СПОСОБ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НАТРИЯ
METHOD OF ELECTROACTIVATION OF AQUEOUS SODIUM SALT SOLUTIONS

Изобретение относится к технологии обработки водных растворов и может быть использовано для получения электроактивированных средств.
Процессы электроактивирования воды и водных растворов находят применение в сельском хозяйстве, медицине, промышленности.
Электроактивирование осуществляется путем обработки растворов солей в диафрагменном электролизере-активаторе постоянным электрическим током. При этом в катодной камере электролизера с диафрагмой получают щелочной раствор - католит с pH  8…12, в анодной - анолит с pH  2…5 - кислый раствор. Католит наряду со щелочью содержит вещества, обладающие восстановительными свойствами с окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП)-100…-900 мВ относительно хлорсеребряного электрода (ХСЭ), анолит наряду с кислотами - вещества окислители с ОВП+300…+1000 мВ. Католит обладает моющими свойствами, анолит - дезинфицирующими свойствами [1]. На этих свойствах в основном основаны методы их применения. В качестве растворителя можно применять дистиллированную либо водопроводную питьевую воду.
Описан способ электроактивирования водных растворов хлорида натрия - исходного раствора с концентрацией 5…10% на установке электроактивирования типа «СТЭЛ», выпускаемой серийно НПО «ЭКРАН» (г. Москва) [2]. В комплект установки входит диафрагменный электролизер-активатор, емкости для исходного раствора, для сбора католита и анолита, выпрямитель, соединительные трубки с арматурой. Электролизер вертикального типа включает коаксиально расположенные стержневой - внутренний и цилиндрический - наружный электроды, ультрафильтрационную керамическую диафрагму между ними, которые закреплены в нижней и верхней втулках с каналами для подвода и отвода жидкости с прокладками и водоструйный насос для подачи исследуемой жидкости (раствора) из исходной емкости в катодную и анодную камеру. Электроды изготовлены из устойчивых к коррозии материалов в условиях электролиза (катод - из титана, анод - из титана с покрытием из оксида титана и рутения (ОРТА)). На установке типа «СТЭЛ-МТ-1» - один комплект электродов типа проточного электрохимического модуля (ПЭМ).
Для наработки дезинфицирующего раствора анолита, в качестве исходного раствора используют 5…10%-ный раствор хлорида натрия (поваренной соли). После промывки системы подключают шланг входа с краном водопроводной воды, всасывающий шланг соединяют с емкостью исходного раствора, подают напряжение на электроды, устанавливают силу тока 5,0…7,5 А при скорости протока католита и анолита по 10 л/ч и нарабатывают анолит и католит, например, с pH 2…3 и 10…12,5. В анолите содержится до 300 мг/л окислителей (оксидантов) в расчете на активный хлор. Анолит рекомендуют использовать при дезинфекции животноводческих помещений, оборудования пищевых производств и т.п.
Недостатки способа: большой расход соли и соответственно необходимость утилизации большого количества раствора и хлорида натрия. Кроме того, слишком высока концентрация активного хлора, поэтому желательно использовать растворы, не содержащие галогенид-ионов.
Известен способ электроактивирования 0,5%-ного разбавленного водного раствора соли сульфата натрия на проточной установке типа «СТЭЛ» [3, прототип]. Электрообработку проводят при соотношении скоростей протока католита и анолита 0,744…0,942 при удельном расходе количества электричества 0,402 А/ч на 1 л суммарно католита и анолита. Получают анолит с рН  2,3, католит с pH 12,1 и ОВП+1027 мВ и -894 мВ (ХСЭ) соответственно при температуре 20…25°C, при скоростях протока католита и анолита 6,4…7,1 л/ч.
При этом снижается расход солей и количество отходов.
Недостатки способа:
- относительно высокий расход солей и количества электроэнергии;
- сложность технологии и обслуживания при применении электролизера-активатора в комплекте с остальным оборудованием;
- трудности эксплуатации и контроля установки, т.к. электролизер неразборный, а исходный раствор разбавляется водопроводной водой, что повышает расходы на получение католита и анолита.
Технический результат - разработка способа электроактивирования водных растворов, позволяющих снизить расход солей и количества электричества, упростить технологию и контроль процесса.
Это достигается тем, что в качестве исходного раствора использовали разбавленный раствор сульфата натрия или динатрийфосфата с концентрацией 0,09-0,22%, а в качестве электролизера-активатора использовали простой разборного типа аппарат периодического действия в составе лабораторной установки с выпрямителем. Электролизер представляет собой общую емкость цилиндрического типа с днищем и открытым верхом из пищевой пластмассы диаметром 136 мм, высотой 110 мм, емкостью 1 л.
2
В общую емкость вставляли внутренний стакан-полуцилиндр с окном из брезента на плоской стороне, служащий диафрагмой (стойкой в условиях электролиза). На верху общей емкости устанавливали съемную крышку в виде пластины из оргстекла шириной 53 мм, длиной 165 мм, толщиной 4 мм. В середине пластины сделана прорезь шириной 3,5 мм, длиной 80 мм. В прорезь вставляли крепежные болты для крепления электродов при различном зазоре между электродами. Зазор между электродами 30 мм. Соотношение объемов внутреннего стакана и части общей емкости 1:1,7-2,0. Анод погружали во внутренний стакан (анодная камера), катод - в часть общей емкости (катодная камера). Анод и катод представляют собой пластины из стойких в условиях электролиза материалов, соответственно из титана с покрытием из оксида титана и рутения (ОРТА) и нержавеющей стали размера 1070 мм, толщиной 1 мм. Рабочая поверхность электродов - по 5,0 см. В электролизер загружали на одну операцию суммарно около 1 л раствора в соотношении анолит: католит 1:1,7-2,0. Электроды электропроводами соединяли с источником постоянного тока ВСА-5К, снабженным приборами контроля - амперметром и вольтметром.
Подавали напряжение на электрод от выпрямителя - 42 В и проводили электроактивацию с замером pH и ОВП в катодной и анодной камерах до достижения заданных значений pH (11,8…11,9 и 1,5…2,1 соответственно).
Пример 1
Готовили раствор динатрийфосфата в дистиллированной воде с концентрацией 0,1%. Заливали раствор в анодную камеру 330 мл, в катодную 660 мл, вставляли крышку с электродами с таким расчетом, чтобы анод был в анодной, а катод в катодной камерах. Подавали напряжение постоянного тока 42 В при температуре +22°C и проводили электроактивацию в следующих условиях (табл.1):
Таблица 1
Условия для электроактивации водных растворов
Время, мин
Сила тока, А
Напряжение, B}
Примечание
0
0,2
42
температура +20°C
5
0,3
42
10
0,4
42
15
0,4
42
20
0,4
42
30
0,6
42
35
0,6
42
температура +30°C
среднее
0,4
42
Таблица 2
Показатели качества исходного раствора и католита и анолита
pH
ОВП, мВ (ХСЭ)
исходный раствор
8,9
+130
анолит
2,1
+425
католит
11,8
-946
2
Плотность тока на электродах в среднем 0,08 А/см. Удельный расход количества электричества 0,243 ампер-часов на 1 л католита и анолита.
Пример 2
Как в примере 1 готовили раствор сульфата натрия с концентрацией 0,2%. Заливали раствор в анодную камеру 350 мл и катодную 600 мл, закрывали крышкой с электродами, подавали напряжение постоянного тока 41 В, проводили электроактивацию в следующих условиях (табл.3):
Таблица 3
Условия для электроактивации водных растворов
Время, мин
Сила тока, А
Напряжение, В
Примечание
0
0,4
41
Температура +20°C
5
0,4
41
10
0,8
41
15
1,0
41
Температура+35°C
среднее
0,9
41
Таблица 4
Показатели качества:
pH
ОВП, мВ (ХСЭ)
исходный раствор
5,2
+441
анолит
1,5
+620
католит
11,9
-954
2
Плотность тока на электродах в среднем 0,14 А/см. Удельный расход количества электричества 0,208 ампер-часов на 1 л анолита и католита.
Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ позволяет снизить расход солей и количество электричества, исключить разбавление исходного раствора водопроводной водой, позволяет поддерживать контроль параметров электролиза, расширить ассортимент католитов и анолитов.
Источники информации
1. Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды. - М.: ВНИИИМТ, 1999, 84 с.
2. СТЭЛ-МТ-1. Руководство оператора с режимно-технологической картой. НПО «Экран», М., 1993.
3. RU №2297980, 2005, CO2F 1/46.