- •«Электрохимиялық технологияның экологиялық проблемалары» пәні бойынша дәрістер жинағы шымкент, 2014
- •«Электрохимиялық технологияның экологиялық проблемалары» пәні бойынша дәрістер жинағы
- •5В072000-«Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы «Электрохимиялық өндірістер технологиясы» мамандандыруының студенттеріне арналған
- •Мазмұны
- •Пәннің міндеттері. Электрохимияның экологиялық проблемаларының барлық аспектілері бойынша терең білім алуы, зерттеудің жалпы және арнайы әдістерінің жиынтығы мен әдістемесін терең меңгеруі.
- •Дәріс № 1. Химиялық өндірістің өркендеуі. Шикізаттың қолданылуы және қоршаған орта.
- •1. Қоршаған ортаны қорғаудың өзекті мәселелері.
- •2. Химиялық өндіріс қалдықтарының қоршаған ортаға әсері.
- •Дәріс № 3. Сұйық қалдықтардың түрлері және өңдеу. Сұйық қалдықтарды өңдеуде химиялық технологиялық процестердің қолданылуы
- •Дәріс № 4. Қатты қалдықтарды өңдеу. Пластмасса өндірісінің қалдықтарын өңдеу
- •Өнімге пайдаланылмайтын қалдықтарды өңдеу әдістері.
- •Ағызынды суларды механикалық тазалауда қолданылатын қондырғылар.
- •Экстакция, сорбция және эвапорация әдістері.
- •Суларды жасанды жағдайда биологиялық тазалауда қолданылатын әдістер.
- •Дәріс № 9 Гальваникалық өндіріс ағызынды суларының қоршаған ортаны ластауы.
- •Гальваника өндірісінің ағызынды суларының құрамы.
- •Гальваника өндірісінде түзілген қалдықтарды заласыздандыру.
- •1. Электрохимия өндірісінің ағызынды суларының құрамы.
- •Дәріс №15. Қолданылған ерітінділерді және суларды залалсыздандыру және олардың құрамындағы қажетті заттарды бөліп алу
- •Ауыр металдардың қоршаған ортаға тигізетін әсері.
- •Дәріс № 19. Электрокоагуляция және электрофлотация әдістері. Коагулянттар және оларды суды тазалауда қолдану.
- •Дәріс № 20. Өндірістік айнымалы токпен поляризацияланған түйіршікті электродтардағы электрохимиялық процестер.
- •2.Жұмысқа жарамсыз электролиттерден палладий мен никельді бөлу әдістері.
- •Дәріс № 23 Құрамында хромы бар ағызынды суларды электрохимиялық әдіспен тазалау.
- •2. Ерігіш темір анодтарымен электрокоагуляциялық әдісі.
- •1.Темір түйіршікті электодтың хром иондарын залалсыздандыруда қолданылуы.
- •Дәріс № 25. Электрохимиялық өндірістер технологиясы өндірісіндегі сұйық қалдықтарды бейтараптандыру әдісімен тазалау.
- •Дәріс № 26. Электрохимиялық өндірістер технологиясы өндірісіндегі ағызынды суларды тотығу – тотықсыздану, хлормен тотықтыру әдісімен тазалау.
- •Ионалмасу әдісінің гальванотехника өндірісінің ағызынды суларын тазалауда қолданылуы.
- •1. Гальваникалық цехтың ағызынды суларының құрамы.
- •2014 Ж. Баспаға қол қойылған. Қағаз форматы 80х64 1/16
1. Электрохимия өндірісінің ағызынды суларының құрамы.
Гальваникалық
қаптамалар технологиясының, қасиетінің,
сенімділігінің болуы ағызынды сулардан
тазарту және тазалаудың жаңа эффективті
жолын табуды қажет ететін электролиттің
жасалуының санының өсуімен, олардың
химиялық құрамы мен қасиеттерінің
жаңаруымен жүзеге асады. Гальваникалық
процестердегі ағызынды сулардың
технологиясы өзінің құрамының
көпкомпонентті болуымен, фазалық
күйімен, қоспаның улылығымен, қоспалармен
лайланған гетерогенді және гомогенді
қоспа концентациясы және қатынасымен
ерекшеленеді. Ерімейтін гетерогенді
қоспалардан тазалау әдістері қоспаның
бөлшектерінің геометриялық пішіндері
мен еріткішпен қосылыстың табиғатына
тәуелді. Өлшемдері 10
-10
см қатты дисперсті бөлшектер (суспензиялар,
эммульсиялар) гравитациялық ауырлық
күшінен (үздіксіз) әрдайым өздігінен
тұнады немесе балқиды. 10
-10
см майда дисперсті коллоидты бөлшектер
технологиялық мүмкіншілікті арттыратын
өлшенген жағдайда ұзақ уақыт тұруы
мүмкін.
Гетерогенді лайлардың көздерін гальваникалық қаптама алғанға дейін бұйымның бетін тазалағандағы өнім, ағызынды сулардан майсыздандыру және металдарды қондырудағы химиялың жән е электрохимиялық процесс кезіндегі тұнба түзілгеннен пайда болады .
Ағызынды суды құрайтын гомогенді молекулалардың ерітінді қоспасын ионды және молекулалы ерітінділердегі органикалық және бейорганикалық қосылыстарда қосылады. Еритін қосылыстарға цианитті қоспалар, хром бірлігіндегі ауыр металл иондары жатады.
Мұндай қиын гетерогенді-гомогенді ерітіндіні сапалы тазарту тек қана табиғаты мен технологиясы әртүрлі әдістерді пайдалану арқылы жүзеге асады. Гальваникалық цехтардың ағызынды суларын тазалау әдістерінің заманауи классификациясы химия технологиясының сараптама жүйесінде қабылданған қоспаға әсер етуші күштің сипаттамасына және физика- химиялық табиғатына негізделген.
2. Ағызынды суларды тазалаудың әдістерінің топтары. Жалпы ағызынды суларды тазалаудың әдістері 3 топқа бөлінеді:
қоспаның бөлінуіне негізделген
қоспаға айнауына негізделген
биохимиялық
Бірінші топтағы әдісте қоспаның судан бөлінуі кезінде олардың химиялық қасиеті өзгеріссіз болады. Екінші әдіс те суда қоспа оңай жойылатын және аз улы айналумен расталатын бөліну әдісі. Биохимиялық әдіс физико- химиялық және микробиологиялық тазалауды қабылдайтын маңызды топты құрайды.
Ағызынды суларды гальваникалық цехтарда тазалау кезектескен 2 этапта жүргізілуі тиіс: гетерогенді қоспадан біріншілік тазалау және гомогенді қоспалардан екіншілік тазалау.
Минералды және органикалық қоспаларды ағызынды сулардан қатты дисперсті бөлшектерде тазалауда бірінші этап престеу, флотация және гравитациялық күш өрісіне бөлінуімен және ортадан тепкіш күштің орталықтанып механикалық әдіспен орындалады. Механикалық тазалауға қажетті құрылғылар мен аппараттардың көптеген түрлі конструкциялы модификациясы бар (торлар, сита, тежегіштер, центрифугалар, гидроциклондар).
Престеу механикалық торларда өлшемі 15 мм ден жоғары үлкен бөлшектерді бөлу үшін қолданылады: вертикальды, иілгіш және дроб торларда. Механикадық қатардағы әртүрлі әдістерде түзілген үлкен дисперсті суспензияның қалып қалуы гальваникалық қаптаманы дайындау стадиясында бұйымдарды тазалау жүктемелі құмұстағышта қалдырып салғыштарда өндіреді. Ерімейтін сулы ортада тұнатын немесе қалқитын құбылысты салмақ тәжірибеде ағызынды суды мұнай өнімдерінен, май эмульсиясынан тазалағанда қолданылады.
Лайланған гомогенді еритін молекулалы және ионды қосылыспен ағызынды суды тазалаудың екінші этапы қоспаның бөлінуі және қоспаға айналу әдістерінің қосылуымен жүзеге асады (3 кесте). Бұл этапта ионалмасу, гиперсүзу, электродиализді эффективті пайдалануға тек ағызынды суларды гетерогенді қосылыстардан мұқият тазалағаннан кейін болады.
Ағызынды суларды негізгі физика- химиялық әдіспен қорытынды тазалау 4 кестеде химиялық құрамы бойынша топтастырылған. 4 кестеде әртүрлі әдістердің оптимальды және эффективті мақсаты көрсетілген.
Кесте 3
Гальваника өндірісіндегі ағызынды суларды тазалау әдістерінің классификациясы
-
Топтың
№
Әдістердің топтары
Топша №
Әдістердің топшалары
1
Қоспалардың бөлінуіне негізделген
1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.1.6.
1.1.7.
1.1.8.
1.2.
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.2.7
1.2.8
1.2.9
1.2.10
1.2.11
1.2.12
1.2.13
Қоспаның міндетті түрде судан бөлінуі.
Торларда ірі қоспалардың механикалық жойылуы.
Микросығу
Жарықтану және тежелу
Гидроциклондарды қолдану.
Центрифугирлеу
Сүзу
Флотация
Электрофорез
Мембраналық әдістер:
электродиализ, кері осмос (гиперсүзу), ультрасүзу.
Қоспаның немесе судың фазалық күйін өзгерісі кезінде бөліну.
Дегазация
Айдау
Вапорация
Буландыру
Каолесценция
Экстракция
Мұздату
Кристализация
Сорбция
Коагуляция
2
Қоспаның айналуына негізделген
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
Қиын еритін қосылыстардың пайда болуы.
Аз дисперсті қосылыстардың пайда болуы.
Комплексті қосылыстардың пайда болуы.
Синтез және жайылу
Тотығу-тотықсыздану процесі (сонымен қатар электрохимиялық).
Термолиз
3
Биохимиялық
3.1.
-
Алынған ана немесе мына әдістің мақсатын таңдау және гальваникалық бөлімдердің ағызынды суларын тазалау жүйесі ағындының көлеміне, құрамына, концентрациясына, тазартылған суға қойлатын медикобиологиялық және технологиялық талаптарға, керекті регенерациялар, утилизаторлар, және энергетикалық, материялдық рересурстарды қажет ететін қымбат компоненттерді және суды қайта пайдалануға экономикалық көрсеткіштер мен белгілі бір талаптардың сатысына сәйкес келуіне тәуелді.
Кесте 4
Гальваникалық бөлімдердің ағызынды суларын тазалаудағы негізгі әдістері
Әдістер |
Ағызынды сулардың химиялық құрамы |
|||
|
Қышқыл- сілтілі |
Ауыр металдардың тұздары бар |
цианқұрамды |
хромқұрамды |
Реагентті Ионалмасқыш Электрохимиялық: Электролизді Электроркоагуляциялы Электродиализді мембраналы: гиперфильтрация (кері осмос) Ультрафильтрация Сорбциялық |
+ + - + -
-
- - - - |
+ + - - +
-
- - - - |
+ + + - +
-
+ + + - |
+ + + + -
+
+ + - + |
Ағызынды суларды тазалаудың критериялары мен сатысына техникалық және экономикалық талаптары бірінші кезекте гальваникалық өндірісті сумен қамтамасыз ету жүйесіне тәуелді. Түзу жүйелерде (тұйық емес) канализацияға тасталынған сулар медикобиологиялық норма ШМК-ға сәйкес келуі тиіс. Кері жүйеде (тұйық) технологиялық прцестерге суды қайта пайдалану мақсатында техникалық төмен концентрацияға жеткенде қатты тазалауға жіберіледі.
Бақылау сұрақтары:
1. Гальваникалық қаптамалар технологиясындағы ағызынды судың түзілетін процестері.
2. Электролиттік никельдеу процесінің технологиялық сызбасын көрсету.
3.Осы процестегі ағызынды сулардың құрамы және залалсыздандыру әдістері.
4. Жалпы ағызынды сулар туралы мағлұмат.
Әдебиеттер:
1. Жуков А.И. Методы очистки производственных сточных вод. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1997. -204 с.
2. Бучило Э.А. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений. М.: Металлургия, 2000. -199 с.
3. Волоцков Ф.П. Очистка и использование сточных вод гальванических производств. М.: Стройиздат, 1995. 104 с.
Дәріс № 12. Гальваникалық өндірістерде металдарды қаптау кезінде қолданылатын металдардың және олардың иондарының электрохимиялық қасиеттері.
Жоспары:
1.Металдардың электрохимиялық қасиеттері.
2. Металдардың анодты еру қасиеттерінің сипаттамасы.
1.Металдардың электрохимиялық қасиеттері. Химиялық реагенттермен хром өзінің активті және пассивті жағдайларына байланысты әртүрлі қасиет көрсетеді. Активті хромның нормалды потенциалы Cr/Cr2+ жүйесінде -0,86 В, ал Cr/Cr+3 үшін -0,74 В (250С ерітінді концентрациясы 1 г/л). Хром сұйытылған қышқылдарда сутек газы мен тұздар түзе отырып ериді. Реакция ауа қатысында жүрсе Cr(ІІІ) тұздары, ал ауасыз жағдайда Cr(ІІ) қосылыстары түзіледі.
Хромның пассивті жағдайындағы нормалды потенциалы Cr/Cr2+ жүйесі үшін +1,19 В. Пассивті хром сұйытылған қышқылдарда ерімейді. Хромның және басқа да металдардың пассивтелінуі метал бетінде жұқа оксидті қабаттардың қапталынуынан түсіндіріледі.
Пассивтеліну құбылысын ультрадыбыс, вибрация немесе метал бетін тазалау арқылы төмендетуге болады.
Сафонов В.А. және оның қызметкерлерінің еңбектерінде хром электродының потенциостатикалық және потенциодинамикалық поляризациялық қисықтары күкірт қышқылды ортада түсіріліп зерттелінген. Анодты поляризацияланған хром электроды өте аз “минус” 0,44 В потенциал аумағынан, “минус” 0,28 В аралығында активті еру құбылысы байқалып, одан кейінгі потенциалдарда пасивтелінетіндігі анықталған.
Өте сапалы хром қаптауларын алу жұмыстарда көрсетілгендей, хром (ІІІ) тұздары бар қышқылданған электролиттерде қымыздық қышқылының қоспасында алынатындығы көрсетілген.
Fe/Fe2+ жүйесінің нормалды потенциалы- 0,44 В болғандықтан, темір оңай тотығатын металға жатады.
Нормалды электрохимиялық потенциал Fe/Fe3+ жүйесі үшін- 0,036 В. Концентрлі HNO3, H2SO4, H2CrO4 қышқылдарының әсерінен, салқын температурада темір өзінің бетінің тығыз оксидті қорғанышты қабатпен қапталынуына байланысты металдың электрохимиялық потенциалының өзгеруіне байланысты пассивтенеді.
Fe2+/Fe3+ тотығу- тотықсыздану жүйесінің қалыпты потенциалы - 0,771 В-қа тең.
Мырыштың нормалды электрохимиялық потенциалы Zn/Zn2+ жүйесінде- 0,761 В-қа тең, сондықтан метал түріндегі мырыш қышқылдар мен сілтілерде оңай ериді. Металдық мырыш темір қаңылтырлар мен сымдарды коррозиядан қорғау үшін; күмісті Паркес процесі арқылы құрамында күмісі бар қорғасын қалдықтарын цементация әдісі бойынша бөліп алуда; гальваникалық элементтерде; химиялық реакцияларда тотықсыздандырғыш ретінде; мыс, алюминий, магний, қорғасын, қалайы және т.б. металдармен көптеген құймалар алуда кеңінен қолданылады.
Қорғасынның қалыпты электродты потенциалы “минус” 0.126 В, электрохимиялық эквивалент мәні жоғарғы металдар қатарына жатады. Қорғасынның екі валентті тұздарының ерітіндісінен қорғасынның разрядталынуы жоғары жылдамдықпен жүреді. Қорғасының электрохимиялық қасиеттері Ю.Д. Дунаевтың монографиясында қышқыл және сілтілі ортада поляризациялық қисықтар түсіру арқылы жан-жақты қарастырылған.
Қорғасынның электрохимиялық қасиеттерін зерттеу жұмыстарында электрод потенциалын анод бағытына жылжытқанда қорғасынның қос тотығының түзілу процесі оттегінің бөліну процесінен бұрынырақ жүретіндігі көрсетілген. Қорғасын иондарының толық тотықсыздануы теріс потенциалдар аумағында жүреді. Бұл процестер темір тобының металдарының еруі кезіндегі анодты поляризациясы, олардың катодты паляризациясынан айтарлықтай төмен, яғни ол вольттың бірнеше ондық үлесіне жетеді. Аралық және қалыпты металдардың еруімен жүретін анодты поляризациядан айтарлықтай басым болады. Металдық аса кернеуліктің өсу қатарында құрылған металдар қатары, олардың анодты еруі кезіндегі поляризацияның артуы ретін де көрсетеді.
Анодты еру процесіндегі метал қасиеттері, олардың катодтық тотықсыздануы кезіндегі қасиеттері сияқты толық зерттелінбеген. Барлық алынған тәжірибелік мәліметтер, электрохимиялық аса кернеулік теориясының негізгі заңдылықтарын, темір тобындағы металдарға да қолдануға болатындығын дәлелдейді. Сонымен, темірдің анодты еруінің кинетикасы Тафель теңдеуімен өрнектеледі.
= a+b lgj (3)
Разрядталу реакциясының жылдамдығын поляризация жылдамдығымен салыстырғанда аз екендігін ескеру қажет.
Электронды тасымалдау сатысымен бірге, темірдің анодты еруінің жиынтық реакциясында аниондардың, әсіресе анодты процесті жылдамдататын гидроксил иондарының қатысуымен жүретін таза химиялық сатылардан тұрады. Күкірт қышқылды ерітінділерде темірдің еруін келесі схемамен жазуға болады:
Fe+OH-=FeОH+adc+e- (4)
FeOН adc=FeOH+ adc+e- (5)
FeOHadс+nH2O=Fe nH2O+OH (6)
Мұндағы екінші саты барлық процестің жылдамдығын анықтайды.
Қазіргі уақытта басқа да металдардың анодты еру процесінде ОН- иондарының қатысатындығын көрсететін мәліметтер көп, қалыпты металдардың анодты еруі кезіндегі химиялық поляризациясы, олардың кристалдық торының бұзылуымен анықталады.
Металдардың анодты еруінің кинетикасы, гидроксил иондарының концентрациясына ғана емес, сондай-ақ, ерітіндінің аниондық құрамына да тәуелді. Әдетте, басқа аниондар ОН- иондарын еритін метал беттерінен ығыстырады да олардың әсерін төмендетеді деп есептелген. Мұндай көзқарасқа мысалы, сульфатты ерітіндіден хлоридті ортаға (рН бірдей) өту кезінде, темірдің еру процесінің баяулауы сәйкес келеді. Cl- иондары SO42- немесе HSO4- иондарына қарағанда жоғары беттік активтілікке ие және OH- иондарының көп мөлшерінің орнын басады яғни олардың еру процесне аниондардың әсерін айтарлықай төмендетеді.
Бірақ, Я. М. Колотыркин және қызметкерлері көрсеткендей, OH- иондары сияқты кез-келген аниондардың өздері ақ металдардың анодты еру процесін анықтап, нәтижелі әсер беретіндігін дәлелдеді. OH- иондарының конценрациясы pH-тың аз мәндеріндегі ерітінділерде мөлшері аз болғандықтан, олардың еритін анод бетіндегі алатын орны аз болғандықтан басқа иондар (мысалы, күкірт қышқылының аниондары) бос беттік қабаттарға гидроксил иондарының беттік концентрациясын төмендетпей адсорбциялануы мүмкін. Бұндай жағдайларда еру жылдамдығы аниондардың жалпы концентрациясын арттырғанда өсуі тиіс. OH- иондарының концентрациясы және олардың беттік қабат бетінде алатын үлесі жоғары болатын pH-тың үлкен мәндерінде, бірінші кезекте, гидроксил-иондарын басқа иондармен ығыстыру эффектісі жүреді де, аниондардың жалпы концентрациясын арттырғанда, еру жылдамдығы төмендеуі мүмкін .
2. Металдардың анодты еру қасиеттерінің сипаттамасы. Металдардың анодты еру қасиеттерінің сипаттамасы көптеген факторларға, тәуелді. Анодты поляризация кезінде еритін метал электролиз шарттары өзгерткенде еру қабілетін жоғалтуы мүмкін, яғни ерімейтін анодқа айналуы, металдың пассивтелуін көрсетеді.
Металдардың пассивті күйге өтуі, тек сәйкес келетін тотықтырғыштармен әсер еткенде ғана емес басқа да әдістермен, жекелеп алғанда, анодты поляризациямен де жүреді. Бұл құбылыс, анод-потенциалы – ток тығыздығы потенциостатикалық қисықтарда анағұрлым анық байқалады. Металдың стационарлы немесе тепе-теңдік потенциалына жақын потенциалдар аумағында және оның оң бағытқа біршама ығысуы кезінде, металдың өзінің иондары түрінде еру жылдамдығының артуы байқалады. Потенциалдардың бұл аумағы металдардың еритін анод ретінде оның активті күйін көрсетеді. Потенциал шамасының біршама оң мәндеріне жеткенде, ток тығыздығының еруі нәтижесінде анодтың пассивтелінуінен еру бірден төмендейді де, анодтық процесінің баяулататындығын көрсетеді.
Никель электродының стандартты потенциалы мөлшерін анықтауда көптеген зерттеулер жүргізілген. Статикалық жағдайда, ерітіндідегі қышқыл концентрациясының мөлшеріне байланысты никельдің электродтық потенциалы - 0,64-тен +0,26 В-ке дейін ауытқиды. Никель потенциалының тұрақсыздығы метал-ерітінді NіSO4 беттік шекарасындағы алмасу тогы шамасының өте төмен мөлшерінен туындайды, ол осы жағдайға байланысты – 1.10-8 1.10-11 А/см2-қа тең. Екінші жағынан, потенциалдардың осыншама жоғары әртүрлілігі никельдің жоғары беттік белсендігімен оның оттегі атомын сорбциялау, оттегі және оксидтер молекулаларының мономолекулалары қабаттарын түзу қабілеттілігімен түсіндіріледі.
Кесте 5 - Ауыр және түсті метал иондарының тотығу-тотықсыздану потенциалы
Реакция теңдеуі |
E0,B |
Cr2+ = Cr3+ + e |
0,41 |
Cr(OH)3 + 5OH- = CrO42- + 4H2O + 3e |
0,13 |
Cr = Cr2+ + 2e |
0,91 |
Cr + 2OH- = Cr(OH)2 + 2e |
1,41 |
2Cr3+ + 7H2O = Cr2O72- + 14H+ + 6e |
-1,33 |
Fe = Fe2+ + 2e |
0,44 |
Fe + 2OH- = Fe(OH)2 + 2e |
0,877 |
Fe + CO32- = FeCO3 + 2e |
0,756 |
Fe+2 = Fe3+ + e |
-0,771 |
Fe = Fe+3 + 3e |
0,036 |
OH- + Fe(OH)2 = Fe(OH)3 + e |
0,56 |
FeO22- = FeO2- + e |
0,68 |
Zn = Zn2+ + 2e |
0,763 |
Zn + 2OH- = Zn(OH)2 + 2e |
1,245 |
4OH- + Zn = ZnO22- + 2H3O + 2e |
1,216 |
Zn + CO32- = ZnCO3 + 2e |
1,06 |
Nі = Nі2+ + 2e |
0,25 |
Nі + 2OH- = Nі(OH)2 + 2e |
0,72 |
Nі + 6NH3 = Nі(NH)63+ + 2e |
0,49 |
Nі + CO32- = NіCO3 + 2e |
0,45 |
2OH- + Nі(OH)2 = NіO2 + 2H2O + 2e |
-0,49 |
2H2O + Nі2+ = NіO2 + 4H+ + 2e |
-1,68 |
Pb→ Pb +2 +2e |
-0,126 |
Pb+2 +2H2O → Pb+4 +2e |
1,449 |
Pb+2 → Pb+4 +2e |
1,694 |
Pb +2H2O → Pb(ОН)2 +2e |
0,277 |
Pb +2Cl-→ PbCl2 +2e |
-0,268 |
Pb +3OH- → HPbО2- +2e |
-0,540 |
Pb +CO32- → PbCО3 +2e |
-0,506 |
Никельдің потенциал тұрақтылығы мен электрохимиялық қасиетіне никель және сутегі иондарының біріккен разряды процесіндегі метал құрамына енген еріген сутегі иондары өте қатты әсер етеді.
Никельді Н2SO4 қышқылының әлсіз концентрациясында поляризациялаған кезде оның потенциалы –0,66 В-қа тең. Зерттеулер көрсеткендей, никель және сутегінің бірлескен разрядында катодта металдағы сутегінің қатты ерітіндісі түзіледі, ол кристалл торларының параметрін аз ғана үлкейтеді. Мұнда электролиттік никельдің таза никельдің қасиетінен айырмашылығы бар.
Никельдің 100 г. мөлшеріне 200-ден 300 мл-ге дейін сутегі сіңіріледі. Қыздыру кезінде қатты ерітіндінің ыдырауы және металдан сутегінің бөлінуі жүреді. Сутегі бөлінуінің максимальды жылдамдығы 1100 1200 0С-та жүреді. Никель катодының электролизі кезінде электродтағы қаныққан сутегінің максимальды бөлінуі 7000 800 0С температурада жүреді, себебі бұл жадайда сутегінің никельмен байланысы әлсірейді.
Электролиттік никельдің тұрақты потенциалына электролит рН-ның әсерін зерттегенде рН=26 мәндерінде никель электродының қасиеті сутегі электродымен бірдей.
Никель электродының анодты еруі кезінде никель иондарының түзілуі баяу жылдамдықпен жүріп, ерітінді температурасын жоғарылатқанда жылдамдығы артады. Электролиттік никель пассивациялануға өте бейім. Пассивация басталатын ток күшінің көрсеткіші ерітіндінің рН-на байланысты рН=6,3 анодтық ток тығыздығы 0,002 А/см2 , ал рН=1,16 болғанда 0,08 А/см2-та пассивтелінеді. Пассивациядан кейін ОН- иондарының разряды басталып, +1,5 В-те шектелген ток пайда болады. Никель хлориді ерітіндісінде пассивация байқалмайды. Хлор иондары концентрациясының артуы депассивация процесін күшейтіп анодтық поляризациялық қисық потенциалдарын электртеріс мәнге қарай ығыстырады. Сонымен қатар, хлор иондары анод бетінде сорбциялануы, оттегінің адсорбциясын азайтып пассивацияны жойып қана қоймай, никель атомының ерітіндіге өту процесін жеделдетіп, химиялық поляризацияны төмендетеді. Жоғары ток тығыздықтарында жұмыс істегенде хлор иондары концентрациясын жоғарылату өте маңызды. Таза хлоридті ерітінділерді пайдаланудағы негізгі кемшілік – алынатын никель сапасының төмендігінде (жылтыры аз, түсі күңгірт, қаттылығы жоғары). Бағасы қымбаттырақ күкірт қышқылының орнына хлоридті ерітіндіні қолдану өндіріс үшін тиімді болып есептелінеді.
Электрохимиялық кинетика аралығында Nі2+ + 2e Nі реакциясының аса кернеулігі төмендегі теңдеуге бағынады:
-Е=(RT)/(zF ln(Dk/І0) (7)
Алмасу тогы шамасының аздығына орай никель үшін (10-8 – 10-3 А/см2) жоғарыда көрсетілген реакцияның жүруі кезінде катодты поляризация елеулі орын алады.
Никельдің сульфат-хлоридты ерітінділерде тотықсыздануында потенциал мәні –0,45-0,6 В, ток тығыздығы 200-400 А/м2 және 600С температурада, катодта никель ионымен қатар мыс, қорғасын, кобальт, темір және мырыш иондары тотықсызданады. Соңғы екі метал катодтық деполяризацияның арқасында бөлінеді.
Никельді өзінің тұздарынан электрохимиялық тотықсыздандыруды ерітіндінің рН 2,5-тен 5,5-ке дейінгі аралығында жүргізеді. Бұл жағдайда сутегі иондарының разрядтарының бастапқы потенциалын -0,15-0,32 В мәндері шегінде болады.
Бақылау сұрақтары:
1. Кара және түсті металлургия кәсіпорындарының ластанған ағызынды суларының құрамы.
2. Жеңіл өнеркәсіп кәсіпорындарының ағызынды суларындағы зиянды қосылыстар.
3. Құрамында органикалық және минералды уытты заттар бар өндірістік ағызынды суларды залалсыздандыру.
4. Ауыр металдардың жануарлар мен адамдарға тигізетін әсері.
Әдебиеттер:
1. Сафонов В.А., Выходцева Л.Н., Егидорян А.А., и др. Коррозионно- электрохимическое поведение осадков хрома, получнных из сернокислых растворов с добавкой оксолатов// Электрохимия, 2001,Т.37. № 2, С. 148-156.
2. Вигдорович М.В., Выгдорович В.И., Шель Н.В. Кинетика активной анодной ионизации металла, протекающей через ряд параллельных реакции //Электрохимия, 1993,Т.29. № 9, С. 1141-1145.
3. Ландольт Д. Процессы массопереноса при анодном растворении металлов // Электрохимия, 1995,Т.31. № 1, С. 5-10.
4. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л. Машиностроение. Лен.отд. 1981. -269 с.
Дәріс № 13. Машина жасау кәсіпорындарының ағызынды суларының құрамы
Жоспары:
1. Машина жасау кәсіпорындарының гальваникалық және қышқылмен өңдеу цехтарының ағызынды суларының құрамы.
2. Органикалық заттармен ластанған ағызынды суларды өндірісте қайта қолдану.
3. Ауыр металдардың қоршаған ортаға тигізетін әсері.
1. Машина жасау кәсіпорындарының гальваникалық және қышқылмен өңдеу цехтарының ағызынды суларының құрамы. Су қоймаларын негізінен көп мөлшерде ауыр және түсті металдар иондарымен ластайтын өндірістерге: қара және түсті металлургия, химия және мұнай химиясы, машина жасау, жеңіл өнеркәсіп кәсіпорындары жатады.
Кара және түсті металлургия кәсіпорындарының ластанған ағызынды суларының құрамында - минералды заттар, жүзгіндер, флотореагенттер, (ксентогонаттар, цианидтер), ауыр металл тұздары (мыс, қорғасын, мырыш, никель, сынап, хром, темір және т.б.), мышьяк, хлоридтер т.б. заттар көп мөлшерде кездеседі.
Ауыр және түсті метал иондарын химия және мұнай химиясы өндірістерінің ағызынды суларында, басқа зиянды заттармен; мұнай өнімдері, азот қосылыстары, хлоридтер, сульфаттар, жалпы фосфор, цианидтер, роданидтер, кадмий, кобальт, мырыш, мыс, сынап, қорғасын, күкіртсутек, күкірткөміртек, спирттер, бензол, формальдегид, фенол, фурфурол, БАЗ, карбамид, пестицидтер және т.б. заттармен бірге ағызынды суларда кездеседі.
Машина жасау кәсіпорындарының гальваникалық және қышқылмен өңдеу цехтарының ағызынды сулары құрамында өте көп мөлшерде ауыр, түсті метал иондары және сульфаттар, хлоридтер, мұнай өнімдері, цианидтер, фосфор және т.б. заттармен ластанған. Бұл зиянды заттар ағызынды су құрамына технологиялық процестер нәтижесінде өңделген метиздер мен бөлшектердің жуып тазалау нәтижесінде ластанады.
Жеңіл өнеркәсіп кәсіпорындарының ішінде мата тоқу және тері өңдеу фабрикаларының ағызынды суларында зиянды ауыр метал иондарынан басқа да зиянды қосылыстар: жүзгін заттар, сульфаттар, хлоридтер, фосфор мен азот қосылыстары, нитраттар, БАЗ, темір, мыс, мырыш, никель, хром, қорғасын, фтор, күкіртсутек, метанол, формальдегид, өсімдік және жануарлар майлары және т.б. қосылыстарымен ластанған сулар көп мөлшерде түзіледі.
Өндірістік ағызынды сулар шаруашылық - тұрмыс ағызынды суларымен салыстырғанда, еріген заттар мөлшерінің жоғары болуымен сипатталады. Бұл еріген заттардан суды тазалау үшін әртүрлі әдістер қолданылады:
-ағызынды суларды механикалық тазалау әдісінде судағы жүзіп жүрген ірі және майда дисперсті, қатты және сұйық қоспалардан ажыратады. Ірі дисперсті қоспалар ағызынды сулардан тұндыру және флотация әдісімен тазартылса, майда дисперсті заттар - фильтрлеу, тұндыру, электрохимиялық коагуляция, флокуляция әдістерін қолдана отырып тазартылады.
- бейорганикалық еріген қосылыстарды ағызынды сулардан реагентті әдіс арқылы тазалағанда - қышқылдар мен сілтілер арқылы бейтараптау, иондарды аз еритін формадағы тұнбаларға өткізу, минералды қоспаларды тұздармен тұндыру, уытты қоспаларды тотықтыру және тотықсыздандыру арқылы уыттылығы төмен заттарға айналдыру, ұшқыр қосылыстардың десорбциясы, кері осмос, электрохимиялық тотығу, электродиализ, ультрафильтрация, ион алмастыру және флотация процестері қолданылады. Ағызынды суларды химиялық тазалау әдістерінің ішінде кең тарағаны бейтараптау әдісі. Көптеген өндіріс ағызынды сулары құрамында күкірт, тұз және азот қышқылдары болады. Бұл ерітінділерді бейтараптау үшін сілті немесе сілтілік ағызынды суларды қосу, доломит, магнезит, әктастар арқылы фильтрлеу арқылы жүргізіледі. Ағызынды суларды химиялық тазалаудан өткізгеннен кейін, биологиялық тазартады.
Тазалау әдісінің кейбір тәсілдерін қолданғанда, су құрамындағы бағалы компоненттерді бөліп алуға болады, бұл өндірістің шығынын азайтудың бір тәсілі болып саналады. Сондықтан тазалау әдістері сол ластанған су құрамындағы зиянды заттардың қасиетіне, олардың сол ортадағы күйіне байланысты тазалау тәсілдері таңдалады.
Ағызынды су құрамындағы ластағыш заттар молекулалық еріген күйде болған жағдайда, тазалауды әртүрлі сорбенттер, аэрация арқылы десорбциялау, суды тотықтырғыштар арқылы (органикалық заттар үшін) тотықтыру тәсілдері қолданылады.
Зиянды заттар диссоциацияланған ион түрінде болған жағдайда, аз еритін қосылыстар түзу немесе өте уытты ионды төмен уытты қосылысқа айналдыру, сутегі немесе гидроксил иондары көмегімен аз диссоциацияланатын молекулаларға айналдыру, электродиализ арқылы ауыр метал иондарын су құрамынан бөліп алу, уытты иондарды зиянсыз сутегі мен гидроксил иондарымен алмастыру және т.б. тәсілдер қолданылады.
2. Органикалық заттармен ластанған ағызынды суларды өндірісте қайта қолдану. Ағызынды суларды өндірісте қайта қолдану үшін органикалық заттармен ластанған суларды активтелген көмір арқылы қайта тазаланса, минерализациясы жоғары суларды- ионалмастырғыш сүзгілерде жұмсартып өндірістік циклде қайта қолданылады. Қайта тазартудан өткен техникалық суларды қолдану таза су мөлшерін 20-25 есеге дейін азайтады.
Құрамында органикалық және минералды уытты заттар бар өндірістік ағызынды суларды залалсыздандырудың бір тәсілі отты әдіс. Мұнда, өте жоғары температурада уытты органикалық заттар тотығып толық жанып кетсе, ал минералды заттар балқу арқылы құймаларға айналады, олардың аздаған мөлшері түтін құрамындағы аэрозол немесе бу түрінде циклон аппараттарында ұсталынады.
АҚШ Лос-Аламосс ұлттық зертхананың ғалымдары Флорида халықаралық университеті мен Майами университетінің ғалымдарымен бірлесіп уытты сұйық қалдықтарды залалсыздандыруда электрондық жеделтіткішті қолдану арқылы залалсыздандыру әдісін жасады. Дейд аймағының қалалық қалдық суының жұқа қабатын (380 л/мин) сканирленетін электронды сәуле арқылы өңдеу кезінде, өте қауіпті - бензол, үшхлорэтилен, фенол және т.б. зиянды заттардың ыдырағаны анықталды. Бұл тәсіл активтенген көмір арқылы сорбциялау тәсілінен көп арзан болып табылады.
Жер беті суларын интенсивті пайдалану олардың химиялық құрамының өзгеруіне алып келді. Олар су бассейіндеріне, көптеген химиялық элементтермен әртүрлі қосылыстармен ластанған өндірістік, тұрмыстық және атмосфералық ағызынды сулар арқылы ластануда.
Ауыз су ретінде қолдануға болатын яғни құрамындағы тұз мөлшері 1 г/л-ден төмен сулар қорының 20 пайызы, өндірістік ағызынды суларға жатады. Олардың құрамында: ерімейтін минералды заттар (10-900 мг/л), әртүрлі мұнай өнімдері (3-800 мг/л), ауыр металдар мынадай мөлшерлерде кездеседі: темір -(0,5-500 мг/л), хром - (0,07-95 мг/л), мырыш - (0,1-15 мг/л), никель - (0,01-3,6 мг/л), мыс - (0,15-32 мг/л), қорғасын - (0,01-5 мг/л) мөлшерлерінде кездеседі.
Өндірістік сулардың құрамында кездесетін өте уытты заттарға цианидтер-(0,05-10 мг/л), фенолдар- (45 мг/л-ге дейін), хром (VІ)- (0,15-3,5 мг/л) жатады.
Жер асты суларының мөлшерінің көбеюі, әдетте жер бетіне жақын қабатта булану процесінің жылдамдауына алып келіп типоморфты элементтердің өзара орынбасуына (Ca2+, HCO3- иондарының Na+, Cl-, SO42-) яғни гумус қабатының тұздануына соқтырады. Жиі кездесетін бұл процес тұзды қабаттың ауыр металдармен (Pb, Zn, Cr, V, Cu, Nі) жинақталынуымен қатар жүреді. Бұл жағдайларда қарастырылып отырған өңірдің өсімдіктер биомассасы азаюына, қатты тұзданған жағдайда өсімдіктердің түрлері өзгереді.
Қоршаған ортаның ауыр және түсті металдармен ластануы, супертоксиканттардың эколого- аналитикалық мониторингіне жатады. Себебі, бұлардың өте аз мөлшері (іздері) тірі организмдер үшін жинақталынатындықтан уытты. Органикалық зиянды заттар ыдырау арқылы залалсызданатын болса, ауыр металдар табиғи ортада бірегей таралады.
3. Ауыр металдардың жануарлар мен адамдарға тигізетін әсері. Ауыр металдардың организмдегі орны бір жағынан физиологиялық процестердің жақсы жүруі үшін өте қажет болса, ал олардың өте көп мөлшері уытты болып келеді.
Ауыр металдардың жануарлар мен адамдарға тигізетін әсерін негізгі биогеохимиялық қасиеттеріне байланысты төмендегі қатарға орналастыруға болады.
Hg Cu Zn Nі Pb Cd Cr Sn Fe Mn Al
Кесте 6
Әртүрлі ортадағы кейбір ауыр металдардың ЗЖЖК
|
Ауада, |
Су, мг/л |
Топырақ, мг/кг |
||
Металдар |
мг/м3 |
шаруаш-тұрмыс. |
Балық шаруаш. |
Жылжы-малы форма |
жиынтықты жалпы форма
|
мырыш |
0,005 |
1 |
0,01 |
23,0 |
55,0 |
никель |
0,001 |
0,1 |
0,01 |
4,0 |
20,0 |
хром (VІ) |
0,0015 |
0,05 |
0,001 |
6,0 |
- |
темір |
|
|
|
|
|
қорғасын |
0,01 |
0,1 |
0,03 |
|
|
Одан басқа, металдардың қоршаған ортадағы әсері көбінесе экологиялық жүйелердегі металдардың жалпы концентрациясына, олардың миграциялық формасының спецификасына байланысты әр элементтің қосар үлесі арқылы есептелінеді. Миграциялық процестер мен ауыр металдардың уыттылығын түсіну үшін олардың қоршаған ортадағы жалпы жиынтықты мөлшерін анықтау жеткіліксіз. Физикалық тотыққан, тотықсызданған, метилденген, хелаттарған және т.б. құрылысы мен химиялық құрамындағы метал формаларын дифференциялдау қажет. Биоортада жинақталатын, жоғары биохимиялық активтілік көрсететіні қозғалғышты форма болып табылады. Біз қарастырып жатқан ауыр металдардың негізгі биохимиялық қасиеттері мен ЗЖЖК төмендегі кестеде көрсетілген.
Бақылау сұрақтары:
1. Кара және түсті металлургия кәсіпорындарының ластанған ағызынды суларының құрамы.
2. Жеңіл өнеркәсіп кәсіпорындарының ағызынды суларындағы зиянды қосылыстар.
3. Құрамында органикалық және минералды уытты заттар бар өндірістік ағызынды суларды залалсыздандыру.
4. Ауыр металдардың жануарлар мен адамдарға тигізетін әсері.
Әдебиеттер:
`1. Защита окружающей среды от техногенных воздействии. Учебное пособие. / под ред. Г.Ф.Невской. – М.: Изд-во МГУ. 2005. -125с.
2. Инженерная гальванотехника в приборостроении / Под ред. А.М.Гинберга. - М.: Машиностроение. 1987. - 512 с.
3. Коган Б.И. Современные методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. –М.: Цветметинформация. 1995. -112 с.
Дәріс № 14 Полимерлі ионитті мембраналардың экология проблемаларын шешудегі орны.
Жоспары:
1. Қазіргі кезеңнің актуальді проблемалары.
2. Ионитті мембраналар және олардың сипаттамалары.
3. Ионитті мембрананы қолдану арқылы суды тазалау.
1. Қазіргі кезеңнің актуальді проблемалары. Қалдық шығармайтын, өндірістік қалдықсыз технология жасау, қазірғі кезеңнің актуальді проблемаларының бірі. Зиянды қалдықтардын болмауы, тек қоршаған ортаның таза болуына мүмкіншілік жасап қана қоймай, ол ендірістін экономикалық көрсеткіштерін жоғарылатады. Әдетте, өндіріс қалдықтарын қорыту, зиянсыздандыру немесе олардың құрамындағы бар пайдалы заттарды бөліп алу, экономика тұрғысынан тиімсіз деп есептелініп жүр. Биосфераға лақтырып тасталып жатқаң қалдықтардың мөлшері, жылдан-жылға көбейіп бара жатыр, ал биосферадағы тепе-теңдіктердің бұзылуы, бүкіл адамзатқа улкен қауіп қатер туғызғалы отыр. Сол себептен, жан- жақты жүргізілген фундаментальді зерттеулер негізінде, эффективті қалдықсыз технологиялар жасау, кезек күттірмейтін үлкен проблемалардың бірі.
Металлургия, тау-кен, химия және т.б. өндірістерден шығатын қалдықтарда, Д.Менделеев таблицасында бар барлық элементтер дерлік, әр түрлі қосалыстар түрінде бола алады. Бұл қалдықтарды өңдеуде, әртүрлі физика- химиялық әдістер қолдану кажет.
Гидрометаллургиялық әдістермен, қолданылған ерітінділерді кейбір элементтер мен қосылыстардан тазалағанда, белгілі әдістер қолдану арқылы бір-бірінен бөледі және концентрлейді. Әдетте олар - экстракция, сорбция және мембрана технологиялары арқылы іске асырылады. Осы айтылған әдістердің ішінде, мембрананы қолдану технологиясы өз ерекшелігімен бөлектеніп тұрады. Мембрана технологиясында, бөліп алатын заттарымыз фазалық өзгерістерге ұшырамайды, ал мембрана - процесс кезінде өздігінен регенерацияланып тұрады. Айта кету керек, ионитті смолаларды регенерация жасау ушін, алынатын ерітіндіден 4-5 есе артық, басқа ерітінділер қолданылады.
Кейінгі жылдарда, мембрана процестерінің өндірісте кеңінен қолданылуына үлкен мән беріліп отыр. Шет мемлекеттердің әртүрлі өндірістерінде, бұл әдістерді көптеген жылдар бойы қолданып, олардың эффективті екендігі корсетіліп отыр. Біздің бұрынғы Кеңестер елінде мембрана технологиясы, - тек тұзды суды тұщыту үшін қолданылып келді. Біздін Республикамызда, мембраналық процестермен Ғылым Академиясының А.Б.Бектуров атындағы химия ғылымдары институты мен "ҚР минералды шикізаттарды кешенді өңдеу ұлттық орталығы" мемлекеттік кәсіпорынына қарасты химия-металлургия институттары шұғылданып жүр.
2. Ионитті мембраналар және олардың сипаттамалары. "Мембрана" деген сөз латын тілінде - тері, перде деген мағына білдіреді екен. Қазіргі түсінік бойынша. "мембрана" - ол екі фазаның арасын бөліп тұратын аумақ, Ол, электрод кеңістіктеріндегі электролиттердің араласпауына және тек бір аттас зарядталған иондардың бір кеңістіктен екінші кеңістікке өтуін қамтамасыз етеді. Мембраналар - газ, сүйық және қатты түрде немесе осы күйлердің комбинацияларынан тұруы мумкін. Технологиялық процестерде, мембрана - селективті кедергі қызметін атқарып, өзінің бойындағы физико-химиялық, қасиеттерге байланысты, өзі арқылы тек қана белгілі бір компоненттерді ғана өткізіп отырады. Мембраналардың түрлері өте көп, ол бұлардың квалификацияларын жасауды қиындатады. Мембраналардың табиғатына, құрылымына, қолданылуына және мембраналық әсерінің механизмдеріне негізделе отырын, мынадай классификациялар ұсынылып жүр.
I. Табиғатына байланысты классификация:
1) Табиғи:
а) тірі (биологиялық) мембраналар;
б) табиғи заттар – олардың қосындылары және өзгеріске ұшыраған түрлері.
2) Синтетикалық:
а) анорганикалық - металл керамикалық, шыны заттар;
б) органикалық (полимерлі) - пленкалар, трубалар және маталар.
II Құрамына (структурасына) байланысты классификация:
1) Кеуекті (пористые):
а) микрокеуекті; б) макроксуекті ;
2) III Кеуекті емес.
ІІІ Морфологиялық ерекшеліктеріне байланысты:
а) кристалды ; б) аморфты ;
III Мембраналар, жұмыс істеу механизмдеріне байланысты:
а) адсорбциялы; б) диффузиялы; в) ион алмасатын; г) осмосты және селективті емес (инертті).
Осы көрсетілген көпшілік мембраналардың ішінде, ең көп қолданыс тауып журген - ол ион алмасатын немесе иоиитті мембраналар.
Ионитті мембраналарды, электрод кеңістіктерін беліп тұратын диафрагмалардың өте жетілген түрі деп қарастыруға болады. Ион алмасатын ионитті мембрана - өзі арқылы, ионның белгілі зарядының түрін тандап өткізіп, басқа түрлі зарядты иондарды өткізбейді. Мысалы, катионитті мембраналар өздері арқылы тек катиондарды, ал анионитті мембраналар - аниондарды ғана өткізеді. Бұл екі түрлі мембрананы қабаттастырын - биполярлы мембрана ауға болады, олар тек сутегі иондарын ғана еткізеді.
Катионитті мембраналардың құрамында, қышқылдык қасиеті бар – SO3Н. – Н2РО3 - СООН иомогенді топтары бар, олар аниондардыи өтуіне мүмкіндік бермейді. Ал, анионитті мембраналарда – N=, N=, NН= топтар бар, олар диссоциация кезінде оң зарядқа ие болыл, катиондардыи қозғалысына кедергі жасайды.
Ионнитті мембраналардың электрохимиялық қасиеттерінің бірі - ол ток өткізгіштігі және иондарды таңдап (селективті) өткізу, агрессивті ерітінділерге тұрақталығы, электр өткізгілтігі. Бұл қасиеттер-мембрананың табиғатына және олардағы ионогенді топтардың сандарына байланысты. Кеңестер Одағында, өндірістік анионитті - МА-40, МА-40А, МА-41, МА-43, катионитті МК-40, МК-41, МК-42, МК-102 және биполярлы МБ-1, МБ-2, МБ-3 және т.б. мембраналар шығарылып және қолданылып жүрді.
1912 жылы, биологгар И.Леба жөне Р.Бойтнер, алма қабығының, ерітіндідегі катиондарды өздері арқылы селективті өткізетіндігін байқайды. 1950 жылдардан бастап, ионитті мембраналар өндірісте қолданыла бастады. Бұл, сол кездерде алына бастаған, ток өткізгіштігі жоғары, синтетикалық ионитті мембраналардың жасалуымен байланысты еді. 1954 жылдары Кеңес Одағында алғашқы мембраналар алына бастады. Олар, екі фазадан тұратын: иониттерден және инертті байланыстырушы заттан тұрады.
Капрон, лавсан. винилон т.б. осылар сияқты полимерлердің, жіп сеткаларына орналастырылған ионитті мембраналардың механикалық мықтылығы жоғары болды, олар тез жыртылып немесе тесіліп қалмайтын еді.
Тұз, азот, күкірт қышқыл және сілті ерітінділерінде МА-40, МК-40, МА-41 мембраналары ұзақ уақыт жұмыс істей алатыңдығы анықталған.
Дамыған елдерде, оның ішінде Жапонияда, мембрана технологиясы кеңінен қолданылып жүр. Жапонияда жасалғал мембраналар күкірт қышқылының концентрациясы 600 г/л болғанда да, тұрақты жұмыс істей алады. Кейбір ионитті мембраналар, қьшқыл және сілті ерітінділерінде 90°С-қа дейін тұрақты бірқалыпты қызмет атқарады.
Қорыта айтқанда, ионитті мембраналардан негізгі қажетті қасиеттерінің бірі - ол белгілі ионды таңдап өткізуі немесе селективтілігі.
3. Ионитті мембрананы қолдану арқылы суды тазалау. Қазіргі күні, бұрынғы Кеңес Одағьның құрамында болған өндіріс орындарыныңбарлығында дерлік, қодданылған су тазартылмай, биосфераға лақтырылып тасталып ондағы тепе-тендік бұзылып, өсімдік-жануарлардың жойылып кетуіне қауіп-катер туып, ал адамдардың денсаулығына өте үлкен кері әсерлерін тигізіп жатыр.
Ионитті мембраналарды қолдану арқылы, әртүрлі өндіріс қалдықтарын зиянсыздандырып, олардың құрамындағы пайдалы заттарды бөліп алу технологияларын жасауға болатындығы айқындалып отыр.
Жердің үштен екі бөлігін су алып жатқандығы көпшілікке мәлім. Су өте көп, бірақ оның үлкен бөлігі тұзды болғандықған ішуге немесе жерді суландыруға жарамсыз. Жер бетіндегі судың ~ 2 %-ғана тұщы су екен, ал оның көпшілігі мұз түрінде. Тұзды теңіз, мұхит суларын тұзсыздаңдыруда, электрохимиялық әдіс кеңінен қолданылып жүр. Ионоселективті мембраналары бар электролизер арқылы өткен тузды суды, барлык қажеттерге қолдануға болады, тіптен өте таза дистилденген суды алуға болады.
Тұзды теңіз суын немесе өндірістік суларды тазалау үшін 22-суретте көрсетілгендей үш камералы (катод, анод және ортадағы камера) электролизер қолдануга болады. Электролизердің әрбір камерасы бір-бірінен диафрагмалар арқылы белінген. Суды ішіндегі қоспалардан тазалау үшін, оны электролизердің ортаңғы камерасына жібереді. Электродтар арқылы тұрақты электр тоғын жібергенде, су құрамындағы катиондар - катод камерасына, ал аниондар -анод камерасына өтеді. Тазаланған су, электролизерден біртіндеп шығарылып, өз қажеггілігіне жұмсалады. Егер суды одан да таза ету керек болса, ол екінші, үшінші т.б. электролизерлер арқылы еткізіліл отыру кажет.
Сурет 22. Су тазалауға арналған электродиализатордың схемасы: МК, МА катионитті және анионитті мембраналар.
Ал егер, электролизерді камераларға бөліп тұрған диафрагмалардың орнына, ионитті мембраналар қоятын болсақ, онда медицина және электроника саласына қажет өте таза су алуға болады. Осы принцитті пайдалана отырып, кез-келген өндірістің қолданылған суларын тазартуға болады. Бұл әдіс, дамыған елдердің өндірістерінде кеңінен қолданы-лып та жүр.
Бақылау сұрақтары:
Мембрананы қолдану технологиясының ерекшелігі.
Табиғатына байланысты мембрананың классификаңиясы.
Ионитті мембраналардан негізгі қасиеттері.
Ионитті мембрананы қолдану
Әдебиеттер:
Баешов А., Журинов М.Ж., Баешова А.К. Электрохимия негіздері. Оқулық. -Түркістан: ХҚТУ, 2001. – 182 б.
Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник в 2-х томах. Под ред М.А. Шлугера, М.: Машиностроение. 1985
Лайнер Р.И. Современная гальванотехника.-М.: Химия, 1989. -244с.
Шакиров Б.С., Исаева Р.А. Экология және табиғи ресурстар. Оқу құралы. – Шымкент , 2012. – 220 бет.
