкурират - те протичат едновременно и взаимно се инхибират. Техният поток може да се контролира чрез промяна на напрежението в електролитната клетка. И така, нормалният потенциал на реакцията на образуване на молекулярен кислород е +0,401 V или +1,23 V; с повишаване на напрежението до +1,36 V (нормален потенциал за реакцията на образуване на молекулен хлор), само кислород ще се освободи на анода, а с по-нататъшно увеличаване на потенциала едновременно ще се отделят и кислород, и хлор, и хлор ще се отделят 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 водната електролиза включват силата и плътността на тока, напрежението в електродната клетка, както и скоростта и продължителността на задържане на водата в междуелектродното пространство.

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

Icur=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, свързана с единицата площ на електрода [A / m 2], например анода, се определя от следния израз:

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

където F an е площта на анода, m 2 . 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 нараства и в резултат на това 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 увеличаване на плътността на тока се увеличава и пасивацията на електродите, която 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. На катодите се образуват предимно карбонатни отлагания, 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 в хода на технологичния процес.

Времето на престой на водата 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 en ΔK g / χ R, (5)

където i an е плътността на тока, A/m 2 ; D е разстоянието между електродите (ширина на междуелектродния канал), m; χ R е електрическата проводимост на водата, 1/(Ohm⋅m); K g - коефициент на газово запълване на междуелектродното пространство, обикновено се приема K g \u003d 1,05-1,2.

Формула (5) не отчита електрическите съпротивления на електрода поради ниските им стойности, но по време на пасивиране тези съпротивления се оказват значителни. Ширината на междуелектродния канал се приема минимална (3-20 mm) според условията на незапушване от 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 електрическата проводимост 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 електрическа проводимост 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 електрическата проводимост трябва да бъде в диапазона 0,1-1,0 1 / (Ohm⋅m). Ако изходната вода има недостатъчна електропроводимост, солеността трябва да се увеличи (фиг. 7). Обикновено за това се използва натриев хлорид (NaCl), чиито дози се определят експериментално и най-често са 500-1500 mg / l (8-25 meq / l). Натриевият хлорид е не само удобен по отношение на приложение и безопасност (съхранение, приготвяне на разтвор и т.н.), но в присъствието на NaCl пасивацията на електрода се забавя. Дисоциирайки във вода, NaCl насища водата с хлорни аниони Cl - и натриеви катиони Na ​​+ . Хлорните йони Cl - са малки и, прониквайки през пасивиращи отлагания до повърхността на анода, разрушават тези отлагания. В присъствието на други аниони, особено сулфатни йони (SO 2-4), депасивиращият ефект на хлоридните йони (Cl -) е намален. Стабилната работа на клетката е възможна, ако йоните - Cl - съставляват най-малко 30% от общия брой аниони. В резултат на електрофореза натриевите катиони Na ​​+ 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 електролитната клетка се определя от следната зависимост:

Консумация на N = η e I cur V e, (6)

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

Времето на престой на водата в междуелектродното пространство на клетката 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 на 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 Узбекската ССР. 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. Рапопорт - М .: ЦБНТИ на Минжилкомхоза на РСФСР, 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, No3/1986, том 286.

5. Бахир В.М., Задорожний 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., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцки В.И. Електрохимично активиране: пречистване на вода 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 на Далекоизточния държавен университет по железопътна техника, 2000 г.

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

13. Бабцова Н.Ф., Комаров И.Ф. Опит в използването на апарата STEL в хирургично 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 AN и ANK анолитите върху лигавиците на устната кухина / II Int. симп. „Електр. активиране” // Сборници, 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 сложни 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 магнитната стрелка в близост до проводника при преминаване на ток през него.
г) Появата на електрически ток в намотката, когато в нея е поставен магнит.

2. Как взаимодействат помежду си два паралелни проводника, ако през тях протичат токове в една и съща посока?
а) се привличат. б) Отблъскване. в) Силата на взаимодействие е нула. г) Няма верен отговор.

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

4. Как ще бъдат разположени магнитните стрелки, поставени в точки A и B вътре в бобината, когато ключът K се отвори?
а) Еднакво северния полюс вдясно на фигурата.
б) Същият северен полюс отляво на фигурата.
в) Стрелки със северни полюси един срещу друг.
г) Стрелки с южни полюси един срещу друг.

5. Защо устройството на AC двигатели е по-просто от DC? Защо постояннотокови двигатели се използват в превозни средства?

6. Определете полюсите на електромагнита.

7. Изобразете магнитното поле на токовете и определете посоката на линиите на магнитното поле.

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

9. Имате три елемента - "устройства": дървено блокче, два стоманени пирона, които не се привличат един към друг, и постоянен магнит.
Три "черни кутии" съдържат съответно: магнит, два пирона и дървено блокче. Какви инструменти и в каква последователност е по-добре да използвате, за да разберете какво има във всяка от кутиите?

10. DC двигател консумира ток 2 A от източник с напрежение 24 V. Каква е механичната мощност на двигателя, ако съпротивлението на намотката му е 3 ома? Каква е K.P.D.?

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

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

5. По 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.

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

Г. Около неподвижна заредена метална плоча

1. Електрическият ток се нарича... А). движението на електроните. Б). организирано движение на заредени частици. Б). организирано движение на електрони. 2.

За да се създаде електрически ток в проводник, е необходимо... А). създаде електрическо поле в него. Б). създава електрически заряди в него. Б). за разделяне на електрически заряди в него. 3. Какви частици създават електрически ток в металите? А). Свободни електрони. Б). положителни йони. Б). отрицателни йони. ^ 4. Какво действие на тока се използва в галванометрите? А. Термичен. Б. Химически. Б. Магнитни. 5. Силата на тока във веригата на електрическата печка е 1,4 А. Какъв електрически заряд преминава през напречното сечение на нейната спирала за 20 минути? А). 3200 cl. Б). 1680 клас Б). 500 cl. ^ 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 проводника, се извършва работа от 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 дължина съответно 50 и 150 м. Коя от тях има по-голямо съпротивление и колко пъти? 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 силата на електрическия ток? А. Ом; B. J; W.W; Г. А.

2. Какви действия се проявяват винаги, когато електрически ток преминава през някаква среда?

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

4. Определете напрежението, под което е електрическата крушка, ако при преместване на заряд от 10 C се извършва работа 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 проводника за 35 s при сила на тока в него 16 A?

9. Определете масата на желязна тел с площ на напречното сечение 2 mm2, взета за направата на резистор със съпротивление 6 ома.