Диссертация (1150300), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Затем на дно склянки дляградуировки наливали немного водопроводной воды и устанавливают в нее сенсор.Для проведения градуировки анализатора по атмосферному воздуху, насыщенномупарами воды, дожидаются стабилизации показаний сенсора в режиме градуировки,вводят значение атмосферного давления и сохраняют измеренные значения.В соответствии с руководством по эксплуатации, при проведении измерений53анализаторАКПМ-02вноситдвойнуютемпературнуюкомпенсацию,учитывающую как диффузионные свойства газопроницаемой мембраны, так итемпературную зависимость коэффициента растворимости кислорода в воде.
Приэтом также компенсируется систематическая погрешность измерений «Жидкостьгаз».3.3 Способы задания концентраций растворенного кислородаИзменение концентрации растворенного кислорода в воде достигалось двумяспособами. В первом варианте в воду, находящуюся в равновесии с воздухом,добавлялось фиксированное количество сульфита натрия, обеспечивающееуменьшение концентрации растворенного кислорода до требуемых значений.Далее анализируемая среда пропускалась через измерительную ячейку (рисунок8а).Насос(а)АКПМ-02АнализируемаяпробаЭкспериментальная ячейкаПотенциостат ирегистрирующееустройствоМЭБНасос(б)АКПМ-02ДеионизованнаяводаЭкспериментальная ячейкаПотенциостат ирегистрирующееустройствоРисунок 8 - Схема экспериментальной установки при задании концентрациикислорода химическим способом (а) и при использовании электрохимическоговарианта изменения концентрации кислорода (б).Для изменения концентрации растворенного кислорода в воде без измененияеехимическогосоставаиспользовалсяэлектромембранныйметодэлектрохимической деоксигенации высокочистой воды [109].
Сущность методазаключается в реализации процесса взаимодействия растворенного в водекислорода с водородом, электрохимически генерируемом на катодной поверхностикатионообменной мембраны, с двух сторон покрытой каталитически активнымслоем платины или палладия. При пропускании воды через проточную катоднуюкамеру такого устройства и наложении электрического поля на электроды54происходит электролиз деионизованной воды. При этом на катоде протекаютследующие электрохимические реакции:- ионизация растворенного кислорода: ½O2 + H2O + 2eˉ 2OHˉ;- образование атомарного водорода: H2O + 2eˉ 2OHˉ + H+;Образующийсяатомарныйводороднакаталитическойпалладиевойповерхности взаимодействует с растворенным в воде кислородом с образованиемводы.
Для обеспечения полноты взаимодействия электрохимически генерируемоговодорода с растворенным кислородом после мембранного модуля устанавливаласьколонка, заполненная каталитически активным сорбентом (ионообменная смола,поверхность которой покрыта палладием).В работе использовалось устройство для обескислораживания воды,разработанное и изготовленное во ФГУП НИТИ им. А. П. Александрова дляполученияобескислороженнойводывсоставеиспытательногостендаавтоматизированного химического контроля [110]. Устройство включало в себямембранный модуль фильтр-прессного типа (8х7х23 см), и колонку скаталитически активным сорбентом (диаметр 30 мм, высота 250 мм),установленную после мембранно-электродного блока (МЭБ). Внешний вид,используемого МЭБ, представлен на рисунке 9.Рисунок 9 - Внешний вид мембранного модуля обескислораживания водыОстаточное содержание растворенного кислорода на выходе из устройстваопределялось током, протекающим через мембранный модуль, и контролировалосьпроточным кислородомером АКМП-02.
Так, при скорости потока воды 2,5 дм3/час,55содержании растворенного кислорода на входе в устройство 8 мг/дм3, величине токаподаваемого на устройство 70 мА – содержание растворенного кислорода вфинишной воде - менее 10 мкг/дм3. Уменьшение величины тока приводило, всоответствии с законом Фарадея, к увеличению концентрации растворенногокислорода в получаемой на выходе воде. На рисунке 10 продемонстрированызависимостипостепенногообескислораживанияанализируемойсредыприизменении величины тока, подаваемого на МЭБ, схема экспериментальной установкиприведена на рисунке 8 (б).807570-30мАстепень обескислораживания, %6560555045-20мА403530252015-10мА105020406080100120140160180200220t, минРисунок 10 - Степень обескислораживания анализируемой среды взависимости от величины тока.3.4 Алгоритмы проведения экспериментаВ ходе работы было отработано несколько алгоритмов проведенияэкспериментов, в том числе:1.
Алгоритм с подачей напряжения в покоящемся растворе - заполнениеизмерительной камеры сенсора анализируемой средой в потоке раствора,остановка потока, включение «поляризующего» напряжения (минус 0,7 В),регистрация хроноамперограммы;2. Алгоритм с подачей напряжения на потоке - заполнение измерительной56камеры сенсора средой в потоке раствора, включение поляризующего напряжения(минус 0,7 В), остановка потока (после стабилизации значения тока), регистрацияхроноамперограммы;3. Алгоритм амперометрического измерения - заполнение измерительнойкамеры сенсора средой в потоке раствора, включение «поляризующего»напряжения (минус 0,7 В), измерение тока в системе.3.5 Ячейки, для проведения измеренийВ работе было опробовано три варианта конструкции ячейки для проведениякулонометрических измерений.1.
Для проверки возможности осуществления на практике теоретическихрассуждений, изложенных в главе 2, была использована ячейка с фиксированнымобъемом анализируемого раствора, представляющая собой ячейку Кларка,модифицированную для проведения кулонометрических измерений.2. Для проверки влияния объема анализируемого раствора на значениеконстанты была разработана ячейка с возможностью изменения объемов,позволяющая варьировать значения внутреннего и внешнего объема ячейки (т.е.толщину электролита между рабочим электродом и мембраной и объеманализируемого раствора).3. Для исключения влияния газопроницаемой мембраны на результаты быларазработана ячейка с ионообменной мембраной, в которой рабочий электродрасположен непосредственно в анализируемой среде.Детально конструкции ячеек рассмотрены в экспериментальной части.574 Результаты эксперимента и их обсуждение4.1 Результаты измерений с ячейкой с фиксированным объемомДля проверки возможности осуществления на практике теоретическихрассуждений, изложенных в главе 2 диссертации, была использована ячейка,представляющая собой ячейку Кларка, модифицированную для проведениякулонометрических измерений (рисунок 11).
Ячейка разработана ОАО «НПОЦКТИ им. И.И. Ползунова» для контроля концентрации растворенного кислородав оборотных водах ТЭЦ. Корпус ячейки выполнен разъемным и состоящим из трехчастей (1) из полиметилметакрилата, которые скрепляются между собой винтами(6). Средняя часть корпуса представляет собой полый цилиндр с толщиной стенок16 мм. Нижняя часть корпуса содержит отверстия для ввода и выводаанализируемой пробы, объем анализируемой пробы ограничен (0,32 см3). Верхняячасть представляет собой электродную систему, с тремя плоскими серебрянымиэлектродами.Площадиповерхностиэлектродов:рабочий–78,5мм2,вспомогательный – 314 мм2, сравнения – 452 мм2).
Приэлектродное пространствоотделяется от анализируемой среды газопроницаемой тефлоновой мембраной (5)толщиной 30 мкм.1 – корпус2Вводэлектролита6432 – вспомогательный эл-д3 – рабочий эл-д4 – эл-д сравнения15 – газопроницаемая мембрана6 – винты, скрепляющие части7корпуса5Ввод и выводпробы7 – уплотнительное кольцоРисунок 11 - Схема ячейки с фиксированным объемом.58Большая площадь поверхности рабочего электрода и поток анализируемойсредыпозволяютуменьшитьсопротивлениесреды,использованиегазопроницаемой мембраны обеспечивает селективность в работе сенсора,отсутствие сопутствующих реакций, и соответственно обеспечивает 100% выходпо току.При работе с ячейкой с фиксированным объемом использовался алгоритм сподачей напряжения в покоящемся растворе, а концентрации растворенногокислорода задавали с помощью сульфита натрия: готовили и анализировалирастворысульфитанатриясконцентрациями1,2,5и7,5г/дм3.Обескислораживание воды происходит за счет окисления сульфита натриякислородом до сульфата натрия:2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4,По уравнению реакции для полного обескислораживания воды насыщеннойкислородом(≈8мг/дм3)необходимоприготовитьрастворсульфитасконцентрацией 63 мг/дм3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
