Сущность технологии электрохимической активации

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,
ед. рН

рН католита,
ед. рН

ОВП (j ) анолита,
мВ

ОВП (j ) католита,
мВ

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

W_m = IxUxt , где U = U_dec + U_pol + 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; U_dec - напряжение разложения, В; U_pol - 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; W_m - энергия, Вт·с; РПЭ – реактор проточный электрохимический.

Один из реакторов экспериментальной установки