Studlancer net insho, kurs ishi, diplomga buyurtma bering!

1.4 Elektrokimyoviy usullarning fizik-kimyoviy asoslari

Elektrodlar suvga botirilganda va ularga etarli kuchlanish qo'llanilganda, elektr tokini o'tkazish jarayoni elektrolitdagi elektrodlar tomon harakatlanadigan ionlar, ya'ni suv va elektronlar tashqi kontaktlarning zanglashiga olib kirishi bilan boshlanadi. Elektr maydoni ta'sirida musbat zaryadlangan ionlar katodga, manfiy zaryadlangan ionlar esa anodga o'tadi. Elektrodlarning o'tishi elektrodlarda sodir bo'ladi. Katod eritmaga elektronlarni chiqaradi va elektrodga yaqin bo'shliqda qaytarilish jarayonlari sodir bo'ladi . Anodga yaqin bo'shliqda elektronni reaksiyaga kirishuvchi zarrachalardan elektrodga o'tkazish jarayonlari - oksidlanish - sodir bo'ladi .[ 17]

Suvli eritmalarda elektrokimyoviy ta'sirning muayyan jarayonlari amalga oshiriladigan qurilmalar umumiy nomga ega - elektrolizatorlar. Bunday qurilmalarda sodir bo'ladigan va ifloslantiruvchi komponentlarning ekstraktsiyasini yoki zararsizlantirilishini ta'minlaydigan jarayonlarning tabiatiga qarab, ular anodik oksidlanish va katodik qaytarilish, elektrokoagulyatsiya, elektroflotatsiya , elektrodializga bo'linadi .
Elektrokimyoviy usullar kimyoviy reagentlardan foydalanmasdan, nisbatan oddiy avtomatlashtirilgan texnologik tozalash sxemasidan foydalangan holda suvdan qimmatbaho mahsulotlarni ajratib olish imkonini beradi. Jarayon vaqti-vaqti bilan yoki doimiy ravishda amalga oshirilishi mumkin. Usullarning kamchiliklari elektr va metallning yuqori iste'moli, elektrodlar yuzasining ifloslanishi bo'lib, ularni tozalashni talab qiladi.
Elektrokimyoviy tozalash jarayonida zaharli moddalar zaharli bo'lmagan yoki kam zaharli birikmalarga aylanishi, gaz holatiga o'tishi, cho'kishi, ko'pik shaklida suzishi va katodlarga (metall konlari) cho'kishi mumkin.
Elektroliz usuli oqava suvdan tuzlar, kislotalar va ishqorlarni bir vaqtning o'zida regeneratsiya qilishda olib tashlash uchun ishlatilishi mumkin. Turli sanoat tarmoqlarining oqava suvlarini tozalashning elektrokimyoviy usullari (sianidlar, tiosiyanatlar, nitro birikmalar , aminlar, spirtlar, aldegidlar, sulfidlar, merkaptanlar, bo'yoqlar va boshqalar) ushbu moddalarning anodik oksidlanishiga asoslangan. Mis metallini katod usulida olish rangli metallurgiya, metallga ishlov berish, kimyo sanoatida qo‘llaniladi.
Chiqindilarni elektroliz qilish jarayonida katodda vodorod gazi ajralib chiqadi va suvda erigan metall ionlari chiqariladi. Anodda elektrolitik erimaydigan moddalardan kislorod va galogenlar ajralib chiqadi va oqava suvda mavjud bo'lgan ba'zi ionlar va molekulalar oksidlanib, boshqa ionlar va molekulalarni hosil qiladi.
Temir, alyuminiy va boshqa ba'zi metallarning anodlari to'g'ridan-to'g'ri elektr toki ta'sirida eriydi va suvda erimaydigan oksigidratlar yoki koagulyatsiyaga qodir bo'lgan tegishli metallarning asosiy tuzlarini hosil qiladi.
Elektrokimyoviy usullarning tozalash ta'siri chiqindi suvning boshlang'ich xususiyatlariga (pH, harorat, tuzning umumiy miqdori), shuningdek elektrodlar uchun ishlatiladigan materiallarga va ular orasidagi masofaga, oqim zichligiga, quvvat sarfiga, diafragma va diafragmalarning mavjudligiga bog'liq. ularning materiali, shuningdek, elektroliz jarayonida massa o'tkazuvchanligi (aralash ) intensivligi.
Oqava suvlarda noorganik kislotalar, ishqorlar yoki tuzlar bo'lganligi sababli (tuzning minimal konsentratsiyasi 0,5 g/l bo'lgan) elektr o'tkazuvchanligi nisbatan yuqori bo'lganda elektrokimyoviy usullardan foydalanish maqsadga muvofiqdir.
Elektrolizatorning umumiy sxematik diagrammasi 2-rasmda keltirilgan.

Guruch. 2 - Elektrolizator sxemasi: 1 – tashqi sxema; 2 - sig'im; 3 - anod; 4 - katod; 5 - quvvat manbai

Elektrolizatorda oqava suvlarni eruvchan elektrodlar bilan tozalash usuli elektrokoagulyatsiya deb ataladi. Anodlarni ishlab chiqarish uchun temir (po'lat), alyuminiy, magniy ishlatiladi, ko'pincha katodlar bir xil materialdan tayyorlanadi, bu elektrodlarning polaritesini vaqti-vaqti bilan o'zgartirish orqali qurilmaning xizmat qilish muddatini oshirishga imkon beradi. joriy). Anod sifatida metall chiqindilari bilan to'ldirilgan polimer materialdan (polipropilendan) tayyorlangan vertikal joylashtirilgan teshilgan kassetalardan foydalanish taklif etiladi, masalan, iste'mol qilinganida kasetlarga qo'shiladi. Ushbu turdagi anodlar ommaviy deb ataladi. Elektrodlardagi elektrokoagulatorlarda va eritma hajmida sodir bo'ladigan jarayonlar elektrod materialining tabiati, eritmaning pH darajasi va suv tarkibidagi aralashmalar bilan belgilanadi. Elektr maydoni qo'llanilganda, metall anod eriydi va uning ustida kislorod pufakchalari chiqariladi:

Men → Erkaklar+ + n e , (1)

2 H 2O → O2↑ + 4H+ + 2 e , (6)

Katodda asosan suv molekulalari chiqariladi va vodorod ajralib chiqadi:

2N2O+ 2e → H2↑ + 2OH- (7)

Elektrodlarda chiqarilgan gaz pufakchalari aralashmalarni suzadi va elektrokoagulyatsiya bilan bir vaqtda elektroflotatsiya jarayoni sodir bo'ladi .
Suvga o'tgan metall, temir yoki alyuminiy kationlari gidroksil guruhlari bilan uchrashib, parchalar shaklida metall gidroksidlarini hosil qiladi va kuchli koagulyatsiya sodir bo'ladi. Bir vaqtning o'zida koagulyant bo'laklari va gaz pufakchalarining paydo bo'lishi koagulyatsiya va flotatsiya jarayonlarining bir vaqtning o'zida sodir bo'lishini belgilaydi, shuning uchun bunday qurilmalar elektrokoagulyatsiya - flotatsion o'simliklar deb ataladi . Kichik hajmdagi oqava suvlar uchun (10-15 m3 / soat) o'rnatishlar bir kamerali, katta hajmlar uchun - ikki kamerali yoki ko'p kamerali bo'lishi mumkin. Elektrokoagulyatsiya va elektroflotatsiya jarayonlariga elektrodlar orasidagi masofa, elektrodlar orasidagi suvning harakat tezligi, uning harorati va tarkibi, kuchlanish va oqim zichligi ham ta'sir qiladi. To'xtatilgan qattiq moddalar kontsentratsiyasining 100 mg / l dan oshishi bilan elektrokoagulyatsiya samaradorligi pasayadi. Elektrodlar orasidagi masofa kamayishi bilan metallning anodik erishi uchun energiya sarfi kamayadi. Elektrod metallidan foydalanish darajasi 50-90% ni tashkil qiladi va koagulatorning konstruktsiyasiga, anod materialiga va tozalanayotgan suv tarkibiga bog'liq.
Nazariy quvvat sarfi va oqim zichligi elektrod materialiga bog'liq. Elektrodlar orasidagi masofa 20 mm dan oshmaydi, elektrodlar orasidagi suv harakati tezligi 0,03 dan 0,5 m / s gacha.
Elektrokoagulyator odatda to'rtburchaklar yoki silindrsimon korpus bo'lib, uning ichiga elektrod tizimi - bir qator elektrodlar joylashtiriladi. Tozalangan suv elektrodlar orasidan oqadi. Elektrodlar odatda vertikal ravishda joylashtirilgan va tekis yoki silindrsimon. Tashqi tomondan, elektrodlar bilan bog'langan korpusga ikkita tok o'tkazuvchi mis novda biriktirilgan.
Qoida tariqasida, elektrokoagulyator faqat metall gidroksidlari va agregat zarralarini hosil qilish uchun xizmat qiladi; fazalarni ajratish jarayoni cho'ktiruvchi tanklar, gidrotsiklonlar va boshqalarda sodir bo'ladi. Biroq, bu jarayonlar birlashtirilgan va bir kamerada sodir bo'lgan qurilmalar mavjud. Elektroflotatorlar suv va suzuvchi gazlarning harakat yo'nalishi bo'yicha to'g'ridan-to'g'ri va qarama-qarshi oqimlarga, elektrodlarning joylashishiga ko'ra esa gorizontal va vertikalga bo'linadi.
Elektrokoagulyatsiya usuli yog'lar, yog'lar va neft mahsulotlari, xromatlar, fosfatlar, ba'zi polimerlar, og'ir metallar va boshqalarning emulsiyalangan zarralari bo'lgan oqava suvlarni tozalash uchun ishlatilishi mumkin. Muhitning reaktsiyasi neytral yoki ozgina ishqoriy bo'lishi kerak. Yog'lardan tozalash samaradorligi 54-68%, yog'lardan 92-99% ni tashkil qiladi. 3-rasmda oqava suvlarni elektrokoagulyatsiya usulida tozalash inshootining texnologik sxemasi ko‘rsatilgan, koagulyatsiyalangan aralashmalarning bir qismi suzganda, ikkinchisi cho‘ktiriladi; aylanma suv ta'minoti tizimida tozalangan suv ishlatiladi.



Guruch. 3 - neft mahsulotlaridan chiqindi suvlarni tozalash uchun elektrokoagulyatsiya qurilmasi: 1-filtr; 2-gidrosiklon; 3-elektrokoagulyator-cho'ktiruvchi; 4-joriy manba; 5-to'plam; 6-filtr

Elektrokimyoviy oksidlanish va qaytarilish

Anodik oksidlanish va katodik qaytarilish elektrolizatorda sodir bo'ladigan elektroliz jarayonining asosini tashkil qiladi. Konsentrlangan organik va noorganik ifloslantiruvchi moddalarni tozalash uchun elektrokimyoviy tozalashni qo'llash maqsadga muvofiqdir va past atıksu oqim tezligi . Bunda suvdan sianidlar, tiosiyanatlar, aminlar, spirtlar, aldegidlar, nitrobirikmalar , sulfidlar, merkaptanlar, og'ir metallar ionlari Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cr2+, Cu2+, As2+ va boshqalarni olib tashlash mumkin . Elektrokimyoviy oksidlanish jarayonlarida. , oqava suvlarda topilgan moddalar CO2, NH3 va suv hosil qilish uchun butunlay parchalanadi yoki boshqa usullar bilan olib tashlanishi mumkin bo'lgan oddiy va toksik bo'lmagan moddalarni hosil qiladi. Elektrokimyoviy qaytarilishda metallarni katodda olish mumkin .[ 17]
elektrolitik erimaydigan materiallar qo'llaniladi : grafit, magnetit, qo'rg'oshin, marganets va ruteniy dioksidlar, ular titan asosiga qo'llaniladi. Odatda katod sifatida qotishma po'lat, temir yoki nikel, sink va qo'rg'oshinli volfram qotishmalari ishlatiladi. Anodda elektrokimyoviy oksidlanish reaktsiyasi, katodda esa qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'ladi. Elektrooksidlanish va qaytarilishning asosiy jarayonlariga qo'shimcha ravishda , elektroflotatsiya , elektroforez va elektrokoagulyatsiya bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin .
Elektroliz mahsulotlarini, ayniqsa portlovchi aralashmalarni (vodorod va kislorod) hosil qilishi mumkin bo'lgan gazlarni aralashtirishni oldini olish uchun katod va anod bo'shliqlarini ajratish uchun keramika, polietilen, asbest va shisha diafragmalar qo'llaniladi.
elektrolitik vannalarda amalga oshiriladi , ularda tozalangan suvlar siqilgan havo bilan aralashtiriladi. Sianid o'z ichiga olgan gidroksidi suvlarni elektroliz qilish jarayonida anodda siyanid ionlarining oksidlanishi siyanat ionlarining hosil bo'lishi va ularning keyingi elektrokimyoviy oksidlanishi bilan yakuniy mahsulotga aylanadi:

SN- + 2OH- - 2e →CNO- + N2O (8)

CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32- (9)
CNO- + 4OH- - 6e →2 CO2+ N2 +2H2O (10)
Oqava suvlarning elektr o'tkazuvchanligini oshirish, energiya sarfini kamaytirish va oksidlanish jarayonini kuchaytirish uchun oqava suvlarga mineral tuzlar qo'shiladi.
Bunday holda, metallar katodga yotqiziladi va ularni qayta tiklash mumkin. Xromning qaytarilish reaktsiyasi quyidagicha davom etadi:

Sr2O7 +14 N+ + 12e → 2Sr + 7N2O (11)

Metall zarrachalar tortishish kuchi ta'sirida katoddan ajralib, apparatning pastki qismiga joylashadi.

Elektroliz jarayoniga anodik oqim zichligi, elektrodlararo bo'shliq (anodik oksidlanish uchun 3 sm), suv harakati tezligi, pH va elektrodlarning dizayni ta'sir qiladi. Yassi va volumetrik elektrodlar mavjud. Ikkinchisi metall ionlarida yuqori darajada suyultirilgan eritmalardan metallarni ajratib olish jarayonlarini amalga oshirishda afzalliklarga ega. Hajmi elektrodlari plastinkaga o'xshash, hajmli gözenekli va suyuqlikdir . Elektrodlarning dastlabki ikki turida eritma plitalar blokidan yoki elektr o'tkazuvchan material bilan to'ldirilgan kameradan elektrod kanallari orqali o'tadi. Uchinchi turdagi elektrodlar - bu qatlam hajmida joylashgan oqim kollektorlari bilan aloqa qiladigan elektr o'tkazuvchan dispers materialning (grafit, metall) harakatlanuvchi qatlamlari [ 18]
Ko'rib chiqilgan usullarning tozalash effekti 80-100% ni tashkil qiladi. Elektrokimyoviy oksidlanish va qaytarilish uchun mahalliy qurilmalar mashinasozlik, asbobsozlik, kimyo, neft-kimyo, sellyuloza-qog'oz va boshqa sanoat korxonalarida qo'llaniladi.