Получение и принцип действия

Вяткина Оксана Валериевна,

кандидат наук кафедры физической и аналитической химии

ТНУ им. Вернадского

Руководитель:

Булгакова Елена Николаевна,

учитель химии

Ореховской

общеобразовательной

школы I-III ступеней

Сакский район – 2013

ВВЕДЕНИЕ

Наверное, каждый когда-нибудь слышал про так называемые "живую" и "мёртвую" воду. Это тривиальные названия католита и анолита – растворов, получаемых с помощью электролиза[1]. Оба эти раствора носят название электроактивированной воды. Так же в литературе встречаются разные обозначения этой растворов: анолит (мертвая) — «кислая», а католит (живая) — «щелочная», редуци­рованная или ионизированная.

Для получения электроактивированной воды используется электролизер с разделенным диафрагмой катодным и анодным пространством.

Во многих источниках рассказывается о многих необычных свойствах этих растворов – иммуностимулирующих, регенерирующих дезинтоксикационных, антисептических, дезинфицирующих и т. д. Её используют для очистки воды, лечения различных заболеваний, при проращивании семян и поливе растений для улучшения урожайности, дезинфекции оборудования и для других целей.

Электроактивированная вода ещё не полностью изучена и я решил провести её исследования для определения её химических свойств.

В настоящее время перед людьми стоит острый вопрос загрязнения воды.

Вода является важнейшим природным ресурсом, без которого не может функционировать ни одна отрасль экономики. Потребление воды в последние годы резко возросло. Например, на нужд ы промышленности в развитых странах идет до 90% речного стока.

Однако в настоящее время происходит не только количественное истощение, но и качественная деградация водных ресурсов. В Мировом океане содержится 2•10¹² т органического вещества, поступает же с речным стоком ежегодно (4,5—6,3)•10¹⁰ т. [8]

Из 550 техногенных веществ, найденных в промышленных сточных водах, 217 квалифицированы как очень опасные и 280 как опасно вредные (терминология по [9]). К поступлению в гидросферу огромных количеств ксенобиотиков приводит и развитие сельского хозяйства (мелиорация, химизация, интенсификация животноводства и т. п.). С жидкой и твердой фазами в реки выносится большое количество пестицидов, в результате даже в снежном покрове Антарктиды накопилось до 30 000 т ДД [8].

В связи с глобальным загрязнением вод ухудшается качество и водопроводной воды. Можно утверждать, что подготовка и очистка воды превратилась из вспомогательного процесса в самостоятельную капитало- и энергоемкую

отрасль промышленности.

Для очистки вод на сегодня используется по существу все, что имеется в арсенале современных физико-химических методов. Достаточно указать на такие методы, как сжигание, озонирование, обратный осмос, вымораживание, электроокисление, электродиализ и др. Каждый из этих методов имеет свои особенности, которые применительно к очистке сточных вод, естественно, должны учитываться. В общей классификации основных методов очистки сточных вод можно выделить три основных направления: очистка от суспендированных и эмульгированных примесей, удаление растворенных примесей, устранение и уничтожение сильно загрязненных сточных вод.

Электроактивация может стать ещё одним методом, позволяющим быстро и эффективно произвести очистку воды в домашних условиях.

Цель моей работы – изучение и анализ изменения химических и физико-химических показателей воды при электроактивации.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1) Определение содержания растворённого кислорода, ХПК, pH, Eh, прозрачности и коэффициента поверхностного натяжения в различных видах воды: водопроводной воде, воде «Bon-aqua».

2) Определение вышеперечисленных показателей воды после электроактивации взятых видов воды.

3) Анализ изменения показателей воды при электроактивации.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................... 2

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................................... 5

1.1 Получение и принцип действия......................................................................................... 5

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ............................................................................................................ 10

2.1. Оборудование:...................................................................................................................... 10

2.2. Ход работы........................................................................................................................... 12

2.3. Методики.............................................................................................................................. 13

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................. 22

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ................................................................................................... 26

ВЫВОДЫ.............................................................................................................................................. 28

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................... 30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................................... 35

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Получение и принцип действия

Если через воду протекает постоянный электрический ток, то поступление в воду у катода, так же как и удаление электронов из воды у анода, сопровождается серией электрохимических реакций на поверхности катода и анода. В результате образуются новые вещества, изменяется система межмолекулярных взаимодействий, состав воды, в том числе структура воды как раствора. Получают электроактивированую воду с помощью диафрагменного проточного электрохимического реактора, включающего в свой состав специальную мембрану (диафрагму), разделяющую воду, находящуюся у катода и воду, находящуюся у анода. Состав электродов (анода и катода) таков, что они могут обмениваться только электронами.

В результате катодной (католит) обработки вода приобретает щёлочную реакцию, её ОВП снижается, уменьшается поверхностное натяжение, снижается количество растворённого кислорода и азота, возрастает концентрация водорода, свободных гидроксильных групп, уменьшается электропроводность, изменяется структура гидратных оболочек ионов. Католит - мягкая, светлая, со щелочным привкусом вода, иногда с белым осадком; её рН = 10-11 ед.

При анодной (анолит) электрохимической обработке кислотность воды увеличивается, ОВП возрастает, несколько уменьшается поверхностное натяжение, увеличивается электропроводность, возрастает количество растворённого кислорода, хлора, уменьшается концентрация водорода, азота, изменяется структура воды [2]. Анолит - коричневатая, кисловатая, с характерным запахом и рН = 4-5 ед.

Анолит имеет рН менее 6, а ОВП +500 + 1100 мВ. Анолит АНК по параметрам острой токсичности при введении в желудок и нанесении на кожу относится к 4 классу малоопасных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 и обладает в данном классе минимальной токсичностью. При ингаляционном введении анолит АНК с содержанием оксидантов 0,02% и общей минерализацией 0,25 -0,35% не оказывает раздражающего действия на органы дыхания и слизистые оболочки глаз. При введении внутрь анолит не оказывает иммунотоксического действия и повышения уровня хромосомных аберраций в клетках костного мозга и, следовательно, не обладает цитогенетической активностью. При нагревании до 400 С биоцидная активность анолита увеличивается на 30-100% [2].

Католит имеет рН более 8, а ОВП равным минус 200 - минус 800 мВ. Его антибактериальное действие диффренцированное: бактерицидный эффект проявляется относительно энтеробактерий, устойчивыми к нему являются энтерококки и стрептококки группы В, а в отношении грамотрицательных микроорганизмов - только бактериостатическое. Католит с рН ниже 10,5 и ОВП меньше минус 550 не обладает неблагоприятным действием на организм человека и не вызывает токсического эффекта при применении внутрь (В.В. Торопков и др., 2001).

Электрохимически активированные растворы, полученные в специальных установках, в зависимости от силы пропускаемого тока могут быть нескольких видов (Б.И. Леонов, В.М.Бахир, В. И. Вторенко, 1999):

А - анолит кислотный (рН менее 5, ОВП + 800-1200 мВ), активные компоненты НСlО, Сl₂, НСl, НО₂·;

АН - анолит нейтральный (рН 6, ОВП + 600-900 мВ), активные компоненты НСlО, О₃, НО·, НО₂·;

АНК - анолит нейтральный (рН 7,7, ОВП + 250-800 мВ), активные компоненты НСlО, СlО-, НО₂-, Н₂О₂, О₂, Сl·, НО·;

АНД - анолит нейтральный (рН 7,3, ОВП +700-1100 мВ), активные компоненты НСlО, НСlО₂·, СlО-, СlО₂, НО₂·, Н₂О₂, О₂, О₃, Сl·, НО·, О·.

К - католит щелочной (рН более 9, ОВП - 700-820 мВ), активные компоненты NaOH, О₂, НО₂·, НО₂-, ОН-, ОН·, НО₂-, О₂;

КН - католит нейтральный (рН равно или более 9, ОВП - 300-500 мВ), активные компоненты О₂, НО₂·, НО₂-, Н₂О₂, Н·, ОН·.

В процессе получения анолита [2] АНК при катодной обработке исходного раствора протекают реакции:

2Н2O + 2Na++ 2е®2NaOH + H2;

2НO + 2е ® Н2 + 2OН-.

В анодной камере реактора РПЭ протекают реакции, в ходе которых образуются биоцидные компоненты анолита АНК - оксиданты:

2Сl- - 2е^-®Сl2;

2H2O - 4e^- ®4H++O2;

Cl2 + Н2O «НСlO + HCI;

HCI + NaOH ® NaCI + Н2;

Сl- + 2OН- - 2е^- ® СlO- + Н2O;

Сl- + 4OН- - 5е^- ®CIO2+2Н2O;

O2+ 2OН-- Зе^-®О2+Н2O;

НO2-- е^-®НO·2;

ОН-- е^-®НО·;

СlO-+ Н2O2®1O2+ Сl·+ H2O.

Релаксация [2] - постепенный переход физико-химических свойств (параметров) электрохимически активированной воды или раствора из неравновесного состояния после электрохимической активации, в состояние термодинамического равновесия.

Различают частное и общее время релаксации. Первое определяется по какому-либо отдельному свойству (параметру), второе - по совокупности свойств (параметров) и характеризует общую реакционную способность электрохимически активированной воды или раствора для определенного технологического процесса.

Образующиеся при электроактивации формы кислорода активно участвуют в процессе очистки воды [6].

Последовательные [6] одноэлектронные редокс превращения О₂ до Н₂О учетом кислотно-основных форм промежуточных частиц можно представить в виде схемы 1.3.

Применение [6] Н₂О₂, О₂ В технологических процессах в качестве окислителей взамен применяемых сейчас таких сильных окислителей, как гипохлорит, перманганат, пиролюзит, персульфат и др., дало бы природоохранный эффект. Дeло в том, что при использовании указанных сильных окислителей образуются продукты их восстановления, загрязняющие сточные воды, требующие утилизации либо дорогостоящей очистки. Применение же О₂, Н₂О₂ способствует получению экологически чистых продуктов, поскольку при их восстановлении образуется вода. Применение этих экологически чистых окислителей тем более перспективно, что с их участием в живой клетке осуществляются многие окислительно-восстановительные процессы синтеза и деструкции различных органических веществ.

Схема 1.3

Дата добавления: 2015-10-29