СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N21/80 

Изобретение относится к области электрохимии, конкретно к изучению свойств жидкостей при электрохимической активации и может быть использовано в научно-исследовательской практике.

При проведении экспериментальных исследований с целью изучения электрохимической активации жидкости основными критериями эффективности процесса активации, степени активирования жидкости являются физико-химические свойства полученной жидкости. Эти свойства жидкости, как активированной системы, характеризуются, в основном, величиной водородного показателя, рН и окислительно-восстановительного потенциала, ОВП.

Поэтому исследование, изучение электрохимической активации жидкости является, по сути дела, результатом определения рН и ОВП. Однако инструментальное определение рН и ОВП непосредственно в зоне активации с помощью известных приборов (рН-метров, ионометров) невозможно в принципе. Это обусловлено тем, что на электрическое поле, создаваемое между электродами измерительного прибора при измерении того или другого параметра, накладывается электрическое поле, создаваемое в жидкости при активации, которое намного превосходит первое по напряженности и мешает определению.

Известен способ исследования электрохимической активации жидкости, в котором определение параметров активируемой жидкости проводят, помещая в нее электроды рН-метра (ионометра), или анализируют пробы жидкости из камер электроактиватора [1, с.149-150].

Недостатком способа является необходимость прерывания и нарушение тем самым хода активации жидкости, невозможность непрерывного контроля процесса активации.

Более оперативным в выполнении является способ, в котором электроактиватор снабжен выносными ячейками для сбора анодной и катодной фракций активированной воды, где и определяют рН и ОВП с помощью установленных здесь датчиков (электродов) [1, рис.4.4., с.156], который принят нами за прототип. Однако этот способ также не обеспечивает непрерывность контроля и с его помощью невозможно исследовать процесс электрохимической активации жидкости, течение его по всему объему одновременно во время обработки жидкости электрическим током.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в возможности измерения параметров электрохимической активации жидкости и наблюдения протекания процесса по всему объему электродных камер диафрагменного элекроактиватора в течение всего времени наложения электрического поля на жидкость (времени обработки) без применения инструментальных методов.

Это достигается тем, что измерение параметров, определяющих степень активирования жидкости, проводят непосредственно в электродной камере работающего диафрагменного электроактиватора по окраске введенного в камеру растворенного индикатора водородного показателя или окислительно-восстановительного потенциала, при этом индикатор должен хорошо растворяться в активируемой жидкости. Для повышения точности измерения рН и ОВП применяют фотометрический метод. При любом методе наблюдения и измерения рН и ОВП - визуальном или инструментальном - ходя бы одна из стенок диафрагменного электроактиватора должна быть прозрачна, что в исследовательских аппаратах не трудно осуществить.

С помощью универсальных индикаторов, являющихся смесью индикаторных красителей с различными интервалами перехода окраски, можно проследить изменение параметра во всем диапазоне его значений, например, от 1 рН до 14 единиц. Это значит, что такой индикатор можно вводить и в анодную и катодную камеры. Более точные значения будут получены при введении в электродные камеры индикаторов с разными интервалами перехода, соответствующими значениям диапазонов для анолита и католита. Индикаторы с небольшим интервалом перехода окраски дают более точные результаты и позволяют фиксировать достижение в процессе активации определенного значения рН или ОВП.

При фотометрировании цветовой картины в электродных камерах точность определения рН может достигать 0,1 единицы, а ОВП - 20-50 мВ.

По скорости перехода окраски индикатора можно судить о скорости протекания электрохимических реакций, о скорости и степени активирования жидкости. Исследования возможно проводить как в аппаратах дискретного действия, так и в проточных.

Способ осуществляется следующим образом. Исследования электрохимического активирования жидкости (в большинстве случаев это вода или водный раствор неорганических солей) проводят в диафрагменном электролизере, как правило, прямоугольной формы дискретного действия с прямоугольными электродами, причем анод выполнен из материала, не подвергающегося анодному электролитическому растворению, например, из графита. Диафрагма обычно выполняется из брезента или другого подходящего материала.

Заливают в электродные камеры необходимое количество воды. Для нормального протекания активации и возможности достижения максимальных параметров, особенно ОВП, активированной воды в анодную камеру добавляют поваренную соль с таким расчетом, чтобы раствор соли был концентрацией 0,5-0,9%. При униполярной обработке воды (в одной камере) в рабочую камеру заливают воду, а во вспомогательную камеру - раствор соды (при анодной обработке) или соли (при катодной).

Затем в воду в камере активатора добавляют несколько миллилитров раствора цветного индикатора рН или ОВП и подают на электроды напряжение от источника тока. В обычной практике сила тока составляет 1-10 А при плотности тока 0,005-0,07 А/см².

В процессе исследования изучают влияние на скорость достижения определенных, в т. ч. максимальных, значений рН и ОВП следующих параметров процесса активации воды: напряжение, подаваемое на электроды, и напряженность электрического поля в камере; сила и плотность тока на электродах; концентрация солей в воде, температура и время обработки; объем обрабатываемой воды; материал и размеры электродов; материал диафрагмы; расстояние между электродом и диафрагмой; перемешивание воды в камере при обработке.

Проводя наблюдения цветовой картины в электродной камере и делая измерения рН или ОВП по окраске индикатора в воде, осуществляют одновременно и качественное и количественное исследования факторов процесса активации воды. При этом возможно запечатлеть цветовую картину в камере на фото- или кинопленку.

При измерении рН и ОВП по окраске растворенного в воде индикатора фотометром предварительно производят калибровку прибоpa по известным индикаторам в единицах измеряемого параметра или значениях длины волны проходящего через жидкость света.

Пример.

Эксперименты проводили в прямоугольном активаторе, изготовленном из оргстекла, объем каждой камеры составлял 2 л; электроды были сделаны подвижными из электродного графита площадью 150 см² с цилиндрическими отверстиями (для прохода жидкости) с возможностью передвижения на расстояние 13 см от диафрагмы, в качестве которой был использован брезент. Напряжение на электроды подавали от выпрямителя ВСА-5. При активировании воды пропускали ток силой 1-10 А, активацию проводили до 20 минут; при этом, в анодной камере находился раствор поваренной соли концентрацией 0,8%. Разница между определениями прибором и визуально составляла не более ± (0,2-0,3) ед. рН.

Для исследования в электродные камеры вводили универсальный индикатор рН с интервалом перехода в диапазоне 2-13 ед. рН, который предварительно растворяли в спирте. Для контроля при проведении экспериментов с нескольких уровней отбирали пробы воды и определяли рН с помощью прибора рН-150.

В процессе исследований наблюдали движение цветных потоков жидкости в электродных камерах, при этом характер окраски и скорость движения потоков менялись, т.е. изменялись значения рН, при изменении плотности тока на электродах. С течением времени цветная картина менялась и постепенно окраска жидкости становилась более однородной и характерной для максимальных значений рН в данных условиях. Однако неоднородность окраски жидкости еще некоторое время сохранялась и после прекращения подачи напряжения на электроды. Интервал изменения значений рН по высоте жидкости

в камере и вдоль силовых линий электрического поля составлял 1-3 ед.; к концу активизации разница между слоями постепенно сокращалась до минимума и спустя некоторое время после снятия напряжения сводилась к нулю.

Отмечено было также, что перемешивание жидкости изменяет наблюдаемую цветовую картину, однако после перемешивания картина восстанавливается, только характер ее изменяется в сторону более равномерной окраски, т. е. меньшей разницы рН по слоям. При изменении расстояния между электродом и диафрагмой цветовая картина также изменяется, особенно в катодной камере - наблюдается изменение характера движения цветных струй, что говорит об изменении скорости процесса активации.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:

- проводить высокоточные измерения непосредственно в электродных камерах работающего электрохимического активатора;

- наблюдать всю многообразную картину (причем в цвете) электрохимических процессов, происходящих в активируемой жидкости, что не позволяет сделать ни один измерительный прибор, при том запечатлеть ее на фото- или кинопленку;

- изучить процесс электрохимической активации в динамике и выявить влияние на него различных факторов во времени;

- выявить эффективность работы поверхности электродов;

- использовать большой набор цветных индикаторов, что расширяет возможности исследования;

- исследовать процесс активации, как в дискретных, так и в поточных аппаратах.

Изобретение относится к области электрохимии, конкретно к изучению свойств жидкостей при электрохимической активации и может быть использовано в научно-исследовательской практике. Сущность способа заключается в том, что измерение параметров, определяющих степень активирования жидкости, проводят непосредственно в электродной камере работающего диафрагменного электроактиватора по окраске введенного в камеру растворенного цветного индикатора водородного показателя или окислительно-восстановительного потенциала; для повышения точности измерения параметров применяют фотометрический метод. Изобретение позволяет проводить высокоточные исследования электрохимической активации жидкости непосредственно в электродной зоне работающего электроактиватора без помощи инструментальных методов с применением цветных индикаторов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ исследования электрохимической активации жидкости путем измерения физико-химических свойств активируемой жидкости, отличающийся тем, что измерение свойств проводят непосредственно в электродной камере работающего диафрагменного электроактиватора по окраске введенного в камеру растворенного цветного индикатора водородного показателя или окислительно-восстановительного потенциала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину водородного показателя или потенциала по окраске введенного в жидкость индикатора определяют фотометрическим методом.