elektrokemijsko uklanjanje metalnih iona …
TRANSCRIPT
ELEKTROKEMIJSKO UKLANJANJE METALNIH IONA UPOTREBOM PPROTOČNE ĆELIJE
ELECTROCHEMICAL REMOVAL OF METAL IONS USING A FLOW-THROUGH ELECTROCHEMICAL CELL
I v a n a S e v e r , M a r i j a n a K r a l j i ć R o k o v i ćF a k u l t e t k e m i j s k o g i n ž e n j e r s t v a i t e h n o l o g i j e , M a r u l i ć e v t r g 1 9 , 1 0 0 0 0 Z a g r e b
1 – okvir od pleksiglasa
2 – cijevi
3 – elektrode
4 – ploče od pleksiglasa
5 – vijci i matice
6 – gumeno brtvilo
Napon
(U)
oznaka
protoka W h W h kg-1 W h L-1
2,5 V
2 0,70 4937 3,50
5 1,03 3825 5,13
7 1,40 2740 7,00
2,7 V
2 1,76 6026 8,78
5 2,35 5130 11,70
7 2,57 5519 12,80
3 V
2 3,72 10282 18,60
5 3,84 8930 19,20
7 4,35 9088 21,75
naponoznaka
protokaη/%
2,5 V
2 86,2
5 99,5
7 98,8
2,7 V
2 90,3
5 99,7
7 98,6
3 V
2 96,5
5 97,5
7 99,9
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4
-40
-20
0
20
40
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4-8
-6
-4
-2
0
2
4
K2
A2
K1
I /
mA
cm
-2
E / V
Au
Pt
GC
celik
grafit*
olovo
A1
K2
A2
K1I /
mA
cm
-2
E / V
Au
Pt
GC
celik
grafit*
olovo
A1
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
0
100
200
300
I /
mA
cm
-2
E / V
Au
GC
Pt
celik
grafit
Pb
UVOD Industrijske otpadne vode sadrže teške metale :
• krom
• bakar
• arsen
• nikal
• živa
• olovo...
Teški metali uzrokuju zdravstvene probleme :
• usporeni rast i razvoj
• rak
• oštećenja organa, živčanog sustava
• smrt
Metode obrade i pročišćavanja :
• taloženje
• koagulacija
• ionska izmjena
• elektrodijaliza
• elektrokoagulacija
• katodna elektrodepozicija
• depozija bakra pri naponima (U) 2,5 V; 2,7 V i 3,0 V uz protok elektrolita 5,2 mL s-1, 14,3 ml s-1 i 17 ml s-1.
KATODNA ELEKTRODEPOZICIJA METALA
Cu2+ + 2e- → Cu
SVRHA RADA • dizajnirati protočnu elektrokemijsku ćeliju sa pločastim
elektrodama koja će ukloniti bakrove ione iz modelne otopine
10 g L-1 CuSO4 u 0,5 mol dm-3 H2SO4
Ispitivani elektrodni materijali :
• zlato, staklasti ugljik, grafit, platina, čelik sa 18% kroma, ugljik i olovo
Korištena metoda :
• ciklička voltametrija
Iz rezultata dobivenih cikličkom voltametrijom proizlazida je olovo najpovoljnija podloga za depoziciju bakra,potom zlato i platina te čelik, dok su kao najlošijapodloga staklasti ugljik i grafit.
Iako su najmanji katodni prenaponi dobiveni na platini,zlatu i olovu izabran je čelik zbog visoke cijenu platine izlata te činjenicu da je na Pb prilikom redukcije bakraprisutan PbSO4 koji može onečistiti produkt.
Kao najpovoljnija podloga za reakciju razvijanjakisika pokazali su se zlato i platina, te olovo ičelik, a kao najlošija staklasti ugljik i grafit.Kao anodni materijal odabrano je olovo jer ukiseloj otopini nastaje sloj PbO2 koji katalizirareakciju razvijanja kisika dok se čelik kodpozitivnih potencijala djelomično otapaulaskom u transpasivno područje što možedodatno onečistiti elektrolit.
MneM n
22 HeH -I
-E
čvorovi,
dendriti
monokristali
polikristali
praškasti
Sloj bakra na elektrodi dobiven pri različitim naponima i brzinama protoka.
REZULTATI
Bakrena ruda
Bakreni listići
Ovisnost strukture prevlake o vrijednosti struje
0 20 40 60 80 100 120
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
brzina 2
brzina 5
brzina 7
c /
mg m
l-1
t / min
0 20 40 60 80 100 120
550
600
650
700
750
brzina 2
brzina 5
brzina 7
I / m
A
t / min
Promjena koncentracije Cu2+ s vremenom Promjena struje s vremenom
Kod različitih napona dobivene sukorelacijske jednadžbe koje omogućujuprocjenu vrijednosti struje u reaktoru uovisnosti o hidrodinamičkm uvjetima :
Djelotvornost uklanjanja bakra (η)
Potrošnja energije
km *103 / cm s-1
U / V 2,5 2,7 3 ,00
Ozn
aka
pro
toka
2 1,89 2,43 3,43
5 5,85 7,16 4,27
7 5,2 5,14 7,18
Određen je koeficijent prijenosa mase koji predstavlja odnos između difuzijskog koeficijenta i debljine difuzijskog graničnog sloja 𝐷0 / 𝛿𝑑𝑖𝑓
REAKTOR
PbO2ČELIK
OLOVOCu
2
51
36
4
Re-Reynoldsov broj, Sc-Schmidtov broj, Sh-Sherwoodov broj