CC BY
43
УДК 543.552
Д.А. Жирухин, Л.С. Козлова, В.Т. Новиков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИД ИОНОВ В УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ
Разработана полярографическая методика анализа содержания хлорид ионов в углеродных материалах. Показано, что результаты полярографического анализа сопоставимы с полученными методом ионной хроматографии.
The technique of polarographic analyses of the chloride ions content in the carbon materials was developed. Findings are comparable with those obtained by the method of ion chromatography.
Двойнослойный суперконденсатор (ДСК), в основе которого лежит принцип двойного электрического слоя Гельмгольца, состоит из двух пористых поляризуемых электродов. Аномально высокая емкость электрохимического суперконденсатора может достигать до 250 фарад на грамм активного вещества, в том числе и за счет максимально большой площади контакта между материалами, что достигается использованием в конструкции пористого углеродного материала.
Углерод является наиболее приемлемым и дешевым материалом электродов двойнослойных суперконденсаторов. На характеристики ДСК могут оказывать влияние не только поверхностные функциональные группы, образующиеся при получении углеродных материалов (УМ), но и примеси элементов, остающихся в них при изготовлении: присутствие в активных углях и углеродных наноматериалах остаточного количества катализаторов и других неорганических примесей, которые характеризуют так называемую зольность. Подготовка УМ для отдельных ячеек блока суперконденсатора включает в себя обработку их смесями, содержащими соляную кислоту для снижения зольности и последующую отмывку бидистиллятом. Вместе с тем гарантировать полную отмывку таким способом от хлорид ионов нельзя. В результате недостаточной отмывки от остатков кислоты хлорид ионы могут оставаться в порах электродного материала. Однако их присутствие в УМ даже в небольшом количестве может приводить к зна-
чительному снижению емкостных характеристик электрода суперконденсатора при его заряде за счёт протекания фарадеевского процесса с участием хлорид ионов.
Для определения содержания хлорид иона в пробах активированных углей использовали разработанный нами полярографический метод и в качестве арбитражного - метод ионной хроматографии.
В работе использовался универсальный полярограф ПУ-1, данные с которого снимались при помощи АЦП ЛА-70М в виде платы, встроенной в компьютер. Температура в стеклянной полярографической ячейке (25 °С) поддерживалась при помощи термостата MLW и15 . Ртутный капающий электрод (р.к.э.) с принудительным отрывом капли имел период капания 0,5 с и скорость истечения ртути 1 мг/с.
Также в работе использовался ионный хроматограф «Стайер» с анионообменной колонкой «Илсиан-6» длинной 150 мм и диаметром 4,6 мм. Элюентом служил буферный раствор 0,02 М Ка2С03+0,024 М КаИС03.
Известно, что при анодной поляризации ртутного капающего электрода в растворе, содержащем хлорид ионы, образование на поверхности ртути каломели сопровождается появлением на полярографической кривой предельного тока, пропорционального концентрации хлорид иона в растворе [1].
- 0,15
0,1
Рис. 1. Полярограммы раствора КО. Кривая 1 - 0.01 н К^О3 (кривая фона), 2-8 - кривые окисления хлорид иона
В качестве фонового раствора используется 0,01 н раствор нитрата калия. Для построения калибровочной зависимости предельного тока от концентрации хлорида в 5 мл фонового раствора ККО3, предварительно деаэрированного инертным газом, последовательно добавляли по 0,027 мл
0,01 н раствора КС1. Полученные полярографические кривые приведены на рис. 1. Потенциал приведен относительно насыщенного каломельного электрода сравнения.
Расчёт концентрации хлорида в полярографической ячейке проводили по формуле:
сяч = сисх ■ ^пробы / (^ф она +^пробы )
По найденным значениям предельного тока (табл. 1) был построен калибровочный график (рис. 2).
Таблица 1. Результаты полярографирования для калибровочного графика
№ кривой ^пробьь мл с, моль/л -^пред, мкА*
1 0 0 0
2 0,027 1.Г1 1 о |> СО 0,00921
3 0,027 1,07-10-4 0,01880
4 0,027 1,59-10-4 0,02778
5 0,027 2Д1-10-4 0,03683
6 0,027 2,63-10-4 0,04609
7 0,027 3Д4-10-4 0,05330
8 0,027 3,64-10-4 0,06292
* Значения предельного тока (/пред) приведены за вычетом значения тока фоновой кривой 0,01967 мкА, определенные при потенциале 0,3 В (рис. 1).
Метод ионной хроматографии основан на обмене ионов раствора на ионы неподвижной фазы (ионообменной смолы) [2]. На содержание хлоридов исследовали образец ПФТ-О с пониженной зольностью. Исходный образец активированного угля (АУ) ПФТ был получен карбонизацией текстолита в токе углекислого газа при температуре 450 °С с последующим прогревом при 750 °С.
Рис. 2. Калибровочный график зависимости предельного тока окисления хлорид
ионов от их концентрации
Затем для снижения зольности проводилась кислотная обработка образца при 60 °С сначала 7 %-ным раствором НС1, а затем 15 %-ным раствором НБ, после чего АУ отмывался дистиллированной водой и высушивался при 120 °С (образец ПФТ-О).
Подготовка пробы АУ к анализу на содержание хлорид ионов выполнялась следующим образом. Навеску угля массой 6,6 г обрабатывали двукратно в деионизированной воде объёмом 50 мл по 15-20 минут в ультразвуковой ванне, затем отфильтровывали. Из 100 мл фильтрата отбирали пробы (по 50 мкл) и вводили для анализа в ионный хроматограф.
По полученным хроматограммам рассчитывали содержание хлорида в пробе угля. Раствор, полученный после обработки образца углерода, подвергли анализу полярографическим методом, для подтверждения разработанной методики.
В полярографируемом растворе (5 мл фонового раствора и 5 мл анализируемого раствора) предельный ток составил 0,066 мкА. В соответствии с калибровочным графиком концентрация хлорида в ячейке составляет 3,82-104 моль/л, что соответствует исходной концентрации в анализируемом растворе 7,64-10-4моль/л. По результатам ионной хроматографии концентрация хлорида в анализируемом растворе составляет 8,7-Ю-4 моль/л.
Таким образом, результаты анализа показывают, что после кислотной обработки отмыть АУ обычным образом бидистиллированной водой с
целью полного удаления из него хлорид ионов не удаётся. Расхождение результатов анализа ионной хроматографии и полярографии не превышает 12 %, что вполне допустимо для полярографического метода анализа, который может быть рекомендован для определения хлорид ионов вместо ионной хроматографии.
Библиографический список
1. Гейровский Я., Кута Я. Основы полярографии./Под ред. д.х.н. С. Г. Майрановского. М.: Мир, 1965. 560 с.
2. Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа/ Методическое пособие. М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2007. 109 с.
УДК 351.778.34
А.М. Гайдукова, В.А. Бродский, В.А. Колесников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОКИСНЫХ РУТЕНИЕВО-ТИТАНОВЫХ АНОДОВ В ПРОЦЕССАХ УДАЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Изучен процесс очистки воды от ионов железа (II), в результате реакции окисления железа на границе раздела фаз электрод/раствор. Материал электродов - ОРТА. Установлено, что окисление железа может протекать как с наложением поляризации, так и без поляризации электродов. Эффективность процесса возрастает с ростом силы тока, Максимальная степень извлечения достигается при силе тока 0,3 А и составляет 90% при наложении внешней поляризации.
Water purification process from the iron(II) ions in the iron oxidation reaction at the electrode / solution interface was studied. The electrode material is ORTA. The oxidation of iron can occur as a superimposed polarization and no electrode polarization. The efficiency of the process increases with increasing current, the maximum degree of extraction is achieved with a current of 0,3 A and 90% upon application of the external polarization.
Одной из главных задач водоподготовки является удаление из сточных вод ионов металлов, в том числе ионов железа (II). Удаление железа из воды
