Реєстраційний номер
0520U100489, Докторська дисертація
На здобуття
Доктор хімічних наук
Дата захисту
18-09-2020
Статус
Захищена
Назва роботи
Електрокаталітичні процеси в низькоконцентрованих розчинах NaCl
Здобувач
Гиренко Дмитро Вадимович, Кандидат хімічних наук
Керівник Веліченко Олександр Борисович
Консультант Веліченко Олександр Борисович
Опонент Варгалюк Віктор Федорович
Опонент Пірський Юрій Кузьмич
Опонент Тульський Геннадій Георгійович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Державний вищий навчальний заклад "Український державний хіміко-технологічний університет"
Опис
Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей електрокаталітичних процесів, що реалізуються в низькоконцентрованих розчинах NaCl і розробка на цій основі ефективних електрокаталізаторів синтезу натрію гіпохлориту.
Показано, що електрокаталітична активність електродів за відношенням до анодних процесів в низькоконцентрованих хлоридних розчинах зумовлена міцністю зв’язку хемосорбованих оксигенвмісних частинок різної природи з поверхнею анода. Участь в окисленні Cl– лабільних оксигенвмісних частинок збільшує швидкість утворення гіпохлориту і веде до гальмування небажаних реакцій виділення кисню і синтезу хлоратів та хлоритів.
Здійснені дослідження кінетичних закономірностей синтезу натрію гіпохлориту в низькоконцентрованих розчинах NaCl дозволили провести кореляцію між селективністю за відношенням до утворення NaClO та NaClO3, і активністю електрокаталізатора до реакції виділення кисню в фонових розчинах. Одержані кореляції виконуються як для оксидних, так і для металевих електрокаталізаторів і вказують на те, що процеси окислення Cl– і утворення O2 перебігають через однакові стадії та є пов’язаними. Залежність виходу за струмом NaClO в низькоконцентрованих розчинах NaCl від поляризації РВК в фонових розчинах має вулканоподібний характер. При цьому, BC(NaClO)>90% та ВС(NaClO3)<1% реалізується на анодах, на яких у 1,0 М HClO4 при 20 мА/см2 для металевих композиційних електрокаталізаторів це 1,56-1,66 В, а для оксидних з розвиненою поверхнею 1,49-1,58 В. Помітне утворення хлоратів має місце тільки на анодах, де в 1,0 М HClO4 потенціал РВК більший за 1,66 В для металевих, або 1,58 В для оксидних електрокаталізаторів. На таких поверхнях, завдяки утворенню частинок більш високих енергій, реалізується одночасно виділення кисню, синтез HClO і ClO– та подальше їх перетворення у ClO2– та ClO3–. На основі цієї залежності були запропоновані параметри управління електрокаталітичною активністю і селективністю електродних матеріалів за відношенням до цільового процесу.
Згідно з рентгеноструктурним аналізом, паладій в термообробленому електрокаталітичному покритті на основі металів Ti/Pd і Ti/Pt-Pd і оксидних Ti/SnO2-Pd і Ti/SnO2-Pt-Pd знаходиться у вигляді оксиду PdO. Методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії показано, що поверхня PdO має високу спорідненість до гідроксилювання – адсорбції H2O і ОН–. В синтезі натрію гіпохлориту в низькоконцентрованих розчинах NaCl за використання оксидних анодів максимальну ефективність продемонстрували електрокаталізатори на основі SnO2, модифікованого одночасно Pd(5-15 ат.%) і Pt(5-10 ат.%).
В роботі розроблений спосіб одержання високоефективного металевого анода для синтезу натрію гіпохлориту в низькоконцентрованих розчинах NaCl, що полягає в електрохімічному нанесенні на титан послідовно 1-2 мг/см2 платини, 0,5-1,0 мг/см2 паладію та подальшій термообробці при 500-5300С. На таких анодах в 0,15 М NaCl при густині струму 40-50 мА/см2 електроліз протікає з ВС(NaClO)=94-96% при ВС(NaClO3) < 0,5%.
Показано, що на відновленій поверхні платини та платинованого титану вихід за струмом гіпохлориту досягає 90%. У даних умовах хлорати практично не утворюються. Зміна полярності двох однакових електродів із заданою скважністю створює умови для синтезу гіпохлориту натрію на активній поверхні платини. При цьому BC(NaClO) збільшується майже в 2 рази, а ВС(NaClO3) зменшується майже в 5 разів.
Ключові слова: натрію гіпохлорит, гіпохлоритна кислота, активний хлор, електрокаталіз, електрохімічна кінетика, анодні процеси, електросинтез.
Дата реєстрації
2020-09-23
Додано/оновлено в НРАТ
2020-10-01 / 2026-06-30
