CC BY
15УДК 541.138
Интенсификация процесса получения растворов гипохлорита натрия электролизом подземных рассолов при повышенных давлениях кислорода
Ш. У. Расулова, А.Б. Исаев, З.М. Алиев
Введение
Хлорирование - обязательный технологический процесс обработки воды с целью ее обеззараживания. Использование жидкого хлора, ядовитого и взрывоопасного вещества, требует особых мер техники безопасности при работе и хранении.
Гипохлорит натрия - один из безопасных дезинфектантов, содержащий активный хлор, образующийся при электролизе растворов поваренной соли как в диафрагменных, так и без-диафрагменных электролизерах [1, 2]. При этом широко применяют метод электросинтеза гипохлорита натрия на месте потребления из подземных рассолов и морской воды [3, 4].
Использование подземных рассолов для получения гипохлорита является актуальной проблемой из-за устранения в производственном процессе узлов хранения, растворения соли и затрат на подвоз сырья [5].
При работе на неочищенных от солей жесткости подземных рассолах для обеспечения надежной работы электролизера предусматривается периодическая промывка электродной кассеты раствором соляной кислоты.
Для предотвращения образования катодных отложений используют такие технические операции, как предварительное умягчение исходного электролита, создание высокой линейной скорости раствора относительно электродов, механическая зачистка поверхности катодов, растворение отложений кислотой, «скалывание» осадков с катодов методом временной перемены полярностей электродов [6].
Все указанные методы являются технически сложными, несовершенными и трудоемкими. Осаждение солей жесткости на катоде способствует повышению энергетических затрат при проведении электролиза. Использование катодной реакции восстановления кислорода при электросинтезе гипохлорита натрия, по нашему мнению, позволить снизить энергозатраты за счет деполяризации катодного процесса и повысить окислительную способность получаемого раствора за счет образования активных частиц, содержащих кислород.
Исходя из этих предпосылок, в данной работе обсуждаются результаты исследования по электросинтезу гипохлорита натрия под давлением кислорода из подземного рассола одного из источника, находящегося в прибрежной части Каспийского моря у поселка «Манаскент» Республики Дагестан, содержащий до 23,6 г/л ионов хлора, 19,9 мг-экв/л солей жесткости и другие компоненты.
Методика эксперимента
Для изучения кинетики катодной реакции были сняты вольтамперные зависимости на потенциостате П-5827М. При электролизе использовались электролизеры различных конструкций, где предусматривается возможность подачи кислорода или воздуха в раствор электролита. В качестве анода использовали ОРТА, а в качестве катодного материала титан и сталь. Кислород после очистки из баллона подавали в автоклав и раствор перемешивали на лабораторной магнитной мешалке до установления постоянного давления в системе. Количество образовавшегося гипохлорита натрия определяли йодометрически. Экспериментальные данные и их обсуждение
Для выяснения возможности осуществления процесса восстановления кислорода в растворе подземного рассола нами были получены вольтамперные кривые на стальном и титановом электродах при различных парциальных давлениях кислорода. На рис. 1. показаны вольтамперные кривые восстановления кислорода на титане при повышенных давлениях.
Как видно из рисунка потенциал восстановления кислорода на титановом электроде составляет величину равную 0 - -0,4 В.
творе подземного рассола при различных давлениях (МПа): 1 - 0,0; 2 - 0,1; 3 - 0,5; 4 - 0,7.
При восстановлении кислорода на титановом электроде наблюдается две области соответствующие электрохимической кинетике - до Е = -0,2 В и смешанной кинетике (электрохимической и диффузионной) - -0,4 В.
Предельный диффузионный ток охватывает широкую область потенциалов до -1,6 В. При потенциале отрицательнее -1,6 В наблюдается выделение водорода. С повышением давления кислорода предельный диффузионный ток возрастает.
При повышенных давлениях кислорода увеличивается и ток, соответствующий выделению водорода, что можно объяснить деполяризацией катодного процесса.
На рис. 2 показана зависимость катодного тока от потенциала на стали марки Ст-3. На вольтамперной кривой, снятой без давления кислорода не наблюдается пик тока, соответствующий восстановлению растворенного кислорода из атмосферного воздуха. Однако, четко наблюдаются области электрохимической и смешанной кинетики.
С увеличением давления также, как и в случае платинового электрода пик тока восстановления кислорода возрастает и потенциал выделения водорода смещается в положительную область.
Восстановление кислорода на стальном электроде протекает при более отрицательных потенциалах, а выделение водорода при более положительных по сравнению с титановым электродным материалом, что объясняется, по-видимому, наводораживанием титана.
Для сравнения возможных выходов гипохлорита натрия в подземном и искусственно пр иготовленном растворах нами был проведен электролиз при плотности тока 0,1 А/см и содержании 23,6 г/л ионов хлора в подземном рассоле и растворе хлорида натрия. Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1
Выход по току и концентрация активного хлора при использовании различных растворов
Раствор подземн. рассол раствор №С1
Выход по току гипохлорита натрия, % 90 80
Концентрация активного хлора, г/л 5,92 5,62
ре подземного рассола при различных давлениях (МПа): 1 - 0,0; 2 - 0,1; 3 - 0,5; 4 - 0,7.
Как видно из таблицы выходы по току гипохлорита натрия при использовании подземного рассола выше, чем в растворе хлорида натрия при одной и той же концентрации ионов хлора.
Таким образом, осуществление электролиза подземного рассола при повышенном давлении кислорода способствует снижению катодного потенциала и экономии дефицитного сырья.
Литература
1. Фиошин М.Я., Смирнов М.Т. Электросинтез окислителей и восстановителей., Л., 1981.
2. Болцтан С.Ю., Гончарук В.В., Ликлов В.М. Получение гипохлорита натрия в электролизере с керамической мембраной // Электрохимия - 2001, №8 - с. 912-915.
3. Кудрявцев С.В., Бабаев Л.А., Фесенко Л.Н. Особенности электрохимического способа получения растворов гипохлорита натрия // Изв. вузов Сев.-Кавк. региона. Техн. науки - 2000, №1 - с. 71-73.
4. Медриш Г.Л., Тейшева А.А., Басин Д.Л. Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза. М., 1982.
5. Дубов Я.М., Тейшева А.А., Мазанко А.Ф. и др. Электрохимическая установка получения гипохлорита натрия для обеззараживания бытовых сточных вод // Химия и техн. воды - 1984, т. 6, №3 - с. 277-279.
6. Якименко Л.М., Серышева Г.А. Электрохимические процессы в химической промышленности: электрохимический синтез неорганических соединений. М., 1984.
