27904-1 (Экологическая безопасность при обработке конструкций кондиционеров), страница 5

экспериментальная часть.

Цель:

1. Разработка замкнутой системы водообеспечения и водооборота при очистке от Сr³⁺.

2. Определение возможности использования электрофлотатора для разделения осадка хрома в промывных водах гальванического цеха.

3. Исследование влияния, присутствующих в водах компонентов, органических и неорганических, на анодный и катодный процессы генерации флотирующего агента на окисно-рутениевом титановом аноде и катоде из нержавеющей стали.

Задача исследования:

1. Определение воздействия присутствующих в сточной воде компонентов на вольт-амперные характеристики катодных и анодных процессов.

2. Оценка величины поляризации электродных материалов при рабочих плотностях тока в электрофлотаторе.

Эти исследования выполняются методом вольт-амперных характеристик (потенциодинамическим методом).

Для снятия кривых используется потенциостат П-54.

Исследования проводятся на 3х электродной схеме. Скорость задания потенциала 5В/с В (стационарная кривая) .

Исследуются компоненты, которые характерны для данного производства, и возможно их появление в высоких концентрациях.

Описание установки.

Потенциостат П-5848 состоит из четырех функционально связанных блоков, работающих совместно с электрохимической ячейкой, КСП и миллиамперметром.

БП-1-25 – блок питания – обеспечивает необходимыми постоянными и переменными напряжениями блоки БНЗ и БУ. На панели этого блока расположен тумблер «Сеть» и кнопка включения «60 – А и Б».

БУ – блок усиления

1. Переключатель

   Ячейка откл.

   /

   Ячейка вкл.

   -

   в положении ячейка откл.

2. Переключатель - «род работы» - «потенциал-ток» - указывает на режим работы.

3. Тумблеры mА₁, mА₂ с соответствующими клеммами для подключения внешнего миллиамперметра: включен – верхнее положение

отключен – нижнее положение

1. переключатель «+ - » используется для перемены полюсности в случае отклонения стрелки внешнего миллиамперметра влево.

2. Переключатели «диапазон тока, А» и «множитель тока, А/V» используются в зависимости от выбора режима работы.

БЗН – блок задающих напряжений

Левая сторона панели БНЗ – система развертки.

Тумблеры	Уст.0	Используются при работе в режимах потенциодинамическом и гальванодинамическом с регистрацией на КСП
	-
	0
	Подъем
	Сброс

По шкале А на блоке БЗН наблюдают развертку тока.

Переключатели «множитель скорости» и «амплитуда» используются при расчете скорости развертки.

На правой стороне панели БНЗ

Переключатель U₁ (U₂) с соответствующими задатчиками диапазонов напряжения (1V; 0,1V; mV), с помощью которых выставляются значения начальных и конечных задающих напряжений.

Обратить внимание на положение тумблеров “+ -”, расположенных около задатчиков напряжений U₁ (U₂), которые указывают на знак рабочего электрода.

БВВ – блок высокоомного вольтметра

1. Тумблер «Сеть»

2. Переключатель U₃ U_раб. U_вн - в положении U_раб.

3. Переключатель “+ 0 -” – показывает на полюсность рабочего электрода

4. А – по шкале А наблюдают величину, знак и развертку потенциала

5. крайний правый переключатель – положение этого переключателя указывает на выбранную шкалу прибора.

6. Переключатели 1V и 0,1V не используются и находятся в положении “0”.

На правой боковой панели потенциостата находятся:

1. Тумблер «потенциал-ток» - указывает на режим работы

2. Клеммы для подключения ячейки к потенциостату

Схема подключения ячейки к потенциостату.

1. БП-1-25 – блок питания

2. БУ – блок усиления

3. БЗН – блок задающих напряжений

4. БВВ – блок высокоомного вольтметра

5. КСП – контрольно-самопишущий потенциометр.

6. Ячейка

исследуемые вещества.

В работе исследовали растворы, содержащие веретенное масло, ПАВ «Брулин», скипидар, K₂Cr₂O₇. Так же исследовали нержавеющую сталь в качестве катода и ОРТА.

Окисно-рутениевый титановый анод (ОРТА)

Окисно-рутениевые титановые аноды получили широкое распространение в промышленности. Роль инертной основы в них играет титан, а активное покрытие состоит из смеси оксидов рутения и титана. Оксид рутения, входящий в состав композиции, обладает металлической проводимостью и достаточно высокой электрохимической активностью Оксид титана полупроводник n-типа, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Свойства ОРТА зависят от соотношения оксидов рутения и титана в смеси. Оптимальным с точки зрения электрохимических и электрофизических свойств признано соотношение RuO₂:ТiO₂ и равное 30:70 мол.%. Изменение содержания RuO₂ в активном слое приводит к изменению потенциала ОРТА, что связано с ростом омического сопротивления активного слоя, а изменение сопротивления на границе между титаном и активным слоем с уменьшением содержания RuO₂ в активной массе.

ОРТА обычно получают путем термической обработки смеси хлоридов рутения и титана, нанесенной на титановую основу. Операцию повторяют многократно, получая покрытие необходимой толщины. Можно получать ОРТА путем гальванического осаждения рутения на основу с последующей пропиткой пористого покрытия солями титана и термической обработкой при температуре 580-600°С. Пленка, полученная таким образом представляет собой метастабильные дефектные с неполной степенью кристалличности твердые растворы состава Ru_хТi₁-хО₂.

Перенос носителей заряда в пленках является электронным процессом, обеспечивающим высокие скорости анодной реакции. ОРТА имеет критический потенциал для электролиза водных растворов хлорида, равный 1,45-1,5 В, выше которого происходит окисление RuO₂ до RuO₄, сопровождающиеся разрушением композиционной пленки. Потенциал ОРТА при высоких плотностях тока возрастает вследствие окисления не только активной компоненты композиции, но и титановой основы, которая на границе с активным слоем, покрывается смесью оксидов, обладающих запорными свойствами.

В некоторых случаях критических потенциал сдвинут в сторону более чем 1,5 В положительных значений.

Толщина композиционного слоя на поверхности титановой основы в несколько мкм обеспечивает эксплуатацию ОРТА на протяжении 4-6 лет. Титановая основа может быть повторно использована для нанесения композиций из RuO₂и ТiO₂. Наиболее удобен способ ремонта ОРТА после окончания тура работы, предусматривающий нанесение нового активного слоя без полного удаления остатков старого[28].

Опыт проводился в потенциодинамическом режиме.

катод из нержавеющей стали.

Молекулярная масса – 91,873

Сталь – сплав железа с углеродом, светло-серый или серый с плотностью 5,3 г/см³. Проводит тепло и электрический ток.

Веретенное масло.

Представляет собой темную маслянистую жидкость. Плотность при 20^оС не менее 0,886 – 0,896 г/л.

Температура вспышки не ниже 155^оС.

Температура самовоспламенения 280^оС.

ПАВ – «Брулин».

Неионоактивное ПАВ. Представляет собой зелено-синюю темную жидкость, растворимую в воде. Разрушает жиры и подтравливает основу металла (удаляет оксидную поверхностную пленку). Биологически разлагаемое вещество. Разработано галандско-русской фирмой «ЭСТОС»

электрод сравнения.

Хлорсеребряный электрод сравнения. Электрод состоит из серебряной пластинки или проволочки, впаянной в стеклянную трубку. На серебро наносят слой хлорида серебра. Способы нанесения соли различны. Осадок на поверхности металла можно получить, например, электролизом, если электролиз вести в растворе соляной кислоты, и серебряную проволочку (или пластинку) подключить к аноду. Катодом может быть платиновый электрод. Благодаря малой растворимости хлорида серебра небольшого слоя соли достаточно, чтобы раствор, содержащий ионы хлора, в который затем опускают электрод, был бы насыщен хлоридом.

методика проведения опыта.

потенциодинамический режим.

Работа с потенциостатом при использовании развертки потенциала проводится в следующем порядке:

1. Перед началом работы необходимо посчитать и выставить скорость развертки потенциала, диапазон тока, скорость движения диаграммной ленты.

2. Проверить включение потенциостата.

Блок БП – тумблер «сеть»	В верхнем положении
Блок БВВ – тумблер «сеть»

Блок БВВ – тумблер «анод»	В верхнем положении
Блок БП – кнопка «60 – А и Б»	Нажата

1. На блоке БУ

• Переключатель

Ячейка откл.

/

Ячейка вкл.

-

в положении ячейка откл.

• Переключатель «род работы» - в положении «ток», а на правой боковой панели потенциостата тумблер «ток-потенциал» - в положении «ток»

• К клеммам mA₁ подключен внешний миллиамперметр, тумблер – в верхнем положении, шкала прибора на А устанавливается в положении 7,5 А с постепенным повышением чувствительности шкалы прибора в процессе работы.

• Переключатель «множитель тока» - не используется и находится в крайнем правом положении.

1. Скорость развертки потенциала равна произведению значения «амплитуды» на «множитель скорости» (блок БЗН).

2. Скорость движения диаграммной ленты указана в работе и выставляется на КСП.

3. Диапазон тока выставляется для каждой задачи конкретно (блок БУ).

4. На блоке БНЗ:

   	Уст.0 работа	- в положении «работа»
   	+	устанавливается в положении «+», если снимается
   	0	анодная поляризационная кривая; «-» - если снимется
   	-	катодная поляризационная кривая
   	подъем сброс	- в положении «сброс»

5. Подключить ячейку.

6. По шкале А на блоке БВВ определяем знак и начальное значение ЭДС (система рабочий электрод – электрод сравнения), с которого будет начат эксперимент. Обратить внимание на положение «шкала прибора», V (крайний правый переключатель).

7. Переключатель напряжений установить в положение U₂ (блок БНЗ). Выставить с помощью переключателей задатчиков напряжений U₂ величину значения ЭДС (система рабочий электрод – электрод сравнения). Величина начального напряжения выставляется тремя задатчиками напряжения в диапазонах 1V; 0,1V; mV. Численное значение ЭДС получается сложением всех трех величин.

8. Подать напряжение на ячейку, для чего переключатель «род работы» на блоке БУ установить в положение «ячейка вкл.».

9. На блоке БЗН включить тумблер «подъем-сброс» в полложение «подъем». Должны наблюдать развертку тока. На внешнем миллиамперметре, подключенном к клеммам mА₁ (mА₂) на блоке БУ.

10. Развертку потенциала должны наблюдать на миллиамперметре (блок БВВ).

11. По окончании работы необходимо произвести выключение потенциостата в следующем порядке:

• тумблер «подъем / сброс» в положении «сброс»

• переключатель на блоке БУ

  Ячейка откл.

  /

  Ячейка вкл.

  -

  в положении ячейка откл.

• выключить тумблер движения диаграммной ленты на КСП.

Снимаются кривые, для получения характеристик, в частности, величины перенапряжения при выделении газа на катоде и аноде. Из полученных экспериментальных данных проводится расчет энергетических и тепловых затрат.

результаты снятия вольт-амперных характеристик.

1. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л

2. Катод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л

3. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л + 0,05 мл масла

4. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л + замасливание анода 0,1 мл масла в 10 мл ССl₄.

5. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л + замасливание анода 0,2 мл масла в 10 мл ССl₄.

6. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л + замасливание анода 1 мл масла в 10 мл ССl₄.

1. Анод. Электролит Na₂SO₄ 2г/л + 0,1 мл ПАВ