Ηλεκτροχημική επεξεργασία νερού. Ηλεκτρόλυση
Όταν ένα άμεσο ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω του ηλεκτρολύτη, συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις στα ηλεκτρόδια.Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρόλυση, που σημαίνει την αποσύνθεση (ουσιών) με τη βοήθεια ηλεκτρισμού.
Σε δευτ. 8.1, υποδείχθηκε ότι ένας ηλεκτρολύτης είναι ένα τέτοιο υγρό που, όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα του, υφίσταται χημική αντίδραση. Ο ηλεκτρολύτης μπορεί να είναι ένα τηγμένο άλας, όπως βρωμιούχος μόλυβδος (Η), ή ένα υδατικό διάλυμα κάποιου οξέος, βάσης ή άλατος.
Το ηλεκτρικό ρεύμα παρέχεται στον ηλεκτρολύτη χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια - συρμάτινους αγωγούς, μεταλλικές ράβδους ή πλάκες που κάνουν ηλεκτρική επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο είναι η κάθοδος και το θετικό ηλεκτρόδιο είναι η άνοδος. Τα ηλεκτρόδια που δεν εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις όταν έρθουν σε επαφή με ηλεκτρολύτες και όταν τους διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζονται αδρανή ηλεκτρόδια. Τα αδρανή ηλεκτρόδια περιλαμβάνουν γραφίτη και πλατίνα.
ΙΟΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗΣ
Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η διέλευση ενός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του ηλεκτρολύτη πραγματοποιείται με τη βοήθεια ιόντων. Στα ηλεκτρόδια, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται προς ή από ιόντα. Επομένως, οι διεργασίες που συμβαίνουν στα ηλεκτρόδια μπορούν να θεωρηθούν ως αναγωγικές ή οξειδωτικές ημι-αντιδράσεις. Έτσι, η ηλεκτρόλυση είναι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής.
Πάντα λαμβάνει χώρα μια οξειδωτική ημιαντίδραση στην άνοδο. Σε αυτή την αντίδραση, τα ανιόντα χάνουν ηλεκτρόνια και αποφορτίζονται, μετατρέποντας σε ουδέτερα σωματίδια. Επομένως, η άνοδος λειτουργεί ως καταβόθρα για ηλεκτρόνια από ανιόντα.
Μια ημιαντίδραση μείωσης εμφανίζεται πάντα στην κάθοδο. Εδώ, τα κατιόντα αποκτούν ηλεκτρόνια και εκκενώνονται, μετατρέπονται σε ουδέτερα σωματίδια. Επομένως, η κάθοδος λειτουργεί ως πηγή ηλεκτρονίων για κατιόντα.
Η ηλεκτρόλυση του τηγμένου βρωμιούχου μολύβδου (Η) αποτελείται από δύο ημι-αντιδράσεις:
1) ιόντα βρωμιδίου εκκενώνονται στην άνοδο. (Η εξίσωση αυτής της μισής αντίδρασης έχει
2Βg-(l.) \u003d Vg2 (g.) + 2e-
Αυτή η ημιαντίδραση είναι μια οξείδωση.)
2) Τα ιόντα μολύβδου εκκενώνονται στην κάθοδο. (Η εξίσωση αυτής της μισής αντίδρασης είναι:
Pb2+(στερεό) + 2e- = Pb(l.)
Αυτή η μισή αντίδραση είναι μια μείωση.)
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι αντιδράσεις που συμβαίνουν στην άνοδο και την κάθοδο σε κάθε συγκεκριμένο σύστημα προκαθορίζονται από την πολικότητα της πηγής ρεύματος στο εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα. Ο αρνητικός πόλος μιας εξωτερικής πηγής ρεύματος (μπαταρίας) παρέχει ηλεκτρόνια σε ένα από τα ηλεκτρόδια του ηλεκτρολυτικού στοιχείου. Αυτό προκαλεί αρνητικό φορτίο αυτού του ηλεκτροδίου. Γίνεται η κάθοδος. Δεδομένου ότι αυτό το ηλεκτρόδιο είναι αρνητικά φορτισμένο, προκαλεί με τη σειρά του μια αντίδραση ηλεκτροδίου στην οποία καταναλώνονται ηλεκτρόνια. Έτσι, η διαδικασία ανάκτησης πραγματοποιείται σε αυτό το ηλεκτρόδιο. Στο άλλο ηλεκτρόδιο, τα ηλεκτρόνια ρέουν από το ηλεκτρολυτικό στοιχείο πίσω στο εξωτερικό κύκλωμα, καθιστώντας αυτό το ηλεκτρόδιο το θετικό ηλεκτρόδιο. Έτσι, αυτό το ηλεκτρόδιο παίζει το ρόλο της ανόδου. Λόγω του θετικού φορτίου του, συμβαίνει μια αντίδραση, η οποία συνοδεύεται από απελευθέρωση ηλεκτρονίων, δηλαδή οξείδωση.
Μια σχηματική αναπαράσταση ολόκληρης της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης φαίνεται στο σχ. 10.6.
Ο σχηματισμός μιας αδιάλυτης ουσίας ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης είναι μόνο μία από τις προϋποθέσεις για τη λήψη ενός κολλοειδούς διαλύματος. Μια άλλη εξίσου σημαντική προϋπόθεση είναι η ανισότητα των πρώτων υλών που λαμβάνονται στην αντίδραση. Συνέπεια αυτής της ανισότητας είναι ο περιορισμός της αύξησης του μεγέθους των σωματιδίων σε κολλοειδή διαλύματα, που θα οδηγούσε στο σχηματισμό ενός χονδροειδώς διασκορπισμένου συστήματος.
Ας εξετάσουμε τον μηχανισμό σχηματισμού ενός κολλοειδούς σωματιδίου χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του σχηματισμού ενός διαλύματος ιωδιούχου αργύρου, το οποίο λαμβάνεται από την αλληλεπίδραση αραιών διαλυμάτων νιτρικού αργύρου και ιωδιούχου καλίου.
AgNO 3 + KI \u003d AgI + KNO 3
Ag + + NO 3 ¯ + K + + I ¯ = AgI ↓ + NO 3 ¯ + K +
Αδιάλυτα ουδέτερα μόρια ιωδιούχου αργύρου σχηματίζουν τον πυρήνα ενός κολλοειδούς σωματιδίου.
Αρχικά, αυτά τα μόρια συνδυάζονται άτακτα, σχηματίζοντας μια άμορφη, χαλαρή δομή, η οποία σταδιακά μετατρέπεται σε μια εξαιρετικά διατεταγμένη κρυσταλλική δομή του πυρήνα. Στο παράδειγμα που εξετάζουμε, ο πυρήνας είναι ένας κρύσταλλος ιωδιούχου αργύρου, που αποτελείται από μεγάλο αριθμό (m) μορίων AgI:
m - ο πυρήνας του κολλοειδούς σωματιδίου
Μια διαδικασία προσρόφησης λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια του πυρήνα. Σύμφωνα με τον κανόνα Peskov-Fajans, τα ιόντα που αποτελούν μέρος του πυρήνα των σωματιδίων απορροφώνται στην επιφάνεια των πυρήνων των κολλοειδών σωματιδίων, δηλ. Προσροφούνται ιόντα αργύρου (Ag +) ή ιόντα ιωδίου (Ι -). Από αυτούς τους δύο τύπους ιόντων, αυτά που είναι σε περίσσεια απορροφώνται.
Έτσι, εάν ληφθεί ένα κολλοειδές διάλυμα σε περίσσεια ιωδιούχου καλίου, τότε ιόντα ιωδίου θα προσροφηθούν σε σωματίδια (πυρήνες), που συμπληρώνουν το κρυσταλλικό πλέγμα του πυρήνα, εισχωρώντας φυσικά και σταθερά στη δομή του. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα στρώμα προσρόφησης, το οποίο δίνει στον πυρήνα αρνητικό φορτίο:
Τα ιόντα που προσροφούνται στην επιφάνεια του πυρήνα, δίνοντάς του κατάλληλο φορτίο, ονομάζονται ιόντα που σχηματίζουν δυναμικό.
Ταυτόχρονα, αντίθετα φορτισμένα ιόντα βρίσκονται επίσης σε διάλυμα, ονομάζονται αντίθετα ιόντα.Στην περίπτωσή μας, πρόκειται για ιόντα καλίου (K +), τα οποία έλκονται ηλεκτροστατικά στον φορτισμένο πυρήνα (η τιμή του φορτίου μπορεί να φτάσει το I c). Μέρος των αντίθετων ιόντων K + δεσμεύεται έντονα από ηλεκτρικές δυνάμεις και δυνάμεις προσρόφησης και εισέρχεται στο στρώμα προσρόφησης. Ένας πυρήνας με διπλό στρώμα προσρόφησης ιόντων που σχηματίζεται πάνω του ονομάζεται κόκκος.
(m . nI - . (n-x) K + ) x - (δομή κόκκων)
Το υπόλοιπο μέρος των αντίθετων ιόντων (ας τα συμβολίσουμε με τον αριθμό "x K +") σχηματίζει ένα διάχυτο στρώμα ιόντων.
Ο πυρήνας με στρώματα προσρόφησης και διάχυσης ονομάζεται μικκύλιο. :
(m . nI -. (n-x) K + ) x - . x K + (δομή μικκυλίου)
Όταν ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα κολλοειδές διάλυμα, οι κόκκοι και τα αντίθετα ιόντα θα κινηθούν προς τα αντίθετα φορτισμένα ηλεκτρόδια, αντίστοιχα.
Η παρουσία του ίδιου φορτίου στην επιφάνεια των σωματιδίων κολλοειδούς είναι σημαντική. παράγοντα στη βιωσιμότητά του.Το φορτίο αποτρέπει το κόλλημα και τη μεγέθυνση των σωματιδίων. Σε ένα σταθερό σύστημα διασποράς, τα σωματίδια διατηρούνται σε εναιώρηση, δηλ. δεν συμβαίνει καθίζηση της κολλοειδούς ουσίας. Αυτή η ιδιότητα των λυμάτων ονομάζεται κινέτη chesky σταθερότητα.
Η δομή των μικκυλίων του διαλύματος ιωδιούχου αργύρου που λαμβάνεται σε περίσσεια AgNO 3 φαίνεται στο Σχ. 3. 1α, που υπερβαίνει το KCI - 1β .
Εικ.1.5. Η δομή των μικκυλίων του κολλοειδούς ιωδιούχου αργύρου που λαμβάνεται σε περίσσεια:
α) νιτρικός άργυρος. β) χλωριούχο κάλιο.
Ηλεκτρόλυση- μια διεργασία οξειδοαναγωγής που συμβαίνει στα ηλεκτρόδια όταν ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη ή τήγματος. Σε έναν ηλεκτρολύτη, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε ενέργεια μιας χημικής αντίδρασης.
Κάθοδος (-) – αρνητικό ηλεκτρόδιο στο οποίο λαμβάνει χώρα μείωση κατά την ηλεκτρόλυση.
Άνοδος (+) – το θετικό ηλεκτρόδιο στο οποίο συμβαίνει η οξείδωση κατά την ηλεκτρόλυση.
Σε αντίθεση με την ηλεκτρόλυση, σε ένα γαλβανικό στοιχείο, η αναγωγή συμβαίνει σε μια θετικά φορτισμένη κάθοδο και η οξείδωση σε μια αρνητικά φορτισμένη άνοδο.
Στην ηλεκτρόλυση μπορούν να χρησιμοποιηθούν αδρανείς (αδιάλυτες) και ενεργές (αναλώσιμες) άνοδοι. Η ενεργή άνοδος, οξειδούμενη, στέλνει τα δικά της ιόντα στο διάλυμα. Μια αδρανής άνοδος είναι μόνο πομπός ηλεκτρονίων και δεν αλλάζει χημικά. Ο γραφίτης, η πλατίνα και το ιρίδιο χρησιμοποιούνται συνήθως ως αδρανή ηλεκτρόδια.
Κατά την ηλεκτρόλυση τήγματος και διαλυμάτων ηλεκτρολυτών, τα ιόντα που σχηματίζονται κατά τη διάστασή τους (υπό την επίδραση της θερμοκρασίας ή του νερού) - κατιόντα (Kt n +) και ανιόντα (An m -) μετακινούνται, αντίστοιχα, στην κάθοδο (-) και στην άνοδο. (+). Στη συνέχεια, στα ηλεκτρόδια, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από την κάθοδο στο κατιόν και τα ανιόντα δίνουν ηλεκτρόνια στην άνοδο.
Ποσοτικά, η ηλεκτρόλυση περιγράφεται από δύο νόμους Faraday.
Ο νόμος του Faraday: η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση είναι ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που έχει περάσει από τον ηλεκτρολύτη:
m = k Εγώ∙τ = k∙Q ,
όπου Εγώ– τρέχουσα ισχύς τ – χρόνος ροής ρεύματος. Q = I∙τ- την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. κ- συντελεστής αναλογικότητας, η τιμή του οποίου εξαρτάται από το επιλεγμένο σύστημα μονάδων (αν Q= 1 C, λοιπόν m = k).
Η μάζα μιας ουσίας που απελευθερώνεται κατά τη διέλευση 1 C ηλεκτρισμού ονομάζεταιηλεκτροχημικό ισοδύναμο.
II Νόμος του Faraday: με την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη, ο αριθμός των ισοδυνάμων γραμμαρίων των προϊόντων ηλεκτρόλυσης είναι ο ίδιος.
Για να απελευθερωθεί ένα ισοδύναμο οποιασδήποτε ουσίας στο ηλεκτρόδιο, είναι απαραίτητο να δαπανηθεί η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, ίση με Σταθερά Faraday F= 96485 C/mol. Πράγματι, ένα ισοδύναμο μιας ουσίας περιέχει N A = 6.02322∙10 23 σωματίδια, και για να αποκατασταθεί ένας τέτοιος αριθμός μεμονωμένα φορτισμένων ιόντων στην κάθοδο, είναι απαραίτητο να δαπανηθεί η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας:
F = N A∙ ē = 6,02322∙10 23 σωματίδια/mol ∙ 1,6021∙10 –19 C = 96485 C/mol,
πού είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου ē = 1,6021∙10 –19 Κλ.
Γενικεύοντας και τους δύο νόμους του Faraday, είναι δυνατό να καταγραφούν.
Ηλεκτροενεργοποιημένα διαλύματα νερού - καθολίτες και ανολίτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη γεωργία, για την αύξηση της παραγωγικότητας των φυτών, στην κτηνοτροφία, την ιατρική, για την απολύμανση του νερού και για οικιακούς σκοπούς. Η ηλεκτροχημική επεξεργασία νερού περιλαμβάνει διάφορες ηλεκτροχημικές διεργασίες που σχετίζονται με τη μεταφορά ηλεκτρονίων, ιόντων και άλλων σωματιδίων σε ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο (ηλεκτρόλυση, ηλεκτροφόρηση, ηλεκτροπλόνωση, ηλεκτροπήξη), η κύρια από τις οποίες είναι η ηλεκτρόλυση νερού. Αυτό το άρθρο εισάγει τον αναγνώστη στις κύριες διαδικασίες που διέπουν την ηλεκτρόλυση του νερού.
Εισαγωγή
Το φαινόμενο της ηλεκτροχημικής ενεργοποίησης του νερού (EAW) είναι ένας συνδυασμός ηλεκτροχημικών και ηλεκτροφυσικών επιδράσεων στο νερό σε ένα διπλό ηλεκτρικό στρώμα (DEL) ηλεκτροδίων (άνοδος και κάθοδος) κατά τη μεταφορά φορτίου χωρίς ισορροπία μέσω του DEL από ηλεκτρόνια και υπό συνθήκες εντατική διασπορά στο υγρό των αέριων προϊόντων που προκύπτουν από ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Υπάρχουν τέσσερις κύριες διαδικασίες στη διαδικασία ECA:
- ηλεκτρολυτική αποσύνθεση του νερού (ηλεκτρόλυση) λόγω αντιδράσεων οξειδοαναγωγής στα ηλεκτρόδια, που προκαλούνται από εξωτερικό σταθερό ηλεκτρικό πεδίο.
- ηλεκτροφόρηση - η κίνηση σε ένα ηλεκτρικό πεδίο θετικά φορτισμένων σωματιδίων και ιόντων προς την κάθοδο και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων και ιόντων στην άνοδο.
- ηλεκτροεπιπλύση - ο σχηματισμός κροκίδων αερίου και συσσωματωμάτων που αποτελούνται από λεπτά διασκορπισμένες φυσαλίδες αερίου (υδρογόνο στην κάθοδο και οξυγόνο στην άνοδο) και ακαθαρσίες νερού με χονδρόκοκκο διασπορά.
- ηλεκτροπηξία - ο σχηματισμός κολλοειδών συσσωματωμάτων σωματιδίων της κατακρημνισμένης διεσπαρμένης φάσης λόγω της διαδικασίας της ανοδικής διάλυσης του μετάλλου και του σχηματισμού μεταλλικών κατιόντων Al 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ υπό την επίδραση σταθερού ηλεκτρικού πεδίου .
Ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας του νερού με συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, σε δυναμικά ίσα ή μεγαλύτερα από το δυναμικό αποσύνθεσης του νερού (1,25 V), το νερό περνά σε μετασταθερή κατάσταση, που χαρακτηρίζεται από μη φυσιολογικές τιμές δραστηριότητας ηλεκτρονίων και άλλες φυσικοχημικές παραμέτρους (pH , Eh, ORP, ηλεκτρική αγωγιμότητα). Η διέλευση σταθερού ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του όγκου του νερού συνοδεύεται από ηλεκτροχημικές διεργασίες, με αποτέλεσμα να συμβαίνουν αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, που οδηγούν στην καταστροφή (καταστροφή) της ρύπανσης του νερού, στην πήξη κολλοειδών, στην κροκίδωση χονδροειδών ακαθαρσιών και στην επακόλουθη επίπλευσή τους .
Το φαινόμενο της ηλεκτροχημικής ενεργοποίησης του νερού είναι ένας συνδυασμός ηλεκτροχημικών και ηλεκτροφυσικών επιδράσεων στο νερό σε ένα διπλό ηλεκτρικό στρώμα ηλεκτροδίων κατά τη μεταφορά φορτίου χωρίς ισορροπία.
Η ηλεκτροχημική επεξεργασία χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό και τον αποχρωματισμό φυσικών νερών, τη μαλάκωσή τους, τον καθαρισμό από βαρέα μέταλλα (Cu, Co, Cd, Pb, Hg), χλώριο, φθόριο και τα παράγωγά τους, για την επεξεργασία λυμάτων που περιέχουν πετρελαιοειδή, οργανικά και οργανοχλωρικά ενώσεις, χρωστικές, επιφανειοδραστικές ουσίες, φαινόλη. Τα πλεονεκτήματα του ηλεκτροχημικού καθαρισμού του νερού είναι ότι σας επιτρέπει να προσαρμόσετε τις τιμές της τιμής του pH και του δυναμικού οξειδοαναγωγής Eh, το οποίο καθορίζει τη δυνατότητα διαφόρων χημικών διεργασιών στο νερό. αυξάνει την ενζυματική δραστηριότητα της ενεργοποιημένης λάσπης σε δεξαμενές αερισμού. μειώνει την ειδική αντίσταση και βελτιώνει τις συνθήκες πήξης και καθίζησης οργανικών ιζημάτων.
Το 1985, το EXHAV αναγνωρίστηκε επίσημα ως μια νέα κατηγορία φυσικών και χημικών φαινομένων. Διάταγμα της Κυβέρνησης της Ρωσικής Ομοσπονδίας της 15ης Ιανουαρίου 1998 Αρ. VCh-P1201044 έδωσε συστάσεις στα υπουργεία και τις υπηρεσίες να χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία στην ιατρική, τη γεωργία και τη βιομηχανία.
ηλεκτρόλυση νερού
Το κύριο στάδιο της ηλεκτροχημικής επεξεργασίας νερού είναι η ηλεκτρόλυση νερού. Όταν ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το νερό, η είσοδος ηλεκτρονίων στο νερό στην κάθοδο, καθώς και η απομάκρυνση ηλεκτρονίων από το νερό στην άνοδο, συνοδεύεται από μια σειρά αντιδράσεων οξειδοαναγωγής στις επιφάνειες της καθόδου και άνοδος. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται νέες ουσίες, αλλάζει το σύστημα διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, η σύνθεση του νερού, συμπεριλαμβανομένης της δομής του νερού. Μια τυπική εγκατάσταση για ηλεκτροχημική επεξεργασία νερού αποτελείται από μια μονάδα επεξεργασίας νερού 1, έναν ηλεκτρολύτη 2 και μια μονάδα επεξεργασίας νερού 3 μετά από ηλεκτροχημική επεξεργασία (Εικ. 1).
Σε ορισμένες ηλεκτροχημικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού, παρέχεται προκαταρκτικός μηχανικός καθαρισμός νερού, ο οποίος μειώνει τον κίνδυνο απόφραξης του ηλεκτρολυτικού στοιχείου με χονδροειδείς ακαθαρσίες με υψηλή υδραυλική αντίσταση. Ένα μπλοκ για μηχανικό καθαρισμό νερού είναι απαραίτητο εάν, ως αποτέλεσμα ηλεκτροχημικής επεξεργασίας, το νερό είναι κορεσμένο με χονδροειδείς ακαθαρσίες, για παράδειγμα, νιφάδες υδροξειδίων μετάλλων (Al (OH) 3, Fe (OH) 3, Mg (OH) 2) μετά από ηλεκτροπήξη. Το κύριο στοιχείο της εγκατάστασης είναι ένας ηλεκτρολύτης, που αποτελείται από μία ή περισσότερες κυψέλες ηλεκτρόλυσης (Εικ. 2).
Το στοιχείο ηλεκτρόλυσης σχηματίζεται από δύο ηλεκτρόδια - μια θετικά φορτισμένη άνοδο και μια αρνητικά φορτισμένη κάθοδο, που συνδέονται με διαφορετικούς πόλους μιας πηγής συνεχούς ρεύματος. Ο χώρος μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι γεμάτος με νερό, το οποίο είναι ένας ηλεκτρολύτης ικανός να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Ως αποτέλεσμα της λειτουργίας της συσκευής, γίνεται μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων μέσω ενός στρώματος νερού - ηλεκτροφόρηση, δηλαδή μετανάστευση πολικών σωματιδίων, φορέων φορτίου - ιόντων, σε ηλεκτρόδια αντίθετου πρόσημου.
Όταν ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το νερό, η είσοδος ηλεκτρονίων στο νερό στην κάθοδο, καθώς και η απομάκρυνση ηλεκτρονίων από το νερό στην άνοδο, συνοδεύεται από μια σειρά αντιδράσεων οξειδοαναγωγής στις επιφάνειες της καθόδου και άνοδος.
Σε αυτή την περίπτωση, τα αρνητικά φορτισμένα ανιόντα μετακινούνται προς την άνοδο και τα θετικά φορτισμένα κατιόντα μετακινούνται στην κάθοδο. Στα ηλεκτρόδια, τα φορτισμένα ιόντα χάνουν το φορτίο τους, αποπολώνονται, μετατρέπονται σε προϊόντα διάσπασης. Εκτός από φορτισμένα ιόντα, πολικά σωματίδια διαφορετικής διασποράς συμμετέχουν στην ηλεκτροφόρηση, συμπεριλαμβανομένων των χονδροειδών σωματιδίων (γαλακτωματοποιημένα σωματίδια, φυσαλίδες αερίου κ.λπ.), αλλά τα φορτισμένα ιόντα με την υψηλότερη κινητικότητα παίζουν τον κύριο ρόλο στη μεταφορά ηλεκτροχημικών φορτίων. Τα πολικά σωματίδια περιλαμβάνουν πολικά σωματίδια από ακαθαρσίες νερού και μόρια νερού, κάτι που εξηγείται από την ειδική δομή τους.
Το κεντρικό άτομο οξυγόνου, το οποίο είναι μέρος του μορίου του νερού, το οποίο έχει μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από τα άτομα υδρογόνου, έλκει ηλεκτρόνια προς το μέρος του, δίνοντας στο μόριο ασυμμετρία. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων ανακατανέμεται: το μόριο του νερού πολώνεται, παίρνοντας τις ιδιότητες ενός ηλεκτρικού διπόλου με διπολική ροπή 1,85 D (Debye), με θετικά και αρνητικά φορτία στους πόλους (Εικ. 3).
Τα προϊόντα των αντιδράσεων ηλεκτροδίων είναι εξουδετερωμένες υδατικές ακαθαρσίες, αέριο υδρογόνο και οξυγόνο που σχηματίζονται κατά την ηλεκτρολυτική καταστροφή μορίων νερού, μεταλλικά κατιόντα (Al 3+, Fe 2+, Fe 3+) στην περίπτωση χρήσης μεταλλικών ανοδίων από αλουμίνιο και χάλυβα. , μοριακό χλώριο, κ.λπ. Στην περίπτωση αυτή, παράγεται αέριο υδρογόνο στην κάθοδο και οξυγόνο στην άνοδο. Η σύνθεση του νερού περιέχει μια ορισμένη ποσότητα ιόντος υδρονίου H 3 O +, το οποίο αποπολώνεται στην επιφάνεια της καθόδου με το σχηματισμό ατομικού υδρογόνου H:
H 3 O + + e - → H + H 2 O.
Σε ένα αλκαλικό περιβάλλον, το H 3 O + απουσιάζει, αλλά τα μόρια του νερού καταστρέφονται, συνοδευόμενα από το σχηματισμό ατομικού υδρογόνου H - και υδροξειδίου OH -:
H 2 O + e - → H + OH -.
Τα ενεργά άτομα υδρογόνου προσροφούνται στις επιφάνειες των καθόδων και, μετά από ανασυνδυασμό, σχηματίζουν μοριακό υδρογόνο H 2 , το οποίο απελευθερώνεται από το νερό σε αέρια μορφή:
H + H → H 2.
Ταυτόχρονα, στις ανόδους απελευθερώνεται ατομικό οξυγόνο. Σε ένα όξινο περιβάλλον, αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από την καταστροφή των μορίων του νερού:
2H 2 O - 4e - → O 2 + 4H +.
Σε ένα αλκαλικό περιβάλλον, τα ιόντα υδροξειδίου του ΟΗ χρησιμεύουν πάντα ως πηγή σχηματισμού οξυγόνου, κινούμενα κάτω από τη δράση της ηλεκτροφόρησης στα ηλεκτρόδια, από την κάθοδο στην άνοδο:
4 OH - → O 2 + 2 H 2 O + 4 e -.
Τα κανονικά δυναμικά οξειδοαναγωγής αυτών των αντιδράσεων είναι +1,23 και +0,403 V, αντίστοιχα, αλλά η διαδικασία προχωρά υπό συνθήκες ορισμένων
υπέρταση. Η κυψέλη ηλεκτρόλυσης μπορεί να θεωρηθεί ως γεννήτρια των παραπάνω προϊόντων, μερικά από τα οποία, μπαίνοντας σε χημική αλληλεπίδραση μεταξύ τους και με ρυπαντές νερού στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων, παρέχουν πρόσθετο χημικό καθαρισμό του νερού (ηλεκτροπλεύση, ηλεκτροπηξία). Αυτές οι δευτερεύουσες διεργασίες δεν συμβαίνουν στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων, αλλά στον όγκο του νερού. Επομένως, σε αντίθεση με τις διεργασίες ηλεκτροδίων, χαρακτηρίζονται ως ογκομετρικές. Ξεκινούν από την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού κατά την ηλεκτρόλυση και την αύξηση του pH κατά την καθοδική καταστροφή των μορίων του νερού.
Διάκριση μεταξύ καθοδικής και ανοδικής οξείδωσης. Κατά τη διάρκεια της καθοδικής οξείδωσης, τα μόρια οργανικών ουσιών, που απορροφώνται στις καθόδους, δέχονται ελεύθερα ηλεκτρόνια, αποκαθίστανται, μετατρέπονται σε ενώσεις που δεν είναι μολυσματικές ουσίες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η διαδικασία ανάκτησης λαμβάνει χώρα σε ένα στάδιο:
R + H + + e - → RH, όπου το R είναι οργανική ένωση. Η RH είναι η ένυδρη μορφή της ένωσης και δεν είναι ρύπος.
Σε άλλες περιπτώσεις, η καθοδική αναγωγή λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια: στο πρώτο στάδιο (Ι), το οργανικό μόριο μετατρέπεται σε ανιόν, στο δεύτερο (II), το ανιόν ενυδατώνεται αλληλεπιδρώντας με ένα πρωτόνιο νερού:
R + e - → R - , (I) R - + H + → RH. (II)
Διάκριση μεταξύ καθοδικής και ανοδικής οξείδωσης. Κατά την καθοδική οξείδωση, τα μόρια οργανικών ουσιών, που απορροφώνται στις κάθοδοι, δέχονται ελεύθερα ηλεκτρόνια και μειώνονται.
Οι κάθοδοι κατασκευασμένες από υλικά που απαιτούν υψηλή υπέρταση (μόλυβδος, κάδμιο) επιτρέπουν, με υψηλό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας, να καταστρέφουν οργανικά μόρια και να δημιουργούν αντιδραστικές ελεύθερες ρίζες - σωματίδια που έχουν ελεύθερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια (Cl*, O*, OH*) στο τις εξωτερικές τροχιές ατόμων ή μορίων , NO*2, κ.λπ.). Η τελευταία περίσταση δίνει στις ελεύθερες ρίζες την ιδιότητα της αντιδραστικότητας, δηλαδή την ικανότητα να εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις με υδατικές ακαθαρσίες και να τις καταστρέφουν.
RH → R + H + + e - .
Η ανοδική οξείδωση των οργανικών ενώσεων συχνά οδηγεί στο σχηματισμό ελεύθερων ριζών, οι περαιτέρω μετασχηματισμοί των οποίων καθορίζονται από την αντιδραστικότητα τους. Οι διεργασίες της ανοδικής οξείδωσης είναι πολλαπλών σταδίων και προχωρούν με το σχηματισμό ενδιάμεσων προϊόντων. Η ανοδική οξείδωση μειώνει τη χημική σταθερότητα των οργανικών ενώσεων και διευκολύνει την επακόλουθη αποδόμησή τους κατά τη διάρκεια διεργασιών χύδην.
Στις ογκομετρικές οξειδωτικές διεργασίες, ιδιαίτερο ρόλο παίζουν τα προϊόντα της ηλεκτρόλυσης του νερού - οξυγόνο (O 2), υπεροξείδιο του υδρογόνου (H 2 O 2) και ενώσεις χλωρίου που περιέχουν οξυγόνο (HClO). Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, σχηματίζεται μια εξαιρετικά δραστική ένωση - H 2 O 2, ο σχηματισμός μορίων της οποίας οφείλεται στις ρίζες υδροξυλίου (OH *), οι οποίες είναι τα προϊόντα της εκκένωσης ιόντων υδροξυλίου (OH-) στην άνοδο. :
2OH - → 2OH* → H 2 O 2 + 2e -, όπου το OH* είναι μια ρίζα υδροξυλίου.
Οι αντιδράσεις αλληλεπίδρασης οργανικών ουσιών με οξειδωτικά μέσα προχωρούν για ορισμένο χρονικό διάστημα, η διάρκεια του οποίου εξαρτάται από την τιμή του δυναμικού οξειδοαναγωγής του στοιχείου και τη συγκέντρωση των ουσιών που αντιδρούν. Καθώς η συγκέντρωση του ρύπου μειώνεται και η συγκέντρωση του ρύπου μειώνεται, η διαδικασία οξείδωσης μειώνεται.
Ο ρυθμός της διαδικασίας οξείδωσης κατά την ηλεκτροχημική επεξεργασία εξαρτάται από τη θερμοκρασία του επεξεργασμένου νερού και το pH. Κατά τη διαδικασία οξείδωσης οργανικών ενώσεων, σχηματίζονται ενδιάμεσα προϊόντα που διαφέρουν από το αρχικό τόσο ως προς την αντοχή σε περαιτέρω μετασχηματισμούς όσο και σε δείκτες τοξικότητας.
Οι πηγές ενεργού χλωρίου και οι ενώσεις του που περιέχουν οξυγόνο που παράγονται στον ηλεκτρολύτη είναι χλωρίδια στο επεξεργασμένο νερό και χλωριούχο νάτριο (NaCl), το οποίο εισάγεται στο επεξεργασμένο νερό πριν από την ηλεκτρόλυση. Ως αποτέλεσμα της ανοδικής οξείδωσης των ανιόντων Cl– παράγεται αέριο χλώριο Cl 2. Ανάλογα με το pH του νερού, είτε υδρολύεται για να σχηματίσει υποχλωριώδες οξύ HOCl είτε σχηματίζει υποχλωριώδη ιόντα ClO- . Η ισορροπία της αντίδρασης εξαρτάται από την τιμή του pH.
Σε pH = 4-5, όλο το χλώριο έχει τη μορφή υποχλωριώδους οξέος (HClO) και σε pH = 7, το μισό του χλωρίου έχει τη μορφή υποχλωριώδους ιόντος (OCl -) και το μισό έχει τη μορφή υποχλωριώδους οξέος (HClO) (Εικ. 4). Ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης του υποχλωριώδους ιόντος (ClO -) με την οξειδωμένη ουσία περιγράφεται από την ακόλουθη εξίσωση:
ClO - + A = C + Cl, όπου Α είναι η οξειδώσιμη ουσία. Το C είναι προϊόν οξείδωσης.
Η ηλεκτροχημική οξείδωση οργανικών ενώσεων με υποχλωριθειόνη (ClO -) συνοδεύεται από αύξηση του οξειδοαναγωγικού δυναμικού Eh, που υποδηλώνει την κυριαρχία των οξειδωτικών διεργασιών. Η ανάπτυξη του Eh εξαρτάται από την αναλογία της συγκέντρωσης του ενεργού χλωρίου στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων προς την περιεκτικότητα σε οργανικές ακαθαρσίες στο νερό. Καθώς καθαρίζεται και μειώνεται η ποσότητα της ρύπανσης, αυτή η αναλογία αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του Eh, αλλά στη συνέχεια αυτός ο δείκτης σταθεροποιείται.
Η ποσότητα της ουσίας που αντέδρασε στα ηλεκτρόδια κατά τη διέλευση ενός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος σύμφωνα με το νόμο του Faraday είναι ευθέως ανάλογη της ισχύος του ρεύματος και του χρόνου επεξεργασίας:
G = AI cur τ, (1)
όπου Α είναι το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του στοιχείου, g/(A⋅h); I cur - ένταση ρεύματος, A; τ είναι ο χρόνος επεξεργασίας, η. Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του στοιχείου προσδιορίζεται από τον τύπο:
A = M / 26,8z , (2)
όπου M είναι η ατομική μάζα του στοιχείου, g; z είναι το σθένος του. Οι τιμές των ηλεκτροχημικών ισοδυνάμων ορισμένων στοιχείων δίνονται στον Πίνακα. ένας.
Η πραγματική ποσότητα της ουσίας που παράγεται κατά την ηλεκτρόλυση είναι μικρότερη από τη θεωρητική, που υπολογίζεται με τον τύπο (1), αφού μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας δαπανάται για θέρμανση νερού και ηλεκτροδίων. Επομένως, οι υπολογισμοί λαμβάνουν υπόψη τον τρέχοντα συντελεστή χρήσης η< 1, величина которого определяется экспериментально.
Κατά τις διεργασίες ηλεκτροδίων, υπάρχει ανταλλαγή φορτισμένων σωματιδίων και ιόντων μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη - νερού. Για να γίνει αυτό, υπό συνθήκες ισορροπίας σταθερής κατάστασης, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό δυναμικό, η ελάχιστη τιμή του οποίου εξαρτάται από τον τύπο της αντίδρασης οξειδοαναγωγής και από τη θερμοκρασία του νερού στους 25 °C (Πίνακας 2).
Οι κύριες παράμετροι της ηλεκτρόλυσης νερού περιλαμβάνουν την ισχύ και την πυκνότητα του ρεύματος, την τάση εντός της κυψέλης του ηλεκτροδίου, καθώς και την ταχύτητα και τη διάρκεια παραμονής του νερού μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Οι τάσεις που παράγονται στο στοιχείο του ηλεκτροδίου πρέπει να είναι επαρκείς για την εμφάνιση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής στα ηλεκτρόδια. Η τιμή της τάσης εξαρτάται από την ιοντική σύνθεση του νερού, την παρουσία ακαθαρσιών στο νερό, για παράδειγμα, τασιενεργά, την πυκνότητα ρεύματος (την ισχύ του ανά μονάδα επιφάνειας του ηλεκτροδίου), το υλικό του ηλεκτροδίου κ.λπ. Η επιλογή ενός υλικού ηλεκτροδίου είναι να διασφαλιστεί ότι για τη διέλευση των αντιδράσεων οξειδωτικής ανάκτησης στα ηλεκτρόδια, η απαιτούμενη τάση ήταν ελάχιστη, καθώς αυτό μειώνει το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας.
Ορισμένες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ανταγωνίζονται - προχωρούν ταυτόχρονα και αλληλοαναστέλλονται. Η ροή τους μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας την τάση στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Άρα, το κανονικό δυναμικό της αντίδρασης σχηματισμού μοριακού οξυγόνου είναι +0,401 V ή +1,23 V. με αύξηση της τάσης στα +1,36 V (κανονικό δυναμικό για την αντίδραση σχηματισμού μοριακού χλωρίου), θα απελευθερωθεί μόνο οξυγόνο στην άνοδο και με περαιτέρω αύξηση του δυναμικού, τόσο οξυγόνο όσο και χλώριο θα απελευθερωθούν ταυτόχρονα και χλώριο θα απελευθερωθεί με ανεπαρκή ένταση. Σε τάση περίπου 4-5 V, η έκλυση οξυγόνου πρακτικά θα σταματήσει και το ηλεκτρολυτικό στοιχείο θα παράγει μόνο χλώριο.
Υπολογισμός των κύριων παραμέτρων της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης νερού
Οι κύριες παράμετροι της ηλεκτρόλυσης νερού περιλαμβάνουν την ισχύ και την πυκνότητα του ρεύματος, την τάση εντός της κυψέλης του ηλεκτροδίου, καθώς και την ταχύτητα και τη διάρκεια παραμονής του νερού στο χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Η ισχύς ρεύματος που κουράζω είναι μια τιμή που καθορίζεται ανάλογα με την απαιτούμενη απόδοση για το παραγόμενο προϊόν [A], καθορίζεται από τον τύπο:
Icur=G/A tη , (3)
Αυτός ο τύπος προκύπτει μετασχηματίζοντας τον τύπο (1) λαμβάνοντας υπόψη τον τρέχοντα συντελεστή χρήσης η. Η πυκνότητα ρεύματος είναι η δύναμή του, που σχετίζεται με τη μονάδα επιφάνειας του ηλεκτροδίου [A / m 2], για παράδειγμα, την άνοδο, προσδιορίζεται από την ακόλουθη έκφραση:
i en = I cur / F en, (4)
όπου F an είναι η περιοχή της ανόδου, m 2 . Η πυκνότητα ρεύματος έχει την πιο αποφασιστική επίδραση στη διαδικασία ηλεκτρόλυσης: δηλαδή, με την αύξηση της πυκνότητας ρεύματος, οι διεργασίες ηλεκτροδίων εντείνονται και η επιφάνεια των ηλεκτροδίων μειώνεται, αλλά ταυτόχρονα, η τάση στην κυψέλη ηλεκτρόλυσης αυξάνεται και, κατά συνέπεια, ολόκληρη η ενεργειακή ένταση της διαδικασίας. Η αυξημένη αύξηση της πυκνότητας του ρεύματος εντείνει την απελευθέρωση αερίων ηλεκτρόλυσης, οδηγώντας σε φυσαλίδες και διασπορά αδιάλυτων προϊόντων ηλεκτρικής επεξεργασίας νερού.
Με την αύξηση της πυκνότητας του ρεύματος, αυξάνεται και η παθητικοποίηση των ηλεκτροδίων, η οποία συνίσταται στο μπλοκάρισμα των εισερχόμενων ηλεκτρονίων από επιφανειακές εναποθέσεις της ανόδου και της καθόδου, γεγονός που αυξάνει την ηλεκτρική αντίσταση στα κύτταρα του ηλεκτροδίου και αναστέλλει τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που συμβαίνουν στα ηλεκτρόδια.
Οι άνοδοι παθητικοποιούνται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού λεπτών μεμβρανών οξειδίου στις επιφάνειές τους, ως αποτέλεσμα της προσρόφησης οξυγόνου και άλλων συστατικών στις ανόδους, οι οποίες, με τη σειρά τους, προσροφούν σωματίδια υδατικών ακαθαρσιών. Στις καθόδους σχηματίζονται κυρίως ανθρακικά ιζήματα, ειδικά στην περίπτωση επεξεργασίας νερού με αυξημένη σκληρότητα. Για τους λόγους αυτούς, η πυκνότητα ρεύματος κατά την ηλεκτρόλυση του νερού θα πρέπει να ρυθμιστεί στο ελάχιστο υπό τις συνθήκες για τη σταθερή εμφάνιση των απαραίτητων οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων κατά την πορεία της τεχνολογικής διαδικασίας.
Ο χρόνος παραμονής του νερού στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων του ηλεκτρολύτη περιορίζεται από το χρόνο που απαιτείται για τη δημιουργία της απαιτούμενης ποσότητας προϊόντων ηλεκτρόλυσης.
Η τάση στο στοιχείο ηλεκτροδίου [V] προσδιορίζεται από τον τύπο:
V i = i en ΔK g / χ R , (5)
όπου i an είναι η πυκνότητα ρεύματος, A/m 2 ; D είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων (πλάτος του καναλιού μεταξύ ηλεκτροδίων), m; χ R είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του νερού, 1/(Ohm⋅m); K g - συντελεστής πλήρωσης αερίου του διαηλεκτροδίου χώρου, συνήθως λαμβάνεται K g \u003d 1,05-1,2.
Ο τύπος (5) δεν λαμβάνει υπόψη τις ηλεκτρικές αντιστάσεις του ηλεκτροδίου λόγω των χαμηλών τους τιμών, αλλά κατά την παθητικοποίηση, αυτές οι αντιστάσεις αποδεικνύονται σημαντικές. Το πλάτος του καναλιού μεταξύ ηλεκτροδίων θεωρείται ελάχιστο (3-20 mm) σύμφωνα με τις συνθήκες μη απόφραξης από ακαθαρσίες.
Η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα του νερού χ R εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, μεταξύ των οποίων οι πιο σημαντικοί είναι η θερμοκρασία, το pH, η ιοντική σύσταση και η συγκέντρωση ιόντων (Εικ. 5). Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η ηλεκτρική αγωγιμότητα χ R αυξάνεται και η τάση μειώνεται (Εικ. 6). Η ελάχιστη τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας αντιστοιχεί σε pH = 7. Επιπλέον, κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, η θερμοκρασία και το pH του νερού αυξάνονται. Εάν pH > 7, τότε μπορούμε να περιμένουμε μείωση της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του νερού χ R , και σε τιμές pH< 7 удельная электропроводность воды χ R , наоборот, возрастает (рис. 5).
Η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα των φυσικών νερών μέσης ανοργανοποίησης είναι 0,001-0,005 1 / (Ohm⋅m), τα αστικά λύματα είναι 10-0,01 1 / (Ohm⋅m) . Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης, η ηλεκτρική αγωγιμότητα πρέπει να κυμαίνεται από 0,1-1,0 1 / (Ohm⋅m) . Εάν το νερό της πηγής έχει ανεπαρκή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η αλατότητα θα πρέπει να αυξηθεί (Εικ. 7). Συνήθως, για αυτό χρησιμοποιείται χλωριούχο νάτριο (NaCl), οι δόσεις του οποίου προσδιορίζονται πειραματικά και τις περισσότερες φορές είναι 500-1500 mg / l (8-25 meq / l). Το χλωριούχο νάτριο δεν είναι μόνο βολικό όσον αφορά την εφαρμογή και την ασφάλεια (αποθήκευση, παρασκευή διαλύματος κ.λπ.), αλλά παρουσία NaCl, η παθητικοποίηση των ηλεκτροδίων επιβραδύνεται. Το NaCl διασπάται στο νερό με ανιόντα χλωρίου Cl - και κατιόντα νατρίου Na + . Τα ιόντα χλωρίου Cl - είναι μικρά και, διεισδύοντας μέσω παθητικοποιητικών εναποθέσεων στην επιφάνεια της ανόδου, καταστρέφουν αυτές τις εναποθέσεις. Παρουσία άλλων ανιόντων, ιδιαίτερα θειικών ιόντων (SO 2- 4 ), η απαπατητική δράση των ιόντων χλωρίου (Cl-) μειώνεται. Η σταθερή λειτουργία του κυττάρου είναι δυνατή εάν τα ιόντα - Cl - αποτελούν τουλάχιστον το 30% του συνολικού αριθμού ανιόντων. Ως αποτέλεσμα της ηλεκτροφόρησης, τα κατιόντα νατρίου Na + μετακινούνται στις κάθοδοι, στις οποίες παράγονται ιόντα υδροξειδίου OH - και, αλληλεπιδρώντας με το τελευταίο, σχηματίζουν υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), το οποίο διαλύει ανθρακικές εναποθέσεις στις καθόδους.
Η κατανάλωση ισχύος [W] του ηλεκτρολυτικού στοιχείου προσδιορίζεται από την ακόλουθη σχέση:
N κατανάλωση = η e I cur V e, (6)
όπου η e είναι η απόδοση του κελιού, συνήθως λαμβάνεται η e = 0,7-0,8. I cur - ένταση ρεύματος, A; V e - τάση στον ηλεκτρολύτη, V.
Ο χρόνος παραμονής του νερού στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων του στοιχείου περιορίζεται από τον χρόνο που απαιτείται για τη δημιουργία της απαιτούμενης ποσότητας προϊόντων ηλεκτρόλυσης, καθώς και από τη διάρκεια των αντίστοιχων ογκομετρικών αντιδράσεων και προσδιορίζεται πειραματικά.
Η ταχύτητα κίνησης του νερού στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων ρυθμίζεται λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες για την απομάκρυνση των προϊόντων ηλεκτρόλυσης και άλλων ακαθαρσιών από τον ηλεκτρολύτη. Επιπλέον, η τυρβώδης ανάμειξη εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης του νερού, η οποία επηρεάζει την πορεία των ογκομετρικών αντιδράσεων. Όπως ο χρόνος παραμονής του νερού, η ταχύτητα του νερού επιλέγεται με βάση πειραματικά δεδομένα.
Συνεχίζεται.
1. Bakhir V.M., Liakumovich A.G., Kirpichnikov P.A., Spektor L.E., Mamadzhanov U.D. Φυσική φύση των φαινομένων ενεργοποίησης ουσιών // Izv. Ακαδημία Επιστημών της Ουζμπεκικής ΣΣΔ. Ser. τεχν. Nauk., No1/1983.
2. Kulsky L.A. Καθαρισμός νερού με ηλεκτροπήξη / L.A. Kulsky, P.P. Strokach, V.A. Slipchenko και άλλοι - Κίεβο: Budivelnik, 1978.
3. Lipovetsky Ya.M. Ηλεκτροχημικές μέθοδοι καθαρισμού πόσιμων και λυμάτων / Ya.M. Lipovetsky, Ya.D. Rappoport - M .: TsBNTI του Minzhilkomkhoz της RSFSR, 1985.
4. Kirpichnikov P.A., Bakhir V.M., Gamer P.U., Dobrenkov G.A., Liakumovich A.G., Fridman B.S., Agadzhanyan S.I. Σχετικά με τη φύση της ηλεκτροχημικής ενεργοποίησης των μέσων // Dokl. Ακαδημία Επιστημών ΕΣΣΔ, Νο3/1986, Τόμος 286.
5. Bakhir V.M., Zadorozhniy Yu.G. Ηλεκτροχημικοί αντιδραστήρες RPE. - M .: "Hyperoks", 1991.
6. Yakovlev S.V. Τεχνολογία ηλεκτροχημικής επεξεργασίας νερού / S.V. Yakovlev, I.G. Krasnoborodko, V.M. Rogov. — Λ.: Λ.Ο. Stroyizdat, 1987.
7. Bakhir V.M. Σύγχρονα τεχνικά ηλεκτροχημικά συστήματα απολύμανσης, καθαρισμού και ενεργοποίησης νερού. — Μ.: VNIIIMT, 1999.
8. Bakhir V.M., Zadorozhniy Yu.G., Leonov B.I., Panicheva S.A., Prilutsky V.I. Ηλεκτροχημική ενεργοποίηση: καθαρισμός νερού και λήψη χρήσιμων διαλυμάτων. — Μ.: VNIIIMT, 2001.
9. Kulsky L.A. Εγχειρίδιο ιδιοτήτων, μεθόδων ανάλυσης και καθαρισμού νερού. Μέρος 1 / L.A. Kulsky, Ι.Τ. Goronovsky, A.M. Koganovsky και άλλοι - Κίεβο: Naukova Dumka, 1980.
10. Medrish G.L. Απολύμανση φυσικών και λυμάτων με ηλεκτρόλυση / Γ.Λ. Medrish, Α.Α. Taisheva, D.L. Λεκάνη. — Μ.: Stroyizdat, 1982.
11. Volovnik G.I. Θεωρητικές βάσεις καθαρισμού νερού / Γ.Ι. Volovnik, L.D. Τερέχοφ. Μέρος 1. - Khabarovsk: Εκδοτικός οίκος του Κρατικού Πανεπιστημίου της Άπω Ανατολής της Μηχανικής Σιδηροδρόμων, 2000.
12. Bakhir V.M. ηλεκτροχημική ενεργοποίηση. Μέρος 2. - M .: VNIIII μέλι. τεχνολογία, 1992.
13. Babtsova N.F., Komarov I.F. Εμπειρία στη χρήση της συσκευής STEL στο χειρουργικό τμήμα / II Int. σύμπτ. «Ηλεκτρ. ενεργοποίηση», Μέρος 1. - Μ., 1999.
14. Leonov B.I., Prilutsky V.I., Bakhir V.M. Φυσικοχημικές πτυχές της βιολογικής δράσης του ηλεκτροχημικά ενεργοποιημένου νερού. — Μ.: VNIIIMT, 1999.
15. Bakhir V.M. Θεωρητικές όψεις της ηλεκτροχημικής ενεργοποίησης / II Int. σύμπτ. «Ηλεκτρ. δραστηριοποίηση". Μέρος 1. - Μ., 1999.
16. Toropkov V.V., Altshul E.B., Toropkova E.V. Τοξικολογικά χαρακτηριστικά του φαρμάκου catholyte / III Int. σύμπτ. «Ηλεκτρ. δραστηριοποίηση". - Μ., 2001.
17. Leonov B.I., Bakhir V.M., Vtorenko V.I. Ηλεκτροχημική ενεργοποίηση στην πρακτική ιατρική / II Int. σύμπτ. "Ηλεκτροχημική ενεργοποίηση", Μέρος 1. - Μ., 1999.
18. Toropkov V.V. Altshul E.B., Peresypkin O.I. Φαρμακολογική αποτελεσματικότητα της δράσης των ανολυτών ΑΝ και ΑΝΚ στους βλεννογόνους της στοματικής κοιλότητας / II Int. σύμπτ. «Ηλεκτρ. ενεργοποίηση» // Πρακτικά, αναφορές. και μήνυμα Μέρος 1. - Μ., 1999.
19. Prilutsky V.I., Bakhir V.M. Ηλεκτροχημικά ενεργοποιημένο νερό: ανώμαλες ιδιότητες, μηχανισμός βιολογικής δράσης. — Μ.: VNIIIMT, 1997.
20. Paniceva S.A. Νέες τεχνολογίες απολύμανσης και αποστείρωσης πολύπλοκων ιατροτεχνολογικών προϊόντων. — Μ.: VNIIIMT, 1998.
1. Τι παρατηρήθηκε στο πείραμα του Oersted;
α) Αλληλεπίδραση δύο παράλληλων αγωγών με ρεύμα.
β) Αλληλεπίδραση δύο μαγνητικών βελόνων.
γ) Περιστροφή της μαγνητικής βελόνας κοντά στον αγωγό όταν διέρχεται ρεύμα από αυτόν.
δ) Η εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος στο πηνίο όταν τοποθετηθεί σε αυτό μαγνήτης.
2. Πώς αλληλεπιδρούν δύο παράλληλοι αγωγοί εάν τους διαρρέουν ρεύματα προς την ίδια κατεύθυνση;
α) έλκονται. β) Απώθηση. γ) Η δύναμη της αλληλεπίδρασης είναι μηδέν. δ) Δεν υπάρχει σωστή απάντηση.
3. Όταν ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. Ανιχνεύεται από τη θέση των ρινισμάτων χάλυβα σε ένα φύλλο χαρτιού ή από τη στροφή μιας μαγνητικής βελόνας που βρίσκεται κοντά στον αγωγό Πώς μπορεί αυτό το μαγνητικό πεδίο να μετακινηθεί στο διάστημα;
α) Μεταφορά ρινισμάτων χάλυβα. β) Μετακινώντας τον μαγνήτη. γ) Η μεταφορά αγωγού με ρεύμα. δ) Το μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να μετακινηθεί.
4. Πώς θα βρίσκονται οι μαγνητικές βελόνες που τοποθετούνται στα σημεία Α και Β μέσα στο πηνίο όταν ανοίξει το κλειδί Κ;
α) Εξίσου βόρειος πόλος προς τα δεξιά στο σχήμα.
β) Ο ίδιος βόρειος πόλος αριστερά στο σχήμα.
γ) Βέλη με βόρειους πόλους αντικριστά.
δ) Βέλη με νότιους πόλους αντικριστά.
5. Γιατί η συσκευή των κινητήρων AC είναι απλούστερη από το DC; Γιατί χρησιμοποιούνται κινητήρες συνεχούς ρεύματος στα οχήματα;
6. Προσδιορίστε τους πόλους του ηλεκτρομαγνήτη.
7. Απεικονίστε το μαγνητικό πεδίο των ρευμάτων και προσδιορίστε την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου.
8. Προσδιορίστε την κατεύθυνση της δύναμης που ασκείται σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα τοποθετημένο σε μαγνητικό πεδίο.
9. Έχετε τρία αντικείμενα - «συσκευές»: ένα ξύλινο μπλοκ, δύο ατσάλινα καρφιά που δεν έλκονται μεταξύ τους και έναν μόνιμο μαγνήτη.
Τρία «μαύρα κουτιά» περιέχουν αντίστοιχα: έναν μαγνήτη, δύο καρφιά και ένα ξύλινο μπλοκ. Ποια όργανα και με ποια σειρά είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε για να μάθετε τι υπάρχει σε καθένα από τα κουτιά;
10. Ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος καταναλώνει ρεύμα 2 Α από μια πηγή με τάση 24 V. Ποια είναι η μηχανική ισχύς του κινητήρα αν η αντίσταση του τυλίγματος του είναι 3 ohms; Ποιο είναι το Κ.Π.Δ. του;
Προσδιορίστε την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό, του οποίου η διατομή και το μαγνητικό πεδίο φαίνονται στο σχήμα 1.3. Τι φορά έχει το ρεύμα στον αγωγό, η φορά των γραμμών του μαγνητικού πεδίου του οποίου υποδεικνύεται με βέλη (Εικ. 3);
5. Στην κατεύθυνση των μαγνητικών γραμμών δύναμης που φαίνονται στο σχήμα 5, προσδιορίστε την κατεύθυνση του κυκλικού ρεύματος στον δακτύλιο.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα προκύπτουν: Α. Όταν τα ηλεκτρικά φορτία κινούνται με σταθερή ταχύτητα. Β. Με επιταχυνόμενη κίνηση των ηλεκτρικώνΒ. Γύρω στα στατικά φορτία.
Ζ. Γύρω από σταθερό αγωγό από τον οποίο διέρχεται συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα.
Δ. Γύρω από σταθερή φορτισμένη μεταλλική πλάκα
1. Ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται... Α). η κίνηση των ηλεκτρονίων. ΣΙ). ομαλή κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων. ΣΙ). ομαλή κίνηση των ηλεκτρονίων. 2.Για να δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό, είναι απαραίτητο... Α). δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο σε αυτό. ΣΙ). δημιουργούν ηλεκτρικά φορτία σε αυτό. ΣΙ). να διαχωρίσει τα ηλεκτρικά φορτία σε αυτό. 3. Ποια σωματίδια δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα στα μέταλλα; ΕΝΑ). Ελεύθερα ηλεκτρόνια. ΣΙ). θετικά ιόντα. ΣΙ). αρνητικά ιόντα. ^ 4. Ποια ενέργεια ρεύματος χρησιμοποιείται στα γαλβανόμετρα; Α. Θερμική. Β. Χημική. Β. Μαγνητικό. 5. Η ένταση ρεύματος στο κύκλωμα της ηλεκτρικής κουζίνας είναι 1,4 Α. Ποιο ηλεκτρικό φορτίο διέρχεται από τη διατομή της σπείρας της σε 20 λεπτά; ΕΝΑ). 3200 cl. ΣΙ). 1680 τάξη ΣΙ). 500 cl. ^ 6. Σε ποιο διάγραμμα (Εικ. 1) είναι σωστά συνδεδεμένο το αμπερόμετρο στο κύκλωμα; ΑΛΛΑ). 1. Β). 2. Β). 3. 7. Όταν από τον αγωγό διέρχεται ηλεκτρικό φορτίο ίσο με 6 C εκτελείται έργο 660 J. Ποια είναι η τάση στα άκρα αυτού του αγωγού; ΑΛΛΑ). 110 V. B). 220 V. V). 330V. ^ 8. Σε ποιο διάγραμμα (Εικ. 2) είναι σωστά συνδεδεμένο το βολτόμετρο στο κύκλωμα; ΑΛΛΑ). 1. Β). 2. 9. Δύο πηνία χάλκινου σύρματος της ίδιας διατομής έχουν μήκος 50 και 150 m αντίστοιχα Ποιο από αυτά έχει μεγαλύτερη αντίσταση και πόσες φορές; ΑΛΛΑ). Το πρώτο είναι 3 φορές. ΣΙ). Το δεύτερο είναι 3 φορές. ^ 10. Ποια είναι η ισχύς του ρεύματος που διέρχεται από ένα σύρμα νικελίου μήκους 25 cm και διατομής 0,1 mm2 αν η τάση στα άκρα του είναι 6 V; ΑΛΛΑ). 2 Α. Β). 10 Α. Β). 6 Α
1. Σε ποιες μονάδες μετράται η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος; A. Ohm; B. J; W.W; Γ. Α.2. Ποιες ενέργειες εκδηλώνονται πάντα όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από οποιοδήποτε μέσο;
ΑΛΛΑ. Θερμικός; ΣΙ.Μαγνητικός; ΣΤΟ. Χημική ουσία; ΣΟΛ.Φως.
4. Προσδιορίστε την τάση κάτω από την οποία βρίσκεται ο λαμπτήρας, εάν κατά τη μετακίνηση φορτίου 10 C, η εργασία γίνεται 2200 J.
5. Προσδιορίστε την αντίσταση του τμήματος ΑΒ στο κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα.
6. Υπολογίστε την αντίσταση ενός νυχρωμικού σύρματος μήκους 150 m και επιφάνειας διατομής 0,2 mm2.
7. Ένας χάλκινος αγωγός με διατομή 3,5 mm2 και μήκος 14,2 m φέρει ρεύμα 2,25 A. Προσδιορίστε την τάση στα άκρα αυτού του αγωγού.
8. Πόσα ηλεκτρόνια διέρχονται από τη διατομή του αγωγού σε 35 δευτερόλεπτα με ένταση ρεύματος 16 Α σε αυτόν;
9. Προσδιορίστε τη μάζα ενός σύρματος σιδήρου με εμβαδόν διατομής 2 mm2, που λαμβάνεται για τη δημιουργία μιας αντίστασης με αντίσταση 6 ohms.
