Abstract
Наночастицы металлов в пористых полимерных матрицах проявляют выраженные сорбцион-ные и окислительно-восстановительные свойства. На этих свойствах металл-полимерных нанокомпо-зитов (НК) основан процесс глубокой деоксигенации воды. Ранее обнаружен существенный вклад электрохимической составляющей процесса восстановления кислорода на тонком катодно поляризу-емом зернистом слое медьсодержащего НК. В начальный период процесс лимитируется стадией внешней диффузии кислорода к поверхности гранул НК. В последующем отмечен все возрастающий со временем вклад химической составляющей, характерной особенностью которой является лимити-рование процесса внутридиффузионной стадией переноса кислорода к наночастицам меди и затрата электричества на электровосстановление оксидов металла. Однако при переходе от тонких пленок и слоев к зернистым слоям НК колоночного типа с распределенными по высоте кинетическими пара-метрами вопрос о соотношении вкладов электрохимического и химического маршрутов требует спе-циального рассмотрения.В настоящей работе исследован процесс редокс-сорбции кислорода из воды на динамических зернистых слоях нанокомпозитов медь-сульфокатионообменник (КУ-23, Lewatit K2620) при различ-ных силах поляризующего тока, оценены вклады химической и электрохимической составляющих общего процесса в стационарный период.Найдено, что количество поглощенного кислорода находится в экстремальной зависимости от силы поляризующего тока в допредельном режиме поляризации. Отмечено образование продуктов окисления металлических наночастиц в виде островковых кластеров, часть зерен окисляется с воз-никновением границ оксидных слоев, одинаковых по высоте зернистого слоя. С увеличением высоты зернистого слоя и силы поляризующего тока в допредельном режиме процесс поглощения кислорода становится все более квазистационарным. Показано, что вклады химического и электрохимического маршрутов восстановления кислорода соизмеримы при длительном процессе (100 ч). Часть кислорода поглощается за счет реакции электровосстановления на частицах меди в основном на поверхности зерен нанокомпозита, а часть – за счет автокаталитической химической реакции кислорода с электро-регенерируемыми наночастицами металла в объеме зерен нанокомпозита. Тот или иной механизм более вероятен в зависимости от состояния системы и силы воздействия на нее электрического тока. За счет постоянной электрогенерации ионов водорода и электрорегенерации наночастиц меди, необ-ходимых для восстановления кислорода, устанавливается стационарный режим редокс-сорбции кис-лорода их воды
Highlights
Экспериментальная частьХимическим осаждением меди в макропористые сульфокатионообменные матрицы КУ-23 и Lewatit К2620, различающиеся равномерностью распределения пор по размерам, в виде сферических гранул получены НК с содержанием металла 9.6-9.8 мэкв/см
Найдено, что количество поглощенного кислорода находится в экстремальной зависимости от силы поляризующего тока в допредельном режиме поляризации
Сделать непрерывным этот процесс позволяет электрохимическая поляризация металл-ионообменного НК, благодаря которой основная часть кислорода восстанавливается электрохимически за счет внешнего электрического тока по четырехэлектронному механизму, а довосстановление оставшегося кислорода происходит за счет окисления химически активных наночастиц металла НК в отличие от каталитического способа с участием благородных металлов [5]
Summary
Химическим осаждением меди в макропористые сульфокатионообменные матрицы КУ-23 и Lewatit К2620, различающиеся равномерностью распределения пор по размерам, в виде сферических гранул получены НК с содержанием металла 9.6-9.8 мэкв/см. В катодном отделении нанокомпозит металл (Cu0) - сульфакатионообменник КУ-23 или Lewatit K2620 в Na+ форме. Значение водородного показателя воды на выходе из зернистого слоя НК определяли с помощью иономера АНИОН-4100 (Россия). 1. Схема сорбционно-мембранного деоксигенатора воды высотой L=6·10-2 м. K – катод медный проволочный; A – аноды платиновые проволочные; MК-40 – сульфокатионообменная мембрана в Н+-форме; R-SO3-(Н+) – гранулированный сульфокатионообменник; Cu0·R-SO3-(Na+) – нанокомпозит, I – амперметр, R –переменное сопротивление. Для расчета значения задаваемого поляризующего тока на зернистом слое выбранной высоты был использован электрохимический подход [7], согласно которому в гальваностатическом режиме ток распределяется линейно вдоль слоя и ограничивается значением, пропорциональным концентрации кислорода на выходе. Рассчитана сила предельного (максимально допустимого до выделения водорода) тока Ilim (L), которая при заданных условиях эксперимента составила 15.3±0.2 мА Исследован допредельный режим поляризации зернистого слоя высотой L
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
