Электрохимическая активация – это технология получения метастабильных веществ униполярным (анодным или катодным) электрохимическим воздействием для последующего использования этих веществ в различных технологических процессах в период сохранения ими повышенной физико-химической и каталитической активности.
Как физико-химический процесс электрохимическая активация представляет собой совокупность осуществляемых в условиях минимального выделения тепла электрохимического и электрофизического воздействий на жидкость (преимущественно, на воду) с содержащимися в ней ионами и молекулами растворенных веществ в области пространственного заряда у поверхности электрода (либо анода, либо катода) электрохимической системы при неравновесном переносе заряда через границу “электрод-электролит” электронами.
В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом в течение нескольких десятков часов повышенную реакционную способность в различных физико-химических процессах. Вода, активированная у катода (католит), обладает повышенной активностью электронов и имеет ярко выраженные свойства восстановителя. Соответственно, вода, активированная у анода (анолит), характеризуется пониженной активностью электронов и проявляет свойства окислителя.
Электрохимическая активация позволяет направленно изменять состав растворенных газов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в пределах, намного больших, чем при эквивалентном химическом регулировании, позволяет синтезировать из воды и растворенных веществ химические реагенты (окислители или восстановители) в метастабильном состоянии. Это используется в процессах очистки и обеззараживания воды, а также для преобразования воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые антимикробные, моющие, экстрагирующие и другие функционально полезные растворы, в том числе лечебные.
Различия физико-химических свойств активированных и неактивированных растворов иллюстрируются результатами исследования взаимосвязи между степенью отклонения физико-химических параметров активированного раствора от состояния равновесия, интенсивностью и глубиной электрохимического воздействия, минерализацией исходного раствора.
Схема исследования влияния фактора неравновесности электрохимического воздействия на физико-химические параметры активированных растворов
Исходные параметры раствора NaCl:
рН = 7,02; ОВП (j ) = +270 мВ; концентрация NaCl в дистиллированной воде 0,25 г/л
Параметры анолита и католита, полученных при одинаковых удельных затратах электричества при условиях синтеза, приближенных и удаленных от равновесных
Условия получения анолита и католита |
рН анолита, |
рН католита, |
ОВП (j ) анолита, |
ОВП (j ) католита, |
I = 0,1 А; t = 2000 c; U = 1,5 В; N = 30 Вт |
3,6 |
11,0 |
+ 470 |
+ 50 |
I = 10 А; t = 20 с; U = 15 В; N = 300 Вт |
3,1 |
11,5 |
+ 1010 |
- 550 |
m = qxQ , где Q = Ixt ;
q = M/nF
Wm = IxUxt , где U = Udec + Upol + IxR
Обозначения:
I – сила тока, А; t - время, с; Q – удельное количество электричества, Кл/л; U – напряжение, В; N – мощность, Вт; j - окислительно-восстановительный потенциал, мВ; рН – водородный показатель, ед. рН; Udec - напряжение разложения, В; Upol - напряжение поляризации, В; R – электрическое сопротивление электролита, Ом; q – электрохимический эквивалент, г/Кл; F – число Фарадея, Кл/г·экв; m – масса, г.; M – молекулярный вес, г.; n – количество электронов; Wm - энергия, Вт·с; РПЭ – реактор проточный электрохимический.
Один из реакторов экспериментальной установки