电解离子接地（精选7篇）
电解离子接地 篇1
0 引言
传统的接地系统，如用金属棒、金属带、接地铜板、深井接地和利用建筑物基础接地等，仅单纯地将故障电流通过金属导体流入大地，对于如何快速地释放故障电流，这些接地系统尚不能很好地加以解决。特别在恶劣的土壤条件下，金属导体的接地效果往往并不十分理想。I EA电解离子接地系统的出现，为解决这些问题提供了很好的措施。电解离子接地系统非常适用于各种有较高接地要求的场合，目前，I EA电解离子接地系统在电力工程中已经得到了应用。由于弱电工程对接地电阻的要求较高，因此，将I EA电解离子接地系统引入弱电工程，也将起到很好的效果。
1 IEA电解离子接地系统原理
研究和实践证明，土壤电阻率过高的直接原因是在土壤中缺乏起辅助导电作用的自由离子，当能为土壤提供大量的自由离子时，就可以很好地解决接地电阻过高的问题。施工中，往往在接地电阻达不到设计要求时，向接地装置四周加入化学降阻剂，从而达到降低接地电阻的目的。
近年来,国外发明了一种新的降阻技术,并已工厂化生产降阻产品。这种先进的降阻技术国外叫做“电解离子接地列阵”(I oni c Ear t hi ng Ar r ay)，简称I EA技术。在我国，通常也称为电解离子接地系统。电解离子接地系统由合金化合物构成，电极外表是铜合金，其作用是保证接地极具有较高的导电性能，同时保护管内电解离子化合物有较长的使用寿命(减缓管内电解离子化合物随雨水流失的速度，使用期间免维护)。当铜管埋入地下时，电解离子化合物通过铜管呼吸孔吸收水份，发生潮解，将活性电解离子通过管孔有效地释放到周围土壤中。因铜管不断释放活性电解离子，不但能降低周围土壤的电阻率，还可以较长时间的保持土壤的电阻率，从而使土壤的导电性能始终保持在较高的水平，保证故障电流能轻易地扩散到土壤，并降低接地电阻，从而起到长效的作用，达到使用期间免维护的效果。
在地极和土壤之间，通过专用回填料能够增大电解地极的等效截面积和与土壤的接触面积。专用回填料有非常好的膨胀性、吸水性、离子渗透性以及防腐性，由于大气压力的改变和自然空气流动，促使空气流入电解离子接地极顶端的通气孔，使之与接地极内的金属盐化合，经过吸湿处理形成电解液。这些电解液聚积在接地极底部并溢出，向四周扩散而形成“接地根”，接地面积会随时间增长而增加,使土壤电阻降低，从而达到接地电阻持续降低的效果。无论天气或周围环境如何变化，都能使周围土壤保持一定的湿度，以达到最佳导电状态，且能随着时间的推移，逐渐扩大周围土壤的导电范围，同时保护电解地极免遭腐蚀与侵害。
由于使用时，电解离子铜管总是多根或直线排列，或交叉垂直排列，形成一个电解地极列阵，因此，电解离子接地列阵技术由此得名。
2 IEA电解离子接地系统在广州白云机场迁建供油工程中的应用
2.1 地质状况
由于广州白云机场迁建供油工程使用油库是由回填土堆积而成的填土区，土壤电阻率较高，土壤环境较差。而弱电控制中心的建筑物为单层建筑，建筑面积不大，楼层较低，基础采用较浅的独立承台基础，很难利用建筑物的基础作为接地体来降低接地电阻。
2.2 设计对接地电阻的要求
根据《电子计算机机房设计规范》(GB50174-1993)、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-1994)、《建筑物防雷设施安装》、《接地装置安装》、《接地装置施工及验收规范》等中的有关规定，计算机接地网和主网相接时，接地电阻不应大于1Ω。根据以上标准规范的要求，广州白云机场迁建供油工程中使用油库包括大量自动化仪表和SCADA系统在内的弱电工程的接地网的接地电阻值按1Ω设计。
2.3 I EA电解离子接地系统的应用
本工程采用由广州市建高科技有限公司代理的美国ATI公司I EA电解离子接地系统，该接地系统配合I EA回填料(物理降阻剂、长效防腐降阻剂)和I EA保护盖(接地测试井、接地检测井)使用，非常适用于各种有较高接地要求的场合。
该I EA电解离子接地系统的电极结构为组合式，分为三主件，用户可自调长度。电极主体采用高导电率铜合金，直径为54毫米，标准长度为3米，每支电极重量约为15kg。电极进气端口采用高精度碳/陶物，每只I EA电极配备有一包25kg的I EA回填料。该产品寿命为25年以上，完全免维护。
每只I EA电极预留95mm2铜缆以供和其它所有的I EA电极采用火泥熔接方法连接成一体，组成一个完整的I EA电解离子接地系统。
2.4 火泥熔接技术的应用
在美国ATI公司I EA电解离子接地系统裸铜缆的连接中，常采用配套的美国铜缆连接方法———TECTOWELD火泥熔接(放热式电力连接器)。
火泥熔接(Tect owel d)是一种放热式熔接技术，是利用化学反应时产生的超高热在瞬间完成导体之间的连接，它无需其它任何外加热能或能量。火泥熔接又称放热焊接、放热熔接、火泥焊接。它是通过导体熔化后分子间力的作用来连接导体的，使被连接导体熔为一体，没有接触面，这样就克服了传统焊接工艺在连接点处存在表面接触电阻等无法克服的困难。火泥熔接的接头具有较大的散热面积，熔点也与导体相同，故通电流能力与导体相同，能承受重复性大电流的冲击。火泥熔接接头不仅外形美观一致，而且品质是其他连接方式无法比拟的。其特点是：操作简易、熔接速度快、无需外加热源、接头形状整齐等。所需工具为模具(熔模、火泥熔接模具)、熔粉(焊药、火泥熔接熔粉、放热焊接焊药)、模夹(夹具)、点火枪、喷灯头等。
3 IEA电解离子接地系统施工方法探讨
3.1 I EA电解离子接地极的安装
I EA电极一般安装在建筑物周围的平坦地带，且I EA之间必须用裸铜缆连接，裸铜缆要求直接埋入土壤中的深度为0.5～1.0米。具体安装步骤如下：
首先，进行孔槽的钻探。I EA电极安装在直径为30cm的垂直孔内，孔深与I EA电极的长度相当。由于本工程为回填土区，我们根据地质情况采用了直径为30cm的圆筒钻。该工具价格低廉，通过两个施工人员的来回转动，一个工日即可挖出一个直径30cm深度为5米的垂直孔。
接着，从包装袋中取出待接的二段IEA电极，用提供的连接器将二段连接起来，并确认连接紧密。在安装中一定要注意将IEA顶部的盖子去掉。
随后，将IEA电极放入已准备好的垂直孔中，用特制的IEA回填料填入孔中的IEA电极周围，在填入回填料时要注意IEA电极的周围不得有空隙存在，必须将IEA电极的周围填实。在安装中注意IEA电极不得直接打入土壤中。L型的IEA电极，安装在1.5米深的沟槽内，沟槽的长度与IEA电极的水平长度相同。
最后，将安装完的IEA电极用裸铜缆连接起来，形成主环，其连接点用放热(火泥)熔接。接地系统施工完毕后，将弱电设备的接地线连接到接地主汇流排上。由于弱电系统和防雷接地系统一般可以共用接地系统，但在接线时必须注意避雷针的引下线必须直接接到IEA接地系统的接地主环上。
3.2 火泥熔接
火泥熔接是一种连接铜与铜或铜与铁的放热熔接，在熔接的过程中，将熔剂放置在耐高温的熔模中，用打火枪点燃，熔剂燃烧过程中将产生超过摄氏1400度的高温，并在熔模中留下残渣。液态的铜流入注入孔中，填满模穴中所有的空隙，这样熔接就完成了。然后使金属冷却、凝固，启开模夹，清除熔模内矿渣以备下次使用。整个过程只需数十秒钟。火泥熔接的效果比其它任何化学方式和机械性压力方式要优越的多。连接点为分子结合，它不会随时间的推移而松弛或老化。所有接地系统的连接都需用到火泥熔接。火泥熔接可实现电缆与电缆(T型的、X型的等等)，电缆与接地极，接地极之间的连接以及电缆与铁或铸铁的连接。火泥熔接的步骤如下：
首先，将模具烘干后清干净模穴，并将裸铜缆头放在模穴内;然后，盖上模盖并用模夹将模具固定，并将垫片放入模穴内;接着，将熔粉到入模穴，散布起火粉于熔粉顶面，留一点起火粉散布于模口;最后，盖上顶盖，对准模口点火。在点完火后要远离模具，同时观察火泥熔接。在火泥熔接完成等金属冷却并凝固后，打开模具，清除熔渣，为下次熔接作准备。
4 结束语
4.1 IEA电解离子接地系统的优点
通过本工程的实践证明，在弱电工程的接地系统中采用IEA电解离子接地系统来降低接地电阻有如下优点：占地面积少，可减少挖沟，降低土方量，同时降低了成本，节约了投资;施工简单、方便，施工期短;可减少钢材消耗，无毒，不污染环境;电解地极降阻效果好，性能稳定。
4.2 火泥熔接技术的优点
熔接处负载电流的能力和导体一样，不会随时间而老化;牢固的分子结合，不会松动或被腐蚀;能抵挡重复的故障;可节省劳力;无需特别的焊接技术;无需外加热源;可直接观察其质量;便於携带。
摘要：本文介绍了广州白云机场迁建供油工程在油库弱电工程中使用IEA电解离子接地系统的应用情况,从设计、施工等方面进行了总结,并对施工方法进行了探讨。
关键词：电解离子接地装置(IEA),火泥熔接,弱电工程
参考文献
[1]99D501-1.IEA电解离子接地系统施工方法[S].
[2]99D501-1.火泥熔接法施工方法[S].
[3]GB50057-1994.建筑物防雷设计规范[S].
[4]GB50174-1993.电子计算机机房设计规范[S].
电解质溶液中离子浓度大小比较 篇2
一、掌握解此类题的三个思维基点: 电离、水解和守恒( 电荷守恒、物料守恒及质子守恒)
1. 电荷守恒: 任何溶液中都呈电中性,电解质溶液中所有的阳离子所带的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等. 如在CH3COONa溶液中,c ( CH3COO-) + c ( OH-) =c( Na+) + c( H+) 1
2. 溶质守恒( 物料守恒) : 溶质在溶液中某种离子的各种存在形式总和不变. 如在CH3COONa溶液中,
( 3) 质子守恒( 溶剂守恒) : 溶液中溶剂水电离的c( H+) 和c( OH-) 浓度相等,如在CH3COONa溶液中,水所电离的H+被部分CH3COO-结合生成CH3COOH,因此: c ( H+) +c( CH3COOH) = c( OH-) 3. 对于这个守恒实际上是电荷守恒和物料守恒两个恒等式的代换关系,学生可以不必记忆或自行导出,只要掌握1式和2式即可代换出来( 由1式c( Na+) =c( CH3COO-) + c ( OH-) - c ( H+) 代入2式c ( Na+)=c( CH3COO-) + c( CH3COOH) 得c( CH3COO-) + c( OH-) c( H+) = c( CH3COO-) + c( CH3COOH) ,删去两边相同的即可得3) .
二、做题时搞清溶液状况,首先搞清是单一溶液还是混合溶液,然后再根据情况分析
1. 单一溶质的溶液中离子浓度比较
( 1) 多元弱酸溶液中,由于多元弱酸是分步电离的( 注意:弱酸弱碱电离都是微弱的) ,第一步的电离远远大于第二步,第二步远远大于第三步,但是三步电离都产生氢离子. 由此可判断多元弱酸溶液中离子浓度大小顺序. 如H3PO4溶液中:
( 2) 多元弱酸的强碱正盐溶液中,要根据酸根离子的分步水解( 注意: 水解都是微弱的) 来分析. 第一步水解程度大于第二步水解程度,依次减弱. 如Na2S溶液中:
( 3) 多元弱酸的酸式盐溶液中,由于存在弱酸的酸式酸根离子的电离,同时还存在弱酸的酸式酸根离子的水解,因此必须搞清电离程度和水解程度的相对大小,然后判断离子浓度大小顺序. 常见的NaH CO3、Na HS、Na2HPO4溶液中酸式酸根离子的水解程度大于电离程度,溶液中c( OH-) > c( H+) 溶液显碱性,例NaH CO3中: c( Na+) > c( HCO3) > c( OH-) > c( H+) >c( CO23) ,( 说明: CO23由HCO3电离得到,HCO3CO23+H+; 如不考虑水的电离,应有c( H+) = c( CO23) ,因为还有水电离出的H+,所以c( H+) > c( CO23) .
而在NaH SO3、Na H2PO4溶液中弱酸根离子电离程度大于水解程度,溶液显酸性,c( H+) > c( OH-) . 如在Na HSO3中:
据此,在教学中可引导学生得出以下重要规律:
( 1) 第一步水解生成的粒子浓度在[OH-]和[H+]之间,第二步水解生成的粒子浓度最小. 如Na2S溶液中的各离子浓度大小的顺序 为: c ( Na+) > c ( S2 -) > c ( OH-) > c ( HS-)> c( H+) .
( 2) 不同溶液中同种离子浓度的比较: 既要考虑离子在溶液中的水解因素,又要考虑其他离子的影响,即是抑制还是促进,然后再判断. 如相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+的浓度大小问题,由于CH3COOH的酸性比HCO3强( 就是电离 出H+的能力) ; 所以,应为c ( CH3COONa ) >c( NaH CO3) ,故而,相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+浓度的的结果是CH3COONa溶液的Na+浓度大.
2. 混合溶液中离子浓度的比较
首先要考虑混合后溶液的状况及溶液的酸碱性,即溶液中c( H+) 与c( OH-) 的关系.
( 1) 强酸与弱碱溶液混合后溶液中离子浓度大小比较
a. 酸过量: 溶液为强酸和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中一定存在c( H+) > c( OH-) 呈酸性. 如盐酸和NH4Cl溶液中:
b. 酸碱恰好完全反应: 溶液为单一盐溶液,弱碱根离子水解,溶液呈酸性. 如NH4Cl溶液中: c( Cl-) > c( NH4+) > c( H+)> c( OH-) .
c. 碱少量过量: 溶液为弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中可能有: c( OH-) = c( H+) 呈中性. 如NH4Cl溶液和氨水的中性混合溶液中: c( NH4+) = c( Cl-) > c( OH-) = c( H+) .
d. 碱大量过量: 溶液为大量弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中c( OH-) > c( H+) 呈碱性. 如NH4Cl溶液和氨水的碱性混合溶液中: c( NH4+) > c( Cl-) > c( OH-) > c( H+) .
( 2) 强碱和弱酸溶液混合后,溶液中离子浓度的大小比较
a. 呈碱性包括两种情况; 强碱和强碱弱酸盐的混合溶液及单一强碱弱酸盐溶液. 如Na OH和CH3COONa的混合溶液中:c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) 或CH3COONa溶液中: c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) .
b. 呈中性: 强碱弱酸 盐和少量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中:
c. 呈酸性: 强碱弱酸 盐和大量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中:
( 3) 强酸强碱的盐溶液不水解,比较容易判断,根据具体问题考虑,一般不会出现错误.
( 4) 弱酸弱碱盐溶液过于复杂,不在中学考察范围之内.
三、溶液中离子浓度关系判断小技巧( 巧用等号关系)
若粒子间用等号连接,应根据守恒原理,视不同情况,从以下几个方面思考:
( 1) 若等号一端全部是阴离子或阳离子时,应首先考虑溶液中阴、阳离子的电荷守恒. 如: Na2SO4和Mg Cl2的混合溶液中: c( Na+) + 2c( Mg2 +) + c( H+) = c( Cl-) + 2c( SO24) + c( OH-) .
( 2) 若等号一端各项中都含同种元素时,首先应考虑这种元素的原子守恒,即物料守恒. 如Na HCO3溶液中.
( 3) 若等号一端为c( H+) 或c( OH-) 时,应首先考虑是否符合水的电离守恒. 如在Na2CO3溶液中H+和OH-均由水电离产生,故应该有c( OH-) = c( H+) ,但由于CO23在溶液中会结合质子产生HCO3、H2CO3( 结合了2个质子) ,故在Na2CO3溶液中c( OH-) = c( H+) + c( HCO3) + 2c( H2CO3)
( 4) 若等号两端既有分子又有离子,则考虑将电荷守恒与物料守恒相加或相减; 或利用质子来源进行分析. 如Na HCO3溶液中:
电荷守恒: c ( Na+) + c ( H+) = c ( HCO3) + 2 ( CO23)+ c( OH-)
物料守恒: c( Na+) = c( HCO3) + c( CO23) + c( H2CO3)
代数关系可得: c( H+) + c( H2CO3) = c( CO23) + c( OH-)
电解离子接地 篇3
1 盐水质量对电流效率的影响
离子膜法制碱技术中,进入电解槽的盐水质量是这项技术的关键［2］,盐水的质量不仅影响离子膜的寿命,而且是在高电流密度运行时获得高电流效率的重要因素。盐水中的杂质对离子膜的电流效率的影响主要表现在:
(1)盐水中Ca2+、Mg2+等杂质金属离子的存在,导致离子膜电解槽电流效率的降低
离子膜电解槽的阳离子交换膜具有选择和透过溶液中阳离子的特性,它能选择和透过盐水中的Na+,而其它的金属阳离子如Ca2 +、Mg2 +也同样能透过。但是,当Ca2 +、Mg2 +等其它二价或三价金属阳离子透过离子交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH－生成氢氧化物沉淀,会堵塞离子膜的微孔,使膜电阻增加,从而引起电解槽的槽电压上升,进一步加剧OH－向阳极室反迁移,导致电流效率的下降。离子膜烧碱装置二次盐水的螯合树脂是采用德国拜耳公司生产的TP - 208 螯合树脂,经其处理的盐水指标如表1。其指标完全满足Nafion N982离子膜对杂质离子的要求,为离子膜电解槽在高的电流效率下运行提供了可靠的保证。
(2)盐水中Na2SO4杂质的存在,导致离子膜电解槽电流效率的降低
杜邦Nafion N982 离子膜对Na2SO4可耐受的量是比较大的,因为离子膜本身是排斥硫酸根的,但是当Na2SO4浓度过高,会以Na2SO4或三聚盐的形式沉积在靠近离子膜阴极侧的位置,其对膜的损害与氢氧化钙类似,导致电流效率下降。杜邦Nafion N982 离子膜要求Na2SO4限值< 10 g/L。我们采用引流部分淡盐水加入20% Ba Cl2溶液然后利用道尔澄清桶澄清的工艺除去Na2SO4。因此,盐水中Na2SO4的浓度也不能过低,过低的Na2SO4的浓度会导致盐水中Ba2 +的升高,加重螯合树脂的负担。我们在装置运行过程中,控制盐水中的含量在4 ~7 g / L,符合Nafion N982 离子膜对盐水中Na2SO4杂质的要求。
( 3) 盐水中有机物对电流效率的影响
盐水中有机物在阳极液中被氧化成氯碳化合物,在阳极液中造成泡沫,从而造成阳极室中气室的增加,从而造成电阻和电压的升高。离子膜会很容易地吸收被氧化后的有机物( 如乙醇类、酮类、醚类,等) ,离子膜吸收有机物后会溶胀,其排斥阴离子的能力将下降,从而导致电流效率下降。我公司离子膜烧碱装置一次盐水采用先加入Na Cl O将盐水中的有机物小分子氯碳化合物,再用浮上澄清法将其有效地除去。这样,可以有效地避免了盐水中有机物对电流效率的影响
如果长期向离子膜电解槽供应含有杂质较高的纯盐水,会使电解槽的电流效率明显降低,而且这种影响是可积累的,极大地降低了离子膜的性能,缩短离子膜的使用寿命［5］。当二次盐水工序生产异常,入槽盐水质量差时,我们果断地采取了措施,降低电解槽的负荷或者装置停车,阻止了事故的进一步恶化。自离子膜烧碱装置开车两年来,没有因为入槽盐水的质量问题使电解槽的电流效率降低,电解槽的电流效率始终保持在96% 以上运行。
2 阴极液Na OH浓度对电流效率的影响
阴极液中Na OH浓度与电流效率的关系存在一个极大值。随着Na OH浓度的升高,阴极侧膜的含水率减少,固定离子浓度增大,因此电流效率随之增加,但是随着Na OH浓度的继续升高( Na OH浓度> 35% ) ,膜中OH－浓度增大的起决定作用,使电流效率明显下降。随着Na OH浓度的提高,膜中含水率逐渐下降,导致膜电压升高,槽电压也随之升高,阴极液电阻随Na OH浓度增加而上升,也使槽电压升高。
另外,随着Na OH浓度的降低,阴极侧膜的含水率增大,加剧OH－向阳极室反迁移,导致电流效率的下降。阴极液中Na OH浓度过低( Na OH浓度< 28% ) ,使膜遭到永久性破坏。因此,长期稳定地控制Na OH最佳浓度是非常重要的［4］。我们要求控制Na OH浓度( 32 ± 1) % 。离子膜烧碱系统的无离子水加入量是根据电解槽的负荷采用串级控制,Na OH浓度由在线质量分析仪实时监控,有效地保证了Na OH浓度的稳定性。
3 阳极液Na Cl浓度对电流效率的影响
阳极液中Na Cl的浓度对电流效率的影响是非常明显的,随着阳极液Na Cl浓度的降低,电流效率也下降,这是由于阳极液浓度的降低,将使膜中含水率增高,导至OH－反渗速度增加,使电流效率下降。如果长时间在低的Na Cl浓度下运行,会使膜发生膨胀,严重时导致起泡、分层,使膜遭到永久性破坏。
随着阳极液中Na Cl浓度的降低,膜中伴随Na+而移动的水量也急速增加,从而导致阳极液中的Cl－向阴极室的渗透也加剧。另外,膜中含水量增多导致膜发生膨胀,也会使更多的Cl－渗透到阴极室,使烧碱含盐升高。但阳极液中Na Cl浓度也不宜太高,否则单位面积膜的透水率下降,使膜电压升高,增加电耗,降低膜的运行寿命。杜邦公司推荐阳极液中Na Cl浓度为210 ~ 230 g/L。避免在低于200 g/L下运行。我公司阳极液中Na Cl的浓度通过调整进电解槽纯盐水流量来保证。
4 电流密度对电流效率的影响
适宜的碱流密度也是影响电解槽电流效率的重要因素［3］。杜邦Nafion N982 离子膜要求电流密度范围为1. 5 ~ 5. 0 k A/m2,在此范围内电流密度增加,电流效率几乎不变; 但是,当电解槽在电流密度< 1. 5 k A/m2运行时,OH－向阳的扩散泄漏比率逐渐增加,从而导致电流效率的降低。当电解槽在电流密度>5. 0 k A / m2运行时,离子膜的界面上无Na Cl补充,不仅使的电流效率降低,槽电压升高,而且容易使离子膜的内部结构受到损坏,过高的电流密度造成膜永久性破坏。我们在DCS控制系统中,将电解槽运行电流高高报警组态为电解槽连锁停车的一个条件,当电解槽运行电流( II1101A) 高报警时( I > 14. 5 k A) ,连续10 s后该电解槽将连锁停车。从而保证了电解槽离子膜的安全。同时规定: 电解槽负荷低于1. 5 k A/m2运行时间应严格限制在2 ~ 3 h。
5 极液p H值对电流效率的影响
采用向阳极液中添加盐酸的方法,可以将阴极液中反渗过来的OH－与HCl反应除去,不仅可以提高阳极电流效率,提高氯气纯度,而且可降低氯中含氧和阳极液氯酸盐含量,还能延长阳极涂层寿命。伍德工艺中考虑,在p H = 9 ~ 10 盐水和酸性盐水相比,电能消耗没有差别,烧碱电流效率和槽电压都不受影响,对氯气纯度要求不是非常严格,因此采用碱性盐水。为防止氯酸盐的累积,本工艺采用氯酸盐分解工艺。如果阳极液p H值升高,说明电流效率下降,OH－反渗增多。正常条件下,阳极液p H值在4 ~ 5 之间。控制入槽纯盐水中较小Na OH过碱量,可以有效地阻止盐水中的Na OH与电解产生氯气的反应,提高电解槽的电流效率。我们控制入槽纯盐水p H值在8 ~ 11,即能保证阳极液p H值4 ~ 5 之间。
6 电解槽温度对电流效率的影响
离子膜有一个最佳操作温度范围,在这一范围内,温度的上升会使离子膜阴极侧孔隙增大,使钠离子迁移数增多,有助于电流效率的提高［6］。每一种电流密度下都有一个取得最佳电流效率的温度点。当电流密度降低时,为了取得最高电流效率,电槽的操作温度也必须相应降低。但是,当槽温降至65 ℃以下时,电流效率下降很迅速,以后即使温度再上升,电流效率也难以恢复到原来的水平。
温度上升,将使膜的孔隙增大,有助于提高膜的导电度,还将使电解液的导电度提高,从而可以降低槽电压。温度每上升1 ℃ ,槽电压可降低16 m V。但是当温度太高时,水的蒸发量增加,导致汽/水比例增加,使电压上升,同时因电解液趋向沸腾,加速膜的恶化,也加剧电极的腐蚀和涂层的钝化。避免在> 90 ℃ 以上运行。杜邦Nafion N982 离子膜推荐的温度范围为85 ~ 88 ℃ ( 4 ~ 5 k A/m2) 。我们通过控制进入电解槽纯盐水、烧碱的温度可以轻松地将电解槽温度控制在87. 5 ~ 88. 5 ℃( 5 k A/m2) 。
7 电槽电解液流量对电流效率的影响
在电解过程中,气泡效应对槽电压的影响很明显。电槽内产生大量氢气和氯气,使槽内液体气体率增加,气泡在膜上及电极上的附着量也增加,从而导致槽电压升高。尽管单元槽和电极在设计上能迅速从电极表面上放出所产生的气体,但仍需有足够数量的电解液供给电解槽进行循环,以便及时将气体带走,对防止电解室内氯气滞留起到有效作用,另一方面,保证电解槽内不缺液体,使整个膜处于液相之中,消除气相对膜的作用,提高膜的使用寿命。保持较高的循环量,能使液体在离子膜表面产生足够的湍动,以便使滞边界层厚度降到最小,使整张膜的电流密度和液体浓度均匀一致,提高了电解槽的电流效率。我们采用的伍德电槽自然循环量很大,可使电解液分布均匀。减小了电槽电解液流量对电流效率的影响。
8 无离子水的供应对电流效率的影响
阴极液中Na OH浓度是通过无离子水的加入流量来控制的,当无离子水供应异常时,可能会导致阴极液中Na OH浓度波动。过高或过低的Na OH浓度会使电流效率下降( 如2 中所述) 。另外,无离子水的质量不仅影响产品烧碱的质量,也影响电解槽电流效率。无离子水中的杂质过高,会导致产品烧碱中杂质升高,使成品碱的品质下降,同时,无离子水中的杂质重金属离子会在电流的作用下被还原,吸附在阴极的表面,使阴极活性降低,导致槽电压升高,电流效率降低。我们控制无离子水指标: 电导率: < 5 μs/cm; Ca+、Mg2 +: < 100 μg/L;Fe: < 50 μg / L。完全满足烧碱装置的质量要求。因此,稳定无离子水的供应,提高无离子水的质量,也是离子膜电解槽在高的电流效率下运行的重要条件。
9 结语
电解离子接地 篇4
一、溶质单一型溶液
1.酸溶液和碱溶液。
对于酸和碱溶液主要考虑电离, 在酸溶液中的所有离子中, c (H+) 最大;碱溶液的所有离子中, c (OH-) 最大, 其他离子浓度根据电离程度进行比较, 其中难点在于弱酸和弱碱的电离。
2.盐类的水解非常微弱, 一般不超过千分之二。盐溶液中正盐主要考虑水解, 酸式盐要先判断酸式酸根以电离为主还是水解为主。
(1) 弱酸的阴离子和弱碱阳离子因水解而消耗, 如Na HCO3溶液中, c (Na+) >c (HCO3-) 。
(2) 弱酸阴离子和弱碱阳离子的水解是微量的 (双水解除外) , 因此水解生成的弱电解质及产生的H+ (或OH-) 也是微量的, 但由于水的电离平衡和盐类水解的平衡同时存在, 所以水解后的呈酸性的溶液中c (H+) (或呈碱性的溶液中c (OH-) ) 总是大于水解产生的弱电解质的浓度。
(3) 水解的口诀要牢记:有弱才水解, 无弱不水解, 越弱越水解, 都弱都水解, 谁强显谁性, 同强显中性;所以在水解呈酸性的溶液中, 总有c (H+) >c (OH-) , 在水解呈碱性的溶液中, 总有c (H+) <c (OH-) 。以强酸弱碱盐为例, 在氯化铵溶液中, 同时存在着如下电离平衡和水解平衡:NH4Cl=NH4++Cl-;H2O葑H++OH-;NH4++H2O葑NH3·H2O+H+, 由于铵根离子被水解, 所以c (Cl-) >c (NH4+) , 而溶液中的电离程度大于水解程度, 所以c (Cl-) >c (NH4+) >c (H+) >c (OH-) 。
(4) 多元弱酸的强碱正盐中, 要根据酸根的分步水解来分析 (注意水解都是微弱的) ;第一步水解程度大于第二步水解程度, 依次减弱, 以第一步水解为主;如在硫化钠溶液中, 同时存在以下电离和水解平衡:
Na2S=2Na++S2-, H2O葑H++OH-;S2-+H2O葑HS-+OH-;HS-+H2O葑H2S+OH-, 由于电离产生c (Na+) :c (S2-) =2:1, 且部分硫离子水解, 所以c (Na+) >c (S2-) , 而水解时第一步大于第二步, 所以c (S2-) >c (HS-) >c (H2S) ;强碱弱酸盐显碱性, 所以c (OH-) >c (H+) , 而溶液中OH-同时来源于S2-水解和水的电离, 所以有c (OH-) >c (HS-) , 所以Na2S溶液中的离子浓度关系如下:c (Na+) >c (S2-) >c (OH-) >c (HS-) >c (H+) 。
(5) 多元弱酸酸式盐溶液中, 由于存在弱酸的酸式根离子的电离, 同时还存在弱酸的酸式根离子的水解, 必须搞清楚电离程度和水解程度的相对大小, 然后判断离子浓度的顺序;这个时候需要记住一些典型的特例。例如, 常见的Na HCO3, Na HS, Na2HPO4溶液中, 水解程度大于电离程度, 溶液呈碱性。例如在Na HCO3溶液中有c (Na+) >c (HCO3-) >c (OH-) >c (H+) >c (CO32-) ;而在溶液Na HSO3, Na H2PO4中则是电离程度大于水解程度, 溶液呈酸性, 例如, 在溶液Na HSO3中, 离子浓度顺序为:c (Na+) >c (HSO3-) >c (H+) >c (SO32-) >c (OH-) 。
二、混合溶液中的离子浓度
1.相互不反应, 则同时考虑电离和水解哪个占主要地位;要求记住典型特例, CH3COOH与CH3COONa等浓度时, 电离程度大于水解程度, c (CH3COOH) <c (CH3COO-) , 呈酸性;NH3·H2O和NH4Cl等浓度时, 电离程度大于水解程度, c (NH3·H2O) <c (NH4+) , 呈碱性;HCN和Na CN等浓度时, 水解程度大于电离程度, c (HCN) >c (CN-) , 呈碱性。
例用物质的量为0.1mol CH3COOH和CH3OONa溶液配成1L的混合溶液, 已知其中c (CH3COO-) >c (Na+) , 比较混合溶液中的离子浓度大小。
解:在混合溶液中, CH3COOH, CH3COONa的电离和CH3COO-的水解同时存在, 即CH3COOH葑CH3COO-+H+;CH3COONa=CH3COO-+Na+;CH3COO-+H2O葑CH3COOH+OH-;根据电荷守恒有:c (CH3COO-) +c (OH-) =c (H+) +c (Na+) , 根据题意, c (CH3COO-) >c (Na+) , 所以, c (OH-) <c (H+) , 溶液呈酸性, 电离程度大于水解程度;根据物料守恒, 可以有c (CH3COOH) +c (CH3COO-) =0.2mol/L, 溶液中离子浓度大小为:c (CH3COO-) >c (Na+) >c (H+) >c (OH-) 。
2.两种物质恰好完全反应———当作单一溶质处理;故与情况一相同;若强酸与强碱混合, 恰好完全反应, 则溶液呈中性;若强酸和弱碱恰好完全反应, 生成的溶液为单一的盐溶液, 弱碱根离子水解, 溶液呈酸性;若强碱和弱酸恰好完全反应, 生成的溶液为单一的盐溶液, 弱酸根离子水解, 溶液呈碱性;如, 在10ml 0.1mol/L Na OH溶液中加入同体积, 同浓度CH3COOH溶液, 两种溶液恰好完全反应, 生成CH3COONa和水, 因此反应后的溶液实际就是单一溶质CH3COONa溶液, 而CH3COONa是强碱弱酸盐, 极少一部分发生水解, 因此可知, 溶液中离子浓度的大小关系为:c (Na+) >c (CH3COO-) >c (OH-) >c (H+) ;由电荷守恒可以得到:c (Na+) +c (H+) =c (CH3COO-) +c (OH-) ;由物料守恒可以得到:c (Na+) =c (CH3COO-) +c (CH3COOH) 。
3.两种物质反应, 其中一种剩余;此类题目中若有酸或碱过量时, 应抓住两溶液混合后剩余的弱酸或弱碱的电离程度和生成的盐的水解程度的相对大小。
(1) 强酸和弱碱溶液混合后, 若酸过量, 则反应后的溶液为强酸和强酸弱碱盐, 显然溶液显酸性, c (H+) >c (OH-) ;若碱溶液大量过量, 溶液为大量的弱碱溶液和强酸弱碱盐的混合溶液, 溶液中的c (H+) <c (OH-) , 溶液显碱性;若碱溶液少量过量, 溶液为少量的弱碱溶液和强酸弱碱盐的混合溶液, 溶液中c (H+) =c (OH-) ;因此可以根据这几种情况具体判断溶液中离子浓度的大小.
例用0.1mol/L的盐酸溶液滴定0.1mol/L的氨水, 滴定过程中不可能出现的现象是 ()
解析:氨水和盐酸混合后, 溶液中存在的离子有四种:Cl-, NH4+, H+和OH-;若氨水大量过量, 则溶液为NH3·H2O和NH4Cl混合溶液, 呈碱性, 所以有c (NH4+) >c (Cl-) >c (OH-) >c (H+) , 所以A正确;若氨水少量过量, 则溶液可能呈中性, 此时c (OH-) =c (H+) , 根据电荷守恒, 可得c (NH4+) =c (Cl-) , 所以B正确;若盐酸过量, 溶液为HCl和NH4Cl的混合溶液, 此时溶液呈酸性, 则有此时就会有:c (Cl-) >c (NH4+) , c (H+) >c (OH-) , 所以D正确, 而对于C选项, 根据电荷守恒, 有c (NH4+) +c (H+) =c (OH-) +c (Cl-) , 因此不可能出现c (Cl-) >c (NH4+) , c (OH-) >c (H+) , 所以不可能出现的现象是C。
(2) 强碱和弱酸混合后, 若强碱过量, 则反应后的溶液为强碱和强碱弱酸盐的混合溶液, 显然溶液呈碱性即c (H+) <c (OH-) ;若酸少量过量, 则得到的溶液为少量弱酸和强碱弱酸盐的混合溶液, 则溶液呈中性, c (H+) =c (OH-) ;若酸大量过量, 则得到的溶液为大量的弱酸和强碱若酸盐的混合溶液, 溶液呈酸性, 即c (H+) >c (OH-) 。
例某酸性溶液中只有Na+, CH3COO-, H+, OH-四种离子, 则下列描述正确的是 ()
A.该溶液由p H=3的CH3COOH与p H=11的Na OH溶液等体积混合而成;
B.该溶液由等物质的量浓度、等体积的Na OH溶液和CH3COOH溶液混合而成;
D.加入适量氨水, c (CH3COO-) 一定大于c (Na+) 、c (NH4+) 之和。
解析:此题的关键首先要抓住题目中的“酸性”两个字, 而且要注意弱酸、弱碱给出p H值和给出物质的量浓度是两个完全不同的概念, 选项A中, CH3COOH是弱酸, 不完全电离, 现溶液中电离出的c (H+) =10-3mol/L, Na OH是强碱, 完全电离出的c (OH-) =10-3mol/L;恰好完全反应, 生成强碱弱酸盐CH3COONa, 同时由于酸碱中和反应的发生, 使CH3COOH电离出的c (H+) 降低, 电离平衡向右移动, 产生更多的H+, 致使溶液呈酸性。选项B中, 等物质的量浓度, 等体积的Na OH溶液和CH3COOH溶液混合, 恰好完全反应, 生成强碱弱酸盐CH3COONa, 溶液呈碱性, 与题目不符合;选项C中, 根据电荷守恒的原理, 溶液中的离子浓度始终满足c (CH3COONa-) +c (OH-) =c (Na+) +c (H+) , 在任何溶液中都不可能出现c (CH3COO-) >c (Na+) , c (OH-) >c (H+) ;所以C选项不正确。选项D中, 根据电荷守恒, 溶液中离子浓度满足:c (CH3COON) +c (OH-) =c (NH4+) +c (Na+) +c (H+) , 若加入氨水后溶液呈中性, 即:c (OH-) =c (H+) , 则有c (CH3COONa-) =c (NH4+) +c (Na+) ;若溶液呈碱性, 即c (OH-) >c (H+) , 则有c (CH3COONa-) <c (NH4+) +c (Na+) ;若溶液呈酸性, 则有c (CH3COONa-) >c (NH4+) +c (Na+) , 因此, c (CH3COO-) 不一定大于c (Na+) 、c (NH4+) 之和。所以答案为A。
三、同一粒子在不同溶液中的离子浓度大小比较, 看不同溶液中其他粒子对该离子浓度的影响
例物质的量浓度相同的下列溶液中, c (NH4+) 最大的是 (%)
解析:A、B、C、D都是强电解质, NH4Cl为强酸弱碱盐, 水解消耗铵根离子;NH4HSO3中电离占优势, 产生的H+抑制了NH4+的水解;CH3COONH4是双水解, 大量消耗NH4+, 产生氨气, 使得溶液中NH4+浓度下降;NH4HCO3中电离出来的HCO3-的水解会促进NH4+的水解, 使得溶液中NH4+浓度降低。因此, 正确答案为B。
一般说来, 若选项为离子浓度的等式, 要从电荷守恒、物料守恒、质子守恒考虑, 甚至有时需要将其中两个守恒等式进行叠加处理。教学中发现, 学生最容易理解的是电荷守恒, 理解起来最吃力的是质子守恒, 而往往在解题中, 大多数题目只要运用电荷守恒就可以解决, 最多把电荷守恒和物料守恒联系起来也就可以解决问题了。
电解离子接地 篇5
关键词：离子液体,铝二次电池,电解液,添加剂
0 引言
铝二次电池,是继铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂二次电池之后的新一代化学电源。铝二次电池体系与其他二次电池相比,具有能量更大、成本更低、重量更轻、体积更小、更环保、更安全稳定、性价比更高等特点,是可以循环利用持续发展的可再生新能源。铝电极电位很负,在中性及酸性介质中为-1.66 V(vs SHE),在碱性介质中为-2.35 V (vs SHE);金属铝廉价、易得、易回收,而且铝是地球上含量最丰的金属元素,开采、开发、加工、利用成本非常低;铝的比能量很高,理论电化学比容量达2 980 mAh/g,在金属元素中仅次于锂;铝的体积比容量为8 050 Ah/cm3,高于现在所有电池负极材料,是理想的阳极材料[1]。
S Takahashi, N Koura, R Nakajima, Denki Kagaku,等人在1986年发表的文章中披露了Al-Cl2、Al-FeCl3、Al-CuCl2高温熔盐电解质的铝二次电池体系[2]。M. Donahue,S E Mancini,L Simonsen,J Appl Electrochem,等在1992年介绍了Al-FeS2熔盐二次铝电池体系。这些都是高温熔盐电解质体系[3]。
近十几年,研究者把铝二次电池的开发定位到室温熔盐离子液体体系上。1993年,B.Vestergaardt和N.J.Bjerrum,等人首先在J. Electrochem. Soc上发表了铝二次电池的相关文章,《Molten Triazolium Chloride Systems as New Aluminum Battery Electrolytes》,采用铝作负极,DMCT-AlCl3离子液体做电解质的铝二次电池体系[4]。陈昕等人在2004年提出了聚苯胺/熔盐/铝二次电池体系,以氯化正丁基吡啶/三氯化铝室温熔盐做电解质,以聚苯胺做正极活性物质,其比容量有很大进步,循环性能有所提高[5]。
目前,可用于铝二次电池电解液的离子液体有AlCl3/[EMIm]C1、2A1CI3/[BMIm]Cl、A1Cl3/TMPAC等,但其电导率比较低、成本高、黏度大、热稳定性较差。因此,当务之急是要寻求低成本、低污染、高电化学性能的铝二次电池离子液体电解液[6]。
笔者用一步法合成了电化学窗口宽、电导率高的A1C13/Et3NHCl离子体液电解质,并添加不同的有机溶剂改善其电化学性能,优化铝的沉积溶解,并以其为电解质制备铝二次电池,研究其充放电性能。
1 实验部分
1.1 离子液体的合成
AlCl3遇水极易水解,且Et3NHCl也有一定的吸潮性,因此在配制前先将AlCl3用提纯装置提纯数次,同Et3NHCl存放于湿度<30%的干燥室中。按摩尔比2∶1分别称取AlCl3和Et3NHCl,将两者同时缓慢倒入圆底烧瓶中,微微振荡数分钟,直至瓶内固体完全变为液态为止。将烧瓶置于磁力搅拌电热套上以80 ℃、60 r/min速率加热搅拌,待瓶内残余固体消失,把烧瓶取下,冷却至室温,即得到产物,AlCl3/Et3NHCl离子液体。将制备的离子液体置于氩气手套箱中待用。
1.2 添加不同有机溶剂的离子液体循环伏安测试
本文优选了熔沸点范围广、介电常数高、粘度低的PC、THF、DCE、EC四种有机溶剂做为为稀释AlCl3/Et3NHCl离子液体的添加剂。在做CV测试后,发现EC及DCE很好的改善的铝的溶解沉积,使其可逆性增强,再优选EC+DCE配成不同比例的混合溶剂添加到离子液体中。
分别在制备的AlCl3/Et3NHCl离子液体中添加10%的EC、PC、DCE和THF,并对其做循环伏安测试,分析这些有机溶剂对铝沉积溶解的影响;再通过添加10%的EC+DCE混合溶剂,对比其CV曲线,添加比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2(实验中有机溶剂比例均为体积比)。
实验中所有循环伏安测试均采用三电极体系,如图1所示,其中钨为工作电极,参比电极与对电极均为铝金属。在装置装配前,用320 R的砂纸将参比电极和对电极的反应界面打磨抛光,再经过酸、碱处理和丙酮除杂质。测量时,电位扫描速度为0.1 V/s。
1.3 铝二次电池制备
制备正极活性材料浆液。以C∶S(活性炭:升华硫)质量比为1∶3制备正极活性材料,加入导电剂超级碳黑SUPER-P和粘结剂聚偏氟乙烯PVDF,比例为7∶2∶1,并溶解到NMP中,制成正极活性材料浆液。然后放至温度为80 ℃的真空烘箱内烘干后,在对辊机上碾压至0.3 mm,并剪切直径为18.5 mm的小圆片,然后将制得的正极极片放入充满氩气的手套箱中。剪切直径为18.5 mm的高纯铝片和厚0.16 mm、直径19 mm的玻璃纤维非织隔膜并放入充满氩气的手套箱中。
实验电池装配是在充满氩气的手套箱中进行,以制得的介孔炭硫复合材料极片为正极,高纯铝片为负极,玻璃纤维非织隔膜为隔板,以1.2中优选的离子液体为电解液,制作成CR2032型扣式电池,其恒电流充放电性能测试采用武汉Land电池测试系统,充电截止电压2.4 V,放电截止电压1 V。
2 实验结果及讨论
2.1 离子液体的CV曲线讨论
如图2所示,添加DCE使还原峰值由-0.6 V正移至-0.3 V左右,氧化峰从0 V正移至0.1 V左右,这说明在AlCl3/Et3NHCl离子液体中添加DCE,氧化还原可逆性变强(无添加有机溶剂,氧化峰值电流为0.005 A,还原峰值电流为0.007 A),并且氧化峰和还原的峰值电流变大,这有可能是DCE的添加提高了离子液体的电导率。THF及PC的添加虽然使还原峰峰值电流增大,但氧化峰正移,还原峰负移,铝的可逆性变弱。EC的添加,氧化电位为0.15 V,还原电位为-0.3 V,铝表现出了很好的可逆沉积溶解性能。
由此可见,EC、DCE对铝溶解沉积的改善比较明显,因此,在离子液体中分别添加10%的DCE+EC,添加比例各为8%DCE+2%EC、7%DCE+3%EC、6%DCE+4%EC、5%DCE+5%EC。实验结果如图3。
如图3所示, DCE∶EC=5∶5时,氧化峰比较高,但还原峰较低,可逆性能比较好,这可能是由于EC量比较高促进了可逆性,同时,峰值电流有所减少。将DCE添加量增加到6%时,还原峰值电流有所增大,EC的减少对铝的可逆性影响甚微。当DCE∶EC=7∶3时,氧化峰和还原峰均达到最高,且铝的溶解沉积可逆性较强,综合效果最佳。而将DCE添加量增加到8%时,由于EC的减少,可逆性最差,沉积峰值电位与溶解峰值电位差将近1 V。因此,在AlCl3/Et3NHCl离子液体中添加7%DCE+3%EC可以有效的改善铝的沉积溶解可逆性,并且提高峰值电位。
2.2 铝二次电池充放电讨论
以7%DCE+3%EC添加到A1C13/Et3NHCl离子液体中为电解质制备的铝二次电池充放容量曲线如图4所示,前8个循环电压时间曲线如图5所示。
结合图4和5可以看出,制备的铝二次电池容量稳定性较好,并且循环30个周期的循环效率达79%,初始放电容量为85 mAh/g。通过观察其前八个循环,前5循环,电池容量缓慢增加,可能是由于负极铝处于活化过程,并在第5循环容量达最高,为113.2 mAh/g。从第5循环至第30个循环,电池容量逐步降低,是由于正负极活性材料的损耗而导致。
3 结论
在以一步法合成的A1C13/Et3NHCl离子液体中添加7%DCE+3%EC可以很好地提高其电化学性能,改善铝的氧化还原性能。以其为电解液制备的铝二次电池充放电循环较好,基于A1C13/Et3NHCl离子液体为电解液的铝二次电池体系可以得到很好地开发与应用。
参考文献
[1]王兆文,李延祥,李庆峰,等.铝电池阳极材料的开发与应用[J].有色金属,2002,54(1):19-22.
[2]LI Qing-feng,BJERRUM N J.Aluminum as anode for energystorage and conversion:A review[J].Journal of PowerSources,2002,110:1-10.
[3]李庆峰,邱竹贤.熔盐铝电池研制综述[J].有色矿冶,1994(2):25-31.
[4]Licht S.Chemistry of the aluminum/permanganate battery[J].Electrochemical Society Inc,1997,209:17-19.
[5]陈昕,司士辉,张漪丽.聚苯胺/熔盐/铝二次电池[J].应用化学,2004(6):613-616.
电解离子接地 篇6
本工作在模拟氯苯污染的地下水中添加Cl-,SO42-,NO3-,CO32-,HCO3- 5种常见离子,采用规整化微电解填料[3],考察地下水中常见阴离子对微电解反应的影响,为微电解工艺应用于地下水污染处理提供理论参考。
1 实验部分
1.1试剂和仪器
NaCl、NaNO3、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3和CS2均为分析纯。模拟水样为质量浓度200 mg/L的氯苯溶液。规整化微电解填料采用文献[3]方法制备。
GC112A型气相色谱仪:上海精密科学仪器有限公司;KS型康氏振荡器:江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂。
1.2实验方法
各取250 mL模拟水样和20 g规整化微电解填料分别加入锥形瓶中,分别加入一定质量的NaCl、NaNO3、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3,以配制成一定浓度的溶液,将锥形瓶置于振荡器上,每间隔一定时间取样,测定试样中氯苯的质量浓度,计算氯苯去除率。
1.3分析方法
将反应后水样萃取处理后,采用气相色谱仪测定氯苯质量浓度。
2 结果与讨论
2.1水样中SO42-和HCO3-质量浓度对氯苯去除率的影响
在氯苯溶液质量浓度为200 mg/L的条件下,SO42-和HCO3-质量浓度对氯苯去除率的影响分别见图1和图2。由图1可见:随反应时间延长,氯苯去除率增加;SO42-质量浓度由200 mg/L增加到3 200 mg/L,氯苯去除率变化不大,与未加SO42-的空白试样的氯苯去除率很接近。由图2可见: HCO3-质量浓度为200～400 mg/L时,反应时间小于5 h,氯苯的去除率略有增加;反应5 h时, 各HCO3-质量浓度条件下的氯苯去除率与未加HCO3-的空白试样的氯苯去除率很接近。实验发现,SO42-和HCO3-在实验浓度范围内对微电解反应没有显著影响。这是因为,SO42-的存在可使铁屑被腐蚀,使反应中Fe2+浓度增加,强化了微电解反应,且随着SO42-质量浓度增加,对微电解反应的促进作用越强;但SO42-的存在将使溶液pH升高,而溶液pH升高对微电解反应会有抑制作用,故最终SO42-质量浓度对微电解反应没有显著影响。
2.2水样中Cl-、NO3-和CO32-质量浓度对氯苯去除率的影响
在氯苯溶液质量浓度为200 mg/L的条件下,Cl-、NO3-、和CO32-质量浓度对氯苯去除率的影响分别见图3～图5。由图3可见:随Cl-质量浓度增加,氯苯去除率下降;当Cl-质量浓度为800 mg/L时,氯苯去除率与未加Cl-的空白试样氯苯去除率相当。这是因为,Cl-易与活泼的碱金属或碱土金属Mx+结合形成MClx,MClx会诱导环境发生氧化反应、电化学反应和酸、碱腐蚀反应[4]。另有研究[5]表明:当Cl-质量浓度增加时,铁腐蚀的速率会降低。
由图4可见:NO3-质量浓度为20 mg/L和200 mg/L的条件下, 微电解反应3 h时, 氯苯去除率比未加NO3-的空白试样氯苯去除率提高了15%;NO3-质量浓度为50 mg/L和100 mg/L时,氯苯去除率与未加NO3-的空白试样氯苯去除率相比,没有明显改变。
由图5可见:CO32-质量浓度较低时,氯苯去除率较高,略高于未加CO32-的空白试样的氯苯去除率;CO32-质量浓度为400 mg/L的条件下,微电解反应时间小于3 h时, 氯苯去除率较低,微电解反应受到抑制, 微电解反应时间大于3 h时, 氯苯去除率提高。这是因为,CO32-与Fe2+、Fe3+可形成稳定的配合物且有助于铁腐蚀的持续进行,从而减缓铁腐蚀物沉淀导致的微电解反应钝化[6]。当CO32-质量浓度达400 mg/L时,可能破坏了原本的反应平衡,微电解反应速率下降。
5种不同质量浓度的阴离子对微电解反应降解氯苯的过程有不同程度的影响,但在微电解反应5 h后,这种影响很小并趋于消失,因此在使用微电解技术降解污染地下水中氯苯的过程中,若微电解反应时间在4 h以内,则需要考虑不同阴离子浓度对微电解反应过程的影响。
3 结论
a)地下水中常见阴离子对微电解反应的影响研究表明:SO42-质量浓度对氯苯去除率影响不明显。
b)HCO3-质量浓度为200～400 mg/L时,反应5 h, 氯苯去除率与未加HCO3-的空白试样的氯苯去除率很接近。
c)随Cl-质量浓度增加,氯苯去除率下降。
d)NO3-质量浓度为20 mg/L和200 mg/L的条件下, 微电解反应3 h时, 氯苯去除率比未加NO3-的空白试样氯苯去除率提高了15%;NO3-质量浓度为50 mg/L和100 mg/L时,氯苯去除率与未加NO3-的空白试样氯苯去除率接近。
e)CO32-质量浓度较低时,氯苯去除率较高,略高于未加CO32-的空白试样的氯苯去除率。
参考文献
[1]Yang Xiaoyi,Xue Yu,Wang Wenna.Mechanism,kinet-ics and application studies on enhanced activated sludgeby interior microelectrolysis[J].Bioresour Technol,2009,100(2):649-653.
[2]Li Fana,Ni Jinren,Wu Yanjun,et al.Treatment of bro-moamine acid wastewater using combined process of mi-cro-electrolysis and biological aerobic filter[J].J Haz-ard Mater,2009,162(2-3):1204-1210.
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[5]Reardon E J.Anaerobic corrosion of granular iron:Measurement and interpretation of hydrogen evolutionrates[J].Environ Sci Technol,1995,29:2936-2945.
电解离子接地 篇7
金泰氯碱公司10万吨离子膜烧碱装置的电解槽共有6台。电解槽单台重量约50t,由槽架、单元槽、离子膜、垫片、连接软管、挤压机、液压油站、阴极和阳极总管等部件组成。1台电解槽有120个复极单元槽、2个阴极端子单元槽和2个阳极端子单元槽。单元槽被复合隔板分成两部分,称作阳极室和阴极室。阳极侧由钛材制成以防止氯气的腐蚀,阴极侧由镍材制成以防止碱的腐蚀。
2 单元槽安装
2.1 准备工作。
单元槽安装前应准备好下列工具:“单元槽吊钩、环头螺栓、单元槽传送小车、木板、木制垫片、单元槽框架隔板、绝缘板、终端灯”等工具。将木板和木垫片放在电解槽阴极侧以防阳极和阴极损坏。在侧杠上涂润滑油使得单元槽平滑滑动。松开压力锁杆上的锁紧螺母,收回活动头,在活动头前面安装绝缘板。
2.2 安装。
检查单元槽支架安装是否正确。单元槽的导板切口必须安装在面对阴极时的单元槽右手侧。将单元槽吊钩挂到起重机吊钩上,拧紧单元槽顶部吊装螺栓,吊起单元槽。核对单元槽型号,并检查阳极和阴极表面是否有毛刺和棱角。阳极和阴极表面是否沾有异物,特别是金属材料。并做好检查记录。单元槽电极表面检查完后,单元槽方向定好后,将其放到侧杆上。在单元槽之间放置橡胶缓冲垫,注意不要破坏进口管口和阴极。124个单元槽重复上面步骤。用活动头上的终端钳夹住槽端框,并用纯水清洗单元槽。
3 单元槽垫片安装
3.1 准备工作。
单元槽垫片安装前应准备好下列材料:(1)工作台;(2)单元槽的传送小车;(3)稀释粘合剂;(4)粘合刷:15mm宽,8根;(5)粘合用小塑料瓶:8瓶;(6)抗粘剂:纤维硅PRX-305;(7)抗粘剂刷:25mm宽;(8)抗粘剂用小塑料瓶:4瓶;(9)金属滚筒:4个;(10)单元槽垫片;(11)废布;(12)木制框:2个;(13)垫片挂钩:2套;(14)终端钳:8个。
3.2 垫片粘贴。
确认压力机活动头拉回,并用限位销将万能操作台上的操作杆杆固定在拉回的位置。垫片粘贴至少需要6名操作工,2名在木框两边,2名在电解槽内,2名在电解槽两侧搬运垫片和滑动槽框。由2名操作工揭开垫片并伸开一点,把垫片放在操作台上木框周围,粘合面朝上。用废布清洁、干燥单元槽表面边缘,涂稀释剂于单元槽上粘贴垫片的位置,以去除机油、灰尘和粘固胶。如果垫片粘在湿单元槽框上,挤压时垫片容易被挤出单元槽框。把垫片挂在垫片钩上,粘合剂不要过干,否则重新使用粘合剂。涂完粘合剂几分钟后,小心地把垫片沾到单元槽框边缘的正确位置。用滚筒均匀挤压垫片表面边缘以达到更好的连接。如果粘合剂涂到垫片边膜上,用稀释剂和布擦去。从阳极终端槽框开始,在所有垫片上涂抹抗粘剂。垫片在涂抹了抗粘剂后,不要让单元槽框彼此接触,在它们之间保留大约5mm间隙,以保证抗粘剂的干燥。对放在单元槽传送小车上的槽框重复上面的步骤,把他们安装到电解槽上。
3.3 垫片位置的设定。
阳极垫片的设定要根据边缘线而定,在阳极与垫片边缘设定0mm~2mm间隙。不要重叠阳极垫片。不要使阳极垫片突出单元槽框太多。阴极垫片放到垫片刚好触到阴极边缘位置。不要重叠阴极垫片,不要使阴极垫片突出单元槽框太多。
3.4 垫片粘贴的要求。
面对单元槽框架,将垫片粘贴到左上角正确位置,距单元槽框边缘尺寸为20cm(垂直)×30cm(水平)。向右拉动垫片,将垫片粘贴到右上角正确位置,距单元槽框边缘尺寸为20cm(垂直)×30cm(水平)。放置垫片到正上方正确位置,沿着上边缘粘贴。轻轻地向左下方拉动垫片至左下角正确位置,粘贴到这里,距单元槽框边缘尺寸20cm(垂直)×30cm(水平)。然后再向右下方拉动垫片,到右下角的正确位置,粘贴到这里,距单元槽框边缘尺寸20cm(垂直)×30cm。用滚筒从垫片中心到左右两边向外滚压垫片,以保证垫片粘贴平整。
4 膜安装
4.1确认和准备工作。将膜卷在PVC管上,浸泡在平衡液槽中(2%Na HCO3溶液或0.4%Na OH溶液)。将水压调节到1MPa。确认所有单元槽都正确安装在侧杠上,并确认下列各项:(1)电极表面和导口方位是正确的。(2)电极表面已被水洗,电极表面光滑且无毛刺。(3)垫片粘贴正确且没有外来材料且垫片表面涂抹上抗粘剂。(4)确认侧杠上已涂抹润滑油。(5)确认9名操作工已就绪,3名在电解槽上,4名在电解槽两侧,2名搬运膜。(6)除了阴极端框外,把全部单元槽向尾部移动,分别用终端钳连接阳极终端到活动头、阴极终端到固定头。
4.2安装膜到电解槽(阳极端框除外)。向单元槽侧杠的孔中正确插入2个锁紧销。从平衡液槽中取出膜,小心地交给电解槽旁的操作工放到膜架上。膜的阳极和阴极侧用纯水轻轻地淋洗。确认膜上标有“阴极侧”标志的面向阴极。在电解槽上几个操作工合作把膜面向活动头展开。调节阳极的膜使得它的每一个边缘突出单元槽框架一致,这项工作需要操作工之间的熟练配合。注意要轻轻抬起膜的较低两侧边缘以防压到阳极表面,不要让膜产生任何褶皱,不要在锁紧销和孔之间挤压膜。向固定头端滑动单元槽框,使得导口正确安到侧杠上,在单元槽间压膜。重复上面步骤(阳极端框除外)直至膜安装完。每30分钟在膜外淋一次水。
4.3安装膜到阳极端框。按照上面提到的步骤安装膜到阳极终端槽。在油压驱动下,随着活动头慢慢移动端框,压膜1MPa。确认导口正确安在侧杠上。摘掉全部终端框夹,否则电解槽在通电后将短路。增加油压到7MPa,并确认导口正确安在侧杆上。
4.4记录。在序列数据纸上记录好膜和单元槽框的数量。
4.5为避免膜的干燥,膜安装后立即把软管安装到电解槽上。
5 软管安装
5.1 软管安装前准备好下列材料和工具。软管;阳极和阴极垫片;专用单头扳手;剩余管口管堵。
5.2 软管安装。先用手将软管螺母拧紧,然后使用扭矩扳手紧固软管螺母,在紧固螺母同时,调整所有软管彼此平行。注意不要让扳手和螺纹碰到膜。
结语
单元槽、离子膜的设备价值较高,因此安装前要仔细阅读设备随机文件和编制详细的安装方案,要加强保护,避免返工及设备损坏带来的经济损失。
摘要：国内烧碱装置大多采用日本旭化成公司的电解槽生产烧碱,该电解槽具有技术先进、能耗低、离子膜使用寿命长、工业排放低等特点。安装时单元槽的型号和离子膜阴极侧的方向不能搞错,垫片的粘贴位置要准确。在安装过程中,单元槽的吊装运输、膜的粘贴都要使用专用的工具。
关键词：离子膜,单元槽,垫片
参考文献