Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ПОЛУЧЕНИЕ «АКТИВНОГО ХЛОРА» ПУТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ НАТРИЯ

Фёдорова Ю.С. 1 Жерякова К.В. 1 Нигматуллина Л.И. 1
1 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
В данной статье проведен анализ влияния исходной концентрации хлорид-ионов в растворе на эффективность протекания процесса электролиза растворов хлорида натрия с целью получения «активного хлора». Представлены основные процессы, протекающие на электродах при электрообработке растворов хлорида натрия. Проведен анализ влияния материала анода на эффективность протекания процесса. Установлено влияние исходной концентрации хлорид-ионов на удельный расход электроэнергии.
растворы
хлорид натрия
электролиз
концентрация
«активный хлор»
параметры
1. Калиновский Е.А., Жук А.П., Бондарь Р.У. Стойкие аноды для электрохимического хлорирования морской воды // Журнал прикладной химии, 1980, Т.3, № 10. –
С. 2233 – 2237.
2. Краснобородько И.Г, Яковлев С.В. Технология электрохимической очистки воды. − Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд-е, 1987. –312 с.
3. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. – 448 с.
4. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Деманганация сточных вод растворами хлорной извести // Альманах современной науки и образования. – 2013. – № 9 (76). – С.115 – 118.
5. Мишурина О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенных георесурсов медноколчеданных месторождений. – автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук // Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 2010.
6. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012,
№ 3. С. 58-62. 
7. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Особенности химических способов извлечения марганца из технических растворов // Молодой учёный. – 2013. – № 5. – С.84 – 86.
8. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Химические превращения кислородсодержащих ионов хлора растворов при разных значениях диапазона рН // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 2-2. С. 43-46.
9. Никитин И.В. Химия кислородных соединений галогенов. – М.: Наука, 1986. – 104 с.
10. Туманова Т.А. Исследование окислительных свойств водных растворов хлора и его кислородных соединений в связи с отделкой целлюлозы. − Дисс. … д-ра хим. наук. – Л.: ЛТА им. Кирова, 1974. – 519 с.

В настоящее время для обеззараживания воды применяется широкий спектр химических реагентов. Самый распространенный и давно применяемый – это «активный хлор», а также вещества, содержащие в своем составе хлор, такие как гипохлорит натрия и кальция, диоксид хлора, хлорамин [4]. Хлор является сильно действующим ядовитым веществом. В случае его утечки существует опасность не только для обслуживающего персонала, но и для населения, проживающего на территории, прилегающей к водоочистному сооружению. Также применяются повышенные требования к перевозке и хранению хлора. Поэтому на сегодняшний день все чаще стали вводить в практику обеззараживания альтернативные хлору химические соединения. Наиболее широкое применение находит гипохлорит натрия – «активный хлор», получаемый на месте потребления электролизом раствора поваренной соли [7, 8].

Целью работы являлось установление влияния исходной концентрации хлорид-ионов в растворе на эффективность протекания процесса электролиза растворов хлорида натрия с целью получения «активного хлора».

Лабораторные исследования по получению электролизного раствора «активного хлора», проводились на электролизере бездиафрагменного типа. Материал анода, используемый в работе электролизера, был выбран нами на основании проведенного анализа литературных источников, которые показали, что для получения хлора и его кислородных соединений электрохимическим наибольшее распространение находят малоизнашивающиеся аноды на титановой основе [1, 2]. В качестве активного покрытия рекомендуются: магнетит, сплавы на серебре, платиново-иридиевые, оксиды железа, свинца, марганца, кобальта и палладия. Но к настоящему времени наибольшее распространение нашли окисно-рутениевые покрытия [5, 6].

Методика проведения эксперимента на лабораторной электролизной установке заключалась в следующем: модельный раствор заливался в электролизер и далее с помощью блока электропитания задавалась необходимая плотность тока на электродах и проводилась электролизная обработка раствора. По окончании процесса электролиза в полученном растворе определяли: концентрацию «активного хлора» в растворах йодометрическим методом; остаточную концентрацию хлорид-ионов в исследуемых растворах методом объемного титрования [3]; рН исследуемых водных систем, на иономере И-160.

При работе электролизера в процессе электролиза растворов хлорида натрия на аноде выделяется [9, 10]:

– молекулярный кислород, в результате разложения гидроксид-ионов и молекул воды:

4ОН ¯ – 4e → 2H2O + О2­↑

4 H2O – 4e → 4H+ + О2­↑

– молекулярный хлор, при разряде хлорид-ионов, который затем в слабокислой и нейтральной среде гидролизуется, образуя хлорид-ионы и кислородсодержащие соединения хлора – «активный хлор»:

2Cl¯ – 2e → Cl2­ ↑

Cl2 + H2O → H+ + Cl¯ + HClO

На катоде в основном происходит образованию молекулярного водорода и гидроксид-ионов в результате разряжения молекул воды и восстановления катионов водорода:

2H2O + 2e → H2­ + 2OH¯

2H+ + 2e → H2↑

Наряду с основными реакциями, как на электродах, так и в объеме электролита возможно протекание и побочных реакций, снижающих выход основных веществ по току:

– на аноде разряжение молекул воды и ионов гипохлорита по реакциям:

2H2O – 4e → O2­ +4H+

6ClO¯ + 3H2O – 6e → 2ClO3¯ +4Cl- +
+6H+ + 3/2O2↑

– на катоде частичное восстановление ионов гипохлорита до хлорид-иона по реакции:

2ClO¯ + H2O + 2e → 2Cl¯ + 2OH¯

В объеме электролита при повышенных температурах может протекать реакция химического образования хлорат-иона:

3ClO- → ClO3¯ + 2Cl¯

Также необходимо отметить, что при электрохимическом получении растворов гипохлорита натрия из натрий-хлоридных рассолов концентрация в прикатодном слое электролита происходит выпадение трудно растворимых гидроксидов щелочноземельных металлов: Ca2+ + 2OH- → Ca(OH)2,

Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2.

В присутствии бикарбоната выпадает трудно растворимая соль карбоната кальция:

Ca2+ + HCO3- + OH- → CaCO3 + H2O.

Основная часть нерастворимых соединений уносится электролитом из электролизера, но некоторое их количество осаждается на катоде, что приводит к постепенному росту напряжения на электролизере и расхода электроэнергии на получение 1-го кг «активного хлора» (ClO¯) [7].

Исследование влияния исходной концентрации хлорид-ионов в растворе на эффективность протекания процесса электролиза растворов хлорида натрия с целью получения «активного хлора» проводили на модельных растворах с содержанием хлорида натрия: 5 г/дм3 (ССl- = 3150 мг/дм3); 10 г/дм3 (ССl- = 6410 мг/дм3); 20 г/дм3
(ССl- = 12700 мг/дм3).

Рабочая плотность тока на анодах составляла 100, 200 и 300 А/м2; электролизную обработку системы проводили в течение 5 минут. Значения рН исходных необработанных модельных растворов колебались в пределах 3,0 – 4,5, после электрохимической обработки значения рН составляли 6,8 – 7,7.

Полученные результаты эксперимента представлены на рис. 1 и 2. 

Зависимости, отображенные на рис. 1 показали, что при равных параметрах режимах работы электролизера, выход по току «активного хлора» с увеличением исходной концентрации хлорида натрия в растворе незначительно возрастает, причем, увеличение концентрации свыше 10 г/дм3 практически не влияет выхода потоку «активного хлора».

Зависимости, представленные на рис. 2, свидетельствуют о том, что увеличение концентрации хлорида натрия в исходном растворе приводит к снижению удельного расхода электроэнергии на получение 1 кг «активного хлора». Причем, изменение исходной концентрации NaCl в растворе от 10 до 20 мг/дм3 незначительно влияет на изменение энергозатрат процесса.

Таким образом, анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что процесс электролизного получения гипохлоритных растворов более эффективно протекает при исходной концентрации хлорида натрия 10 г/дм3, при этом концентрация хлоридов в растворе составит
6, 41 г/дм3. Режим работы электролизера можно быть как проточным, так и статическим. При этом необходимо будет предусмотреть введение в технологическую линию дополнительной емкости для хранения полученных растворов.

fedor1.tiff

Рис. 1. Влияние исходной концентрации хлорид-ионов на выход по току «активного хлора»

fedor2.tiff

Рис. 2. Влияние исходной концентрации хлорид-ионов на удельный расход электроэнергии


Библиографическая ссылка

Фёдорова Ю.С., Жерякова К.В., Нигматуллина Л.И. ПОЛУЧЕНИЕ «АКТИВНОГО ХЛОРА» ПУТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ НАТРИЯ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 12-2. – С. 75-77;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34539 (дата обращения: 24.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074