Elektrokimyasal su arıtma. Elektroliz

Elektrolitten doğrudan bir elektrik akımı geçirildiğinde, elektrotlarda kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Bu işleme elektroliz denir, bu da (maddelerin) elektrik yardımıyla ayrışması anlamına gelir.

Saniyede. 8.1'de, bir elektrolitin, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde kimyasal bir reaksiyona girecek kadar sıvı olduğu belirtildi. Elektrolit, kurşun(H) bromür gibi erimiş bir tuz veya bazı asit, baz veya tuzun sulu bir çözeltisi olabilir.

Elektrolitlere elektrik akımı, elektrotlar - elektrolit ile elektrik teması yapan tel iletkenler, metal çubuklar veya plakalar kullanılarak sağlanır. Negatif yüklü elektrot katot, pozitif elektrot ise anottur. Elektrolitlerle temas ettiğinde ve içinden elektrik akımı geçtiğinde kimyasal reaksiyonlara girmeyen elektrotlara inert elektrotlar denir. İnert elektrotlar arasında grafit ve platin bulunur.

ELEKTROLİZİN İYONİK TEORİSİ

Bu teoriye göre, elektrolit içinden doğru bir elektrik akımının geçişi iyonların yardımıyla gerçekleştirilir. Elektrotlarda elektronlar iyonlara veya iyonlardan aktarılır. Bu nedenle elektrotlar üzerinde meydana gelen işlemler indirgeyici veya oksitleyici yarı tepkimeler olarak düşünülebilir. Bu nedenle, elektroliz bir redoks işlemidir.

Anotta her zaman bir oksidatif yarı reaksiyon gerçekleşir. Bu reaksiyonda anyonlar elektron kaybeder ve boşalarak nötr parçacıklara dönüşür. Bu nedenle anot, anyonlardan elektronlar için bir lavabo görevi görür.

Katotta her zaman bir indirgeme yarı reaksiyonu meydana gelir. Burada katyonlar elektron alır ve boşalarak nötr parçacıklara dönüşür. Bu nedenle katot, katyonlar için bir elektron kaynağı görevi görür.

Erimiş kurşun(H) bromürün elektrolizi iki yarı reaksiyondan oluşur:

1) bromür iyonları anotta boşaltılır. (Bu yarı reaksiyonun denklemi

2Вg-(l.) \u003d Vg2 (g.) + 2e-

Bu yarı reaksiyon bir oksidasyondur.)

2) kurşun iyonları katotta boşaltılır. (Bu yarı reaksiyonun denklemi:

Pb2+(katı) + 2e- = Pb(l.)

Bu yarı reaksiyon bir indirgemedir.)

Her belirli sistemde anot ve katotta meydana gelen reaksiyonların, harici elektrik devresindeki akım kaynağının polaritesi tarafından önceden belirlendiğine dikkat edilmelidir. Harici bir akım kaynağının (pil) negatif kutbu, elektrolitik hücrenin elektrotlarından birine elektron sağlar. Bu, bu elektrotun negatif bir yüküne neden olur. Katot olur. Bu elektrot negatif yüklü olduğundan, elektronların tüketildiği bir elektrot reaksiyonuna neden olur. Böylece geri kazanım işlemi bu elektrot üzerinde gerçekleştirilir. Diğer elektrotta, elektronlar elektrolitik hücreden dış devreye geri akar ve bu elektrotu pozitif elektrot yapar. Yani, bu elektrot anot rolünü oynar. Pozitif yükü nedeniyle, üzerinde elektron salınımı, yani oksidasyon ile birlikte bir reaksiyon meydana gelir.

Tüm elektroliz işleminin şematik bir temsili, Şekil 2'de gösterilmektedir. 10.6.

Kimyasal reaksiyon sonucunda çözünmeyen bir maddenin oluşumu, kolloidal bir çözelti elde etmenin koşullarından sadece biridir. Eşit derecede önemli bir diğer koşul, reaksiyona alınan başlangıç ​​maddelerinin eşitsizliğidir. Bu eşitsizliğin sonucu, kabaca dağılmış bir sistemin oluşumuna yol açacak olan kolloidal çözeltilerdeki parçacıkların boyutunun büyümesinin sınırlandırılmasıdır.

Seyreltik gümüş nitrat ve potasyum iyodür çözeltilerinin etkileşimi ile elde edilen bir gümüş iyodür çözeltisinin oluşumu örneğini kullanarak bir kolloidal partikül oluşum mekanizmasını ele alalım.

AgNO 3 + KI \u003d AgI + KNO 3

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

Çözünmeyen nötr gümüş iyodür molekülleri, kolloidal bir parçacığın çekirdeğini oluşturur.

İlk başta, bu moleküller düzensiz bir şekilde birleşerek amorf, gevşek bir yapı oluşturur ve bu da yavaş yavaş çekirdeğin oldukça düzenli bir kristal yapısına dönüşür. İncelediğimiz örnekte, çekirdek, çok sayıda (m) AgI molekülünden oluşan bir gümüş iyodür kristalidir:

m - kolloidal parçacığın çekirdeği

Çekirdeğin yüzeyinde bir adsorpsiyon işlemi gerçekleşir. Peskov-Fajans kuralına göre, parçacık çekirdeğinin bir parçası olan iyonlar, kolloidal parçacıkların çekirdeklerinin yüzeyinde adsorbe edilir, yani. gümüş iyonları (Ag +) veya iyot iyonları (I -) adsorbe edilir. Bu iki tip iyondan fazla olanlar adsorbe edilir.

Bu nedenle, fazla potasyum iyodürde bir kolloidal çözelti elde edilirse, iyot iyonları, çekirdeğin kristal kafesini tamamlayan, yapısına doğal ve sıkı bir şekilde giren parçacıklar (çekirdekler) üzerinde adsorbe edilecektir. Bu durumda, çekirdeğe negatif bir yük veren bir adsorpsiyon tabakası oluşur:

Çekirdeğin yüzeyinde adsorbe edilen ve ona uygun bir yük veren iyonlara potansiyel oluşturan iyonlar denir.

Aynı zamanda zıt yüklü iyonlar da çözeltide bulunurlar. karşı iyonlar. Bizim durumumuzda bunlar, yüklü çekirdeğe elektrostatik olarak çekilen potasyum iyonlarıdır (K +). K + karşı iyonlarının bir kısmı, elektrik ve adsorpsiyon kuvvetleri tarafından kuvvetli bir şekilde bağlanır ve adsorpsiyon tabakasına girer. Üzerinde oluşan çift adsorpsiyon iyon tabakasına sahip bir çekirdeğe granül denir.

(m . nI - . (n-x) K + ) x - (granül yapısı)

Karşı iyonların geri kalan kısmı ("x K +" sayısı ile gösterelim) dağınık bir iyon tabakası oluşturur.

Adsorpsiyon ve difüzyon katmanlarına sahip çekirdeğe misel denir. :

(m .nI -. (n-x) K + ) x - . x K + (misel yapısı)

Kolloidal bir çözeltiden sabit bir elektrik akımı geçirildiğinde, granüller ve karşı iyonlar sırasıyla zıt yüklü elektrotlara doğru hareket edecektir.

Sol parçacıkların yüzeyinde aynı yükün varlığı önemlidir. sürdürülebilirliğinde etkendir. Yük, parçacıkların yapışmasını ve genişlemesini önler. Kararlı bir dispersiyon sisteminde parçacıklar süspansiyon halinde tutulur, yani. kolloidal maddenin çökelmesi meydana gelmez. Solların bu özelliğine kineti denir. cıvıl cıvıl kararlılık.

AgN03'ten fazla elde edilen gümüş iyodür solunun misellerinin yapısı Şekil 3'te gösterilmektedir. 1a, KCI'den fazla - 1b .

Şekil 1.5. Fazla elde edilen gümüş iyodür sol misellerinin yapısı:

a) gümüş nitrat; b) potasyum klorür.

Elektroliz- bir elektrolit çözeltisinden veya eriyikten doğrudan bir elektrik akımı geçirildiğinde elektrotlar üzerinde meydana gelen bir redoks işlemi. Bir elektrolizörde elektrik enerjisi kimyasal reaksiyon enerjisine dönüştürülür.

Katot (-) – elektroliz sırasında azalmanın meydana geldiği negatif elektrot.

anot (+) – elektroliz sırasında oksidasyonun meydana geldiği pozitif elektrot.

Elektrolizden farklı olarak, bir galvanik hücrede, pozitif yüklü bir katotta indirgeme meydana gelir ve negatif yüklü bir anotta oksidasyon meydana gelir.

Elektrolizde inert (çözünmez) ve aktif (sarf malzemesi) anotlar kullanılabilir. Oksitlenen aktif anot, çözeltiye kendi iyonlarını gönderir. Bir inert anot sadece bir elektron vericisidir ve kimyasal olarak değişmez. Grafit, platin ve iridyum genellikle inert elektrotlar olarak kullanılır.

Eriyiklerin ve elektrolit çözeltilerinin elektrolizi sırasında, ayrışmaları sırasında oluşan iyonlar (sıcaklık veya suyun etkisi altında) - katyonlar (Kt n +) ve anyonlar (An m -) sırasıyla katoda (-) ve anoda hareket eder. (+). Daha sonra elektrotlarda, elektronlar katottan katyona aktarılır ve anyonlar anoda elektron bağışlar.

Kantitatif olarak, elektroliz iki Faraday kanunu ile tanımlanır.

Ben Faraday Yasası: elektroliz sırasında salınan maddenin kütlesi, elektrolizörden geçen elektrik miktarı ile orantılıdır:

m = k ben∙τ = k∙Q ,

nerede ben- mevcut güç; τ – mevcut akış süresi; Q = I∙τ- elektrik miktarı; k- değeri seçilen birim sistemine bağlı olan orantılılık katsayısı (eğer S= 1C, sonra m = k).

1 C elektriğin geçişi sırasında açığa çıkan bir maddenin kütlesine denir. elektrokimyasal eşdeğeri.

II Faraday yasası: elektrolitten geçen aynı miktarda elektrikle, elektroliz ürünlerinin gram eşdeğerlerinin sayısı aynıdır.

Elektrot üzerinde herhangi bir maddenin bir eşdeğerini serbest bırakmak için, aynı miktarda elektriği harcamak gerekir. faraday sabiti F= 96485 C/mol. Gerçekten de, bir maddenin bir eşdeğeri şunları içerir: NA = 6.02322∙10 23 parçacık ve katotta bu kadar çok sayıda tek yüklü iyonu geri yüklemek için, elektrik miktarını harcamak gerekir:

F = Yok∙ ē = 6.02322∙10 23 partikül/mol ∙ 1.6021∙10 –19 C = 96485 C/mol,

elektron yükü nerede ē = 1.6021∙10 –19 Cl.

Her iki Faraday yasasını da genelleştirerek yazmak mümkündür.

Elektroaktif su çözeltileri - katolit ve anolit tarımda, bitki verimliliğini artırmak için, hayvancılıkta, tıpta, su dezenfeksiyonu için ve evsel amaçlar için kullanılabilir. Elektrokimyasal su arıtımı, elektronların, iyonların ve diğer parçacıkların sabit bir elektrik alanında (elektroliz, elektroforez, elektroflotasyon, elektrokoagülasyon) transferi ile ilişkili birkaç elektrokimyasal işlemi içerir, bunların başlıcaları su elektrolizidir. Bu makale okuyucuya suyun elektrolizinin altında yatan ana süreçleri tanıtmaktadır.

giriiş

Suyun elektrokimyasal aktivasyonu (EAW) olgusu, elektronlar tarafından DEL yoluyla denge dışı yük aktarımı sırasında ve koşullar altında elektrotların (anot ve katot) çift elektrik katmanında (DEL) su üzerindeki elektrokimyasal ve elektrofiziksel etkilerin bir kombinasyonudur. elektrokimyasal reaksiyonların ortaya çıkan gaz halindeki ürünlerinin sıvı içinde yoğun dağılımı. ECA sürecinde dört ana süreç vardır:

- harici sabit bir elektrik alanının neden olduğu elektrotlar üzerindeki redoks reaksiyonları nedeniyle suyun elektrolitik ayrışması (elektroliz);

- elektroforez - pozitif yüklü parçacıkların ve iyonların elektrik alanında katoda ve negatif yüklü parçacıkların ve iyonların anoda hareketi;

- elektroflotasyon - ince dağılmış gaz kabarcıklarından (katotta hidrojen ve anotta oksijen) ve kabaca dağılmış su safsızlıklarından oluşan gaz topakları ve agregatlarının oluşumu;

- elektrokoagülasyon - sabit bir elektrik alanının etkisi altında metalin anodik çözünmesi ve metal katyonlarının oluşumu nedeniyle çökeltilmiş dağılmış fazın parçacıklarının koloidal agregatlarının oluşumu Al 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ .

Doğrudan elektrik akımı ile su arıtma işleminin bir sonucu olarak, suyun ayrışma potansiyeline (1.25 V) eşit veya daha yüksek potansiyellerde, su, anormal elektron aktivitesi değerleri ve diğer fiziko-kimyasal parametreler (pH, Eh, ORP, elektriksel iletkenlik). Sabit bir elektrik akımının su hacminden geçişine, elektrokimyasal işlemler eşlik eder, bunun sonucunda redoks reaksiyonlarının meydana gelmesi, su kirliliğinin tahrip olmasına (tahrip edilmesine), kolloidlerin pıhtılaşmasına, kaba safsızlıkların topaklaşmasına ve müteakip yüzdürmelerine yol açar. .

Suyun elektrokimyasal aktivasyonu olgusu, dengesiz yük transferi sırasında bir çift elektrik elektrot katmanında su üzerindeki elektrokimyasal ve elektrofiziksel etkilerin bir kombinasyonudur.

Elektrokimyasal arıtma, doğal suların berraklaştırılması ve renklerinin bozulması, yumuşatılması, ağır metallerden (Cu, Co, Cd, Pb, Hg), klor, flor ve türevlerinden arındırılması, petrol ürünleri, organik ve organoklor içeren atık suların arıtılması için kullanılmaktadır. bileşikler, boyalar, yüzey aktif maddeler, fenol. Elektrokimyasal su arıtmanın avantajları, sudaki çeşitli kimyasal işlemlerin olasılığının bağlı olduğu pH değeri ve redoks potansiyeli Eh değerlerini ayarlamanıza izin vermesidir; havalandırma tanklarında aktif çamurun enzimatik aktivitesini arttırır; direnci azaltır ve organik tortuların pıhtılaşması ve çökeltilmesi için koşulları iyileştirir.

1985 yılında, EXHAV resmi olarak yeni bir fiziksel ve kimyasal fenomen sınıfı olarak kabul edildi. Rusya Federasyonu Hükümeti'nin 15 Ocak 1998 tarihli Emri VCh-P1201044 sayılı bakanlıklara ve bakanlıklara bu teknolojiyi tıpta, tarımda ve sanayide kullanmaları için tavsiyelerde bulundu.

su elektrolizi

Elektrokimyasal su arıtımının ana aşaması su elektrolizidir. Sudan sabit bir elektrik akımı geçirildiğinde, katotta elektronların suya girişi ve anotta sudan elektronların çıkarılmasına, katodun yüzeylerinde bir dizi redoks reaksiyonu eşlik eder ve anot. Sonuç olarak, yeni maddeler oluşur, moleküller arası etkileşim sistemi değişir, suyun yapısı da dahil olmak üzere suyun bileşimi değişir. Elektrokimyasal su arıtımı için tipik bir kurulum, bir su arıtma ünitesi 1, bir elektrolizör 2 ve elektrokimyasal arıtmadan sonra bir su arıtma ünitesinden 3 oluşur (Şekil 1).

Bazı elektrokimyasal su arıtma tesislerinde, elektrolitik hücrenin yüksek hidrolik dirençli kaba safsızlıklarla tıkanma riskini azaltan ön mekanik su arıtma sağlanır. Elektrokimyasal arıtma sonucunda su, örneğin metal hidroksit pulları (Al (OH) 3, Fe (OH) 3, Mg (OH) 2) gibi kaba safsızlıklarla doyurulursa, mekanik su arıtma bloğu gereklidir. elektrokoagülasyondan sonra. Tesisatın ana unsuru, bir veya daha fazla elektroliz hücresinden oluşan bir elektrolizördür (Şekil 2).

Elektroliz hücresi, doğru akım kaynağının farklı kutuplarına bağlanan pozitif yüklü bir anot ve negatif yüklü bir katot olmak üzere iki elektrottan oluşur. Elektrotlar arası boşluk, elektrik akımını iletebilen bir elektrolit olan su ile doldurulur. Cihazın çalışmasının bir sonucu olarak, bir su tabakası - elektroforez, yani polar parçacıkların, yük taşıyıcıların - iyonların zıt işaretin elektrotlarına göçü yoluyla elektrik yüklerinin transferi vardır.

Sudan sabit bir elektrik akımı geçirildiğinde, katotta elektronların suya girişi ve anotta sudan elektronların çıkarılmasına, katodun yüzeylerinde bir dizi redoks reaksiyonu eşlik eder ve anot.

Bu durumda negatif yüklü anyonlar anoda, pozitif yüklü katyonlar ise katoda hareket eder. Elektrotlarda yüklü iyonlar yüklerini kaybeder, depolarize olur ve bozunma ürünlerine dönüşür. Yüklü iyonlara ek olarak, kaba parçacıklar (emülsifiye parçacıklar, gaz kabarcıkları vb.) dahil olmak üzere çeşitli dağılımların polar parçacıkları elektroforeze katılır, ancak en yüksek hareketliliğe sahip yüklü iyonlar elektrokimyasal yüklerin transferinde ana rolü oynar. Polar partiküller, özel yapıları ile açıklanan su safsızlıkları ve su molekülleri arasından polar partikülleri içerir.

Hidrojen atomlarından daha büyük bir elektronegatifliğe sahip olan su molekülünün bir parçası olan merkezi oksijen atomu, elektronları kendine doğru çekerek moleküle asimetri verir. Sonuç olarak, elektron yoğunluğu yeniden dağıtılır: su molekülü, kutuplarda pozitif ve negatif yüklerle, dipol momenti 1.85 D (Debye) olan bir elektrik dipol özelliklerini alarak polarize olur (Şekil 3).

Elektrot reaksiyonlarının ürünleri, alüminyum ve çelikten yapılmış metal anotların kullanılması durumunda, su moleküllerinin elektrolitik olarak yok edilmesi sırasında oluşan nötrleştirilmiş sulu safsızlıklar, gaz halindeki hidrojen ve oksijen, metal katyonlardır (Al 3+, Fe 2+ , Fe 3+). , moleküler klor, vb. Bu durumda, katotta gaz halinde hidrojen üretilir ve anotta oksijen üretilir. Suyun bileşimi, atomik hidrojen H oluşumu ile katot yüzeyinde depolarize olan belirli bir miktarda hidronyum iyonu H3O + içerir:

H 3 O + + e - → H + H 2 O.

Alkali bir ortamda, H 3 O + yoktur, ancak atomik hidrojen H - ve hidroksit OH - oluşumu ile birlikte su molekülleri yok edilir:

H 2 O + e - → H + OH -.

Reaktif hidrojen atomları, katotların yüzeylerinde adsorbe edilir ve rekombinasyondan sonra, sudan gaz halinde salınan moleküler hidrojen H2'yi oluşturur:

H + H → H 2.

Aynı zamanda, anotlarda atomik oksijen salınır. Asidik bir ortamda, bu sürece su moleküllerinin yok edilmesi eşlik eder:

2H 2 O - 4e - → O 2 + 4H +.

Alkali bir ortamda, OH hidroksit iyonları her zaman katottan anoda elektrotlar üzerinde elektroforez etkisi altında hareket eden bir oksijen oluşumu kaynağı görevi görür:

4 OH - → O 2 + 2 H 2 O + 4 e -.

Bu reaksiyonların normal redoks potansiyelleri sırasıyla +1.23 ve +0.403 V'dir, ancak işlem bazı koşullar altında ilerler.

aşırı gerilim. Elektroliz hücresi, bazıları birbirleriyle kimyasal etkileşime giren ve elektrotlar arası boşluktaki su kirleticileri ile ek kimyasal su arıtma (elektroflotasyon, elektrokoagülasyon) sağlayan yukarıdaki ürünlerin bir jeneratörü olarak düşünülebilir. Bu ikincil işlemler elektrotların yüzeyinde değil, suyun hacminde meydana gelir. Bu nedenle elektrot işlemlerinden farklı olarak hacimsel olarak adlandırılırlar. Elektroliz sırasında su sıcaklığındaki bir artış ve su moleküllerinin katodik yıkımı sırasında pH'daki bir artış ile başlatılırlar.

Katodik ve anodik oksidasyonu ayırt eder. Katodik oksidasyon sırasında, katotlara emilen organik madde molekülleri, serbest elektronları kabul eder, geri yüklenir ve kirletici olmayan bileşiklere dönüşür. Bazı durumlarda, kurtarma işlemi tek aşamada gerçekleşir:

R + H + + e - → RH, burada R organik bir bileşiktir; RH, bileşiğin hidratlı formudur ve kirletici değildir.

Diğer durumlarda, katodik indirgeme iki aşamada gerçekleşir: ilk aşamada (I) organik molekül bir anyona dönüştürülür, ikinci aşamada (II), anyon bir su protonu ile etkileşerek hidratlanır:

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

Katodik ve anodik oksidasyonu ayırt eder. Katodik oksidasyon sırasında, organik madde molekülleri katotlara emilir, serbest elektronları kabul eder ve indirgenir.

Yüksek aşırı gerilim (kurşun, kadmiyum) gerektiren malzemelerden yapılan katotlar, yüksek bir elektrik maliyetiyle organik molekülleri yok etmeye ve reaktif serbest radikaller - içinde serbest eşleşmemiş elektronlara (Cl*, O*, OH*) sahip parçacıklar - üretmeye izin verir. atomların veya moleküllerin dış yörüngeleri, NO*2, vb.). İkinci durum, serbest radikallere reaktivite özelliği, yani sulu safsızlıklarla kimyasal reaksiyonlara girme ve onları yok etme yeteneği verir.

RH → R + H + + e - .

Organik bileşiklerin anodik oksidasyonu genellikle daha sonraki dönüşümleri reaktiviteleri tarafından belirlenen serbest radikallerin oluşumuna yol açar. Anodik oksidasyon süreçleri çok aşamalıdır ve ara ürünlerin oluşumu ile ilerler. Anodik oksidasyon, organik bileşiklerin kimyasal stabilitesini azaltır ve toplu işlemler sırasında sonraki bozunmalarını kolaylaştırır.

Hacimsel oksidatif işlemlerde, su elektrolizi ürünleri - oksijen (O 2), hidrojen peroksit (H 2 O 2) ve oksijen içeren klor bileşikleri (HCIO) tarafından özel bir rol oynar. Elektroliz sürecinde, son derece reaktif bir bileşik oluşur - anotta hidroksil iyonlarının (OH-) deşarj ürünleri olan hidroksil radikalleri (OH *) nedeniyle moleküllerin oluşumu meydana gelen H 2 O 2 :

2OH - → 2OH* → H202 + 2e -, burada OH* bir hidroksil radikalidir.

Organik maddelerin oksitleyici ajanlarla etkileşiminin reaksiyonları, süresi elementin redoks potansiyelinin değerine ve reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonuna bağlı olan belirli bir süre boyunca devam eder. Kirletici konsantrasyonu azaldıkça ve kirletici konsantrasyonu azaldıkça oksidasyon süreci azalır.

Elektrokimyasal işlem sırasında oksidasyon işleminin hızı, arıtılmış suyun sıcaklığına ve pH'a bağlıdır. Organik bileşiklerin oksidasyonu sürecinde, hem daha sonraki dönüşümlere karşı direnç hem de toksisite göstergelerinde başlangıçtan farklı olan ara ürünler oluşur.

Elektrolizörde üretilen aktif klor ve oksijen içeren bileşiklerin kaynakları, arıtılmış sudaki klorürler ve elektrolizden önce arıtılmış suya verilen sodyum klorürdür (NaCl). Cl– anyonlarının anodik oksidasyonunun bir sonucu olarak, gaz halinde klor Cl 2 üretilir. Suyun pH'ına bağlı olarak ya hidrolize olarak hipokloröz asit HOCl oluşturur ya da hipoklorit iyonları ClO - oluşturur. Reaksiyonun dengesi pH değerine bağlıdır.

pH = 4-5'te klorun tamamı hipokloröz asit (HClO), pH = 7'de klorun yarısı hipoklorit iyonu (OCl -) ve yarısı hipokloröz asit şeklindedir. (HCIO) (Şekil 4). Hipoklorit iyonunun (ClO -) oksitlenmiş madde ile etkileşim mekanizması aşağıdaki denklem ile açıklanmaktadır:

ClO - + A = C + Cl, burada A oksitlenebilir maddedir; C bir oksidasyon ürünüdür.

Organik bileşiklerin hipoklorityon (ClO -) ile elektrokimyasal oksidasyonuna, oksidatif işlemlerin baskınlığını gösteren redoks potansiyeli Eh'de bir artış eşlik eder. Eh'nin büyümesi, elektrotlar arası boşluktaki aktif klor konsantrasyonunun sudaki organik safsızlıkların içeriğine oranına bağlıdır. Temizlik ve kirlilik miktarı azaldıkça bu oran artar, bu da Eh'de bir artışa neden olur, ancak daha sonra bu gösterge sabitlenir.

Faraday yasasına göre doğrudan bir elektrik akımı geçirirken elektrotlar üzerinde reaksiyona giren maddenin miktarı, akım gücü ve işlem süresi ile doğru orantılıdır:

G = AI kur τ, (1)

burada A, elementin elektrokimyasal eşdeğeridir, g/(A⋅h); Ben cur - mevcut güç, A; τ işlem süresidir, h Elementin elektrokimyasal eşdeğeri aşağıdaki formülle belirlenir:

A = M / 26.8z , (2)

M elementin atom kütlesidir, g; z onun değeridir. Bazı elementlerin elektrokimyasal eşdeğerlerinin değerleri Tablo'da verilmiştir. bir.

Elektriğin bir kısmı ısıtma suyuna ve elektrotlara harcandığından, elektroliz sırasında üretilen maddenin gerçek miktarı formül (1) ile hesaplanan teorik miktardan daha azdır. Bu nedenle, hesaplamalar mevcut kullanım faktörünü η dikkate alır.< 1, величина которого определяется экспериментально.

Elektrot işlemleri sırasında, elektrot ile elektrolit - su arasında yüklü parçacık ve iyon alışverişi olur. Bunu yapmak için, kararlı hal denge koşulları altında, minimum değeri redoks reaksiyonunun tipine ve 25 °C'deki su sıcaklığına bağlı olan bir elektrik potansiyeli yaratmak gereklidir (Tablo 2).

Su elektrolizinin ana parametreleri, akım gücü ve yoğunluğu, elektrot hücresi içindeki voltajı ve ayrıca elektrotlar arasında suyun kalma hızı ve süresini içerir.

Elektrot hücresinde üretilen voltajlar, elektrotlar üzerinde redoks reaksiyonlarının oluşması için yeterli olmalıdır. Voltaj değeri, suyun iyonik bileşimine, sudaki safsızlıkların varlığına, örneğin yüzey aktif maddelere, akım yoğunluğuna (elektrotun birim alanı başına gücü), elektrot malzemesine vb. bağlıdır. Diğer şeyler eşit olmak üzere, Bir elektrot malzemesi seçmenin görevi, elektrotlar üzerinde oksidatif geri kazanım reaksiyonlarının geçişi için gereken voltajın minimum olmasını sağlamaktır, çünkü bu, elektrik enerjisi maliyetini düşürür.

Bazı redoks reaksiyonları rekabet halindedir - aynı anda ilerlerler ve karşılıklı olarak birbirlerini engellerler. Akışları, elektrolitik hücredeki voltajı değiştirerek kontrol edilebilir. Bu nedenle, moleküler oksijen oluşum reaksiyonunun normal potansiyeli +0.401 V veya +1.23 V'dir; voltajda +1,36 V'a (moleküler klor oluşumunun reaksiyonu için normal potansiyel) bir artışla, anotta sadece oksijen salınacak ve potansiyelde daha fazla bir artış ile hem oksijen hem de klor aynı anda salınacak ve klor yetersiz yoğunlukta serbest bırakılacaktır. Yaklaşık 4-5 V'luk bir voltajda, oksijenin oluşumu pratik olarak durur ve elektrolitik hücre sadece klor üretecektir.

Su elektroliz işleminin ana parametrelerinin hesaplanması

Su elektrolizinin ana parametreleri, akım gücü ve yoğunluğu, elektrot hücresi içindeki voltajı ve ayrıca elektrotlar arası boşlukta suyun kalma hızı ve süresini içerir.

Mevcut güç I cur, üretilen ürün [A] için gerekli performansa bağlı olarak belirlenen bir değerdir, aşağıdaki formülle belirlenir:

Icur=G/A tη , (3)

Bu formül, formül (1)'in mevcut kullanım faktörü η dikkate alınarak dönüştürülmesiyle elde edilir. Akım yoğunluğu, elektrotun [A / m 2] birim alanı, örneğin anot ile ilgili gücüdür, aşağıdaki ifadeden belirlenir:

ben = ben kür / F en, (4)

burada F an anot alanıdır, m 2 . Akım yoğunluğu, elektroliz işlemi üzerinde en belirleyici etkiye sahiptir: yani, akım yoğunluğundaki bir artışla, elektrot işlemleri yoğunlaşır ve elektrotların yüzey alanı azalır, ancak aynı zamanda elektroliz hücresindeki voltaj artar ve sonuç olarak sürecin tüm enerji yoğunluğu. Akım yoğunluğundaki artan bir artış, elektroliz gazlarının salınımını yoğunlaştırır, bu da elektriksel su arıtmanın çözünmeyen ürünlerinin kabarcıklanmasına ve dağılmasına yol açar.

Akım yoğunluğundaki bir artışla, elektrot hücrelerinde elektrik direncini artıran ve elektrotlarda meydana gelen redoks reaksiyonlarını engelleyen, anot ve katodun yüzey birikintileri tarafından gelen elektronların bloke edilmesinden oluşan elektrotların pasivasyonu da artar.

Anotlar, oksijenin ve diğer bileşenlerin anotlar üzerinde emilmesinin bir sonucu olarak yüzeylerinde ince oksit filmlerinin oluşmasının bir sonucu olarak pasifleştirilir ve bu da sulu safsızlıkların parçacıklarını emer. Katotlarda, özellikle sertliği arttırılmış su arıtımı durumunda, esas olarak karbonat birikintileri oluşur. Bu nedenlerle, suyun elektrolizi sırasındaki akım yoğunluğu, teknolojik işlem sırasında gerekli redoks reaksiyonlarının kararlı bir şekilde meydana gelmesi için koşullar altında minimuma ayarlanmalıdır.

Elektrolizörün elektrotlar arası boşluğunda suyun kalma süresi, gerekli miktarda elektroliz ürünü üretmek için gereken süre ile sınırlıdır.

Elektrot hücresindeki [V] voltaj aşağıdaki formülle belirlenir:

V ben = ben en ΔK g / χ R , (5)

burada i an akım yoğunluğudur, A/m 2 ; D, elektrotlar arasındaki mesafedir (elektrotlar arası kanalın genişliği), m; χ R, suyun elektriksel iletkenliğidir, 1/(Ohm⋅m); K g - elektrotlar arası boşluğun gaz doldurma katsayısı, genellikle alınan K g \u003d 1.05-1.2.

Formül (5), elektrotun düşük değerlerinden dolayı elektriksel dirençlerini dikkate almaz, ancak pasivasyon ile bu dirençler anlamlı hale gelir. Elektrotlar arası kanalın genişliğinin, kirlilikler tarafından tıkanmama koşullarına göre minimum (3-20 mm) olduğu varsayılır.

Suyun spesifik elektriksel iletkenliği χ R, aralarında en önemlileri sıcaklık, pH, iyonik bileşim ve iyon konsantrasyonu olan bir dizi faktöre bağlıdır (Şekil 5). Sıcaklıktaki bir artışla elektriksel iletkenlik χ R artar ve voltaj düşer (Şekil 6). Minimum elektriksel iletkenlik değeri pH = 7'ye karşılık gelir. Ayrıca elektroliz işlemi sırasında suyun sıcaklığı ve pH'ı artar. pH > 7 ise, suyun özgül elektriksel iletkenliğinde χ R ve pH değerlerinde bir azalma bekleyebiliriz.< 7 удельная электропроводность воды χ R , наоборот, возрастает (рис. 5).

Orta mineralizasyonlu doğal suların özgül elektrik iletkenliği 0.001-0.005 1 / (Ohm⋅m), kentsel atık su 10-0.01 1 / (Ohm⋅m) 'dir. Elektroliz sırasında elektriksel iletkenlik 0.1-1.0 1 / (Ohm⋅m) aralığında olmalıdır. Kaynak suyunun elektrik iletkenliği yetersiz ise tuzluluk arttırılmalıdır (Şek. 7). Bunun için genellikle, dozları deneysel olarak belirlenen ve çoğunlukla 500-1500 mg / l (8-25 meq / l) olan sodyum klorür (NaCl) kullanılır. Sodyum klorür sadece uygulama ve güvenlik (depolama, çözelti hazırlama vb.) açısından uygun olmakla kalmaz, aynı zamanda NaCl varlığında elektrot pasivasyonu yavaşlar. Suda ayrışan NaCl, suyu klor anyonları Cl - ve sodyum katyonları Na + ile doyurur. Klor iyonları Cl - küçüktür ve pasifleştirici tortulardan anot yüzeyine nüfuz ederek bu tortuları yok eder. Diğer anyonların, özellikle sülfat iyonlarının (SO 2-4) varlığında, klorür iyonlarının (Cl -) pasifleştirici etkisi azalır. Hücrenin kararlı çalışması, iyonlar - Cl - toplam anyon sayısının en az %30'unu oluşturuyorsa mümkündür. Elektroforez sonucunda, sodyum katyonları Na +, üzerinde hidroksit iyonlarının OH - üretildiği katotlara hareket eder ve ikincisi ile etkileşime girerek, katotlardaki karbonat birikintilerini çözen sodyum hidroksit (NaOH) oluşturur.

Elektrolitik hücrenin güç tüketimi [W] aşağıdaki ilişki ile belirlenir:

N tüketimi = η e I cur Ve e, (6)

η e hücrenin verimliliği olduğunda, genellikle alınır η e = 0.7-0.8; Ben cur - mevcut güç, A; V e - elektrolizördeki voltaj, V.

Suyun hücrenin elektrotlar arası boşluğunda kalma süresi, gerekli miktarda elektroliz ürününün üretilmesi için gereken süre ve ayrıca karşılık gelen hacimsel reaksiyonların süresi ile sınırlıdır ve deneysel olarak belirlenir.

Elektrotlar arası boşluktaki su hareketinin hızı, elektroliz ürünlerinin ve diğer safsızlıkların elektrolizörden uzaklaştırılması için koşullar dikkate alınarak ayarlanır; ek olarak, türbülanslı karıştırma, hacimsel reaksiyonların seyrini etkileyen su hareketinin hızına bağlıdır. Suyun kalış süresi gibi, suyun hızı da deneysel verilere göre seçilir.

Devam edecek.

1. Bakhir V.M., Liakumovich A.G., Kirpichnikov P.A., Spektor L.E., Mamadzhanov U.D. Maddelerin aktivasyon fenomeninin fiziksel doğası // Izv. Özbek SSR Bilimler Akademisi. Sör. teknoloji Nauk., No1/1983.

2. Kulsky L.A. Elektrokoagülasyon ile su arıtma / L.A. Kulsky, P.P. Strokach, V.A. Slipchenko ve diğerleri - Kiev: Budivelnik, 1978.

3. Lipovetsky Ya.M. İçme ve atık suların elektrokimyasal arıtma yöntemleri / Ya.M. Lipovetsky, Ya.D. Rappoport - M.: RSFSR'nin Minzhilkomkhoz'undan TsBNTI, 1985.

4. Kirpichnikov P.A., Bakhir V.M., Gamer P.U., Dobrenkov G.A., Liakumovich A.G., Fridman B.S., Agadzhanyan S.I. Medyanın elektrokimyasal aktivasyonunun doğası üzerine // Dokl. SSCB Bilimler Akademisi, No3/1986, Cilt 286.

5. Bakhir V.M., Zadorozhniy Yu.G. Elektrokimyasal reaktörler RPE. - M.: "Hyperoks", 1991.

6. Yakovlev S.V. Elektrokimyasal su arıtma teknolojisi / S.V. Yakovlev, I.G. Krasnoborodko, V.M. Rogov. — L.: L.O. Stroyizdat, 1987.

7. Bakhir V.M. Suyun dezenfeksiyonu, saflaştırılması ve aktivasyonu için modern teknik elektrokimyasal sistemler. — M.: VNIIIMT, 1999.

8. Bakhir V.M., Zadorozhniy Yu.G., Leonov B.I., Panicheva S.A., Prilutsky V.I. Elektrokimyasal aktivasyon: su arıtma ve faydalı çözümler elde etme. — M.: VNIIIMT, 2001.

9. Kulsky L.A. Suyun özellikleri, analiz yöntemleri ve saflaştırılması el kitabı. Bölüm 1 / L.A. Kulsky, I.T. Goronovsky, AM Koganovsky ve diğerleri - Kiev: Naukova Dumka, 1980.

10. Medrish G.L. Doğal ve atık suların elektroliz kullanılarak dezenfeksiyonu / G.L. Medrish, A.A. Taisheva, D.L. Havza. — M.: Stroyizdat, 1982.

11. Volovnik G.I. Su arıtmanın teorik temelleri / G.I. Volovnik, L.D. Terekhov. Bölüm 1. - Habarovsk: Uzak Doğu Devlet Demiryolu Mühendisliği Üniversitesi yayınevi, 2000.

12. Bakhir V.M. elektrokimyasal aktivasyon. Bölüm 2. - M.: VNIIII bal. teknoloji, 1992.

13. Babtsova N.F., Komarov I.F. STEL cihazını cerrahi departmanda kullanma deneyimi / II Int. semptom. "Elektrik. aktivasyon”, Bölüm 1. - M., 1999.

14. Leonov B.I., Prilutsky V.I., Bakhir V.M. Elektrokimyasal olarak aktifleştirilmiş suyun biyolojik etkisinin fizikokimyasal yönleri. — M.: VNIIIMT, 1999.

15. Bakhir V.M. Elektrokimyasal aktivasyonun teorik yönleri / II Int. semptom. "Elektrik. aktivasyon". Bölüm 1. - M., 1999.

16. Toropkov V.V., Altshul E.B., Toropkova E.V. İlaç katolitinin toksikolojik özellikleri / III Int. semptom. "Elektrik. aktivasyon". - M., 2001.

17. Leonov B.I., Bakhir V.M., Vtorenko V.I. Pratik tıpta elektrokimyasal aktivasyon / II Int. semptom. "Elektrokimyasal aktivasyon", Bölüm 1. - M., 1999.

18. Toropkov V.V. Altshul E.B., Peresypkin O.I. AN ve ANK anolitlerinin ağız boşluğunun mukoza zarları üzerindeki etkisinin farmakolojik etkinliği / II Int. semptom. "Elektrik. aktivasyon” // Bildiriler, raporlar. ve mesaj Bölüm 1. - M., 1999.

19. Prilutsky V.I., Bakhir V.M. Elektrokimyasal olarak aktifleştirilmiş su: anormal özellikler, biyolojik etki mekanizması. — M.: VNIIIMT, 1997.

20. Panicheva S.A. Karmaşık tıbbi cihazların dezenfeksiyonu ve sterilizasyonu için yeni teknolojiler. — M.: VNIIIMT, 1998.

1. Oersted'in deneyinde ne gözlemlendi?
a) İki paralel iletkenin akımla etkileşimi.
b) İki manyetik iğnenin etkileşimi.
c) İletkenin yanından akım geçtiğinde manyetik iğnenin dönmesi.
d) Bobine bir mıknatıs yerleştirildiğinde bobinde elektrik akımı oluşması.

2. İki paralel iletken, içlerinden aynı yönde akım geçiyorsa, birbirleriyle nasıl etkileşir?
a) çekilir. b) kovmak. c) Etkileşim kuvveti sıfırdır. d) Doğru cevap yoktur.

3. Bir iletkenden doğrudan elektrik akımı geçirildiğinde, çevresinde bir manyetik alan oluşur. Bir kağıt yaprağındaki çelik talaşların konumu veya iletkenin yanında bulunan manyetik bir iğnenin dönüşü ile tespit edilir.Bu manyetik alan uzayda nasıl hareket ettirilebilir?
a) Çelik talaşların transferi. b) Mıknatısı hareket ettirerek. c) Bir iletkenin akımla aktarımı. d) Manyetik alan hareket ettirilemez.

4. K anahtarı açıldığında bobin içindeki A ve B noktalarına yerleştirilen manyetik iğneler nasıl konumlanacak?
a) Şekilde sağa eşit kuzey kutbu.
b) Şekilde soldaki aynı kuzey kutbu.
c) Kuzey kutupları birbirine bakan oklar.
d) Güney kutupları birbirine bakan oklar.

5. AC motorların cihazı neden DC'den daha basittir? DC motorlar neden araçlarda kullanılır?

6. Elektromıknatısın kutuplarını belirleyin.

7. Akımların manyetik alanını tasvir edin ve manyetik alan çizgilerinin yönünü belirleyin.

8. Manyetik alana yerleştirilmiş akım taşıyan bir iletkene etkiyen kuvvetin yönünü belirleyin.

9. Üç öğeniz var - "cihazlar": bir tahta blok, birbirini çekmeyen iki çelik çivi ve kalıcı bir mıknatıs.
Üç "kara kutu" sırasıyla şunları içerir: bir mıknatıs, iki çivi ve bir tahta blok. Kutuların her birinde ne olduğunu bulmak için hangi araçları ve hangi sırayla kullanmak daha iyidir?

10. Bir DC motor 24 V gerilimli bir kaynaktan 2 A akım tüketir. Sargısının direnci 3 ohm ise motorun mekanik gücü nedir? K.P.D.'si nedir?

Şekil 1'de kesiti ve manyetik alanı gösterilen iletkendeki akımın yönünü belirleyin.

3. Manyetik alan çizgilerinin yönü oklarla gösterilen iletkende akımın yönü nedir (Şekil 3)?

5. Şekil 5'te gösterilen manyetik kuvvet çizgileri doğrultusunda halkadaki dairesel akımın yönünü belirleyin.

Elektromanyetik dalgalar ortaya çıkar: A. Elektrik yükleri sabit bir hızla hareket ettiğinde. B. Elektrik akımının hızlandırılmış hareketi ile

B. Sabit ücretler civarında.

G. Doğrudan elektrik akımının geçtiği sabit bir iletkenin etrafında.

D. Sabit yüklü bir metal plakanın etrafında

1. Elektrik akımı denir... A). elektronların hareketi. B). yüklü parçacıkların düzenli hareketi. B). Elektronların düzenli hareketi. 2.

Bir iletkende elektrik akımı oluşturmak için gereklidir... A). içinde bir elektrik alanı oluşturun. B). içinde elektrik yükleri oluşturur. B). içindeki elektrik yüklerini ayırmak için. 3. Metallerde elektrik akımı oluşturan parçacıklar nelerdir? A). Serbest elektronlar. B). pozitif iyonlar. B). negatif iyonlar. ^ 4. Galvanometrelerde hangi akım hareketi kullanılır? A. Termal. B. Kimyasal. B. Manyetik. 5. Elektrikli sobanın devresindeki akım gücü 1,4 A'dır. Spiralinin kesitinden 20 dakikada hangi elektrik yükü geçer? A). 3200 cl. B). 1680 sınıfı B). 500 cl. ^ 6. Ampermetre devreye doğru olarak hangi şemada (Şekil 1) bağlanmıştır? ANCAK). 1. B). 2. B). 3. 7. İletkenden 6 C'ye eşit bir elektrik yükü geçtiğinde 660 J iş yapılır.Bu iletkenin uçlarındaki gerilim nedir? ANCAK). 110 V. B). 220 V.V). 330V. ^ 8. Voltmetre hangi şemada (Şekil 2) devreye doğru şekilde bağlanmıştır? ANCAK). 1. B). 2. 9. Aynı kesitteki iki bakır tel bobinin uzunluğu sırasıyla 50 ve 150 m'dir.Bunlardan hangisinin direnci daha fazladır ve kaç katıdır? ANCAK). İlki 3 katıdır. B). İkincisi 3 katıdır. ^ 10. Uçlarındaki gerilim 6 V ise, 25 cm uzunluğunda ve 0.1 mm2 kesitli bir nikel telden geçen akımın gücü nedir? ANCAK). 2 A.B). 10 A.B). 6 bir

1. Elektrik akımı şiddeti hangi birimlerde ölçülür? A. Ohm; BJ; W.W; G.A.

2. Bir elektrik akımı herhangi bir ortamdan geçtiğinde her zaman hangi eylemler ortaya çıkar?

ANCAK. Termal; B. Manyetik; AT. Kimyasal; G. Işık.

4. 10 C'lik bir yükü hareket ettirirken 2200 J iş yapılırsa, ampulün altındaki voltajı belirleyin.

5. Şekilde verilen devrede AB kesitinin direncini belirleyiniz.

6. 150 m uzunluğunda ve 0,2 mm2 kesit alanına sahip bir nikrom telin direncini hesaplayın.

7. 3,5 mm2 kesitli ve 14,2 m uzunluğundaki bir bakır iletken 2,25 A akım taşımaktadır. Bu iletkenin uçlarındaki gerilimi belirleyiniz.

8. İçinde 16 A'lık bir akım gücünde 35 s'de iletkenin kesitinden kaç elektron geçer?

9. 6 ohm dirençli bir direnç yapmak için alınan 2 mm2 kesit alanına sahip bir demir telin kütlesini belirleyin.