THE TECHNOLOGY OF ELECTROCHEMICAL ACTIVATION AQUEOUS SOLUTIONS AND PREPARATION OF STANDARD ELECTROACTIVATED SOLUTIONS

Abstract


Describes the process of electrochemical activation, the main hydraulic circuits to obtain the electroactivated solutions and describes a plant for the preparation of standard solutions anolyte and catholyte.

Full Text

Явление электрохимической активации (ЭХА) водных растворов было открыто академиком, доктором технических наук, профессором В.М. Бахиром в 1975 году [1]. Явление ЭХА заключается в том, что разбавленные водные растворы минеральных солей в результате униполярной электрохимической обработки в анодной или катодной камерах диафрагменного электролизера переходят в метастабильное состояние. Это состояние характеризуется аномальными и самопроизвольно изменяющимися во времени (релаксирующими) физико-химическими параметрами и свойствами. Растворы при электрохимической активации проявляют свойства окислительно-восстановительного и кислотно-основного катализатора в химических и биохимических процессах. Очень низкая концентрация продуктов электрохимической активации и релаксация получаемых растворов определяют их экологическую чистоту. Использование ЭХА растворов в практических целях создало основу для развития множества технологий, сущность которых заключается в применении в различных технологических процессах растворов и воды именно в метастабильном состоянии, т.е. во время их наибольшей физико-химической активности. Электрохимическая активация позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в очень широких пределах кислотно-основные, окислительно-восстановительные и каталитические свойства разбавленных водных растворов и собственно воды и использовать такие метастабильные жидкости вместо традиционных растворов химических реагентов в различных технологических процессах с целью экономии энергии, времени, материалов и затрат труда. Свойства воды, подвергнутой электрохимической обработке, определяются составом солей в исходной воде, а также видом и режимом электрохимического воздействия, в том числе конструкцией и электрохимическими характеристиками реактора. На рис.1 схематично изображен простейший технологический процесс обработки питьевой воды в диафрагменном проточном электрохимическом реакторе. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\2.gif Рис.1. Схема обработки питьевой воды в диафрагменном электрохимическом реакторе Вода с небольшим содержанием солей поступает в анодную и катодную камеры проточного электрохимического реактора. Если через воду протекает электрический ток, то поступление электронов в воду у катода, так же как и удаление электронов из воды у анода, сопровождается целой серией электрохимических реакций, в результате которых образуются новые вещества и изменяется вся система межмолекулярных взаимодействий, в том числе структура воды как растворителя. Раствор, получаемый у анода, назван «анолитом», а раствор получаемый у катода, - «католитом». В результате катодной обработки любая вода, даже дистиллированная, приобретает щелочную реакцию (от исходной рН = 7 до рН = 7,5 ÷ 12. Ее окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) резко понижается (от исходного + ЗООмВ до - 300 - 800мВ). При анодной электрохимической обработке кислотность воды увеличивается от исходной рН = 7 до рН =6÷2, ОВП возрастает от + 300мВ до + 1200мВ. В настоящее время для получения ЭХА растворов промышленностью выпускаются установки типа СТЭЛ. С помощью этих установок получают несколько разновидностей ЭХА растворов: К - католит, А - анолит кислый, АН - анолит нейтральный, АНК - анолит нейтральный, АНД - анолит нейтральный. Ниже, на рис.1 - 5, рассмотрены основные принципиальные гидравлические схемы электрохимических систем, используемых в установках СТЭЛ. Условные обозначения в принципиальных гидравлических схемах электрохимических процессов: РПЭ - реактор проточный электрохимический в виде одного или нескольких проточных электрохимических модулей (ПЭМ); Н - насос; Д -дренаж; В - вентиль регулирующий; К - гидравлическое сопротивление; Е - циркуляционная ёмкость; W - вода питьевая; Э - электролит (концентрированный раствор NаСl). Принципиальная гидравлическая схема получения кислого анолита типа А и щелочного католита типа К изображена на рис.2. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\3.gif Рис.2. Принципиальная гидравлическая схема получения ЭХА растворов анолита А и католита К Питьевая вода из водопровода смешивается в водоструйном насосе Н с концентрированным раствором поваренной соли Э и поступает в анодную и катодную камеры электрохимического реактора РПЭ. На выходе реактора соответственно получают анолит А и католит К. Анолт А имеет рН<5; ОВП =+800… +1200 мВ. Применение анолита А ограничено из-за высокого содержания свободного хлора, что увеличивает коррозионную активность и токсичность анолита. На рис.3 изображена принципиальная гидравлическая схема электрохимической системы для получения анолита типа АН. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\4.gif Рис.3. Принципиальная гидравлическая схема получения анолита АН Приготовление исходного водно-солевого раствора для подачи в электрохимический реактор осуществляется так же, как и в схеме на рис.2. Основной объем исходного раствора подается в анодную камеру реактора РПЭ, давление в которой в процессе работы должно быть выше, чем в катодной, что обеспечивается гидравлическим сопротивлением R. Катодная камера соединена с циркуляционной ёмкостью, которая образует циркуляционный контур вспомогательного электролита. Основным источником пополнения циркуляционного контура является анодная камера. Жидкость из анодной камеры поступает в катодную камеру через диафрагму за счёт перепада давления. Анолит АН имеет рН=5-7; ОВП=+600…+900. Основным активным компонентом анолита является хлорноватистая кислота. Анолит АН не обладает резким запахом свободного хлора, как анолит А, так как раствор практически не содержит свободного хлора. На рис.4 изображена принципиальная гидравлическая схема электрохимической системы для получения анолита АНК. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\5.gif Рис.4. Принципиальная гидравлическая схема получения ЭХА раствора анолита АНК Исходный водно-солевой раствор подается последовательно в катодную, а затем в анодную камеры реактора РПЭ. В отличие от предыдущих схем, здесь анодной обработке подвергается не водно-солевой раствор, а католит. В связи с тем, что анолит АНК получают из католита, он обладает моющими свойствами и, таким образом, он более активен по сравнению с анолитом АН в условиях высокой загрязненности обрабатываемых поверхностей органическими соединениями. Анолит АН имеет рН=7-8,2; ОВП=+250…+800. Анолит АНК также как и анолит АН практически не содержит свободного хлора. На рис.5 изображена принципиальная гидравлическая схема электрохимической системы для анолита типа АНД. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\6.gif Рис.5. Принципиальная гидравлическая схема получения ЭХА раствора анолита АНД Система для получения анолита АНД состоит из двух диафрагменных проточных электрохимических реакторов РПЭ, каждый из которых представляет собой либо единичный проточный электрохимический модуль ПЭМ, либо блок этих элементов, соединенных гидравлически параллельно. В отличие от предыдущей схемы, здесь анолит АНК подвергается анодной обработке в анодной камере. Анолит типа АНД по бактерицидному эффекту аналогичен анолиту АНК. Анолит АН имеет рН=6,8-7,8; ОВП=+700…+1200. В настоящее время схема получения анолита АНК рис.4 получила наибольшее применение. С 2000 года в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве между ВГМА им Бурденко и ООО «СЭЛ» ведутся научные исследования по биологическим и фармакологическим эффектам воды и водных растворов, получаемых при электрохимической активации. Электрохимически активированные растворы получают на кафедре фармакологии из установки СТЭЛ изготовленной в ООО «СЭЛ». В январе 2001 года кафедра фармакологии представила в ООО «СЭЛ» следующие замечания по работе установки СТЭЛ. На установке очень трудно получить стандартные растворы анолита и католита. Установка плохо промывается прилагаемой системой промывки. По данным замечаниям были приняты следующие решения. В связи с тем, что установка работает от водопроводной сети, то любые изменения давления в сети приводят к изменению протока раствора через установку и при небольших объёмах получаемых растворов трудно получить заданный стандартный раствор. Кроме того, в связи с тем, что концентрация солей в воде поступающей в электрохимический реактор изменяется не мгновенно, а с некоторой задержкой оператору необходим большой промежуток времени, чтобы выработать навык работы на установке, что не всегда возможно. Для решения данных проблем было принято решение исключить из гидравлической схемы нестабильную водопроводную сеть и систему подачи соляного раствора в водопроводную воду. На рис.6 изображена гидравлическая схема доработанной установки. Описание: D:\диск_D\Cлужbа\Сборник\архив\ПриАм_9_1\Прикладные информационные аспекты медицины (Т-9 № 1)_files\7.gif Рис.6. Принципиальная гидравлическая схема получения ЭХА стандартных растворов католита К и анолита АНК. Исходный водно-солевой раствор готовится оператором путём растворения заданного количества химически чистой NaCl в дистиллированной воде. Полученный раствор наливается в ёмкость и с помощью насоса Р подаётся в электрохимический реактор. Насос снабжён двигателем постоянного тока, который запитывается от стабилизированного источника питания. Данная схема позволяет создать постоянный проток раствора через электрохимический реактор и исключает какое-либо вмешательство оператора в процесс электрохимической активации. Кроме того, если вместо исходного раствора в ёмкость залить промывочный раствор и при отсутствии напряжения на электрохимическом реакторе включить насос, предварительно опустив трубки выхода растворов анолит и католит в ёмкость, можно осуществить качественную промывку установки. Эксплуатация установки в течение пяти лет показала, что по вышеприведённой схеме получаются стандартные растворы анолита и католита, а промывка установки значительно упростилась.

About the authors

V A Pustovalov


References

  1. Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. М :ВНИИИМТ, 199.С.

Statistics

Views

Abstract - 2

PDF (Russian) - 5

Article Metrics

Metrics Loading ...

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies