RU2350692C1 - Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions - Google Patents

Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions Download PDF

Info

Publication number
RU2350692C1
RU2350692C1 RU2007125876/15A RU2007125876A RU2350692C1 RU 2350692 C1 RU2350692 C1 RU 2350692C1 RU 2007125876/15 A RU2007125876/15 A RU 2007125876/15A RU 2007125876 A RU2007125876 A RU 2007125876A RU 2350692 C1 RU2350692 C1 RU 2350692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
cell
diaphragm
cathode
electrochemical
Prior art date
Application number
RU2007125876/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Витольд Михайлович Бахир (RU)
Витольд Михайлович Бахир
Юрий Георгиевич Задорожний (RU)
Юрий Георгиевич Задорожний
Юрий Иванович Комоликов (RU)
Юрий Иванович Комоликов
Вадим Геннадьевич Паничев (RU)
Вадим Геннадьевич Паничев
Тарас Борисович Барабаш (RU)
Тарас Борисович Барабаш
Original Assignee
Витольд Михайлович Бахир
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Витольд Михайлович Бахир filed Critical Витольд Михайлович Бахир
Priority to RU2007125876/15A priority Critical patent/RU2350692C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2350692C1 publication Critical patent/RU2350692C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is related to processes of electrochemical preparation of different chemical products by electrolysis of electrolytes solutions of different concentration. Cylindrical electrochemical cell for processing of solutions comprises internal hollow tubular anode, external cylindrical cathode, permeable tubular ceramic diaphragm installed between them that separates Interelectrode space into anode and cathode chambers, units for installation, fastening and tightening of electrodes and diaphragms installed at the end parts of cell, and accessories for supply and drain of processed solutions to and from electrode chambers. Cathode, anode and diaphragm are installed in units and are connected to accessories for supply and drain of solution with creation of cell working part, along the whole length of which constancy of hydrodynamic characteristics of electrode chambers and characteristics of electrical field is preserved. Cathode and anode are made of titanium tubes, at that ratio of cathode chamber cross section to sum of areas of anode chamber and diaphragm cross sections makes 0.9-1.0, and length of cell working part makes 15-25 external diameters of anode.
EFFECT: intensification of electrolysis processes.
9 cl, 14 dwg, 6 tbl, 11 ex

Description

Область примененияApplication area

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки растворов электролитов, и может быть использовано в процессах электрохимического получения различных химических продуктов путем электролиза растворов электролитов различной концентрации, в том числе и в процессах, связанных с электрохимическим регулированием кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности разбавленных водных растворов электролитов, концентрация которых преимущественно находится в диапазоне 0,001-0,1 моль/л, а также других жидкостей с низкой удельной электропроводностью.The invention relates to the field of chemical technology, in particular to devices for electrochemical processing of electrolyte solutions, and can be used in the processes of electrochemical preparation of various chemical products by electrolysis of electrolyte solutions of various concentrations, including in processes associated with electrochemical regulation of acid-base, redox properties and catalytic activity of dilute aqueous solutions of electrolytes, the concentration of which is predominant It is essentially in the range of 0.001–0.1 mol / L, as well as of other liquids with low electrical conductivity.

Предшествующий уровень техникиState of the art

В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций для обработки воды, водных растворов, получения различных химических продуктов, в частности проточные электролизеры с плоскими электродами [см., например, патент США №5427658, С25В 9/00, 15/08, 1995] или электролизеры с коаксиально расположенными цилиндрическими электродами и диафрагмой между ними [см., например, патент Японии №02274889 А, С25В 9/00, 1989].In applied electrochemistry, electrolyzers of various designs are used to treat water, aqueous solutions, and produce various chemical products, in particular flow electrolyzers with flat electrodes [see, for example, US patent No. 5427658, С25В 9/00, 15/08, 1995] or electrolyzers with coaxially arranged cylindrical electrodes and a diaphragm between them [see, for example, Japanese Patent No. 02274889 A, C25B 9/00, 1989].

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является электрохимическая модульная ячейка, содержащая коаксиально размещенные цилиндрические внешний и внутренний электроды, выполненные в виде отрезков трубы, и установленную между ними коаксиально проницаемую диафрагму из керамики [см. международную заявку WO 98/58880, C02F 1/461, 1998].The closest in technical essence and the achieved result is an electrochemical modular cell containing coaxially placed cylindrical external and internal electrodes made in the form of pipe sections, and a coaxially permeable diaphragm made of ceramic installed between them [see international application WO 98/58880, C02F 1/461, 1998].

Это техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Известное техническое решение позволяет создавать модульные электролизеры, обеспечивающие достижение требуемой производительности путем соединения необходимого числа электрохимических модульных ячеек, что позволяет сократить затраты на проектирование и производство электролизеров фиксированной производительности, унифицировать детали и узлы, сократить время монтажа и ремонта таких электролизеров.The well-known technical solution allows you to create modular electrolyzers that achieve the required performance by connecting the required number of electrochemical modular cells, which reduces the cost of designing and manufacturing electrolyzers of fixed capacity, unify parts and assemblies, reduce the time of installation and repair of such electrolyzers.

При использовании известной электрохимической модульной ячейки достигается эффективная обработка воды или водных растворов при низком расходе энергии. Устройство достаточно просто в эксплуатации, сравнительно легко объединяется в блоки, представляющие собой проточные диафрагменные электрохимические реакторы заданной производительности (мощности).When using the well-known electrochemical modular cell, effective treatment of water or aqueous solutions with low energy consumption is achieved. The device is quite simple to operate, relatively easily combined into blocks, which are flow diaphragm electrochemical reactors of a given capacity (power).

Однако известное устройство обладает рядом недостатков.However, the known device has several disadvantages.

Известное устройство предназначено для обработки растворов хлоридов металлов и не может быть эффективно использовано для обработки растворов других типов. Кроме того, известно, что цилиндрические электролизеры с диафрагмой обладают сравнительно низкими характеристиками производительности и значительно уступают по показателям производительности электролизерам с насыпными или псевдоожиженными электродами [см., например, Фиошин М.Я., Смирнова М.Г. Электрохимические системы в синтезе химических продуктов. - М.: Химия, 1985, стр.216-223, табл.VII.6, рис.VII.34].The known device is intended for the treatment of solutions of metal chlorides and cannot be used effectively for processing solutions of other types. In addition, it is known that cylindrical electrolyzers with a diaphragm have relatively low performance characteristics and are significantly inferior in performance indicators to electrolyzers with bulk or fluidized electrodes [see, for example, Fyoshin M.Ya., Smirnova MG Electrochemical systems in the synthesis of chemical products. - M .: Chemistry, 1985, pp. 216-223, Pl. VIIII.6, Fig. VII.34].

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является обеспечение возможности интенсификации процессов электролиза в цилиндрической ячейке диафрагменного типа путем усовершенствования конструкции ячейки и выбора оптимального соотношения размеров основных элементов - электродов и диафрагмы. Этот результат усиливается за счет применения диафрагмы и электродов с различным соотношением площадей геометрических (кажущихся) и истинных (физических) поверхностей, а также за счет использования в ячейке диафрагмы из материалов, сочетание которых придает капиллярно-пористой диафрагмы высокую электроосмотическую активность. Также достигаемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей ячейки при обработке растворов электролитов с различным химическим составом и концентрацией.The technical result achieved by using the present invention is to enable the intensification of electrolysis processes in a cylindrical diaphragm cell by improving the design of the cell and choosing the optimal ratio of the sizes of the main elements - electrodes and diaphragm. This result is enhanced by the use of a diaphragm and electrodes with a different ratio of the areas of geometric (apparent) and true (physical) surfaces, as well as through the use of a diaphragm made of materials in the cell, the combination of which gives the capillary-porous diaphragm high electroosmotic activity. Also achieved by the technical result is the expansion of the functionality of the cell when processing solutions of electrolytes with different chemical composition and concentration.

Указанный технический результат достигается тем, что в цилиндрической электрохимической ячейке для обработки растворов, содержащей внутренний трубчатый анод, внешний цилиндрический катод и расположенную между ними проницаемую трубчатую керамическую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, узлы для установки, крепления и герметизации электродов и диафрагмы, размещенные на концевых частях ячейки и приспособления для подачи и отвода обрабатываемых растворов в и из электродных камер, катод, анод и диафрагма установлены в узлах и соединены с приспособлениями для подачи и отвода раствора с образованием рабочей части ячейки, по всей длине которой сохраняется постоянство гидродинамических характеристик электродных камер и характеристик электрического поля. Катод и анод выполнены из титановых трубок, при этом отношение площади поперечного сечения катодной камеры к сумме площадей поперечного сечения анодной камеры и диафрагмы составляет 0,9-1,0, а длина рабочей части ячейки составляет 15-25 внешних диаметров анода. Анод может быть выполнен из титановой трубки с развитой наружной поверхностью, на которую нанесено электрокаталитическое покрытие, и отношение истинной (физической) площади поверхности анода к истинной площади поверхности катода равно или больше единицы. Диафрагма ячейки выполнена капиллярно-пористой, электроосмотически активной, и внешняя истинная поверхность диафрагмы равна или меньше истинной поверхности катода, а внутренняя истинная поверхность диафрагмы равна или меньше истинной поверхности анода, но меньше истинной наружной поверхности диафрагмы. В ячейке произведение величины межэлектродного расстояния на частное от деления суммы истинных поверхностей анода и катода на суммарный объем электродных камер составляет 3,9-4,1.The specified technical result is achieved by the fact that in a cylindrical electrochemical cell for processing solutions containing an inner tubular anode, an outer cylindrical cathode and a permeable tubular ceramic diaphragm located between them, separating the interelectrode space into the anode and cathode chambers, nodes for installing, attaching and sealing the electrodes and diaphragms placed on the end parts of the cell and devices for supplying and removing processed solutions to and from the electrode chambers, cathode, anode and the diaphragm is installed in the nodes and connected to the devices for supplying and draining the solution with the formation of the working part of the cell, along the entire length of which the hydrodynamic characteristics of the electrode chambers and the characteristics of the electric field are constant. The cathode and anode are made of titanium tubes, while the ratio of the cross-sectional area of the cathode chamber to the sum of the cross-sectional areas of the anode chamber and the diaphragm is 0.9-1.0, and the length of the working part of the cell is 15-25 outer diameters of the anode. The anode can be made of a titanium tube with a developed outer surface on which an electrocatalytic coating is applied, and the ratio of the true (physical) surface area of the anode to the true surface area of the cathode is equal to or greater than unity. The cell diaphragm is made capillary-porous, electroosmotically active, and the outer true surface of the diaphragm is equal to or smaller than the true surface of the cathode, and the inner true surface of the diaphragm is equal to or smaller than the true surface of the anode, but smaller than the true outer surface of the diaphragm. In the cell, the product of the interelectrode distance by the quotient of dividing the sum of the true surfaces of the anode and cathode by the total volume of the electrode chambers is 3.9-4.1.

В цилиндрической электрохимической ячейке для обработки растворов керамическая диафрагма выполнена из зерен оксида алюминия, окруженных частицами диоксида циркония, частично стабилизированного оксидами редких или редкоземельных металлов, и имеет следующий состав оксид алюминия - 60-90 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава оксида алюминия находятся в альфа-форме, диоксид циркония - 10-40 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава диоксида циркония - в тетрагональной модификации. Для стабилизации тетрагональной фазы диоксида циркония используют добавки - один или несколько оксидов, выбранных из группы, содержащей оксиды иттрия, скандия, иттербия, церия, гадолиния, в суммарном количестве 1,0-10,0 вес.%.In a cylindrical electrochemical cell for processing solutions, the ceramic diaphragm is made of alumina grains surrounded by zirconia particles partially stabilized by rare or rare earth oxides, and has the following composition: alumina - 60-90 wt.%, With at least 98% phase composition alumina are in alpha form, zirconia is 10-40 wt.%, while at least 98% of the phase composition of zirconia is in tetragonal modification. To stabilize the tetragonal phase of zirconia, additives are used - one or more oxides selected from the group consisting of yttrium, scandium, ytterbium, cerium, gadolinium oxides in a total amount of 1.0-10.0 wt.%.

Узлы крепления электродов и диафрагмы могут быть выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, а приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из электродных камер выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталями узлов.The attachment points of the electrodes and the diaphragm can be made in the form of one or more parts of dielectric material each, and the devices for supplying and discharging the treated solution to and from the electrode chambers are made in the form of channels and nozzles combined with the parts of the nodes.

Полость анода может быть снабжена приспособлениями для подачи и отвода теплоносителя.The anode cavity can be equipped with devices for supplying and removing coolant.

Ячейка может быть выполнена таким образом, что узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, приспособления для подачи и/или отвода обрабатываемого раствора в и из катодной камеры выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталями узлов, а приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из анодной камеры выполнены в виде патрубков, соединенных с внутренней полостью анода и установленных на его торцах, при этом в концевых частях анода выполнены отверстия.The cell can be made in such a way that the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, devices for supplying and / or withdrawing the treated solution to and from the cathode chamber are made in the form of channels and nozzles combined with the parts of the nodes and devices for supplying and discharging the treated solution to and from the anode chamber are made in the form of nozzles connected to the internal cavity of the anode and installed at its ends, while in the end parts of the anode you olneny holes.

Узлы крепления электродов и диафрагмы в ячейке могут быть выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из катодной камеры выполнены в виде отверстий и патрубков, расположенных на концевых участках катода, а приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из анодной камеры выполнены в виде патрубков, соединенных с внутренней полостью анода и установленных на его торцах, при этом в концевых частях анода выполнены отверстия. В теле анода могут быть выполнены дополнительные отверстия, равномерно расположенные по его длине на всем протяжении длины рабочей части ячейки.The attachment points of the electrodes and the diaphragm in the cell can be made in the form of one or more parts of dielectric material each, devices for supplying and discharging the treated solution to and from the cathode chamber are made in the form of holes and nozzles located at the end sections of the cathode, and devices for feeding and drainage of the treated solution to and from the anode chamber is made in the form of nozzles connected to the inner cavity of the anode and installed on its ends, while in the end parts of the anode there are holes and I. In the body of the anode, additional holes can be made evenly spaced along its length along the entire length of the working part of the cell.

То, что катод, анод и диафрагма установлены в узлах с образованием рабочей части ячейки (см. фиг.1), по всей длине которой сохраняется постоянство гидродинамических, теплофизических и электрофизических характеристик электродных камер (заданная шероховатость поверхностей, образующих стенки электродных камер, одинаковые радиальные расстояния между цилиндрическими поверхностями электродов и диафрагмы во всех поперечных сечениях рабочей части ячейки, одинаковая толщина диафрагмы, анодной и катодной титановых труб на всей длине рабочей части ячейки, одинаковая напряженность электрического поля в теле диафрагмы, одинаковое электрическое сопротивление между электродами в любом поперечном сечении рабочей части ячейки), позволяет обеспечить интенсификацию процесса электрохимического воздействия за счет равномерного, с одинаковой продольной скоростью во всех точках поперечного сечения электродных камер, перемещения обрабатываемых растворов, что соответствует условиям работы химического реактора идеального вытеснения. При этом скорость газожидкостных фронтов вытеснения, каждый из которых, вследствие непрекращающегося электрохимического воздействия, отличается температурой, концентрацией, химическим составом и физико-химическими свойствами (из-за различного количества растворенных и свободных газов), определяется только объемным расходом растворов на входе в каждую из электродных камер. В рабочей части ячейки, при соблюдении соотношений размеров, отсутствуют зоны застоя, зоны преимущественного или замедленного течения растворов. Образование зон замедленного протока и зон застоя в электродных камерах электролизеров обычно сопровождается накоплением в них повышенного количества продуктов электрохимических реакций, обладающих более высокой электропроводностью, чем исходный раствор электролита. Вследствие образования неоднородности проводящей среды происходит перераспределение силовых линий электрического тока, что сопровождается локальными температурными флуктуациями, которые, в свою очередь, усиливают действие других факторов, порождающих неоднородность течения. Самоподдерживающиеся и саморазвивающиеся теплофизические, электрохимические и гидродинамические флуктуации в рабочих камерах электрохимических систем приводят к непроизводительной затрате энергии и снижению эффективности процессов электрохимического преобразования жидкостей. Выполнение анода и катода электрохимической ячейки в виде титановых трубок, обладающих малой тепловой инерцией, позволяет избежать возникновения и развития продольной (вдоль оси ячейки) тепловой интерференции движущихся в электродных камерах ячейки фронтов вытеснения газожидкостной среды. Установившийся гидравлический режим в камерах рабочей части ячейки обеспечивается, когда точки ввода и вывода раствора электролита в камеру и из камеры расположены на расстоянии, величина которого равна или больше ширины электродной камеры, в которую вводится и из которой выводится раствор электролита.The fact that the cathode, anode and diaphragm are installed in the nodes with the formation of the working part of the cell (see Fig. 1), along the entire length of which the hydrodynamic, thermophysical and electrophysical characteristics of the electrode chambers remain constant (the given roughness of the surfaces forming the walls of the electrode chambers is the same radial the distance between the cylindrical surfaces of the electrodes and the diaphragm in all cross sections of the working part of the cell, the same thickness of the diaphragm, anode and cathode titanium pipes along the entire length of the working part cell, the same electric field in the diaphragm body, the same electrical resistance between the electrodes in any cross section of the working part of the cell), allows to intensify the process of electrochemical exposure due to the uniform, with the same longitudinal speed at all points of the cross section of the electrode chambers, the movement of the treated solutions , which corresponds to the operating conditions of the ideal displacement chemical reactor. In this case, the speed of gas-liquid displacement fronts, each of which, due to continuous electrochemical exposure, differs in temperature, concentration, chemical composition and physicochemical properties (due to different amounts of dissolved and free gases), is determined only by the volumetric flow rate of solutions at the inlet to each of electrode chambers. In the working part of the cell, subject to size ratios, there are no stagnation zones, zones of predominant or delayed flow of solutions. The formation of slow-flow zones and stagnation zones in the electrode chambers of electrolyzers is usually accompanied by the accumulation of an increased number of products of electrochemical reactions with higher electrical conductivity than the initial electrolyte solution. Due to the formation of inhomogeneity of the conducting medium, the redistribution of electric current lines occurs, which is accompanied by local temperature fluctuations, which, in turn, enhance the action of other factors generating the flow heterogeneity. Self-sustaining and self-developing thermophysical, electrochemical and hydrodynamic fluctuations in the working chambers of electrochemical systems lead to an unproductive expenditure of energy and a decrease in the efficiency of the processes of electrochemical conversion of liquids. The implementation of the anode and cathode of the electrochemical cell in the form of titanium tubes with low thermal inertia, avoids the occurrence and development of longitudinal (along the cell axis) thermal interference of the fronts of the gas-liquid medium moving in the electrode chambers of the cell. The steady-state hydraulic mode in the chambers of the working part of the cell is ensured when the points of entry and exit of the electrolyte solution into the chamber and from the chamber are located at a distance equal to or greater than the width of the electrode chamber into which the electrolyte solution is introduced and discharged.

Отношение пощади поперечного сечения катодной камеры ячейки к сумме площадей поперечного сечения анодной камеры и диафрагмы должно составлять 0,8-1,0, а длина рабочей части ячейки должна составлять 15-25 наружных диаметров анода. Именно в этом диапазоне значений отношения параметров ячейки обеспечивается циркуляция жидкости в электродных камерах в виде микротороидальных потоков, при которой каждый микрообъем обрабатываемой жидкости в процессе протока многократно соприкасается с приэлектродной поверхностью (см. фиг.3). Возникновение микротороидальных потоков жидкостей в электродных камерах повышает степень использования исходных компонентов раствора электролита, достижение наилучших условий подвода исходных веществ к поверхности электрода и наилучших условий отвода продуктов реакций от электродов с одновременным удалением электролизных газов в виде мельчайших пузырьков, не увеличивающих сопротивления среды в электродных камерах.The ratio of the cross-sectional area of the cathode chamber of the cell to the sum of the cross-sectional areas of the anode chamber and the diaphragm should be 0.8-1.0, and the length of the working part of the cell should be 15-25 outer diameters of the anode. It is in this range of values of the ratio of the cell parameters that the fluid is circulated in the electrode chambers in the form of microtoroidal flows, in which each microvolume of the treated fluid in contact with the electrode surface is repeatedly in contact with it (see Fig. 3). The occurrence of microtoroidal fluid flows in the electrode chambers increases the degree of use of the initial components of the electrolyte solution, the achievement of the best conditions for supplying the starting materials to the electrode surface and the best conditions for the removal of reaction products from the electrodes with the simultaneous removal of electrolysis gases in the form of tiny bubbles that do not increase the resistance of the medium in the electrode chambers.

Кроме того, эффект возникновения и устойчивого существования микротороидальных потоков обеспечивает эффективное смешивание исходных веществ и продуктов реакции на каждом участке рабочей части ячейки в процессе движения газожидкостной среды. В данном случае эффект возникновения и существования микротороидальных потоков, обусловленный вышеприведенным соотношением, позволяет рассматривать объем газо-жидкостной смеси, расположенный между любыми двумя, как угодно близко расположенными поперечными сечениями, как тороидальный микрореактор идеального смешения. Таким образом, выполнение указанного соотношения способствует интенсификации важнейших процессов - гидродинамических, которые включают подвод исходных веществ к электроду и отвод продуктов электрохимических реакций от электрода, а также процессы удаления электролизных газов из межэлектродного пространства.In addition, the effect of the emergence and stable existence of microtoroidal flows provides effective mixing of the starting materials and reaction products in each section of the working part of the cell during the movement of the gas-liquid medium. In this case, the effect of the occurrence and existence of microtoroidal flows, due to the above ratio, allows us to consider the volume of the gas-liquid mixture located between any two cross sections as arbitrarily close as a toroidal microreactor of ideal mixing. Thus, the fulfillment of this ratio contributes to the intensification of the most important processes - hydrodynamic, which include the supply of starting materials to the electrode and the removal of products of electrochemical reactions from the electrode, as well as the processes of removal of electrolysis gases from the interelectrode space.

Уменьшение или увеличение этого отношения может достигаться за счет изменения площади поперечного сечения катодной камеры и площади поперечного сечения анодной камеры. Изменение соотношения приводит к нарушению микротороидальной структуры потоков в электродных камерах, уменьшению скорости массопереноса и, соответственно, к снижению эффективности электрохимических процессов. Увеличение сечения диафрагмы при постоянстве сечений электродных камер приводит к увеличению электрического и гидравлического сопротивления диафрагмы, что также ведет к снижению эффективности процесса. Уменьшение сечения диафрагмы при постоянстве сечений электродных камер приводит к снижению механической прочности диафрагмы, повышению ее протекаемости, уменьшению адсорбционно-химической и электроосмотической активности, вследствие чего ухудшается эффективность разделения высокоактивных продуктов электрохимических реакций в процессе работы ячейки. Длина рабочей части ячейки не должна быть более 25D2 и менее 15D2, где D2 - наружный диаметр анода. При длине рабочей части ячейки менее пятнадцати наружных диаметров анода время электрохимической обработки жидкостей в ячейке мало, что снижает эффективность работы ячейки. Увеличение длины рабочей камеры свыше двадцати пяти наружных диаметров анода приводит к значительному повышению гидравлического сопротивления ячейки и повышенному расходу электроэнергии, обусловленному чрезмерно высоким газонаполнением электролита.A decrease or increase in this ratio can be achieved by changing the cross-sectional area of the cathode chamber and the cross-sectional area of the anode chamber. A change in the ratio leads to a disruption of the microtoroid structure of the flows in the electrode chambers, a decrease in the mass transfer rate, and, accordingly, a decrease in the efficiency of electrochemical processes. An increase in the diaphragm cross section with a constant cross section of the electrode chambers leads to an increase in the electric and hydraulic resistance of the diaphragm, which also leads to a decrease in the efficiency of the process. A decrease in the diaphragm cross section with a constant cross-section of the electrode chambers leads to a decrease in the mechanical strength of the diaphragm, an increase in its permeability, and a decrease in the adsorption-chemical and electroosmotic activity, as a result of which the efficiency of separation of highly active products of electrochemical reactions during cell operation is impaired. The length of the working part of the cell should not be more than 25D 2 and less than 15D 2 , where D 2 is the outer diameter of the anode. When the length of the working part of the cell is less than fifteen external diameters of the anode, the time of electrochemical treatment of liquids in the cell is short, which reduces the efficiency of the cell. The increase in the length of the working chamber over twenty-five outer diameters of the anode leads to a significant increase in the hydraulic resistance of the cell and increased energy consumption due to excessively high gas filling of the electrolyte.

Анод может быть выполнен из титановой трубки с развитой наружной поверхностью, на которую нанесено электрокаталитическое покрытие, а катод - из титановой трубки с внутренней поверхностью, более гладкой, чем поверхность анода, что достигается путем обработки рабочих поверхностей электродов любым из известных способов, таких, как пескоструйная обработка, электрохимическое травление, химическое травление, полировка, электрополировка, обработка шлифовальным инструментом и т.п.. Это позволяет регулировать отношение истинных (физических, рабочих, активных) поверхностей анода и катода по всей длине рабочей части ячейки. Это отношение должно быть равным или большим единицы, при том, что кажущаяся (геометрическая) поверхность анода, как следует из конструкции, меньше геометрической поверхности катода, так как наружный диаметр анода меньше внутреннего диаметра катода. Развитая физическая поверхность анода позволяет обеспечить снижение эффективной плотности анодного тока и увеличить тем самым срок службы анодного электрокаталитического покрытия в несколько раз. Развитая поверхность анода вследствие большого количества микрогеометрических выступов и впадин, размер которых не превышает 10 мкм, позволяет создать микроэлектрокаталитические участки, отличающиеся величиной электродного потенциала (см. фиг.2). На выступах, вследствие большей плотности тока микрорассеяния, величина окислительного потенциала выше, чем во впадинах, где плотность тока микрорассеяния ниже. При электрохимической обработке разбавленных растворов электролитов это позволяет получать продукты анодного окисления за счет разнообразных химических реакций, отличающиеся кинетикой и различными равновесными потенциалами. Благодаря развитой поверхности анода и очень низкой концентрации ионов электролитов непосредственно в плотной и диффузной области двойного электрического слоя (ДЭС) у поверхности анода, вокруг метастабильных продуктов реакций, таких, например, как озон, синглетный кислород, пероксид водорода, диоксид хлора, формируются толстые ионно-гидратные оболочки, сохраняющие их в растворе длительное время и препятствующие взаимной нейтрализации, которая неизбежна в обычных условиях химического взаимодействия.The anode can be made of a titanium tube with a developed outer surface on which an electrocatalytic coating is applied, and the cathode can be made of a titanium tube with an inner surface smoother than the surface of the anode, which is achieved by treating the working surfaces of the electrodes using any of the known methods, such as sandblasting, electrochemical etching, chemical etching, polishing, electropolishing, grinding with a grinding tool, etc. This allows you to adjust the ratio of true (physical, active, active) surfaces of the anode and cathode along the entire length of the working part of the cell. This ratio should be equal to or greater than unity, despite the fact that the apparent (geometric) surface of the anode, as follows from the design, is smaller than the geometric surface of the cathode, since the outer diameter of the anode is smaller than the inner diameter of the cathode. The developed physical surface of the anode allows to reduce the effective density of the anode current and thereby increase the service life of the anode electrocatalytic coating by several times. The developed surface of the anode due to the large number of microgeometric protrusions and depressions, the size of which does not exceed 10 μm, allows you to create microelectrocatalytic sections that differ in the magnitude of the electrode potential (see figure 2). On the protrusions, due to the greater density of the micro scattering current, the oxidation potential is higher than in the depressions, where the micro scattering current density is lower. During the electrochemical treatment of dilute solutions of electrolytes, this allows one to obtain products of anodic oxidation due to a variety of chemical reactions that differ in kinetics and various equilibrium potentials. Due to the developed surface of the anode and the very low concentration of electrolyte ions, thick ion ions are formed around metastable reaction products, such as ozone, singlet oxygen, hydrogen peroxide, chlorine dioxide, directly in the dense and diffuse region of the double electric layer (DEL) near the anode surface -hydrate membranes that keep them in solution for a long time and prevent mutual neutralization, which is unavoidable under ordinary conditions of chemical interaction.

При обработке концентрированных растворов электролитов развитая поверхность анода позволяет осуществлять анодное окисление при минимальной анодной поляризации, что обеспечивает снижение тепловых потерь.When processing concentrated electrolyte solutions, the developed surface of the anode allows anodic oxidation to be carried out with minimal anodic polarization, which ensures a reduction in heat loss.

Малая геометрическая поверхность анода в сравнении с большой геометрической поверхностью катода формирует радиальное распределение силовых линий электрического поля, сгущающихся к центру и обеспечивающих ускоренный подвод исходных веществ к поверхности анода на расстояние действия электрического поля диффузной части ДЭС, т.е. 10-5…10-4 сантиметра, а также ускоренный отвод продуктов электрохимических реакций из области действия диффузной части ДЭС в объем раствора.The small geometrical surface of the anode, in comparison with the large geometrical surface of the cathode, forms a radial distribution of electric field lines that are condensed to the center and provide an accelerated supply of the starting materials to the anode surface at a distance of the electric field of the diffuse part of the DES, 10 -5 ... 10 -4 centimeters, as well as accelerated removal of products of electrochemical reactions from the field of action of the diffuse part of DES to the volume of the solution.

Сравнительно гладкая поверхность катода обеспечивает образование мелких пузырьков водорода и, благодаря равномерной структуре титана в поверхностном и приповерхностном слоях, снижает интенсивность растворения водорода в металле (процесс наводораживания).The relatively smooth surface of the cathode provides the formation of small hydrogen bubbles and, due to the uniform structure of titanium in the surface and near-surface layers, reduces the rate of dissolution of hydrogen in the metal (hydrogenation process).

Диафрагма должна быть капиллярно-пористой, обладать высокой электроосмотической активностью и иметь различную степень микронеровностей на поверхностях, обращенных к катоду и аноду. По всей длине рабочей части ячейки внутренняя и внешняя поверхность диафрагмы выполнены с заданной, различной, шероховатостью, а именно, внешняя истинная или физическая поверхность диафрагмы должна быть выполнена равной или меньшей истинной поверхности катода, а внутренняя истинная поверхность диафрагмы должна быть выполнена равной или меньшей истинной поверхности анода, но меньшей, чем наружная истинная поверхность диафрагмы. Это различие может быть обеспечено как в процессе изготовления диафрагмы, так и путем последующей механической обработки ее поверхностей. Такое выполнение позволяет обеспечить эффективную работу электрохимической ячейки при превышении давления в катодной камере над давлением в анодной, т.е. в условиях, когда одновременно с электрохимической обработкой воды или разбавленного водного раствора электролитов осуществляется фильтрационный перенос анионов и некоторой части воды из катодной камеры в анодную. Искусственно увеличенная истинная (физическая) поверхность диафрагмы, обращенная к катоду, позволяет без значительного увеличения фильтрационного сопротивления задерживать нерастворимые частички гидроксидов тяжелых металлов, образующиеся в катодной камере, и обеспечивать тем самым длительную работу ячейки при неизменной скорости фильтрационного переноса веществ через диафрагму.The diaphragm must be capillary-porous, have high electroosmotic activity and have a different degree of microroughness on the surfaces facing the cathode and anode. Along the entire length of the working part of the cell, the inner and outer surface of the diaphragm is made with a given, different, roughness, namely, the outer true or physical surface of the diaphragm must be equal to or smaller than the true surface of the cathode, and the inner true surface of the diaphragm must be equal to or less than true the surface of the anode, but smaller than the outer true surface of the diaphragm. This difference can be achieved both in the process of manufacturing the diaphragm, and by subsequent machining of its surfaces. This embodiment allows the efficient operation of the electrochemical cell when the pressure in the cathode chamber is higher than the pressure in the anode, i.e. under conditions when, simultaneously with the electrochemical treatment of water or a dilute aqueous solution of electrolytes, the filtration transfer of anions and some of the water from the cathode chamber to the anode takes place. The artificially increased true (physical) surface of the diaphragm facing the cathode allows, without a significant increase in filtration resistance, to retain the insoluble particles of heavy metal hydroxides formed in the cathode chamber, and thereby ensure long-term operation of the cell at a constant rate of filtration transfer of substances through the diaphragm.

Истиная поверхность диафрагмы, обращенная к аноду, меньше его истинной поверхности, что облегчает управление электромиграционным переносом ионов из анодной камеры в катодную за счет повышенной концентрации катионов в приповерхностном слое диафрагмы. Наблюдающееся при этом снижение интенсивности электромиграционного переноса ионов гидроксония является весьма полезным и происходит в результате подавления прототропного механизма миграции ионов гидроксония в области концентрационной поляризации на фильтрующей поверхности диафрагмы. В условиях дефицита «свободных» молекул воды в области пространственного заряда происходит преимущественный электромиграционный перенос катионов металлов, обладающих, в отличие от ионов гидроксония, более объемными гидратными оболочками, который значительно ускоряется за счет электроосмотического переноса воды из анодной камеры в катодную.The true surface of the diaphragm facing the anode is smaller than its true surface, which makes it easier to control the electromigration transfer of ions from the anode chamber to the cathode due to the increased concentration of cations in the surface layer of the diaphragm. The observed decrease in the intensity of the electromigration transfer of hydroxonium ions is very useful and occurs as a result of the suppression of the prototropic mechanism of migration of hydroxonium ions in the concentration polarization region on the filtering surface of the diaphragm. Under conditions of a deficit of “free” water molecules in the space charge region, the predominant electromigration transfer of metal cations occurs, which, in contrast to hydroxonium ions, has larger hydrated shells, which is significantly accelerated due to the electroosmotic transfer of water from the anode chamber to the cathode.

В случае использования концентрированных растворов электролитов электроосмотическая активность диафрагмы снижается, но остается более высокой в сравнении с керамическими диафрагмами из оксида алюминия, оксида бора, оксида циркония, асбеста.In the case of using concentrated solutions of electrolytes, the electroosmotic activity of the diaphragm decreases, but remains higher in comparison with ceramic diaphragms of aluminum oxide, boron oxide, zirconium oxide, asbestos.

Электроосмотическая активность диафрагмы проявляется возможностью создать в камере ячейки, заполненной пресной питьевой водой с общей минерализацией 0,15-0,2 г/л, перепад давления за счет электрического поля напряженностью 15-30 В/см величиной не менее 1,5 кгс/см2. Меньшие значения перепада давления свидетельствуют либо о нерациональном химическом составе материала диафрагмы, либо о чрезмерно большом размере капиллярных каналов в теле диафрагмы.The electroosmotic activity of the diaphragm is manifested by the ability to create a pressure drop in the chamber of a cell filled with fresh drinking water with a total salinity of 0.15-0.2 g / l due to an electric field of 15-30 V / cm and a magnitude of at least 1.5 kgf / cm 2 . Smaller pressure drop values indicate either the irrational chemical composition of the diaphragm material or the excessively large size of the capillary channels in the diaphragm body.

Произведение величины межэлектродного расстояния ячейки на частное от деления суммы истинных поверхностей анода и катода на суммарный объем электродных камер должно составлять 3,9-4,1 для растворов электролитов различной концентрации, которые условно можно разделить на два типа: разбавленные и концентрированные.The product of the interelectrode distance of the cell by the quotient of the sum of the true surfaces of the anode and cathode and the total volume of electrode chambers should be 3.9-4.1 for electrolyte solutions of various concentrations, which can conditionally be divided into two types: diluted and concentrated.

Подобное, условное разделение растворов неорганических электролитов на разбавленные и концентрированные связано с тем фактом, что существует принципиальное различие между растворами, концентарция которых больше или меньше 0,1 моль/л. На фиг.4 изображена зависимость (1) электропроводности водных растворов различных неорганических электролитов - хлоридов, сульфатов, карбонатов, нитратов щелочных металлов, соответствующих кислот и оснований от их концентрации в водном растворе. Зависимость 2 характеризует теоретически рассчитанные расстояния между центрами ионов электролитов в растворе также в зависимости от концентрации. Из сопоставления этих зависимостей видно, что при возрастании концентрации электролитов наблюдается сокращение расстояния между ионами, что в соответствии с теоретическими представлениями сопровождается усилением взаимодействия между ними. Критической является концентрация около 0,1 моль/л, что проявляется изменением угла наклона зависимости 1. В случае электрохимически активированных растворов происходит быстрая взаимная нейтрализация наиболее высокоактивных действующих веществ при общей концентрации ионов электролитов более 0,1 моль/л.A similar, conditional separation of inorganic electrolyte solutions into dilute and concentrated is due to the fact that there is a fundamental difference between solutions whose concentration is more or less than 0.1 mol / L. Figure 4 shows the dependence (1) of the conductivity of aqueous solutions of various inorganic electrolytes - chlorides, sulfates, carbonates, nitrates of alkali metals, the corresponding acids and bases on their concentration in an aqueous solution. Dependence 2 characterizes the theoretically calculated distances between the centers of the electrolyte ions in the solution also depending on the concentration. A comparison of these dependences shows that with an increase in the concentration of electrolytes, a decrease in the distance between ions is observed, which, in accordance with theoretical concepts, is accompanied by an increase in the interaction between them. A concentration of about 0.1 mol / L is critical, which is manifested by a change in the slope of dependence 1. In the case of electrochemically activated solutions, the fastest mutual neutralization of the most highly active active substances occurs with a total concentration of electrolyte ions of more than 0.1 mol / L.

В разбавленных растворах электролитов (менее 0,1 моль/л) малые изменения концентрации растворенных веществ приводят к значительным сдвигам удельной электропроводности раствора, что свидетельствует о преобладающей роли сил межионного взаимодействия в процессах массопереноса и малой интенсивности процессов взаимонейтрализации электрохимически активированных веществ-антагонистов.In dilute electrolyte solutions (less than 0.1 mol / L), small changes in the concentration of dissolved substances lead to significant shifts in the conductivity of the solution, which indicates the predominant role of the forces of interionic interaction in mass transfer processes and the low intensity of the processes of mutual neutralization of electrochemically activated antagonist substances.

В связи с изложенным меньшее значение упомянутого соотношения (3,9) относится к ячейкам для обработки растворов с концентрацией менее 0,1 моль/л, а большее значение (4,1) - к ячейкам для обработки растворов с концентрацией более 0,1 моль/л. Промежуточные значения характерны для ячеек, через электродные камеры которых протекают растворы электролитов, различающиеся по концентрации, однако суммарная концентрация которых (с учетом объемного расхода) близка к 0,1 моль/л.In connection with the foregoing, a lower value of the aforementioned ratio (3.9) refers to cells for processing solutions with a concentration of less than 0.1 mol / l, and a larger value (4.1) refers to cells for processing solutions with a concentration of more than 0.1 mol / l Intermediate values are characteristic of cells through which electrolyte solutions flowing through the electrode chambers differ in concentration, but the total concentration of which (taking into account the volumetric flow rate) is close to 0.1 mol / L.

Уменьшение или увеличение этого соотношения обусловливает возрастание энергозатрат на проведение процесса электролиза и снижение выхода целевых продуктов за счет уменьшения эффективности массопереноса микротороидальными потоками и возникновения зон преимущественного течения и зон замедленного протока в электродных камерах.A decrease or increase in this ratio leads to an increase in energy consumption for the electrolysis process and a decrease in the yield of the target products due to a decrease in the mass transfer efficiency by microtoroid flows and the appearance of zones of preferential flow and zones of slow flow in the electrode chambers.

Керамическая диафрагма в ячейке выполнена из зерен оксида алюминия, окруженных частицами диоксида циркония, частично стабилизированного оксидами редких или редкоземельных металлов, и имеет следующий состав: оксид алюминия - 60-90 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава оксида алюминия находятся в альфа-форме, диоксид циркония - 10-40 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава диоксида циркония - в тетрагональной модификации. Для стабилизации тетрагональной фазы диоксида циркония используют добавку - один или несколько оксидов, выбранных из группы, содержащей оксиды иттрия, скандия, иттербия, церия, гадолиния. Суммарное количество оксидов составляет 1,0-10,0 вес.%. При соблюдении указанных выше соотношений такой химический состав материала диафрагмы и ее физико-химические свойства обеспечивают сорбирование высокозаряженных метастабильных частиц, поступающих от электродов (фиг.5). Они не проникают вглубь, так как энергия взаимодействия с гетерогенной гидрофильной поверхностью материала диафрагмы выше энергии активации электромиграционного переноса, и потому не подвергаются взаимной нейтрализации. В связи с этим электрохимическую ячейку возможно использовать как электрохимический реактор с ионселективной электроосмотически активной диафрагмой, обеспечивая избирательный перенос ионов через диафрагму путем регулирования градиента давления на диафрагме. При этом величина и направление переноса определяется силой (плотностью) тока, напряженностью электрического поля в диафрагме и минерализацией водных растворов по обе ее стороны. Электрическое сопротивление диафрагмы при полностью сформированных адсорбционных слоях на ее внутренней и внешней поверхностях меньше, чем сопротивление электролита, заполняющего поры, а подвижность ионов в порах выше, чем подвижность ионов в чистом растворе. Стационарное равновесие между напряженностью поля в диафрагме, обусловленное наличием адсорбционных слоев заряженных частиц, носит динамический характер.The ceramic diaphragm in the cell is made of grains of alumina surrounded by particles of zirconia partially stabilized by oxides of rare or rare earth metals and has the following composition: alumina - 60-90 wt.%, While at least 98% of the phase composition of alumina is in alpha form, zirconia - 10-40 wt.%, while at least 98% of the phase composition of zirconia is in tetragonal modification. To stabilize the tetragonal phase of zirconia, an additive is used - one or more oxides selected from the group consisting of yttrium, scandium, ytterbium, cerium, gadolinium oxides. The total amount of oxides is 1.0-10.0 wt.%. Subject to the above ratios, such a chemical composition of the material of the diaphragm and its physico-chemical properties ensure the sorption of highly charged metastable particles coming from the electrodes (figure 5). They do not penetrate deeply, since the energy of interaction with the heterogeneous hydrophilic surface of the material of the diaphragm is higher than the activation energy of electromigration migration, and therefore they are not mutually neutralized. In this regard, the electrochemical cell can be used as an electrochemical reactor with an ion-selective electroosmotic active diaphragm, providing selective ion transfer through the diaphragm by adjusting the pressure gradient across the diaphragm. In this case, the magnitude and direction of transfer is determined by the strength (density) of the current, the electric field strength in the diaphragm and the mineralization of aqueous solutions on both sides of it. The electrical resistance of the diaphragm with fully formed adsorption layers on its inner and outer surfaces is less than the resistance of the electrolyte filling the pores, and the mobility of ions in the pores is higher than the mobility of ions in a pure solution. The stationary equilibrium between the field strength in the diaphragm, due to the presence of adsorption layers of charged particles, is dynamic.

Такая диафрагма позволяет обеспечить модульной электрохимической ячейке возможность работы с одинаковой эффективностью как в лабораторных, так и в производственных условиях, а также возможность одинаково обрабатывать как разбавленные водные растворы электролитов, так и на концентрированные водно-солевые растворы, причем свойства диафрагмы (ее физико-химический состав и фильтрационная способность) позволяют работать в режиме, когда через одну из электродных камер протекает концентрированный раствор электролита, а в другой формируется концентрированный раствор из продуктов разложения воды и ионов одного сорта из этого электролита (анионов или катионов), ионселективная миграция которых обеспечивается благодаря сочетанию физико-химических свойств диафрагмы и электрофизическим параметрам работы ячейки (см. фиг.6).Such a diaphragm makes it possible to provide a modular electrochemical cell with the ability to work with the same efficiency in both laboratory and production conditions, as well as the ability to process both dilute aqueous solutions of electrolytes and concentrated aqueous-salt solutions, the properties of the diaphragm (its physicochemical composition and filtration ability) allow you to work in the mode when a concentrated electrolyte solution flows through one of the electrode chambers, and in the other forms a concentrated solution of the decomposition products of water and ions of one sort from this electrolyte (anions or cations), the selective migration of which is ensured by a combination of the physicochemical properties of the diaphragm and the electrophysical parameters of the cell (see Fig. 6).

Выполнение керамической диафрагмы из зерен оксида алюминия, окруженных частицами диоксида циркония, частично стабилизированного оксидами редких или редкоземельных металлов, позволяет увеличить ее химическую стойкость. Состав диафрагмы оксид алюминия - 60-90 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава оксида алюминия находятся в альфа-форме, диоксид циркония - 10-40 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава диоксида циркония - в тетрагональной модификации. Для стабилизации тетрагональной фазы диоксида циркония используют добавку - один или несколько оксидов, выбранных из группы, содержащей оксиды иттрия, скандия, иттербия, церия, гадолиния. Суммарное количество оксидов составляет 1,0-10,0 вес.%. Указанный состав обеспечивает механическую стойкость и структуру диафрагмы. Изменение указанных интервалов количества ингредиентов ведет к значительному снижению электроосмотической активности капиллярно-пористого тела диафрагмы и уменьшению адсорбционно-химической активности ее поверхностей, обращенных к электродам.The implementation of the ceramic diaphragm from grains of aluminum oxide, surrounded by particles of zirconium dioxide, partially stabilized by oxides of rare or rare earth metals, allows to increase its chemical resistance. The composition of the diaphragm is alumina - 60-90 wt.%, While at least 98% of the phase composition of alumina is in alpha form, zirconia is 10-40 wt.%, While at least 98% of the phase composition of zirconia is in tetragonal modification. To stabilize the tetragonal phase of zirconia, an additive is used - one or more oxides selected from the group consisting of yttrium, scandium, ytterbium, cerium, gadolinium oxides. The total amount of oxides is 1.0-10.0 wt.%. The specified composition provides mechanical resistance and the structure of the diaphragm. Changing the indicated intervals of the amount of ingredients leads to a significant decrease in the electroosmotic activity of the capillary-porous body of the diaphragm and a decrease in the adsorption-chemical activity of its surfaces facing the electrodes.

Суммарное влияние вышеназванных закономерностей на показатели, определяющие эффективность электрохимического реактора, наглядно проявляется на фиг.7. Оценка технического совершенства заявляемого технического решения показана с использованием диаграммы, приведенной в книге «Электрохимические системы в синтезе химических продуктов» (Фиошин М.Я., Смирнова М.Г. - М.: Химия, 1985, стр.222, рис.VII.34). Из диаграммы видно, что предложенное техническое решение намного превосходит по главным показателям технического совершенства фильтр-прессные электролизеры, межэлектродные пространства которых разделены пористой перегородкой, и весьма близко к электролизерам с псевдоожиженными электродами. При этом, как следует из угла наклона области, характеризующей предложенное техническое решение, электрохимические модульные ячейки значительно менее чувствительны к изменению межэлектродного расстояния, а следовательно, и концентрации электролитов в сравнении с любыми другими типами известных электрохимических систем.The total effect of the above patterns on indicators that determine the effectiveness of the electrochemical reactor is clearly shown in Fig.7. An assessment of the technical excellence of the claimed technical solution is shown using the diagram given in the book “Electrochemical systems in the synthesis of chemical products” (Fyoshin M.Ya., Smirnova MG - M .: Chemistry, 1985, p. 222, Fig. VII. 34). It can be seen from the diagram that the proposed technical solution far surpasses filter press electrolyzers, the interelectrode spaces of which are separated by a porous partition, and are very close to electrolyzers with fluidized electrodes in terms of the main indicators of technical perfection. Moreover, as follows from the angle of inclination of the region characterizing the proposed technical solution, electrochemical modular cells are significantly less sensitive to changes in the interelectrode distance and, consequently, the concentration of electrolytes in comparison with any other types of known electrochemical systems.

Организация ввода в ячейку обрабатываемого раствора электролита и вывода продуктов электролиза может быть различной в зависимости от химизма протекающих процессов и характеристик конечных продуктов электролиза. В целом эта организация потоков определяется за счет конструкции узлов крепления, узлов фиксации и герметизации электродов и диафрагмы, а также приспособлений для ввода растворов электролитов в электродные камеры и вывода продуктов электролиза из электродных камер. Эти узлы, расположенные на концевых частях ячейки, могут быть выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрических материалов каждый. В зависимости от требований к протекающему в электрохимической ячейке процессу приспособления для подачи обрабатываемого раствора в электродные камеры могут быть соединены с одним узлом, а приспособления для отвода продуктов электролиза - с другим. В этом случае обеспечивается движение растворов в электродных камерах прямотоком. При необходимости осуществления противотока каждый из узлов будет соединен с приспособлением для подачи раствора в одну электодную камеру и в то же время с приспособлением для отвода продуктов электролиза из другой электродной камеры. Приспособления для подачи обрабатываемого раствора в электродные камеры и отвода продуктов электролиза из электродных камер могут быть выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с этими деталями, или в виде отверстий и патрубков, соединенных с концевыми частями электродов. При этом длина катода, и/или анода, и/или диафрагмы определяется конструкций ячейки и условиями ее монтажа.The organization of input into the cell of the processed electrolyte solution and output of electrolysis products may be different depending on the chemistry of the processes and the characteristics of the final electrolysis products. In general, this organization of flows is determined by the design of the attachment points, fixation and sealing points of the electrodes and the diaphragm, as well as devices for introducing electrolyte solutions into the electrode chambers and removing electrolysis products from the electrode chambers. These nodes, located on the end parts of the cell, can be made in the form of one or more parts of dielectric materials each. Depending on the requirements for the process occurring in the electrochemical cell, devices for supplying the treated solution to the electrode chambers can be connected to one node, and devices for removing electrolysis products to another. In this case, the movement of solutions in the electrode chambers is provided by direct flow. If it is necessary to carry out a countercurrent, each of the nodes will be connected to a device for supplying a solution to one electrode chamber and at the same time with a device for removing electrolysis products from another electrode chamber. Devices for supplying the treated solution to the electrode chambers and removal of electrolysis products from the electrode chambers can be made in the form of channels and nozzles combined with these parts, or in the form of holes and nozzles connected to the end parts of the electrodes. The length of the cathode and / or anode and / or diaphragm is determined by the cell designs and the conditions of its installation.

Узлы для установки, крепления и фиксации электродов и диафрагмы могут также быть выполнены в виде коллекторов, снабженных каналами для подвода и отвода растворов электролитов и системой уплотнений. При этом анод и катод должны быть выполнены с отверстиями, обеспечивающими подвод растворов электролитов в электродные камеры и отвод продуктов электролиза из электродных камер.Units for mounting, fixing and fixing the electrodes and the diaphragm can also be made in the form of collectors equipped with channels for supplying and discharging electrolyte solutions and a sealing system. In this case, the anode and cathode must be made with holes that ensure the supply of electrolyte solutions to the electrode chambers and the removal of electrolysis products from the electrode chambers.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 схематически представлена рабочая камера электрохимической ячейки в разрезе.Figure 1 schematically shows the working chamber of the electrochemical cell in section.

На фиг.2 представлена схема, показывающая распределение силовых линий плотности тока и потенциала окисления на микронеровностях анодной поверхности в разбавленных растворах электролитов.Figure 2 presents a diagram showing the distribution of the lines of force of the current density and oxidation potential on the microroughnesses of the anode surface in dilute electrolyte solutions.

На фиг.3 представлено схематическое изображение микротороидальных потоков растворов в электродных камерах электрохимической ячейки.Figure 3 presents a schematic representation of the microtoroidal flow of solutions in the electrode chambers of the electrochemical cell.

На фиг.4 представлен график, описывающий зависимость удельной электропроводности водных растворов неорганических электролитов и средних расстояний между ионами этих электролитов в зависимости от концентрации.Figure 4 presents a graph describing the dependence of the electrical conductivity of aqueous solutions of inorganic electrolytes and the average distance between the ions of these electrolytes, depending on the concentration.

На фиг.5 представлен график, показывающий изменение градиента потенциала в межэлектродном пространстве электрохимической ячейки.Figure 5 presents a graph showing the change in the gradient of the potential in the interelectrode space of the electrochemical cell.

На фиг.6 представлена схема ионселективного электролиза в ячейке с диафрагмой.Figure 6 presents a diagram of ion-selective electrolysis in a cell with a diaphragm.

На фиг.7 показана зависимость отношения площади электродов к объему раствора от межэлектродного расстояния в электролизерах различных типов.7 shows the dependence of the ratio of the area of the electrodes to the volume of the solution on the interelectrode distance in electrolyzers of various types.

На фиг.8 показаны некоторые варианты выполнения узлов установки, крепления и фиксации диафрагмы и электродов и приспособлений для подвода и вывода электролита в электродные камеры.On Fig shows some embodiments of the installation, mounting and fixing of the diaphragm and electrodes and devices for supplying and outputting electrolyte to the electrode chambers.

На фиг.9 показана схема получения электрохимически активированных анолита и католита пресной питьевой воды.Figure 9 shows the scheme for producing electrochemically activated anolyte and catholyte fresh drinking water.

На фиг.10 приведена схема экспериментальных исследований изменения во времени параметров электрохимически активированных анолита и католита пресной питьевой воды по сравнению с модельными растворами.Figure 10 shows a diagram of experimental studies over time of the parameters of the electrochemically activated anolyte and catholyte of fresh drinking water in comparison with model solutions.

На фиг.11 показано сравнение значений рН и ОВП питьевой воды при химическом и электрохимическом регулировании и изменение этих параметров во времени.Figure 11 shows a comparison of pH and ORP values of drinking water during chemical and electrochemical regulation and the change in these parameters over time.

На фиг.12-14 показаны схемы процессов, использующих ячейку по изобретению.12-14 are diagrams of processes using the cell of the invention.

Рабочая камера электрохимической ячейки (фиг.1) содержит катод 1, трубчатый анод 2 и керамическую диафрагму 3, разделяющую межэлектродное пространство на анодную 4 и катодную 5 камеры. Рабочая камера ячейки характеризуется следующими размерами: D1 и D2 - соответственно внутренний и наружный диаметры анода, изготовленного из титановой трубы с покрытием из оксидов редких металлов, нанесенным на развитую внешнюю поверхность; D3 и D4 - соответственно внутренний и наружный диаметры керамической проницаемой диафрагмы; D5 и D6 - соответственно внутренний и наружный диаметры катода, изготовленного из титановой трубы, внутренняя кажущаяся (геометрическая) поверхность которой близка к активной истинной (физической) поверхности; Lec - длина рабочей части электрохимической ячейки.The working chamber of the electrochemical cell (figure 1) contains a cathode 1, a tubular anode 2 and a ceramic diaphragm 3, dividing the interelectrode space into the anode 4 and the cathode 5 of the chamber. The working chamber of the cell is characterized by the following dimensions: D 1 and D 2 - respectively, the inner and outer diameters of the anode made of a titanium pipe coated with rare metal oxides deposited on a developed outer surface; D 3 and D 4 - respectively, the inner and outer diameters of the ceramic permeable diaphragm; D 5 and D 6 - respectively, the inner and outer diameters of the cathode made of a titanium tube, the inner apparent (geometric) surface of which is close to the active true (physical) surface; L ec is the length of the working part of the electrochemical cell.

На фиг.8 показаны варианты узлов установки крепления и фиксации диафрагмы и электродов, а также приспособления для подвода и отвода растворов электролитов.On Fig shows the options for the installation of mounting and fixing the diaphragm and electrodes, as well as devices for supplying and discharging solutions of electrolytes.

В ячейке узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, а приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из электродных камер выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталями узлов. Такой вариант выполнения показан на фиг.8а, где на концевых частях электрохимической ячейки размещены узлы, которые состоят из двух деталей каждый, в которых выполнены патрубки и каналы, сообщающиеся с одной из электродных камер. Узлы содержат также прокладки из эластичного материала, обеспечивающие герметизацию электродных камер.In the cell, the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, and the devices for supplying and discharging the treated solution to and from the electrode chambers are made in the form of channels and nozzles combined with the parts of the units. Such an embodiment is shown in Fig. 8a, where nodes are located on the end parts of the electrochemical cell, which consist of two parts each, in which pipes and channels are made, communicating with one of the electrode chambers. The nodes also contain gaskets made of elastic material, providing sealing of the electrode chambers.

Узлы выполнены в виде диэлектрических втулок, расположенных на концах электрохимической ячейки, причем на торцах втулок выполнены пазы, и ячейка содержит диэлектрические коллекторные головки, выполненные с осевым каналом, причем головки установлены в пазах втулок с возможностью поворота, при этом диафрагма закреплена во втулках с помощью упругих прокладок, расположенных в пазах втулок. Анод закреплен в головках с помощью упругих уплотнений, размещенных в осевых каналах головок, а в головках и во втулках выполнены каналы соответственно для подвода и отвода обрабатываемой воды и/или раствора соответственно анодной и катодной камер. Каналы выведены на боковые поверхности втулок и головок и снабжены штуцерами.The nodes are made in the form of dielectric bushings located at the ends of the electrochemical cell, and grooves are made at the ends of the bushings, and the cell contains dielectric collector heads made with an axial channel, the heads being rotatable in the grooves of the bushings, while the diaphragm is fixed in the bushings with elastic gaskets located in the grooves of the bushings. The anode is fixed in the heads by means of elastic seals located in the axial channels of the heads, and channels are made in the heads and in the bushings, respectively, for supplying and discharging the treated water and / or solution, respectively, of the anode and cathode chambers. The channels are displayed on the side surfaces of the bushings and heads and are equipped with fittings.

При выполнении узлов в виде втулок и головок с каналами, соответственно для ввода электролита в электродные камеры и вывода электролита из электродных камер, внутренний полый электрод может быть выполнен с входным и выходным патрубками, сообщающимися с его полостью и размещенными соответственно на торцах полого анода (фиг.8b). Такое выполнение обеспечивает возможность протока теплоносителя через полый анод и, соответственно, снижение затрат на проведение электрохимического процесса за счет снятия тепловых возмущений. Такая ячейка может быть использована для обработки низкоконцентрированных растворов, при получении дезинфицирующих растворов различного химического состава с низким общим солесодержанием. Ячейка с использованием полости анода для прохождения теплоносителя может быть использована в процессах очистки воды от нитратов.When assembling nodes in the form of bushings and heads with channels, respectively, for introducing electrolyte into the electrode chambers and outputting electrolyte from the electrode chambers, the internal hollow electrode can be made with inlet and outlet nozzles communicating with its cavity and placed respectively at the ends of the hollow anode (Fig. .8b). This embodiment allows the coolant to flow through the hollow anode and, accordingly, reduce the cost of carrying out the electrochemical process by removing thermal disturbances. Such a cell can be used for processing low-concentrated solutions, upon receipt of disinfectant solutions of various chemical compositions with low total salt content. A cell using the cavity of the anode to pass the coolant can be used in the processes of water purification from nitrates.

В ячейке узлы крепления электродов и диафрагмы могут быть выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора катодной камеры выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталями узлов. Приспособления для ввода и вывода обрабатываемого раствора анодной камеры выполнены в виде патрубков, расположенных на концевых участках анода, при этом анод выполнен с отверстиями. Такое выполнение показано на фиг.8с, где узлы выполнены в виде трех-четырех деталей, включающих диэлектрические втулки, и системы прокладок. При этом входной и выходной патрубки катодной камеры герметично размещены в осевых отверстиях диэлектрических втулок, а на поверхность втулок выведены соответственно входной и выходной каналы, сообщающиеся с катодной камерой.In the cell, the attachment points of the electrodes and the diaphragm can be made in the form of one or more parts of dielectric material each, devices for supplying and discharging the processed solution of the cathode chamber are made in the form of channels and nozzles combined with the parts of the nodes. Devices for input and output of the treated solution of the anode chamber are made in the form of nozzles located at the end sections of the anode, while the anode is made with holes. Such an embodiment is shown in Fig. 8c, where the nodes are made in the form of three to four parts, including dielectric bushings, and gasket systems. In this case, the input and output nozzles of the cathode chamber are hermetically placed in the axial holes of the dielectric bushings, and the input and output channels communicating with the cathode chamber are respectively brought to the surface of the bushings.

Ячейка с такой организацией потоков может быть использована в процессах получения кислорода и водорода, а также в процессах получения серной кислоты и гидроксида натрия из сульфатных растворов.A cell with such flow organization can be used in the processes of obtaining oxygen and hydrogen, as well as in the processes of producing sulfuric acid and sodium hydroxide from sulfate solutions.

Электрохимическая ячейка для обработки растворов может быть выполнена таким образом, что узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, а приспособления для ввода и вывода обрабатываемого раствора катодной камеры выполнены в виде отверстий и патрубков, расположенных на концевых участках катода. Приспособления для подачи и вывода обрабатываемого раствора анодной камеры выполнены в виде патрубков, соединенных с внутренней полостью анода, и в концевых частях анода выполнены отверстия. В зависимости от назначения в теле анода могут быть выполнены дополнительные отверстия, равномерно расположенные по его длине на всем протяжении длины рабочей части ячейки. Такое выполнение показано на фиг.8d. В этом случае узлы крепления электродов и диафрагмы также состоят из трех-четырех деталей каждый и системы прокладок. Входной и выходной патрубки анодной камеры выполнены из электропроводного материала, установлены на торцах полого анода и сообщаются с его полостью. При этом полый анод выполнен с перфорационными отверстиями. На поверхности катода, в его концевых частях выполнены отверстия, снабженные патрубками, являющимися входным и выходным и сообщающимися с катодной камерой.The electrochemical cell for processing solutions can be made in such a way that the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, and the devices for input and output of the treated solution of the cathode chamber are made in the form of holes and nozzles located at the end sections cathode. Devices for supplying and outputting the treated solution of the anode chamber are made in the form of nozzles connected to the internal cavity of the anode, and holes are made in the end parts of the anode. Depending on the purpose, additional holes can be made in the anode body, evenly spaced along its length along the entire length of the working part of the cell. Such an embodiment is shown in FIG. 8d. In this case, the attachment points of the electrodes and the diaphragm also consist of three to four parts each and a gasket system. The inlet and outlet pipes of the anode chamber are made of electrically conductive material, mounted on the ends of the hollow anode, and communicate with its cavity. In this case, the hollow anode is made with perforations. On the surface of the cathode, in its end parts, holes are provided, equipped with nozzles that are input and output and communicating with the cathode chamber.

Такие ячейки могут быть использованы при обработке концентрированных растворов хлорида натрия, например, для получения продуктов анодного окисления из растворов хлоридов щелочных металлов.Such cells can be used in the processing of concentrated solutions of sodium chloride, for example, to obtain products of anodic oxidation from solutions of alkali metal chlorides.

Монтаж всех показанных на фиг.8 конструкций осуществляется на выступающих частях анода, снабженных средствами стягивания и фиксации, такими как гайки и шайбы.Installation of all the structures shown in Fig. 8 is carried out on the protruding parts of the anode, equipped with means of tightening and fixing, such as nuts and washers.

Характерные размеры и соотношение размеров конструктивных элементов рабочей камеры модульной электрохимической ячейки приведены в таблице 1.The characteristic sizes and the aspect ratio of the structural elements of the working chamber of the modular electrochemical cell are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Наименование параметраParameter Name Формула или соотношениеFormula or ratio Поверхность анода геометрическая (Sag)The surface of the anode is geometric (S ag ) Sag=πD2Lec S ag = πD 2 L ec Поверхность катода геометрическая (Scg)Geometrical cathode surface (S cg ) Scg=πD5Lес S cg = πD 5 L ec Соотношение истинных (физических) площадей поверхностей анода (Saf) и катода (Scf)The ratio of the true (physical) surface areas of the anode (S af ) and cathode (S cf ) Saf:Scf≥1
(Saf≥Scf)
S af : S cf ≥1
(S af ≥S cf )
Внешняя поверхность диафрагмы геометрическая (Sdcg)The external surface of the diaphragm is geometric (S dcg ) Sdcg=πD4Lec S dcg = πD 4 L ec Соотношение истинной (физической) поверхности катода (Scf) и истинной (физической) внешней поверхности диафрагмы (Sdcf)The ratio of the true (physical) surface of the cathode (S cf ) and the true (physical) outer surface of the diaphragm (S dcf ) Scf:Sdcf≥1
(Scf≥Sdcf)
S cf : S dcf ≥1
(S cf ≥S dcf )
Внутренняя поверхность диафрагмы геометрическая (Sdag)The inner surface of the diaphragm is geometric (S dag ) Sdag=πD3Lес S dag = πD 3 L ec Соотношение истинной (физической) внутренней поверхности диафрагмы (Sdaf) и истинной (физической) поверхности анода (Saf)The ratio of the true (physical) inner surface of the diaphragm (S daf ) and the true (physical) surface of the anode (S af ) Saf:Sdaf>1
(Saf>Sdaf)
S af : S daf > 1
(S af > S daf )
Межэлектродное растояние (IED)Interelectrode Distance (IED) IED=(D5-D2):2IED = (D 5 -D 2 ): 2 Площадь поперечного сечения катодной камеры (Sc)Cross sectional area of the cathode chamber (S c ) Sc=0,785(D52-D42)S c = 0.785 (D 5 2 -D 4 2 ) Площадь поперечного сечения анодной камеры (Sa)Cross sectional area of the anode chamber (S a ) Sa=0,785(D32-D22)S a = 0.785 (D 3 2 -D 2 2 ) Площадь поперечного сечения диафрагмы (Sd)The diaphragm cross-sectional area (S d ) Sd=0,785(D42-D32)S d = 0.785 (D 4 2 -D 3 2 ) Объем анодной камеры (Va)The volume of the anode chamber (V a ) Va=SaLec V a = S a L ec Объем катодной камеры (Vc)The volume of the cathode chamber (V c ) Vc=ScLec V c = S c L ec Соотношение площадей поперечного сечения электродных камер (Sc, Sa) и диафрагмы (Sd)The ratio of the cross-sectional areas of the electrode chambers (S c , S a ) and the diaphragm (S d ) 0,8≤Sc:(Sa+Sd)≤1,00.8≤S c : (S a + S d ) ≤1.0 Соотношение между межэлектродным расстоянием (IED), площадями истинной поверхности анода (Saf), катода (Scf) и объемами анодной (Va) и катодной (Vc) электродных камерThe relationship between the interelectrode distance (IED), the areas of the true surface of the anode (S af ), the cathode (S cf ) and the volumes of the anode (V a ) and cathode (V c ) electrode chambers 3,9≤IED[(Saf+Scf):(Va+Vc)]≤4,13.9≤IED [(S af + S cf ) :( V a + V c )] ≤4.1 Соотношение между истинными (физическими) поверхностями анода (Saf), катода (Scf), наружной (Sdcf) и внутренней (Sdaf) истинными (физическими) поверхностями диафрагмыThe relationship between the true (physical) surfaces of the anode (S af ), the cathode (S cf ), the outer (S dcf ) and the inner (S daf ) true (physical) surfaces of the diaphragm Saf≥Scf≥Sdcf≥Sdaf S af ≥S cf ≥S dcf ≥S daf

Ячейка работает следующим образом. Через приспособления для подачи раствора электролита (на фиг.1 не показаны) обрабатываемый раствор подается в анодную 4 и катодную 5 камеры ячейки. В зависимости от химизма процесса движение электролита к камерах осуществляется параллельным потоком - снизу вверх или сверху вниз или противотоком. Возможен вариант, при котором наполнение одной из электродных камер происходит за счет электрофильтрации через диафрагму из другой камеры или за счет фильтрации под действием перепада давления на диафрагме. После прохождения электродных камер электролит через приспособления вывода (на фиг 1. не показаны), выводится из ячейки. Обработка раствора осуществляется или при однократном протоке через камеры 4 и 5, или в случае выполнения анода 2 с отверстиями - при циркуляции раствора в анодной камере.The cell works as follows. Through devices for supplying an electrolyte solution (not shown in FIG. 1), the treated solution is supplied to the anode 4 and cathode 5 of the cell chamber. Depending on the chemistry of the process, the movement of the electrolyte to the chambers is carried out in a parallel flow - from bottom to top or top to bottom or countercurrent. A variant is possible in which the filling of one of the electrode chambers occurs due to electrofiltration through the diaphragm from another chamber or due to filtration under the influence of the differential pressure across the diaphragm. After the passage of the electrode chambers, the electrolyte through the output devices (not shown in FIG. 1) is withdrawn from the cell. Processing the solution is carried out either with a single flow through the chambers 4 and 5, or in the case of the anode 2 with holes - when the solution is circulated in the anode chamber.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые, однако, не исчерпывают всех возможностей реализации изобретения. В примерах, в зависимости от условий решаемой задачи, использованы электрохимические ячейки, длина рабочей части которых составляла 180-300 мм, межэлектродное расстояние 3-11 мм, а толщина диафрагмы составляла 0,7-2,8 мм. В таблице 2 приведены параметры ячеек, которые были использованы при осуществлении примеров использования настоящего изобретения. В примерах указан номер ячейки, которая была использована в каждом конкретном случае.The invention is illustrated by the following examples, which, however, do not exhaust all the possibilities of implementing the invention. In the examples, depending on the conditions of the problem being solved, electrochemical cells were used, the length of the working part of which was 180-300 mm, the interelectrode distance was 3-11 mm, and the thickness of the diaphragm was 0.7-2.8 mm. Table 2 shows the cell parameters that were used in the implementation of examples of the use of the present invention. In the examples, the number of the cell that was used in each case is indicated.

Таблица 2 table 2 Размеры рабочей части электрохимических модульных ячеек, использовавшихся в технологических процессах, описанных в примерах практической реализацииThe dimensions of the working part of the electrochemical modular cells used in the technological processes described in the examples of practical implementation ПараметрыOptions Номера электрохимических модульных ячеекNumbers of electrochemical modular cells 1one 22 33 4four 55 D1, ммD 1 mm 14,014.0 10,510.5 9,59.5 7,77.7 6,06.0 D2, ммD 2 mm 16,016,0 14,014.0 12,012.0 10,210,2 8,08.0 D3, ммD 3 mm 23,023.0 19,519.5 16,016,0 12,512.5 9,59.5 D4, ммD 4 mm 28,028.0 24,024.0 19,219.2 15,515,5 11,511.5 D5, ммD 5 mm 36,036.0 30,030,0 24,024.0 18,718.7 14,014.0 D6, ммD 6 mm 40,040,0 33,733.7 27,527.5 21,721.7 16,016,0 Lec, ммL ec , mm 290,0290.0 265,0265.0 240,0240.0 210,0210.0 185,0185.0 IED, ммIED mm 10,010.0 8,08.0 6,06.0 4,24.2 3,03.0 Sc, мм2 S c , mm 2 402402 254254 163163 8686 50fifty Sa, мм2 S a , mm 2 214214 9797 8888 4141 20,620.6 Sd, мм2 S d mm 2 200200 153153 8888 6666 3333 Va, мм3 V a , mm 3 6206062060 2570525705 2112021120 86108610 38113811 Vc, мм3 V c , mm 3 116580116580 6731067310 3912039120 1806018060 92599259 Sc:(Sa+Sd)S c : (S a + S d ) 0,970.97 1,01,0 0,930.93 0,80.8 0,930.93 IED[(Saf+Scf):(Va+Vc)]IED [(S af + S cf ) :( V a + V c )] 3,913.91 4,054.05 3,953.95 4,084.08 3,933.93

Пример 1. Получение электрохимически активированных анолита и католита из пресной воды. В примере была использована электрохимическая ячейка №5 с неохлаждаемым анодом (см. таблицу 2 и фиг.8а).Example 1. Obtaining electrochemically activated anolyte and catholyte from fresh water. In the example, an electrochemical cell No. 5 with an uncooled anode was used (see table 2 and figa).

Водопроводная питьевая вода с общей минерализацией 0,22 г/л и исходными значениями рН 7,1 и φ=+280 мВ (х.с.э.) подвергалась анодной и катодной обработке в указанной электрохимической модульной ячейке. При получении анолита по схеме, изображенной на фиг.9, давление в анодной камере составляло 0,7-0,8 кгс/см2, что на 0,3-0,4 кгс/см2 превышало давление в катодной камере. Объемный расход анолита находился в пределах 5-6 л/ч, католита - 10-12 л/ч. При получении католита, давление в катодной камере составляло 0,8-0,9 кгс/см2 и превышало давление в анодной камере на 0,4-0,5 кгс/см2. Объемный расход католита находился в пределах 6-7 л/ч, анолита - 10-12 л/ч. Регулирование указанных выше гидравлических характеристик осуществлялось при помощи переменных гидравлических сопротивлений на входе в электродные камеры ячейки и регуляторов давления «до себя» на выходе электродных камер (на схеме не показаны). Удельные затраты количества электричества при обработке воды составляли около 1000 кулон на литр (Кл/л).Tap drinking water with a total salinity of 0.22 g / l and initial pH values of 7.1 and φ = + 280 mV (HSE) was subjected to anodic and cathodic treatment in the indicated electrochemical modular cell. Upon receipt of the anolyte according to the scheme depicted in Fig. 9, the pressure in the anode chamber was 0.7-0.8 kgf / cm 2 , which was 0.3-0.4 kgf / cm 2 higher than the pressure in the cathode chamber. The volumetric flow rate of anolyte was in the range of 5-6 l / h, catholyte - 10-12 l / h. Upon receipt of catholyte, the pressure in the cathode chamber was 0.8-0.9 kgf / cm 2 and exceeded the pressure in the anode chamber by 0.4-0.5 kgf / cm 2 . The volumetric flow rate of catholyte was in the range of 6-7 l / h, anolyte - 10-12 l / h. The regulation of the above hydraulic characteristics was carried out using variable hydraulic resistances at the inlet to the cell’s electrode chambers and pressure regulators "to themselves" at the outlet of the electrode chambers (not shown in the diagram). The specific cost of the amount of electricity in the treatment of water was about 1000 coulomb per liter (C / l).

Схема проведения эксперимента изображена на фиг.10. Номером 1 обозначена исходная питьевая вода, параметры которой подвергалась химическому и электрохимическому регулированию. Значения рН и ОВП (φ) анолита и католита питьевой воды измерялись сразу после получения (номера образцов 2 и 3 на фиг.10). Использовался рН-метр-милливольтметр И-120.The experimental design is shown in FIG. 10. Number 1 indicates the source of drinking water, the parameters of which were subjected to chemical and electrochemical regulation. The pH and ORP (φ) values of the anolyte and catholyte of drinking water were measured immediately after receipt (sample numbers 2 and 3 in FIG. 10). The pH meter-millivoltmeter I-120 was used.

Обычно в результате катодной обработки пресная или слабоминерализованная вода приобретает щелочную реакцию за счет превращения некоторой части растворенных солей в гидроксиды. Ее окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) резко понижается, уменьшается поверхностное натяжение, снижается содержание растворенных кислорода, азота, возрастает концентрация водорода, свободных гидроксильных групп, уменьшается электропроводность, изменяется структура не только гидратных оболочек ионов, но и свободного объема воды.Typically, as a result of cathodic treatment, fresh or weakly mineralized water acquires an alkaline reaction due to the conversion of some of the dissolved salts to hydroxides. Its redox potential (ORP) sharply decreases, surface tension decreases, the content of dissolved oxygen and nitrogen decreases, the concentration of hydrogen, free hydroxyl groups increases, the electrical conductivity decreases, and the structure of not only ion hydration shells, but also the free volume of water changes.

В результате образования хорошо растворимых гидроксидов натрия и калия и повышения вследствие этого рН происходит сдвиг углекислотного равновесия с образованием труднорастворимых карбонатов кальция и магния из находящихся обычно в исходной воде растворимых соединений этих металлов (гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов). Ионы тяжелых металлов и железа превращаются в нерастворимые гидроксиды.As a result of the formation of readily soluble sodium and potassium hydroxides and an increase in pH, a shift in carbon dioxide equilibrium occurs with the formation of sparingly soluble calcium and magnesium carbonates from the usually soluble compounds of these metals (bicarbonates, chlorides, sulfates) in the source water. Heavy metal and iron ions turn into insoluble hydroxides.

При анодной электрохимической обработке кислотность воды увеличивается, ОВП возрастает за счет образования устойчивых и нестабильных кислот (серной, соляной, хлорноватистой, надсерных), а также пероксида водорода, пероксосульфатов, пероксокарбонатов, кислородсодержащих соединений хлора и различных промежуточных соединений, возникающих в процессе самопроизвольного распада и взаимодействия названных веществ. Также в результате анодной электрохимической обработки несколько уменьшается поверхностное натяжение, увеличивается электропроводность, увеличивается содержание растворенных хлора, кислорода, уменьшается концентрация водорода, азота, изменяется структура воды.During anodic electrochemical treatment, the acidity of water increases, the redox potential increases due to the formation of stable and unstable acids (sulfuric, hydrochloric, hypochlorous, supra sulfuric), as well as hydrogen peroxide, peroxosulphates, peroxocarbonates, oxygen-containing chlorine compounds and various intermediate compounds that occur during spontaneous decomposition and interactions of these substances. Also, as a result of anodic electrochemical treatment, the surface tension slightly decreases, the electrical conductivity increases, the content of dissolved chlorine, oxygen increases, the concentration of hydrogen, nitrogen decreases, and the structure of water changes.

Количественной характеристикой кислотности или щелочности воды является водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода (αH+) или, иначе, соотношением концентрации ионов гидроксония Н3О+ и гидроксила ОН-.A quantitative characteristic of the acidity or alkalinity of water is a hydrogen pH, which is determined by the activity of hydrogen ions (α H + ) or, in other words, by the ratio of the concentration of hydroxonium ions H 3 O + and hydroxyl OH - .

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП или, иначе, φ), является другим важнейшим параметром, поскольку характеризует активность электронов в водном растворе (воде). Он измеряется при помощи высокоомного милливольтметра и пары электродов, один из которых является электродом сравнения (вспомогательным), а другой измерительным. В практических измерениях чаще всего применяют хлорсеребряный электрод (х.с.э.) в качестве вспомогательного и платиновый в роли измерительного. Платиновый измерительный электрод обменивается с раствором только электронами, переходящими границу «электрод - раствор», т.е. идеализированно может рассматриваться как резервуар с электронами. При погружении такого электрода в раствор (воду) возникает контакт между двумя фазами, имеющими общую частичку - электрон, поэтому условие равновесия для границы «электрод - раствор» характеризуется равенством электрохимических потенциалов электронов в электроде и растворе.The redox potential (ORP or, in other words, φ) is another important parameter, since it characterizes the activity of electrons in an aqueous solution (water). It is measured using a high-resistance millivoltmeter and a pair of electrodes, one of which is a reference electrode (auxiliary), and the other is a measuring one. In practical measurements, the most commonly used silver chloride electrode (HSE) as an auxiliary and platinum in the role of the measuring one. The platinum measuring electrode exchanges with the solution only electrons crossing the electrode – solution boundary, i.e. Ideally, it can be considered as a reservoir with electrons. When such an electrode is immersed in a solution (water), a contact occurs between two phases that have a common particle - an electron, therefore, the equilibrium condition for the electrode-solution interface is characterized by the equality of the electrochemical potentials of the electrons in the electrode and the solution.

Существует связь между ОВП и рН, которая практически выражается в том, что при изменении рН питьевой воды на 1 единицу посредством добавки гидроксида натрия или соляной кислоты ОВП соответственно изменяется приблизительно на 59 мВ - увеличивается при снижении рН и уменьшается при его увеличении. Из зависимости потенциала инертного электрода (окислительного потенциала раствора) от активности сольватированных электронов в растворе, которая установлена на основе фундаментальных закономерностей, открытых Нернстом, следует, что увеличение окислительного потенциала φ обусловлено понижением активности электронов в растворе и, наоборот, уменьшение φ определяется увеличением активности электронов.There is a relationship between ORP and pH, which is practically expressed in the fact that when the pH of drinking water is changed by 1 unit by the addition of sodium hydroxide or hydrochloric acid, the ORP changes accordingly by approximately 59 mV - it increases with decreasing pH and decreases with its increase. From the dependence of the potential of the inert electrode (the oxidation potential of the solution) on the activity of solvated electrons in the solution, which is established on the basis of fundamental laws discovered by Nernst, it follows that the increase in the oxidation potential φ is due to a decrease in the activity of electrons in the solution and, conversely, a decrease in φ is determined by an increase in the activity of electrons .

Природа ОВП в первую очередь обусловлена квантово-механическими характеристиками атомов элементарной электрохимической системы («электрод - раствор»), особенностями ее электронной структуры, которыми определяются ионизационные потенциалы элементов. Электронные структуры атомов и ионов в значительной мере определяют также характер и энергетику процессов гидратации ионов.The nature of the ORP is primarily due to the quantum-mechanical characteristics of the atoms of the elementary electrochemical system ("electrode - solution"), the peculiarities of its electronic structure, which determine the ionization potentials of the elements. The electronic structures of atoms and ions also largely determine the nature and energy of ion hydration processes.

При электрохимической униполярной обработке воды значения рН и ОВП католита и анолита питьевой воды далеко выходят не только за пределы области химического регулирования, но также и за пределы термодинамической устойчивости воды, ограниченной потенциалами водородного и кислородного электродов: φH2(НВЭ)=-0,059 pH и φO2(НВЭ)=1,23-0,059 pH, где НВЭ - нормальный водородный электрод сравнения. Чем меньше минерализация воды, тем сложнее достичь максимальных возможных значений рН и ОВП католита и анолита. Решающее влияние при этом оказывают конструктивные и электрохимические особенности реактора, а также технология самого процесса электрохимической обработки. Ниже описаны собственно экспериментальные исследования результатов электрохимической активации питьевой воды в сопоставлении с данными регулирования параметров этой же воды химическим способом.In the electrochemical unipolar water treatment, the pH and ORP values of catholyte and anolyte of drinking water go far not only beyond the scope of chemical regulation, but also beyond the thermodynamic stability of water limited by the potentials of hydrogen and oxygen electrodes: φ H2 (НВЭ) = -0.059 pH and φ O2 (NVE) = 1.23-0.059 pH, where NVE is the normal hydrogen reference electrode. The lower the salinity of the water, the more difficult it is to achieve the maximum possible pH and ORP values of catholyte and anolyte. The decisive influence is exerted by the structural and electrochemical features of the reactor, as well as the technology of the electrochemical processing process itself. Experimental studies of the results of electrochemical activation of drinking water in comparison with chemical control data for the parameters of the same water are described below.

В исходную водопроводную воду вводили соляную кислоту и гидроксид натрия для получения аналогов (по величине рН) анолита и католита (номера образцов 4 и 5, фиг.10). Производили измерение рН и φ химических аналогов, а также, используя уравнение Нернста, рассчитывали значения φ, соответствующие измеренным значениям рН для всех образцов. Эти данные приведены для образцов 2-5 как φтеор. Измерения рН и φ для всех четырех образцов повторяли через 24 и 168 часов хранения (номера 6-9 и 10-13 соответственно). Анализ результатов эксперимента для каждого из исследуемых образцов приведен на схеме под номерами 14-17. Те же данные отражены графически на фиг.11 в координатах рН - ОВП в виде траекторий изменения параметров воды в процессе химического и электрохимического регулирования, заключенных между нижней и верхней границами термодинамической устойчивости воды - потенциалами водородного и кислородного электродов.Hydrochloric acid and sodium hydroxide were introduced into the starting tap water to obtain analogues (in pH value) of anolyte and catholyte (sample numbers 4 and 5, Fig. 10). The pH and φ of chemical analogues were measured, and, using the Nernst equation, the values of φ corresponding to the measured pH values for all samples were calculated. These data are given for samples 2-5 as φ theory . PH and φ measurements for all four samples were repeated after 24 and 168 hours of storage (numbers 6–9 and 10–13, respectively). An analysis of the experimental results for each of the test samples is shown in the diagram numbered 14-17. The same data are shown graphically in Fig. 11 in pH - ORP coordinates in the form of trajectories of changes in water parameters during chemical and electrochemical regulation, concluded between the lower and upper boundaries of the thermodynamic stability of water - the potentials of hydrogen and oxygen electrodes.

На фиг.11 номера точек на линиях соответствуют номерам на схеме эксперимента (фиг.10). Как видно из представленных данных, для анолита и католита имеют место значительные релаксационные изменения рН и φ, в то время как для их химических моделей такие изменения отсутствуют. Для химических моделей анолита и католита (номера 4 и 5, фиг.10, 11) наблюдается практически полное совпадение измеренных и теоретически рассчитанных значений φ. Для активированных анолита и католита (номера 2 и 3) эти различия составляют более 700 мВ.In Fig. 11, the numbers of points on the lines correspond to the numbers in the experimental design (Fig. 10). As can be seen from the data presented, for anolyte and catholyte there are significant relaxation changes in pH and φ, while for their chemical models there are no such changes. For chemical models of anolyte and catholyte (numbers 4 and 5, Figs. 10, 11), almost complete coincidence of the measured and theoretically calculated values of φ is observed. For activated anolyte and catholyte (numbers 2 and 3), these differences are more than 700 mV.

Кроме того, исследовалась другая возможность изменения (р химических моделей анолита и католита с целью достижения таких же значений, как в воде, после электрохимического воздействия. Для этого через воду с добавкой соляной кислоты (4) пропускали при помощи барботажа кислород при соотношении 100 литров газа на 1 литр воды. Было достигнуто увеличение окислительно-восстановительного потенциала на 100 мВ, т.е. до +690 мВ. Барботирование водорода в таком же соотношении (100 литров газа на 1 литр воды) через воду с добавкой гидроксида натрия (5) позволило снизить φ до - 300 мВ, т.е. на 320 мВ. Таким образом, химическим путем не удалось достигнуть тех же параметров рН и φ, которые были получены в ходе электрохимического воздействия.In addition, another possibility of change was investigated (p chemical models of anolyte and catholyte in order to achieve the same values as in water, after electrochemical exposure. To do this, oxygen was bubbled through water with the addition of hydrochloric acid (4) at a ratio of 100 liters of gas per 1 liter of water. An increase in the redox potential of 100 mV, i.e., up to +690 mV, was achieved. Sparging of hydrogen in the same ratio (100 liters of gas per 1 liter of water) through water with the addition of sodium hydroxide (5)to reduce φ to - 300 mV, that is, 320 mV. Thus, chemically, it was not possible to achieve the same pH and φ parameters that were obtained during electrochemical exposure.

Характерно, что увеличение минерализации исходной воды уменьшает величину релаксационных изменений параметров рН и φ. Наиболее ярко релаксационные процессы проявляются при электрохимической обработке воды с минерализацией от 0,1 до 1 г/л.It is characteristic that an increase in the mineralization of the initial water decreases the magnitude of the relaxation changes in the pH and φ parameters. The most pronounced relaxation processes are manifested in the electrochemical treatment of water with a salinity of 0.1 to 1 g / l.

Релаксация в соответствии с классическим определением термодинамики - это постепенный переход системы (определенного объема воды или водного раствора электролита) из неравновесного состояния, вызванного внешним воздействием, в состояние термодинамического равновесия. Релаксация - необратимый процесс и поэтому в силу закона возрастания энтропии обязательно сопровождается переходом части внутренней энергии в тепло: диссипацией энергии. Как всякое неравновесное явление релаксация не определяется одними только термодинамическими характеристиками (например, давлением, температурой), а существенно зависит от микроскопических характеристик, в частности, от параметров, характеризующих взаимодействие между частицами. Установление равновесия обычно происходит в два этапа. На первом этапе равновесие устанавливается лишь в отдельных микрообъемах воды или раствора. На втором этапе происходят медленные процессы релаксации, в результате которых физико-химические параметры достигают стационарных значений, определяемых условиями равновесия с окружающей средой. Медленные процессы связаны с очень большим числом последовательных соударений частиц между собой. Их время релаксации пропорционально размерам системы (объему электрохимически активированной воды). К медленным процессам релаксации относятся такие явления, как вязкость, диффузия, теплопроводность, электропроводность, каталитическая активность, окислительно-восстановительное равновесие, рН, поверхностное натяжение и т.д. Характер протекания быстрого процесса релаксации определяется микроскопическими деталями взаимодействия между частицами. Специфика взаимодействия может привести к тому, что процесс установления равновесия по какому-либо микроскопическому параметру будет сильно замедлен по сравнению с такими же процессами для других параметров. Скорость релаксации определяется временем, за которое измеряемая характеристика системы изменяется в е раз по сравнению с начальным значением.Relaxation in accordance with the classical definition of thermodynamics is a gradual transition of a system (a certain volume of water or an aqueous solution of an electrolyte) from a nonequilibrium state caused by external influence to a state of thermodynamic equilibrium. Relaxation is an irreversible process and therefore, by virtue of the law of increasing entropy, it is necessarily accompanied by the transition of part of the internal energy into heat: energy dissipation. Like any nonequilibrium phenomenon, relaxation is not determined solely by thermodynamic characteristics (for example, pressure, temperature), but significantly depends on microscopic characteristics, in particular, on parameters characterizing the interaction between particles. The establishment of equilibrium usually occurs in two stages. At the first stage, equilibrium is established only in individual microvolumes of water or solution. At the second stage, slow relaxation processes occur, as a result of which the physicochemical parameters reach stationary values determined by the conditions of equilibrium with the environment. Slow processes are associated with a very large number of successive collisions of particles with each other. Their relaxation time is proportional to the size of the system (the volume of electrochemically activated water). Slow relaxation processes include phenomena such as viscosity, diffusion, thermal conductivity, electrical conductivity, catalytic activity, redox equilibrium, pH, surface tension, etc. The nature of the rapid relaxation process is determined by the microscopic details of the interaction between the particles. The specificity of the interaction can lead to the fact that the process of establishing equilibrium for any microscopic parameter will be greatly slowed down in comparison with the same processes for other parameters. The relaxation rate is determined by the time during which the measured characteristic of the system changes e times compared with the initial value.

Скорость и величина релаксационных изменений какого-либо параметра обычно тем выше, чем эффективнее собственно процесс электрохимической активации, т.е. чем меньше времени затрачено на электрохимическое воздействие, чем меньше энергии израсходовано на выделение тепла, чем больше, соответственно, энергии затрачено на физико-химические преобразования воды, чем большее количество микрообъемов воды в процессе электрохимического воздействия соприкоснулись с двойным электрическим слоем (ДЭС) электрода, в котором напряженность электрического поля достигает нескольких миллионов вольт на сантиметр, чем выше степень униполярности воздействия, т.е. чем меньше интенсивность проникновения в электродное пространство электрохимически активных частиц из электродного пространства противоположного по знаку заряда электрода.The rate and magnitude of relaxation changes in a parameter is usually the higher, the more effective is the process of electrochemical activation itself, i.e. the less time is spent on the electrochemical effect, the less energy is spent on heat generation, the more, respectively, the energy is spent on physicochemical water transformations, the more microvolumes of water are in contact with the double electric layer (DES) of the electrode, in where the electric field reaches several million volts per centimeter, the higher the degree of unipolarity of the impact, i.e. the lower the intensity of penetration into the electrode space of electrochemically active particles from the electrode space of the opposite in charge sign of the electrode.

Пример 2. Инверсия сахарного сиропа в глюкозофруктозный сироп. В рассматриваемом примере использовалась одна электрохимическая модульная ячейка №5 с охлаждаемым анодом (см. таблицу 2), соотношение физических поверхностей анода к катоду (Saf:Scf) составляло 1,02.Example 2. Inversion of sugar syrup into glucose-fructose syrup. In this example, we used one electrochemical modular cell No. 5 with a cooled anode (see table 2), the ratio of the physical surfaces of the anode to the cathode (S af : S cf ) was 1.02.

Инвертирование сахарного сиропа в глюкозофруктозный осуществляют с целью экономии 20-30% сахара, используемого в кондитерской промышленности, а также в производстве прохладительных напитков, соков, мороженого. Продукты, содержащие вместо сахарного сиропа глюкозофруктозный, оказывают благоприятное влияние на здоровье людей, страдающих диабетом, а кроме того, обладают более длительными сроками хранения без потери свежести. Одним из распространенных способов инвертирования является подкисление сахарного сиропа какой-либо неорганической кислотой, например соляной, до рН 2,0-2,5 с последующим нагревом и выдержкой при повышенной температуре. Реакция инверсии сахарозы бимолекулярная, в ней участвует одна молекула сахара и одна молекула воды. В водных растворах сахарозы количество воды в процессе этой реакции мало изменяется, т.к. лишь незначительная ее часть вступает в реакцию. В ходе реакции инверсии, которая протекает при повышенной температуре (около 75°С) в течение 30-40 минут, количество сахарозы уменьшается в результате необратимого превращения ее в глюкозу и фруктозу. После окончания реакции в сироп добавляют нейтрализующий агент, например гидроксид натрия, доводя его рН до значений, близких к нейтральным. Затем сироп подвергают фильтрованию для удаления коллоидных взвесей, однако удалить соль, образовавшуюся в результате применения химических агентов, не представляется возможным. Электрохимический метод регулирования рН позволяет производить инверсию сахарного сиропа без применения химических реагентов.Invert sugar syrup into glucose-fructose is carried out in order to save 20-30% of sugar used in the confectionery industry, as well as in the production of soft drinks, juices, ice cream. Products containing glucose-fructose instead of sugar syrup have a beneficial effect on the health of people with diabetes, and also have longer shelf life without loss of freshness. One of the common methods of inversion is the acidification of sugar syrup with any inorganic acid, such as hydrochloric acid, to a pH of 2.0-2.5, followed by heating and holding at elevated temperature. The sucrose inversion reaction is bimolecular, one sugar molecule and one water molecule participate in it. In aqueous solutions of sucrose, the amount of water during this reaction changes little, because only a small part of it reacts. During the inversion reaction, which proceeds at an elevated temperature (about 75 ° C) for 30-40 minutes, the amount of sucrose decreases as a result of its irreversible conversion to glucose and fructose. After the reaction is completed, a neutralizing agent, for example sodium hydroxide, is added to the syrup, bringing its pH to values close to neutral. Then the syrup is filtered to remove colloidal suspensions, however, it is not possible to remove the salt resulting from the use of chemical agents. The electrochemical method of pH regulation allows the inversion of sugar syrup without the use of chemicals.

Процесс осуществляли следующим образом.The process was carried out as follows.

Сахарный сироп концентрацией 67% подавали из емкости объемом 5 литров с помощью перистальтического насоса в анодную камеру ячейки со скоростью 1,0 л/ч. Через катодную камеру ячейки, включенную в циркуляционный контур, состоящий из емкости объемом 1 литр с таким же сиропом и другого перистальтического насоса, прокачивали в режиме прямотока сахарный сироп со скоростью 1,0 литр в час. Анод ячейки охлаждали проточной водопроводной водой, протекающей со скоростью 1,0 литр в час. Через ячейку пропускали ток силой 0,4 ампера при напряжении 100 вольт. В анодной камере ячейки при помощи стабилизатора давления, установленного на линии выхода сиропа из анодной камеры, создавали избыточное давление 0,5 кгс/см2 в сравнении с давлением в катодной камере. При данном перепаде давления, как показали эксперименты, ионы гидроксила из катодной камеры не могли поступать в анодную камеру, снижая эффективность процесса электрохимического воздействия. Измеряли рН сиропа на входе и выходе в анодную камеру. Значения рН были соответственно 7,2 и 2,3. Сироп, полученный после анодной обработки, подогревали в емкости при температуре 75°С в течение 20, 30 и 40 минут. Затем после охлаждения полученный сироп с низким значением рН пропускали через катодную камеру ячейки перистальтическим насосом со скоростью 0,7 л/ч. Анодная камера ячейки при этом была включена в циркуляционный контур, состоящий из емкости объемом 1 литр с сиропом, ранее подвергнутым катодной обработке, и другого перистальтического насоса, который прокачивал вспомогательный объем сиропа в режиме прямотока со скоростью 1,0 л/ч. При катодной обработке основного объема сиропа перепад давления между электродными камерами поддерживался на уровне 0,6 кгс/см2 с помощью стабилизатора давления на выходе катодной камеры. Значение рН полученного инвертного раствора после катодной обработки составляло 5,6, что соответствует требованиям промышленного технологического процесса. Степень инверсии сахара в зависимости от времени выдержки при повышенной температуре (20, 30 и 40 минут) составила 30, 55 и 80% соответственно.Sugar syrup with a concentration of 67% was fed from a 5-liter container using a peristaltic pump into the anode chamber of the cell at a speed of 1.0 l / h. Sugar syrup was pumped through the cathode chamber of the cell, included in a circulation circuit consisting of a 1 liter container with the same syrup and another peristaltic pump, at a speed of 1.0 liter per hour. The cell anode was cooled with running tap water flowing at a rate of 1.0 liter per hour. A current of 0.4 ampere at a voltage of 100 volts was passed through the cell. In the anode chamber of the cell using a pressure stabilizer installed on the line of syrup exit from the anode chamber, an excess pressure of 0.5 kgf / cm 2 was created in comparison with the pressure in the cathode chamber. At this pressure drop, experiments showed that hydroxyl ions from the cathode chamber could not enter the anode chamber, reducing the efficiency of the electrochemical process. The pH of the syrup was measured at the inlet and outlet of the anode chamber. The pH values were 7.2 and 2.3, respectively. The syrup obtained after the anode treatment was heated in a container at a temperature of 75 ° C for 20, 30 and 40 minutes. Then, after cooling, the resulting syrup with a low pH was passed through the cathode chamber of the cell with a peristaltic pump at a rate of 0.7 l / h. The anode chamber of the cell was included in the circulation circuit, which consisted of a 1 liter container with syrup previously subjected to cathodic treatment, and another peristaltic pump, which pumped the auxiliary volume of the syrup in the forward flow mode at a speed of 1.0 l / h. During cathodic processing of the bulk of the syrup, the pressure drop between the electrode chambers was maintained at 0.6 kgf / cm 2 using a pressure stabilizer at the exit of the cathode chamber. The pH of the obtained invert solution after cathodic treatment was 5.6, which corresponds to the requirements of an industrial process. The degree of sugar inversion, depending on the exposure time at elevated temperature (20, 30, and 40 minutes), was 30, 55, and 80%, respectively.

При использовании ячейки с соотношением площади физической поверхности анода к площади физической поверхности катода менее единицы, а именно 0,57, рН сиропа после выхода из анодной камеры был равен 3,5. Степень инверсии сахара при этом в зависимости от времени выдержки при повышенной температуре (20, 30 и 40 минут) составила 15, 30 и 50% соответственно.When using a cell with a ratio of the physical surface area of the anode to the physical surface area of the cathode less than unity, namely 0.57, the pH of the syrup after exiting the anode chamber was 3.5. The degree of sugar inversion in this case, depending on the exposure time at elevated temperature (20, 30 and 40 minutes) was 15, 30 and 50%, respectively.

Пример 3. Раскисление молока. Для применения в данной технологии была использована электрохимическая модульная ячейка №4 (см. табл.2)Example 3. The deoxidation of milk. For use in this technology, an electrochemical modular cell No. 4 was used (see Table 2)

Одним из основных факторов, вызывающих быстрое изменение свойств и сенсорного качества молока является его кислотность. Кислотность молока обусловлена ионами водорода, образующимися в результате электролитической диссоциации содержащихся в молоке кислот и кислых солей. Ионы водорода обладают большой активностью, разрушая казеин-кальций-фосфатный комплекс, выделяют казеин, створаживают молоко и влияют на его солевую составляющую. С повышением кислотности постепенно изменяются свойства молока, как продукта питания, так и сырья для переработки. При количественном учете кислотность молока принято выражать в градусах Тернера (°Т). Кислотность свежевыдоенного молока в среднем составляет 16-18°Т. Значение рН такого молока лежит в пределах 6,3-6,8. С размножением в молоке молочнокислых бактерий появляется молочная кислота, которая постепенно отнимает кальций от казеина, величина рН молока снижается и коллоидная система казеинового комплекса становится менее устойчивой. Молоко с кислотностью выше 22°Т кипячения, как правило, не выдерживает и свертывается. В производственных условиях такое молоко может использоваться лишь для приготовления творога. Раскисление молока - это процесс нормализации (уменьшения) его кислотности. Изменить кислотность молока возможно путем ввода щелочного реагента, например питьевой соды. Однако метод химического регулирования кислотности молока неизбежно приводит к увеличению его минерализации и, как следствие, снижению устойчивости при кипячении и утрате вкусовых показателей качества. Электрохимическим путем возможно изменить кислотность молока, не прибегая к химическим реагентам. Принципиальная схема, поясняющая выполненные исследования, приведена на фиг.12.One of the main factors causing a rapid change in the properties and sensory quality of milk is its acidity. The acidity of milk is due to hydrogen ions formed as a result of electrolytic dissociation of acids and acid salts contained in milk. Hydrogen ions are very active, destroying the casein-calcium phosphate complex, secrete casein, curdle milk and affect its salt component. With increasing acidity, the properties of milk, both a food product and raw materials for processing, gradually change. In quantitative accounting, the acidity of milk is usually expressed in degrees Turner (° T). The acidity of freshly milked milk averages 16-18 ° T. The pH value of such milk is in the range of 6.3-6.8. With the growth of lactic acid bacteria in milk, lactic acid appears, which gradually removes calcium from casein, the pH of milk decreases and the colloidal system of the casein complex becomes less stable. Milk with an acidity above 22 ° T boiling, as a rule, does not withstand and coagulates. In industrial conditions, such milk can only be used for the preparation of cottage cheese. Deoxidation of milk is a process of normalization (reduction) of its acidity. It is possible to change the acidity of milk by introducing an alkaline reagent, such as drinking soda. However, the method of chemical regulation of the acidity of milk inevitably leads to an increase in its mineralization and, as a result, to a decrease in stability during boiling and loss of taste quality indicators. It is possible to electrochemically change the acidity of milk without resorting to chemicals. A schematic diagram explaining the studies performed is shown in Fig. 12.

Объектом исследования служило свежее и пастеризованное коровье молоко с массовой долей жира 3,2%, имеющее различную величину кислотности: 28 и 32°Т.The object of the study was fresh and pasteurized cow's milk with a fat mass fraction of 3.2%, which has a different acidity: 28 and 32 ° T.

Молоко из емкости объемом 5 литров подавали в катодную камеру ячейки со скоростью 5 л/ч. Через анодную камеры ячейки в режиме противотока осуществляли проток водопроводной питьевой воды со скоростью 7 литров в час. В катодной камере создавали повышенное давление (0,7 кгс/см2) в сравнении с давлением в анодной камере, равным атмосферному, при помощи стабилизатора давления, установленного на выходе катодной камеры. Через ячейку пропускали ток силой 2,8 А при напряжении 25 вольт. При таком режиме работы происходило снижение кислотности молока от 28 до 16°Т и от 32 до 18°Т.Milk from a container of 5 liters was fed into the cathode chamber of the cell at a speed of 5 l / h. Through the anode chamber of the cell, countercurrent flow of tap drinking water was carried out at a rate of 7 liters per hour. An increased pressure (0.7 kgf / cm 2 ) was created in the cathode chamber compared to atmospheric pressure in the anode chamber using a pressure stabilizer installed at the exit of the cathode chamber. A current of 2.8 A at a voltage of 25 volts was passed through the cell. With this mode of operation, the acidity of milk decreased from 28 to 16 ° T and from 32 to 18 ° T.

Органолептический анализ раскисленного молока свидетельствовал об устранении пороков сенсорного качества в процессе электрохимической обработки.The organoleptic analysis of deoxidized milk testified to the elimination of defects of sensory quality during electrochemical processing.

Пример 4. Регенерация окисленных жиров. Для применения в данной технологии была использована электрохимическая модульная ячейка №3 (см. табл.2).Example 4. The regeneration of oxidized fats. For use in this technology, an electrochemical modular cell No. 3 was used (see Table 2).

Технология регенерации окисленных жиров основана на катодном восстановлении продуктов окисления жира в процессе протока подогретого до 60-70°С жира через катодную камеру электрохимического реактора. При этом через анодную камеру электрохимического реактора протекает обычная питьевая вода, подогретая до такой же температуры, как и жир. Необходимым условием обработки является возможно более полное соприкосновение всех микрообъемов обрабатываемого жира с поверхностью катода, а также повышенное давление в катодной камере в сравнении с давлением в анодной: перепад давления на диафрагме должен быть не менее 0,3-0,5 кгс/см2.The technology for the regeneration of oxidized fats is based on the cathodic reduction of products of fat oxidation during the flow of fat heated to 60-70 ° C through the cathode chamber of an electrochemical reactor. In this case, ordinary drinking water flows through the anode chamber of the electrochemical reactor, heated to the same temperature as fat. A necessary condition for processing is the fullest possible contact of all microvolumes of the processed fat with the cathode surface, as well as increased pressure in the cathode chamber in comparison with the pressure in the anode: the pressure drop across the diaphragm should be at least 0.3-0.5 kgf / cm 2 .

Расплавленный кулинарный жир желтовато-серого цвета с кислотным числом 0,96 мг КОН/г, с резким, неприятным запахом и прогорклым вкусом, имеющий температуру 65°С, подавали из емкости объемом 10 литров перистальтическим насосом на вход в катодную камеру вертикально установленной ячейки со скоростью 3 л/ч. На вход анодной камеры также в нижней части ячейки в режиме прямотока подавали горячую водопроводную воду с температурой около 70°С со скоростью 4 л/ч.A melted yellowish-gray cooking oil with an acid number of 0.96 mg KOH / g, with a pungent, unpleasant odor and rancid taste, having a temperature of 65 ° C, was fed from a 10-liter container with a peristaltic pump to the entrance to the cathode chamber of a vertically installed cell with speed of 3 l / h. Hot tap water with a temperature of about 70 ° C at a speed of 4 l / h was also fed to the inlet of the anode chamber also in the lower part of the cell in the forward flow mode.

При помощи стабилизатора давления, установленного на выходе катодной камеры, поддерживали перепад давления на диафрагме 0,9 кгс/см2.Using a pressure stabilizer installed at the exit of the cathode chamber, the pressure drop across the diaphragm was 0.9 kgf / cm 2 .

Анализ жира после катодной обработки показал, что его кислотное число снизилось до 0,35 мг КОН/г. Обработанный жир имел светло-желтый цвет, чистый вкус, не обладал запахом, а стабильность его при хранении достигала 3 месяцев при комнатной температуре. Таким образом, было установлено, что катодная обработка жира позволила полностью восстановить утраченные свойства и снизить его способность к окислению при хранении.Analysis of fat after cathodic treatment showed that its acid number decreased to 0.35 mg KOH / g. The processed fat had a light yellow color, a clean taste, had no smell, and its storage stability reached 3 months at room temperature. Thus, it was found that the cathodic treatment of fat allowed to completely restore the lost properties and reduce its ability to oxidize during storage.

Пример 5. Синтез пероксокарбонатного дезинфицирующего раствора. Электрохимическая ячейка №5 (см. табл.2) была использована для получения пероксокарбонатного раствора.Example 5. The synthesis of peroxocarbonate disinfectant solution. Electrochemical cell No. 5 (see table 2) was used to obtain peroxocarbonate solution.

В ячейке коаксиально установлены цилиндрические трубчатые электроды с разделяющей их керамической диафрагмой толщиной 0,7 мм. Состав керамики: оксид алюминия - 80%, модифицированный диоксид циркония - 15%. Модифицированный диоксид циркония содержит 5,0% оксида иттрия. В качестве электродов использовались титан с покрытием из оксида иридия (анод) и титан с пироуглеродным покрытием (катод). Длина рабочей камеры ячейки - 185 мм, объем катодной электродной камеры составляют 10 мл, анодной электродной камеры - 7 мл.Cylindrical tubular electrodes with a 0.7 mm thick ceramic diaphragm separating them are coaxially mounted in the cell. Ceramic composition: aluminum oxide - 80%, modified zirconia - 15%. Modified zirconia contains 5.0% yttrium oxide. The electrodes used were titanium coated with iridium oxide (anode) and titanium with a pyrocarbon coating (cathode). The length of the cell’s working chamber is 185 mm, the volume of the cathode electrode chamber is 10 ml, and the anode electrode chamber is 7 ml.

Экспериментальная установка работает следующим образом. Пресная вода со скоростью 3 литра в час поступает на вход катодной камеры, выход которой направлен в дренаж. На вход анодной камеры противотоком с помощью дозировочного насоса со скоростью 1 л/ч подается исходный раствор карбоната щелочного металла концентрацией 0,5 г/л. На выходе анодной камеры установлен регулятор давления, который позволяет поддерживать перепад давления на диафрагме величиной 0,2 кгс/см2. Через ячейку протекает стабилизированный ток силой 2 А, при этом напряжение на электродах находится в пределах 25-30 вольт. На катоде протекает реакция восстановления воды:The experimental setup works as follows. Fresh water at a rate of 3 liters per hour enters the entrance to the cathode chamber, the output of which is directed to the drainage. An initial solution of an alkali metal carbonate concentration of 0.5 g / l is supplied to the inlet of the anode chamber in a countercurrent manner using a metering pump at a speed of 1 l / h. At the output of the anode chamber, a pressure regulator is installed, which allows you to maintain a differential pressure of 0.2 kgf / cm 2 on the diaphragm. A stabilized current of 2 A flows through the cell, while the voltage at the electrodes is in the range of 25-30 volts. At the cathode, a water reduction reaction takes place:

2O+2е→Н2+2OН-.2 O + 2е → Н 2 + 2ОН - .

По мере продвижения воды в катодной камере концентрация гидроксида натрия в ней увеличивается в результате электромиграции ионов натрия из анодной камеры через диафрагму в катодную камеру.As water moves in the cathode chamber, the concentration of sodium hydroxide in it increases as a result of the electromigration of sodium ions from the anode chamber through the diaphragm to the cathode chamber.

В анодной камере на начальном этапе протока раствора карбоната натрия имеют место реакции образования пероксокарбонатов натрия в соответствии с суммарными электрохимическими реакциями:In the anode chamber at the initial stage of the flow of the sodium carbonate solution, there are reactions of the formation of sodium peroxocarbonates in accordance with the total electrochemical reactions:

2Nа2СО3+10Н2O→2HOC(O)OOC(O)ONa+2NaOH+O2+8Н2;2Na 2 CO 3 + 10H 2 O → 2HOC (O) OOC (O) ONa + 2NaOH + O 2 + 8H 2 ;

2Na2CO3+6H2O→2HOC(O)OONa+2NaOH+4Н2+CO2;2Na 2 CO 3 + 6H 2 O → 2HOC (O) OONa + 2NaOH + 4H 2 + CO 2 ;

По мере дальнейшего продвижения карбонатного раствора в анодной камере и снижения рН среды происходит обеднение его ионами натрия и карбонаты превращаются в гидрокарбонаты, которые также подвергаются окислению по следующим суммарным реакциям:With the further advancement of the carbonate solution in the anode chamber and a decrease in the pH of the medium, it is depleted of sodium ions and carbonates turn into hydrocarbonates, which also undergo oxidation by the following total reactions:

2NаНСО3+2Н2O→HOC(O)OOC(O)ONa+NaOH+2H2+1/2O2;2NanSO 3 + 2H 2 O → HOC (O) OOC (O) ONa + NaOH + 2H 2 + 1 / 2O 2 ;

2NaHCO3+H2O→HOC(O)OONa+NaOH+H2+CO2.2NaHCO 3 + H 2 O → HOC (O) OONa + NaOH + H 2 + CO 2 .

При дальнейшем снижении рН в анодной камере и приближении его к рН 7 следующим этапом анодного окисления растворов пероксокарбонатов натрия является превращение пероксокарбонатных солей в соответствующие кислоты - надугольную (НОС(O)ООС(O)ОН) и мононадугольную (НОС(О)ООН):With a further decrease in pH in the anode chamber and its approximation to pH 7, the next step in the anodic oxidation of sodium peroxocarbonate solutions is the conversion of peroxocarbonate salts to the corresponding acids - sub-curved (LOC (O) OOS (O) OH) and mono-angled (LOC (O) UN):

HOC(O)OOC(O)ONa+H2O→HOC(O)OOC(O)OH+NaOH;HOC (O) OOC (O) ONa + H 2 O → HOC (O) OOC (O) OH + NaOH;

HOC(O)OONa+H2O→НОС(O)ООН+NaOH.HOC (O) OONa + H 2 O → NOS (O) UN + NaOH.

Получаемый раствор - анолит «Перокс» обладает следующими характеристиками: содержание мононадугольной и надугольной кислот - от 20 до 50 мг/л, окислительно-восстановительный потенциал - в пределах от +500 до +800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.The resulting solution - an anolyte "Perox" has the following characteristics: the content of mono-angular and diacitric acids - from 20 to 50 mg / l, the redox potential - in the range from +500 to +800 mV relative to the silver chloride reference electrode.

Пример 6. Синтез низкоминерализованного дезинфицирующего раствора (нейтрального анолита АН) с высоким удельным содержанием хлоркислородных и гидропероксидных оксидантов. Электрохимическая ячейка №5 (см. табл.2) по изобретению использовалась для синтеза низкоминерализованного раствора с высоким удельным содержанием оксидантов.Example 6. The synthesis of a low saline disinfectant solution (neutral anolyte AN) with a high specific content of chlorine-oxygen and hydroperoxide oxidants. The electrochemical cell No. 5 (see table 2) according to the invention was used for the synthesis of a low saline solution with a high specific content of oxidants.

В анодную камеру ячейки подавали питьевую воду со скоростью 3 л/ч. Общая минерализация воды составляла 0,15 г/л. Установленный на выходе анодной камеры стабилизатор давления обеспечивал постоянное давление в анодной камере, равное 1,2 кгс/см2. Вход и выход катодной камеры были соединены гибкими шлангами с циркуляционной емкостью объемом 0,2 литра, заполненной также питьевой водой и размещенной по уровню на 10 сантиметров выше вертикально установленной ячейки. При подаче напряжения на ячейку 40 вольт от стабилизированного по току источника постоянного тока сила тока, постепенно увеличиваясь от начального значения 0,8 А, достигала значения 3 А. При этом в катодной камере ячейки происходила циркуляция католита за счет газлифта, работающего за счет выделяющегося водорода. Содержание оксидантов в воде, полученной в результате анодной обработки в ячейке, измеренное титриметрическим способом, составляло 50 мг/л.Drinking water was supplied to the anode chamber of the cell at a rate of 3 l / h. The total salinity of the water was 0.15 g / l. The pressure stabilizer installed at the outlet of the anode chamber provided a constant pressure in the anode chamber of 1.2 kgf / cm 2 . The inlet and outlet of the cathode chamber were connected by flexible hoses with a circulation capacity of 0.2 liters, also filled with drinking water and placed at a level 10 centimeters above the vertically mounted cell. When a voltage of 40 volts was applied to the cell from a constant current source of direct current, the current strength, gradually increasing from the initial value of 0.8 A, reached a value of 3 A. At the same time, catholyte circulated in the cell’s cathode chamber due to the gas lift working due to the released hydrogen . The oxidant content in the water obtained as a result of the anodic treatment in the cell, measured by the titrimetric method, was 50 mg / L.

При использовании ячейки №5 с величиной отношения физической площади анода к физической площади катода, равной 0,63, содержание оксидантов в воде, полученной в результате анодной обработки в ячейке, измеренное титриметрическим способом, составляло 24 мг/л.When using cell No. 5 with a ratio of the physical area of the anode to the physical area of the cathode equal to 0.63, the oxidant content in the water obtained as a result of the anode treatment in the cell, measured by the titrimetric method, was 24 mg / L.

Пример 7. Очистка воды от анионактивных поверхностно-активных веществ (АПАВ). Электрохимическая ячейка №3 (см. табл.2) с охлаждаемым анодом была использована для удаления из воды анионоактивных поверхностно-активных веществ (АПАВ). Через анодную камеру ячейки при помощи перистальтического насоса со скоростью 12 литров в час прокачивали в режиме циркуляции очищаемую воду, объем которой в емкости равнялся 9 литрам. Через катодную камеру ячейки с помощью перистальтического насоса также в режиме циркуляции со скоростью 15 л/ч прокачивали вспомогательный раствор электролита, объем которого в емкости составлял 1 литр. Через полость анода осуществляли проток охлаждающей воды со скоростью 5 литров в час.Example 7. Water purification from anionic surfactants (AAS). An electrochemical cell No. 3 (see Table 2) with a cooled anode was used to remove anionic surfactants from the water (AAS). Using a peristaltic pump at a speed of 12 liters per hour, purified water was pumped through the anode chamber of the cell in a circulation mode, the volume of which in the tank was 9 liters. An auxiliary electrolyte solution, the volume of which in the tank was 1 liter, was also pumped through the cathode chamber of the cell using a peristaltic pump also in circulation mode at a speed of 15 l / h. A flow of cooling water was carried out through the anode cavity at a rate of 5 liters per hour.

После установления режима циркуляции на электроды ячейки подавали постоянное напряжение от стабилизированного источника питания.After the circulation mode was established, a constant voltage from a stabilized power supply was applied to the cell electrodes.

Циркулирующий анолит периодически анализировали на содержание анионоактивных поверхностно-активных веществ (АПАВ) спектрофотометрическим методом с использованием метиленовой сини. По результатам анализов рассчитывали значения степени удаления АПАВ из раствора, удельное количество электричества (Qe) и удельный расход электроэнергии (We) для удаления (разложения) 1 грамма АПАВ по формулам:The circulating anolyte was periodically analyzed for the content of anionic surfactants (AAS) by a spectrophotometric method using methylene blue. Based on the results of the analyzes, the values of the degree of removal of APAW from the solution, the specific amount of electricity (Qe) and the specific energy consumption (We) for the removal (decomposition) of 1 gram of APAW were calculated according to the formulas:

Qe=I×т/m; We=U×I×т/m, где m - масса разложившегося вещества, г; I - сила тока, A; U - напряжение, В; т - время процесса, час.Qe = I × t / m; We = U × I × t / m, where m is the mass of decomposed matter, g; I is the current strength, A; U is the voltage, V; t - process time, hour.

В процессе эксперимента поддерживали постоянные уровни растворов в емкостях циркулирующей очищаемой воды и католита за счет изменения скорости циркуляции растворов и при помощи стабилизаторов давления на выходе из электродных камер.During the experiment, constant levels of solutions in the tanks of circulating purified water and catholyte were maintained by changing the circulation rate of the solutions and using pressure stabilizers at the outlet of the electrode chambers.

В качестве очищаемой воды (анолита) использовали модельный раствор, который готовили путем внесения в водопроводную воду р. Москвы синтетического моющего средства «Лотос-автомат» до достижения концентрации АПАВ 50 мг/л и хлорида натрия в количестве 1,5 г/л. В качестве католита использовали 1,0 моль/л раствор гидроксида натрия. В течение всего процесса поддерживали значение рН в циркулирующем анолите на уровне 6-8 за счет добавления 6 М раствора гидроксида натрия. Эксперимент проводили при постоянной силе тока, равной 16 А, напряжение на электродах составляло 9,0-9,5 В. Результаты удаления АПАВ из модельного раствора приведены в таблице 3.As the purified water (anolyte), a model solution was used, which was prepared by introducing r. Moscow synthetic detergent "Lotus-automatic" to achieve a concentration of ACAS 50 mg / l and sodium chloride in an amount of 1.5 g / l. A 1.0 mol / L sodium hydroxide solution was used as catholyte. Throughout the process, the pH value in the circulating anolyte was maintained at a level of 6-8 by adding a 6 M sodium hydroxide solution. The experiment was carried out at a constant current strength of 16 A, the voltage at the electrodes was 9.0–9.5 V. The results of the removal of ACAS from the model solution are shown in Table 3.

Таблица 3 Table 3 Значения степени удаления АПАВ из модельного раствора, удельного количества электричества (Qe), удельного расхода электроэнергии (We)The values of the degree of removal of ACAS from the model solution, specific amount of electricity (Qe), specific consumption of electricity (We) Время процесса, часProcess time, hour 00 1one 22 77 99 11eleven Концентрация АПАВ, мг/лAPA concentration, mg / l 50,050,0 23,823.8 17,617.6 6,96.9 3,33.3 2,12.1 Степень удаления АПАВ, %The degree of removal of surfactants,% 00 52,452,4 64,864.8 86,286.2 93,493,4 95,895.8 Qe, А×час/гQe, A × hour / g 00 244244 395395 10391039 12331233 14701470 We, Вт×час/гWe, W × h / g 00 23212321 37533753 98759875 1171711717 1396213962

Представленные в таблице результаты показывают, что за 11 часов удается практически полностью удалить АПАВ из 9 литров модельного раствора. Значения удельного количества электричества (Qe) и удельного расхода электроэнергии (We) для удаления 1 грамма АПАВ по мере снижения концентрации АПАВ непрерывно увеличиваются и составляют соответственно 244 А×час/г и 2321 Вт×час/г - в начале процесса и 1470 А×час/г и 13960 Вт×час/г - в конце процесса.The results presented in the table show that in 11 hours it is possible to almost completely remove the surfactant from 9 liters of the model solution. The values of the specific amount of electricity (Qe) and the specific energy consumption (We) for removing 1 gram of APAW continuously increase as the concentration of APAW decreases and are 244 A × h / g and 2321 W × h / g, respectively, at the beginning of the process and 1470 A × hour / g and 13960 W × hour / g - at the end of the process.

Таким образом, проведенные эксперименты показали принципиальную возможность использования электрохимического способа для удаления АПАВ из растворов. Близкие к указанным результаты были получены также на блоке из 8 ячеек №5 (см. табл.2), аноды которых не охлаждались в процессе работы и сила тока через каждую из которых была 2 А.Thus, the experiments showed that it is possible in principle to use the electrochemical method to remove ACAS from solutions. Similar results were also obtained on a block of 8 cells No. 5 (see Table 2), the anodes of which did not cool during operation and the current through each of which was 2 A.

Пример 8. Очистка воды от нитратов. Электрохимическая ячейка №2 (см. табл.2) по изобретению была использована для очистки воды от нитратов.Example 8. Purification of water from nitrates. The electrochemical cell No. 2 (see table 2) according to the invention was used to purify water from nitrates.

Испытания проводили на лабораторной установке, состоящей из одной ячейки, источника постоянного тока, позволяющего регулировать и поддерживать напряжение и силу тока в диапазоне 0-30 вольт и 0-3 ампера соответственно, перистальтического насоса и емкостей для циркуляции анолита и католита.The tests were carried out in a laboratory setup consisting of a single cell, a direct current source that allows you to regulate and maintain voltage and current in the range of 0-30 volts and 0-3 amperes, respectively, a peristaltic pump and tanks for circulating anolyte and catholyte.

Методика испытаний заключалась в следующем: обрабатываемую воду, содержащую растворенные нитраты, при помощи насоса прокачивали в режиме циркуляции вначале через катодную камеру ячейки, а затем через анодную камеру в режиме противотока. Циркулирующую воду периодически анализировали на содержание аммиака спектрофотометрическим методом с использованием реактива Несслера. В качестве очищаемой воды использовали модельный раствор, приготовленный путем добавления в водопроводную воду раствора сульфата аммония до достижения концентрации ионов аммония 145-185 мг/л, рН 7,6-7,8. В ряде случаев в раствор вносили хлористый натрий в количестве 1-3 г/л. По результатам анализов рассчитывали степень удаления аммиака из воды, удельное количество электричества (Qe) и удельный расход электроэнергии (We) для удаления (разложения) 1 грамма аммиака, а также значение выхода по току (ВПТ) по формулам: Qe=I×т/m; We=U×I×т/m; ВПТ=m×F/(I×т×Э)×100%, где m - масса разложившегося вещества, г; I - сила тока, A; U - напряжение, В; т - время процесса, час; F - постоянная Фарадея (F=26,8 А×час); Э - электрохимический эквивалент (Э для аммиака равен 5,7 г).The test procedure was as follows: the treated water containing dissolved nitrates was pumped using a pump in the circulation mode, first through the cathode chamber of the cell, and then through the anode chamber in countercurrent mode. Circulating water was periodically analyzed for ammonia by a spectrophotometric method using the Nessler reagent. A model solution prepared by adding ammonium sulfate solution to tap water to achieve an ammonium ion concentration of 145-185 mg / L, pH 7.6-7.8 was used as purified water. In some cases, sodium chloride was added to the solution in an amount of 1-3 g / l. Based on the analysis results, the degree of ammonia removal from water, the specific amount of electricity (Qe) and the specific energy consumption (We) for removing (decomposing) 1 gram of ammonia, as well as the current efficiency value (CAP) were calculated according to the formulas: Qe = I × t / m; We = U × I × t / m; VPT = m × F / (I × t × E) × 100%, where m is the mass of decomposed matter, g; I is the current strength, A; U is the voltage, V; t is the process time, hour; F - Faraday constant (F = 26.8 A × hour); E is the electrochemical equivalent (E for ammonia is 5.7 g).

Химические процессы очистки воды от нитратов состоят в следующем. В электрохимической ячейке протекает суммарная реакция разложения хлорида натрия с выделением молекулярного хлора в анодной камере и образованием гидроксида натрия в катодной камере:The chemical processes of water purification from nitrates are as follows. In the electrochemical cell, the total decomposition of sodium chloride proceeds with the release of molecular chlorine in the anode chamber and the formation of sodium hydroxide in the cathode chamber:

2NaCl+2Н2O-2е→2NaOH+H2+Cl2 2NaCl + 2Н 2 O-2е → 2NaOH + H 2 + Cl 2

Суммарная реакция удаления аммиака в анодной камере описывается уравнением:The total reaction of ammonia removal in the anode chamber is described by the equation:

2NН3+3Cl2+6NaOH=N2+6Н2O+6NaCl,2NH 3 + 3Cl 2 + 6NaOH = N 2 + 6H 2 O + 6NaCl,

из которого следует, что при разрушении аммиака химически или электрохимически полученным газообразным хлором количество образующихся хлорид-ионов будет одно и то же - 3 г-ион хлорида на 1 моль аммиака или 6,3 г хлорид-ионов на 1 г аммиака.from which it follows that when ammonia is destroyed by chemically or electrochemically produced gaseous chlorine, the amount of chloride ions generated will be the same - 3 g chloride ion per 1 mol of ammonia or 6.3 g chloride ions per 1 g of ammonia.

Преимуществом электрохимической обработки аммиаксодержащих растворов, особенно с высокой концентрацией аммиака, является возможность полного разрушения аммиака при внесении относительно небольших количеств хлорид-ионов (1-2 г/л), которые практически являются переносчиками электронов и сами в процессе реакции не расходуются.The advantage of the electrochemical treatment of ammonia-containing solutions, especially with a high concentration of ammonia, is the possibility of complete destruction of ammonia by adding relatively small amounts of chloride ions (1-2 g / l), which are practically electron carriers and are not consumed during the reaction.

Эксперимент проводили при одновременной циркуляции очищаемого раствора через катодную, а затем через анодную камеры. Объем раствора - 3,8 л. Скорость циркуляции раствора - 30 л/ч. В процессе эксперимента поддерживали постоянную силу тока - 2,5 А, при этом напряжение на ячейке составляло 20-22 В. Значение рН раствора поддерживали в диапазоне 6-8. Полученные результаты приведены в таблице 4.The experiment was carried out with simultaneous circulation of the purified solution through the cathode, and then through the anode chamber. The volume of the solution is 3.8 liters. The circulation speed of the solution is 30 l / h. During the experiment, a constant current strength of 2.5 A was maintained, while the voltage on the cell was 20-22 V. The pH value of the solution was maintained in the range of 6-8. The results are shown in table 4.

Таблица 4 Table 4 Значения степени удаления аммиака, удельного количества электричества (Qe), удельного расхода электроэнергии (We) и выхода по току (ВПТ)The values of the degree of removal of ammonia, specific amount of electricity (Qe), specific consumption of electricity (We) and current efficiency (VPT) Время процесса, часProcess time, hour 00 1one 22 33 4four 55 Концентрация аммиака, мг/лThe concentration of ammonia, mg / l 184184 174174 169169 151151 149149 136136 Степень удаления аммиака, %The degree of removal of ammonia,% 00 5,45,4 8,28.2 17,917.9 19,019.0 26,126.1 Qe, А×час/гQe, A × hour / g 00 6666 8888 6060 7575 6868 We, Вт×час/гWe, W × h / g 00 14281428 18501850 12441244 15711571 13981398 ВПТ, %VPT,% 00 6,86.8 5,15.1 7,57.5 5,95.9 6,56.5

Представленные в таблице результаты показывают, что за 5 часов проведения процесса из раствора удаляется только 26% аммиака, при этом наблюдается высокий расход электроэнергии на разложение аммиака, а значение ВПТ не превышает 7,5%, что связано с низкой эффективностью окисления аммиака анодными продуктами электролиза (атомарный и газообразный кислород, перекись водорода и др). В связи с этим все дальнейшие эксперименты проводили после добавления в очищаемый раствор хлорида натрия.The results presented in the table show that after 5 hours of the process only 26% of ammonia is removed from the solution, while there is a high energy consumption for the decomposition of ammonia, and the VPT value does not exceed 7.5%, due to the low efficiency of ammonia oxidation by anodic electrolysis products (atomic and gaseous oxygen, hydrogen peroxide, etc.). In this regard, all further experiments were carried out after adding sodium chloride to the solution being purified.

Следующий эксперимент проводили аналогично предыдущему, с тем отличием, что в исходный раствор вносили хлорид натрия в количестве 1 г/л. Объем раствора - 3,8 л. Скорость циркуляции раствора - 30 л/час. В процессе эксперимента поддерживали постоянную силу тока - 3,0 А, при этом напряжение на ячейке составляло около 10 В. Значение рН раствора поддерживали в диапазоне 6-8. Полученные результаты приведены в таблице 5.The next experiment was carried out similarly to the previous one, with the difference that 1 g / L of sodium chloride was added to the initial solution. The volume of the solution is 3.8 liters. The circulation speed of the solution is 30 l / h. During the experiment, a constant current strength of 3.0 A was maintained, while the voltage on the cell was about 10 V. The pH value of the solution was maintained in the range of 6-8. The results are shown in table 5.

Таблица 5 Table 5 Значения степени удаления аммиака, удельного количества электричества (Qe), удельного расхода электроэнергии (We) и выхода по току (ВПТ)The values of the degree of removal of ammonia, specific amount of electricity (Qe), specific consumption of electricity (We) and current efficiency (VPT) Время процесса, часProcess time, hour 00 1one 22 33 4four 55 66 77 Концентрация аммиака, мг/лThe concentration of ammonia, mg / l 155155 133133 107107 8888 7070 2323 3,03.0 00 Степень удаления аммиака, %The degree of removal of ammonia,% 00 14,214.2 31,031,0 43,243,2 54,854.8 85,285,2 98,198.1 100one hundred Qe, А×час /гQe, A × hour / g 00 3636 3333 3535 3737 30thirty 3131 3636 We, Вт×час/гWe, W × h / g 00 502502 362362 354354 372372 299299 312312 312312 ВПТ, %VPT,% 00 12,412,4 13,613.6 12,612.6 12,012.0 14,914.9 14,314.3 12,312.3

Дальнейшие исследования проводили аналогично, с тем отличием, что в исходный раствор вносили хлорид натрия в количестве 3 г/л. Объем раствора - 3,8 л. Скорость циркуляции раствора - 30 л/час. В процессе эксперимента поддерживали постоянную силу тока - 3,0 А, при этом напряжение на ячейке составляло около 7 В. Значение рН раствора поддерживали в диапазоне 6-8. Полученные результаты приведены в таблице 6.Further studies were carried out similarly, with the difference that 3 g / L of sodium chloride was added to the initial solution. The volume of the solution is 3.8 liters. The circulation speed of the solution is 30 l / h. During the experiment, a constant current strength of 3.0 A was maintained, while the voltage on the cell was about 7 V. The pH value of the solution was maintained in the range of 6-8. The results are shown in table 6.

Таблица 6 Table 6 Значения степени удаления аммиака, удельного количества электричества (Qe), удельного расхода электроэнергии (We) и выхода по току (ВПТ)The values of the degree of removal of ammonia, specific amount of electricity (Qe), specific consumption of electricity (We) and current efficiency (VPT) Время процесса, часProcess time, hour 00 1one 22 33 4four Концентрация аммиака, мг/лThe concentration of ammonia, mg / l 135135 100one hundred 5656 20twenty 00 Степень удаления аммиака, %The degree of removal of ammonia,% 00 25,925.9 58,558.5 85,285,2 100,0100.0 Qe, А×час /гQe, A × hour / g 00 22,522.5 20,020,0 20,620.6 23,423,4 We, Вт×час/гWe, W × h / g 0,00,0 167167 140140 144144 164164 ВПТ, %VPT,% 0,00,0 19,819.8 22,322.3 21,721.7 19,119.1

Представленные в таблицах результаты показывают, что внесение хлорида натрия в раствор в количестве 1-3 г/л позволяет за 4-7 часов полностью удалить аммиак за счет его окисления продуктами анодного окисления хлорид-ионов (газообразный хлор, гипохлорит-ион и др.).The results presented in the tables show that adding sodium chloride to the solution in an amount of 1-3 g / l allows ammonia to be completely removed in 4-7 hours due to its oxidation by the products of anodic oxidation of chloride ions (chlorine gas, hypochlorite ion, etc.) .

Таким образом, проведенные эксперименты показали, что для эффективного удаления аммиака из растворов путем его электрохимического окисления с использованием проточной модульной электрохимической ячейки необходимо добавлять в обрабатываемый раствор хлорид натрия в количестве 1-3 г/л, а процесс проводить при одновременной циркуляции раствора через катодную и анодную камеры.Thus, the experiments showed that for the effective removal of ammonia from solutions by electrochemical oxidation using a flowing modular electrochemical cell, it is necessary to add sodium chloride in the amount of 1-3 g / l to the treated solution, and the process should be carried out while the solution is circulating through the cathode and anode chamber.

Пример 9. Получение серной кислоты, водорода и гидроксида натрия из раствора сульфата натрия. Указанный способ был реализован с использованием ячейки №1 (см. табл.2 и фиг.8d). Принципиальная схема реализации способа изображена на фиг.13. В анодную камеру ячейки дозированно со скоростью 0,25 л/ч подавали раствор сульфата натрия концентрацией 100 г/л. В катодную камеру вводили пресную воду со скоростью 0,6 л/ч. Давление в анодной камере превышало давление в катодной камере на 0,4 кгс/см2. Под действием электрического тока силой от 25 до 35 А, протекающего через ячейку, ионы натрия из анодной камеры мигрируют в катодную камеру, образуя гидроксид натрия. Суммарную электрохимическую реакцию описывает следующее уравнение:Example 9. Obtaining sulfuric acid, hydrogen and sodium hydroxide from a solution of sodium sulfate. The specified method was implemented using cell No. 1 (see table 2 and fig.8d). A schematic diagram of the implementation of the method is shown in Fig.13. A solution of sodium sulfate with a concentration of 100 g / L was dosed at a rate of 0.25 L / h into the anode chamber of the cell. Fresh water was introduced into the cathode chamber at a rate of 0.6 l / h. The pressure in the anode chamber exceeded the pressure in the cathode chamber by 0.4 kgf / cm 2 . Under the influence of an electric current with a force of 25 to 35 A flowing through the cell, sodium ions from the anode chamber migrate to the cathode chamber, forming sodium hydroxide. The total electrochemical reaction is described by the following equation:

Na2SO4+4Н2O→2NaOH+H2SO4+2Н2+O2 Na 2 SO 4 + 4H 2 O → 2NaOH + H 2 SO 4 + 2H 2 + O 2

Оптимизация режима работы ячейки по силе тока, скорости подачи раствора сульфата натрия в анодную камеру и воды в катодную камеру позволяет достигнуть выхода по току 95-97% по серной кислоте, что демонстрирует высокую эффективность технической электрохимической системы, т.е. используемой в процессе модульной ячейки.Optimization of the cell operation mode by current strength, feed rate of sodium sulfate solution into the anode chamber and water into the cathode chamber allows to achieve a current efficiency of 95-97% for sulfuric acid, which demonstrates the high efficiency of the technical electrochemical system, i.e. used in the modular cell process.

Пример 10. Получение хлора, водорода и гидроксида натрия из раствора хлорида щелочного металла. В примере использовалась ячейка №1 (см. табл.2 и фиг.8с), анод и катод которой установлены с межэлектродным расстоянием - IED=10 мм. Диафрагма была изготовлена из керамики состава: оксид циркония - 70%, оксид алюминия - 27% и оксид иттрия - 3%. На поверхность титанового анода было нанесено покрытие ОРТА, патрубки входа и выхода анодной камеры были изготовлены из титана марки ВТ1-00, уплотнения диафрагмы были выполнены из фторопласта марки Ф4.Example 10. Obtaining chlorine, hydrogen and sodium hydroxide from a solution of alkali metal chloride. In the example, cell No. 1 was used (see Table 2 and FIG. 8c), the anode and cathode of which were installed with an interelectrode distance of IED = 10 mm. The diaphragm was made of ceramic composition: zirconium oxide - 70%, alumina - 27% and yttrium oxide - 3%. The surface of the titanium anode was coated with ORTA, the inlet and outlet nozzles of the anode chamber were made of VT1-00 grade titanium, the diaphragm seals were made of F4 grade fluoroplastic.

Схема работы электрохимической модульной ячейки в данной технологии приведена на фиг.6 и характеризует принципиально новый технологический процесс - ионселективный электролиз с диафрагмой, обеспечивающий полное разделение исходного солевого раствора с концентрацией от 180 до 250 г/л в модульных электрохимических ячейках за один цикл обработки (без возврата на регенерацию анолита, без вымораживания соли из католита и без возврата соли в процесс, без добавки кислоты в анодный контур, без высококачественной очистки солевого раствора) на влажную смесь газообразных оксидантов (хлор, диоксид хлора, озон) и раствор гидроксида натрия концентрацией 150-170 г/л при степени конверсии соли от 98 до 99,5% и затратах электроэнергии в пределах 2-3 кВт×ч на килограмм газообразной смеси оксидантов. Эти показатели являются весьма близкими к теоретически возможным, поэтому процесс ионселективного электролиза с диафрагмой раствора хлорида натрия не имеют конкурентов среди известных электрохимических систем и технологий.The scheme of operation of the electrochemical modular cell in this technology is shown in Fig. 6 and characterizes a fundamentally new technological process - ion selective electrolysis with a diaphragm, which ensures complete separation of the initial saline solution with a concentration of 180 to 250 g / l in modular electrochemical cells in one processing cycle (without return to regeneration of anolyte, without freezing out salt from catholyte and without returning salt to the process, without adding acid to the anode circuit, without high-quality cleaning of saline solution) a mixture of gaseous oxidants (chlorine, chlorine dioxide, ozone) and a solution of sodium hydroxide concentration of 150-170 g / l with a degree of salt conversion from 98 to 99.5% and energy consumption within 2-3 kW × h per kilogram of a gaseous mixture of oxidants . These indicators are very close to theoretically possible, therefore, the process of ion-selective electrolysis with the diaphragm of a solution of sodium chloride have no competitors among known electrochemical systems and technologies.

В электрохимической ячейке основной является реакция выделения молекулярного хлора в анодной камере и образования гидроксида натрия в катодной камере:In the electrochemical cell, the main reaction is the evolution of molecular chlorine in the anode chamber and the formation of sodium hydroxide in the cathode chamber:

NaCl+Н2O-е→NaOH+0,5Н2+0,5Cl2 NaCl + H 2 O-e → NaOH + 0.5H 2 + 0.5Cl 2

Одновременно, с меньшим выходом по току, протекают реакции синтеза диоксида хлора непосредственно из солевого раствора, а также из соляной кислоты, которая образуется при растворении молекулярного хлора в прианодной среде (Cl22O↔HClO+HCl):At the same time, with a lower current efficiency, chlorine dioxide synthesis reactions take place directly from saline solution, as well as from hydrochloric acid, which is formed by dissolving molecular chlorine in an anode medium (Cl 2 + Н 2 O↔HClO + HCl):

2NaCl+6Н2O-10е→2СlO2+2NaOH+5Н2; HCl+2H2O-5е→ClO2+5Н+.2NaCl + 6H 2 O-10e → 2ClO 2 + 2NaOH + 5H 2 ; HCl + 2H 2 O-5е → ClO 2 + 5Н + .

Кроме того, в анодной камере происходит образование озона за счет прямого разложения воды и за счет окисления выделяющегося кислорода:In addition, in the anode chamber, ozone is formed due to direct decomposition of water and due to the oxidation of the released oxygen:

2O-6е→О3+6H+; 2Н2O-4е→4H++O2; ⇒ O220-2е→О3+2Н+.3H 2 O-6e → O 3 + 6H + ; 2H 2 O-4e → 4H + + O 2 ; ⇒ O 2 + H 20 -2e → O 3 + 2H + .

С малым выходом по току протекают реакции образования соединений активного кислорода:With a small current efficiency, reactions of formation of active oxygen compounds occur:

Н2O-2е→2Н+; H2O-е→НО+H+; 2Н2O-3е→HO2+3H+.H 2 O-2e → 2H + + O ; H 2 Oe → HO + H + ; 2H 2 O-3e → HO 2 + 3H + .

Процесс ионселективного электролиза осуществляли следующим образом. В анодную камеру дозированно вводили раствор хлорида натрия концентрацией 200 г/л со скоростью 0,3 л/ч. Давление в анодной камере поддерживали равным 1,1 кгс/см2 за счет стабилизатора давления на выходе анодной камеры (на фиг.6 не показан). После заполнения фильтратом из анодной камеры катодной камеры, давление в которой равнялось атмосферному, подавали на электроды ячейки напряжение от источника постоянного тока, равное 3,2 В. При этом через ячейку протекал ток силой 30 А. Производительность исследуемой электрохимической системы составляла приблизительно 40 г оксидантов в час в эквиваленте хлора, что по удельным показателям превосходит промышленные хлорные электролизеры.The process of ion selective electrolysis was carried out as follows. A solution of sodium chloride with a concentration of 200 g / l at a rate of 0.3 l / h was dosed into the anode chamber. The pressure in the anode chamber was maintained equal to 1.1 kgf / cm 2 due to the pressure stabilizer at the outlet of the anode chamber (not shown in Fig. 6). After filling the cathode chamber with an atmospheric pressure from the anode chamber, the voltage from the DC source equal to 3.2 V was applied to the cell electrodes. At the same time, a current of 30 A flowed through the cell. The performance of the studied electrochemical system was approximately 40 g of oxidants per hour in chlorine equivalent, which in terms of specific indicators exceeds industrial chlorine electrolyzers.

Пример 11. Получение электрохимически активированного католита пресной воды в технологии приготовления обогащенной азотными удобрениями воды орошения для растений. Для получения электрохимически активированного католита пресной воды использовалась ячейка №5 (см. табл.2 и фиг.8b). Идеологическая основа рассматриваемого технологического процесса заложена трудами Юстуса Либиха, создателя теории минерального питания растений, который почти два века назад показал, что дождевая вода содержит азотные удобрения природного происхождения, поглощенные водой из атмосферы. В атмосферной воде концентрация этих удобрений составляет всего доли миллиграмма в литре. Но при столь малом содержании их дождевая вода оказывает на рост растений такой эффект, который нельзя получить при поливе водой из земных источников, даже когда ее более чем достаточно.Example 11. Obtaining electrochemically activated catholyte of fresh water in the technology of preparation of irrigation water enriched with nitrogen fertilizers for plants. To obtain the electrochemically activated fresh water catholyte, cell No. 5 was used (see Table 2 and Fig. 8b). The ideological basis of the technological process under consideration was laid by the work of Justus Liebig, the creator of the theory of mineral nutrition of plants, who almost two centuries ago showed that rainwater contains nitrogen fertilizers of natural origin, absorbed by water from the atmosphere. In atmospheric water, the concentration of these fertilizers is only a fraction of a milligram per liter. But with such a low content, their rainwater has an effect on plant growth that cannot be obtained when watering from earth sources, even when it is more than enough.

Обычной поливной воде из земных источников целесообразно придавать свойства дождевой. «Искусственную дождевую воду» можно приготовить, возвратив поливной воде те удобрения и в тех же количествах, которые были отняты почвой у атмосферной воды при ее просачивании через землю.It is advisable to impart rainwater properties to ordinary irrigation water from earth sources. “Artificial rainwater” can be prepared by returning to the irrigation water those fertilizers in the same quantities that were taken away from the soil by atmospheric water when it seeps through the ground.

Отсюда следует и частный вывод: применять концентрированные жидкие удобрения так, как это делается сейчас, не только нерационально, но в ряде случаев и вредно. В частности, аммиачная вода попадает в почву, имея концентрацию в 25000-50000 раз большую, чем в дождевой воде, и, естественно, убивает все живое.From this follows a particular conclusion: to apply concentrated liquid fertilizers as is done now, is not only irrational, but in some cases also harmful. In particular, ammonia water enters the soil, having a concentration of 25,000-50000 times higher than in rainwater, and, of course, kills all living things.

Азотные удобрения являются жизненно важными для нормального роста и развития растений.Nitrogen fertilizers are vital for the normal growth and development of plants.

Однако существующие технологии получения и применения азотных удобрений являются экологически опасными. Принципиально невозможно на основе существующих технологий создать экологически чистое производство азотных удобрений, так как они основаны на традиционных подходах: синтез удобрений с обязательным образованием отходов производства; нейтрализация отходов производства (окислов азота, кислотных сточных вод); внесение удобрений в почву (при этом возрастает неизбежно ее минерализация); удаление излишних солей из почвы промыванием ее дренажными водами. Эти подходы заложены в известные производственные процессы получения азотных удобрений, в частности, натриевой и кальциевой селитры.However, existing technologies for the production and use of nitrogen fertilizers are environmentally hazardous. It is fundamentally impossible to create an environmentally friendly production of nitrogen fertilizers on the basis of existing technologies, since they are based on traditional approaches: synthesis of fertilizers with mandatory generation of production waste; neutralization of production wastes (nitrogen oxides, acid wastewater); fertilizer application in the soil (at the same time, its mineralization inevitably increases); removal of excess salts from the soil by washing it with drainage water. These approaches are embedded in the well-known production processes for the production of nitrogen fertilizers, in particular, sodium and calcium nitrate.

Для их реализации используются аппараты специфического назначения: инверторы, абсорберы, десорберы, теплообменники, холодильники, фильтры, отстойники, пароперегреватели, конденсаторы, выпарные аппараты, кристаллизаторы, сушильные барабаны и другое оборудование. Применяются химические реагенты: каустическая сода, кальцинированная сода, поваренная соль, гидроксиды кальция, магния, серная и азотная кислоты и др. Используется электроэнергия, пар, горячая вода.For their implementation, devices of a specific purpose are used: inverters, absorbers, strippers, heat exchangers, refrigerators, filters, sumps, superheaters, condensers, evaporators, crystallizers, drying drums and other equipment. Chemical reagents are used: caustic soda, soda ash, sodium chloride, calcium, magnesium hydroxide, sulfuric and nitric acids, etc. Electricity, steam, hot water are used.

Вследствие этого процесс производства нитратных удобрений сопровождается поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ.As a result, the production process of nitrate fertilizers is accompanied by the release of pollutants into the environment.

Независимо от технического уровня такого производства, оно неизбежно загрязняет окружающую среду и ухудшает экологическую обстановку. Для получения 1 тонны натриевой селитры в настоящее время расходуют 0,455 т азотной кислоты, 0,03 т соды, 2,5 т пара (8 атм), 65 м3 чистой воды, 120 кВт·ч электроэнергии. В качестве отходов получают (на 1 т натриевой селитры) 0,38 т окислов азота.Regardless of the technical level of such production, it inevitably pollutes the environment and worsens the environmental situation. To obtain 1 ton of sodium nitrate, 0.455 tons of nitric acid, 0.03 tons of soda, 2.5 tons of steam (8 atm), 65 m 3 of pure water, 120 kWh of electricity are currently consumed. 0.38 tons of nitrogen oxides are obtained as waste (per 1 ton of sodium nitrate).

Электрохимические технологии, реализуемые в модульных электрохимических ячейках, позволяют создать экологически чистый процесс получения азотных удобрений. Натриевая, кальциевая, магниевая и калиевая селитра синтезируются непосредственно из солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов), естественным образом растворенных в поливной воде.Electrochemical technologies implemented in modular electrochemical cells allow you to create an environmentally friendly process for the production of nitrogen fertilizers. Sodium, calcium, magnesium and potassium nitrate are synthesized directly from salts (chlorides, sulfates, carbonates) naturally dissolved in irrigation water.

Воду предварительно подвергают электрохимической катодной обработке в электрохимическом реакторе, а затем вводят в нее азотную кислоту в концентрации, обеспечивающей показатель щелочности воды в пределах 6,5-7,5 (в зависимости от состава почвы).Water is preliminarily subjected to an electrochemical cathodic treatment in an electrochemical reactor, and then nitric acid is introduced into it in a concentration providing an alkalinity index of water in the range of 6.5-7.5 (depending on soil composition).

Реализация этого процесса проводилась в лабораторных условиях. Главной задачей процесса являлось получение электрохимически активированного католита пресной воды при крайне низком производстве объема анолита. Схема работы электрохимической ячейки показана на фиг.14. Через катодную камеру ячейки, давление в которой было выше, чем давление в анодной камере на 0,8 кгс/см2, прокачивали пресную поливную воду с общей минерализацией 0,24 г/л. Проток воды перед подачей в катодную камеру ячейки проходил через внутреннюю полость анода, охлаждая его. Скорость протока воды варьировалась от 10 до 20 л/ч. После того, как анодная камера заполнялась фильтратом из катодной камеры, включали источник тока и пропускали через электроды ячейки ток силой 2 А. При этом в начале процесса напряжение на электродах ячейки составляло 25 В, но в течение минуты снижалось до постоянного значения 15 В, что объяснялось повышением электропроводности среды в анодной камере и стабилизацией концентрации электролитов в анодной камере, обеспечивающей постоянное значение напряжения на электродах ячейки. Измерение рН католита показало, что при скорости протока 20 литров в час рН католита равен 10,6, а при скорости протока 10 л/ч значение рН составило 11,1. При нейтрализации католита слабым раствором азотной кислоты до рН7 в катодно обработанной воде, протекавшей со скоростью 20 л/ч, обнаружено 5,2 мг/л азотных удобрений, а в воде, протекавшей со скоростью 10 литров в час, - 9,7 мг/л.The implementation of this process was carried out in laboratory conditions. The main objective of the process was to obtain electrochemically activated fresh water catholyte with an extremely low production of anolyte volume. The operation diagram of the electrochemical cell is shown in Fig. 14. Fresh irrigation water was pumped through the cathode chamber of the cell, the pressure in which was higher than the pressure in the anode chamber by 0.8 kgf / cm 2 with a total salinity of 0.24 g / L. The water flow before passing into the cathode chamber of the cell passed through the internal cavity of the anode, cooling it. The flow rate of water ranged from 10 to 20 l / h. After the anode chamber was filled with the filtrate from the cathode chamber, the current source was turned on and a current of 2 A was passed through the cell electrodes. At the beginning of the process, the voltage at the cell electrodes was 25 V, but within a minute it decreased to a constant value of 15 V, which It was explained by an increase in the electrical conductivity of the medium in the anode chamber and stabilization of the concentration of electrolytes in the anode chamber, which provides a constant voltage value at the electrodes of the cell. Measurement of the catholyte pH showed that at a flow rate of 20 liters per hour, the catholyte had a pH of 10.6, and at a flow rate of 10 l / h, the pH was 11.1. When neutralizing catholyte with a weak solution of nitric acid to pH7, 5.2 mg / l of nitrogen fertilizers were detected in cathodically treated water flowing at a speed of 20 l / h, and 9.7 mg / in water flowing at a rate of 10 liters per hour l

При смешивании электрохимически катодно обработанной воды (католита) с очень малым количеством азотной кислоты протекает реакция нейтрализации азотной кислоты гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, в результате которых образуются нитраты кальция, натрия и других металлов, представляющие собой эффективные азотные удобрения:When electrochemically treated cathodically treated water (catholyte) is mixed with a very small amount of nitric acid, the reaction of neutralization of nitric acid with hydroxides of alkali and alkaline earth metals occurs, resulting in the formation of calcium, sodium and other metal nitrates, which are effective nitrogen fertilizers:

HNO3+NaOH→NaNO32OHNO 3 + NaOH → NaNO 3 + H 2 O

HNO3+Са(ОН)2→Са(NO3)2+H2OHNO 3 + Ca (OH) 2 → Ca (NO 3 ) 2 + H 2 O

Вода, обогащенная соединениями азота, может использоваться для орошения посевов сельскохозяйственных растений. Вода, подвергнутая электрохимической катодной обработке в электрохимической модульной ячейке, некоторое время после окончания электрохимического воздействия пребывает в метастабильном состоянии, характеризуемом аномальной реакционной способностью.Water enriched with nitrogen compounds can be used to irrigate crops of agricultural plants. Water subjected to an electrochemical cathodic treatment in an electrochemical modular cell for some time after the end of the electrochemical exposure is in a metastable state characterized by an abnormal reactivity.

Повышенная биологическая активность удобрений, полученных по описанной технологии, объясняется тем, что взаимодействие воды с высокой степенью метастабильности сопровождается образованием ионно-гидратных оболочек вокруг нитратных ионов в растворе, имеющих особую, весьма долгоживущую структуру. Особенности структуры гидратной оболочки оказывают существенное влияние на усвоение удобрений, что обусловливает увеличение эффективности удобрения. Сам раствор азотных удобрений в воде, полученный таким способом, сохраняет свою высокую биологическую активность до 3-х месяцев.The increased biological activity of fertilizers obtained by the described technology is explained by the fact that the interaction of water with a high degree of metastability is accompanied by the formation of ion-hydrated shells around nitrate ions in solution, which have a special, very long-lived structure. The structural features of the hydration shell have a significant effect on the absorption of fertilizers, which leads to an increase in the efficiency of fertilizers. The solution of nitrogen fertilizers in water obtained in this way retains its high biological activity for up to 3 months.

Экологическая чистота технологии обусловлена тем, что процесс получения нитратных удобрений не сопровождается выбросами веществ, загрязняющих окружающую среду, а использование удобрений, полученных предложенным способом, не приводит к увеличению минеральной загрязненности почвы, поскольку нитраты щелочных и щелочноземельных металлов синтезируются из солей, естественным образом растворенных в воде орошения. Исследованиями установлено, что оптимальной концентрацией, обеспечивающей биологическую потребность растений, является содержание нитратов от 5 до 15 миллиграммов в 1 литре воды орошения. Также установлено, что полив растений во время всего периода выращивания водой с малым содержанием нитратов позволяет получать максимально возможные урожаи растительных культур при высокой биологической ценности продукции.The environmental cleanliness of the technology is due to the fact that the process of producing nitrate fertilizers is not accompanied by emissions of polluting substances, and the use of fertilizers obtained by the proposed method does not increase the mineral pollution of the soil, since nitrates of alkali and alkaline earth metals are synthesized from salts naturally dissolved in water irrigation. Studies have established that the optimal concentration that ensures the biological need of plants is a nitrate content of 5 to 15 milligrams in 1 liter of irrigation water. It was also found that watering plants during the entire period of cultivation with water with a low nitrate content allows you to get the maximum possible crop yields with high biological value of the product.

Периодический ввод удобрений в почву известными способами сопряжен с загрязнением окружающей среды и продукции растениеводства, т.к. обычно применяемые жидкие нитратные удобрения имеют концентрацию, приблизительно в 25000-50000 раз большую, чем биологически оптимальная.Periodic introduction of fertilizers into the soil by known methods is associated with environmental pollution and crop production, because commonly used liquid nitrate fertilizers have a concentration of approximately 25,000 to 5,000 times greater than the biologically optimal one.

Отсутствие равномерности в распределении удобрения, вносимого традиционными методами, т.е. периодически, отрицательно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур.Lack of uniformity in the distribution of fertilizer introduced by traditional methods, i.e. periodically, negatively affects crop yields.

Экспериментальные исследования показали возможность эффективного электрохимического преобразования воды в модульной ячейке и позволили установить, что суммарные затраты на электрохимическое производство азотных удобрений в поливной воде могут быть в 9-11 раз меньше, чем по известным технологиям.Experimental studies have shown the possibility of effective electrochemical conversion of water in a modular cell and made it possible to establish that the total cost of the electrochemical production of nitrogen fertilizers in irrigation water can be 9-11 times less than with known technologies.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Изобретение позволяет обеспечить возможность интенсификации процессов электролиза в ячейке диафрагменного типа и за счет усовершенствования конструкции ячейки и порядка установки в ней основных элементов - электродов и диафрагмы приблизить характеристики диафрагменной ячейки к характеристикам, которыми обладают электролизеры с насыпными и псевдоожиженными электродами. Использование в ячейке диафрагмы из специальных материалов, а также применения диафрагмы и электродов с различным соотношением кажущихся и истинных физических площадей поверхностей электродов и диафрагмы позволяет, кроме того, расширить функциональные возможности ячейки при обработке электролитов различного типа.The invention makes it possible to intensify the processes of electrolysis in a diaphragm type cell and, by improving the design of the cell and the installation procedure for the main elements - electrodes and diaphragm, bring the characteristics of the diaphragm cell closer to the characteristics of electrolyzers with bulk and fluidized electrodes. The use of a diaphragm made of special materials in the cell, as well as the use of a diaphragm and electrodes with different ratios of apparent and true physical surface areas of the electrodes and the diaphragm, allows, in addition, to expand the functionality of the cell when processing various types of electrolytes.

Claims (9)

1. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов, содержащая внутренний полый трубчатый анод, внешний цилиндрический катод, расположенную между ними проницаемую трубчатую керамическую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, узлы для установки, крепления и герметизации электродов и диафрагмы, размещенные на концевых частях ячейки, и приспособления для подачи и отвода обрабатываемых растворов в электродные камеры, отличающаяся тем, что катод, анод и диафрагма установлены в узлах и соединены с приспособлениями для подачи и отвода обрабатываемого раствора с образованием рабочей части ячейки, по всей длине которой сохраняется постоянство гидродинамических характеристик электродных камер и характеристик электрического поля за счет того, что катод и анод выполнены из титановых трубок, при этом отношение площади поперечного сечения катодной камеры к сумме площадей поперечного сечения анодной камеры и диафрагмы составляет 0,9-1,0, а длина рабочей части ячейки составляет 15-25 внешних диаметров анода.1. A cylindrical electrochemical cell for processing solutions, containing an internal hollow tubular anode, an external cylindrical cathode, a permeable tubular ceramic diaphragm located between them, dividing the interelectrode space into the anode and cathode chambers, assemblies for mounting, fixing and sealing electrodes and diaphragms placed on the end parts of the cell, and devices for supplying and discharging the treated solutions to the electrode chambers, characterized in that the cathode, anode and diaphragm are installed in the node x and are connected with devices for supplying and discharging the treated solution with the formation of the working part of the cell, along the entire length of which the hydrodynamic characteristics of the electrode chambers and characteristics of the electric field are constant due to the fact that the cathode and anode are made of titanium tubes, while the ratio of the cross-sectional area cathode chamber to the sum of the cross-sectional areas of the anode chamber and the diaphragm is 0.9-1.0, and the length of the working part of the cell is 15-25 of the outer diameters of the anode. 2. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.1, отличающаяся тем, что анод выполнен из титановой трубки с развитой наружной поверхностью, на которую нанесено электрокаталитическое покрытие, и отношение истинной (физической) площади поверхности анода к истинной площади поверхности катода равно или больше единицы, и внешняя истинная поверхность трубчатой диафрагмы равна или меньше истинной поверхности катода, а внутренняя истинная поверхность диафрагмы равна или меньше истинной поверхности анода, но меньше истинной наружной поверхности диафрагмы, а произведение величины межэлектродного расстояния на частное от деления суммы истинных поверхностей анода и катода на суммарный объем электродных камер составляет 3,9-4,1.2. A cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 1, characterized in that the anode is made of a titanium tube with a developed outer surface on which an electrocatalytic coating is applied, and the ratio of the true (physical) surface area of the anode to the true surface area of the cathode is equal to or greater units, and the outer true surface of the tubular diaphragm is equal to or less than the true surface of the cathode, and the inner true surface of the diaphragm is equal to or less than the true surface of the anode, but less than external outer surface of the diaphragm, and the product of the interelectrode distance by the quotient of dividing the sum of the true surfaces of the anode and cathode by the total volume of the electrode chambers is 3.9-4.1. 3. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.1, отличающаяся тем, что керамическая диафрагма ячейки выполнена капиллярно-пористой, электроосмотически активной из зерен оксида алюминия, окруженных частицами диоксида циркония, частично стабилизированного оксидами редких или редкоземельных металлов и имеет следующий состав: оксид алюминия - 60-90 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава оксида алюминия находятся в альфа-форме, диоксид циркония - 10-40 вес.%, при этом не менее 98% фазового состава диоксида циркония - в тетрагональной модификации.3. The cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 1, characterized in that the ceramic diaphragm of the cell is made capillary-porous, electroosmotically active from alumina grains surrounded by zirconia particles partially stabilized by rare or rare-earth oxides and has the following composition: oxide aluminum - 60-90 wt.%, while at least 98% of the phase composition of alumina are in alpha form, zirconium dioxide is 10-40 wt.%, while at least 98% of the phase composition of zirconia is in t tragonalnoy modification. 4. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.3, отличающаяся тем, что стабилизированный диоксид циркония в тетрагональной фазе содержит один или несколько оксидов, выбранных из группы, включающей оксиды иттрия, скандия, иттербия, церия, гадолиния, в суммарном количестве 1,0-10,0 вес.%.4. A cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 3, characterized in that the stabilized zirconia in the tetragonal phase contains one or more oxides selected from the group comprising oxides of yttrium, scandium, ytterbium, cerium, gadolinium, in total 1, 0-10.0 wt.%. 5. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.1, отличающаяся тем, что узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, а приспособления для подачи и/или отвода обрабатываемого раствора в и из электродных камер выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталям узлов.5. The cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 1, characterized in that the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, and devices for supplying and / or withdrawing the processed solution to and from the electrode chambers are made in the form of channels and pipes, combined with the details of the nodes. 6. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.5, отличающаяся тем, что полость анода снабжена приспособлениями для подачи и отвода теплоносителя.6. A cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 5, characterized in that the anode cavity is equipped with devices for supplying and discharging the coolant. 7. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.1, отличающаяся тем, что узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, приспособления для подачи и/или отвода обрабатываемого раствора в и из катодной камеры выполнены в виде каналов и патрубков, совмещенных с деталями узлов, а приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из анодной камеры выполнены в виде патрубков, соединенных с внутренней полостью анода и установленных на его торцах, при этом в концевых частях анода выполнены отверстия.7. The cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 1, characterized in that the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, devices for supplying and / or withdrawing the processed solution to and from the cathode chamber are made in channels and nozzles combined with parts of the nodes, and devices for supplying and discharging the treated solution to and from the anode chamber are made in the form of nozzles connected to the internal cavity of the anode and installed and its ends, the end portions of the anode in the openings. 8. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.1, отличающаяся тем, что узлы крепления электродов и диафрагмы выполнены в виде одной или нескольких деталей из диэлектрического материала каждый, приспособления для подачи и отвода обрабатываемого раствора в и из катодной камеры выполнены в виде отверстий и патрубков, расположенных на концевых участках катода, а приспособления для подачи и вывода обрабатываемого раствора в и из анодной камеры выполнены в виде патрубков, соединенных с внутренней полостью анода, при этом в концевых частях анода выполнены отверстия.8. The cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 1, characterized in that the attachment points of the electrodes and the diaphragm are made in the form of one or more parts of dielectric material each, devices for supplying and discharging the processed solution to and from the cathode chamber are made in the form of holes and nozzles located at the end sections of the cathode, and devices for supplying and outputting the treated solution to and from the anode chamber are made in the form of nozzles connected to the inner cavity of the anode, in that the end portions of the anode openings. 9. Цилиндрическая электрохимическая ячейка для обработки растворов по п.8, отличающаяся тем, что в теле анода выполнены дополнительные отверстия, равномерно расположенные по его длине на всем протяжении длины рабочей части ячейки. 9. A cylindrical electrochemical cell for processing solutions according to claim 8, characterized in that additional holes are made in the anode body, uniformly spaced along its length along the entire length of the working part of the cell.
RU2007125876/15A 2007-07-10 2007-07-10 Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions RU2350692C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125876/15A RU2350692C1 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125876/15A RU2350692C1 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2350692C1 true RU2350692C1 (en) 2009-03-27

Family

ID=40542847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007125876/15A RU2350692C1 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2350692C1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102011138A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Method for designing annular tube type electrolytic cell
CN102011139A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Design method of single-tube electrolytic tank
CN102011136A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Design method of combined electrolytic tank
RU2454489C1 (en) * 2011-01-12 2012-06-27 Марат Гайярович Измайлов Electrochemical cell for treatment of electrolyte solutions
GB2479286B (en) * 2008-12-03 2013-09-18 Bakhir Vitold M Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions
US8568574B2 (en) 2010-09-09 2013-10-29 Valeri Iltsenko Method and electrolyser for disinfectant production
RU2532087C1 (en) * 2013-03-21 2014-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" Method to activate fuel battery
US9903026B2 (en) 2014-02-04 2018-02-27 Valeri Iltshenko Method for the production of disinfectants with a concentration of active chlorine in the range from 2000 and up to 6000 ppm from a flow through diaphragm electrolyzer
RU2731392C2 (en) * 2015-12-18 2020-09-02 Яра Интернейшнл Аса Methods of removing chloride from waste water of fertilizer production
RU200864U1 (en) * 2020-06-22 2020-11-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Biological wastewater treatment device
EE202100019A (en) * 2021-06-30 2023-02-15 Valeri Iltðenko Electrolyser for production of catholyte

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2479286B (en) * 2008-12-03 2013-09-18 Bakhir Vitold M Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions
US9340883B2 (en) 2010-09-09 2016-05-17 Valeri Iltsenko Method and electrolyser for disinfectant production
US8568574B2 (en) 2010-09-09 2013-10-29 Valeri Iltsenko Method and electrolyser for disinfectant production
CN102011138B (en) * 2010-11-20 2015-06-17 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Annular tube type electrolytic cell
CN102011139A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Design method of single-tube electrolytic tank
CN102011136A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Design method of combined electrolytic tank
CN102011138A (en) * 2010-11-20 2011-04-13 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Method for designing annular tube type electrolytic cell
CN102011136B (en) * 2010-11-20 2015-08-26 陕西华秦新能源科技有限责任公司 A kind of combined electrolysis bath
CN102011139B (en) * 2010-11-20 2015-06-17 陕西华秦新能源科技有限责任公司 Design method of single-tube electrolytic tank
WO2012096590A1 (en) * 2011-01-12 2012-07-19 Izmaylov Marat Gayyarovich Electrochemical cell for treating electrolyte solutions
RU2454489C1 (en) * 2011-01-12 2012-06-27 Марат Гайярович Измайлов Electrochemical cell for treatment of electrolyte solutions
RU2532087C1 (en) * 2013-03-21 2014-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" Method to activate fuel battery
US9903026B2 (en) 2014-02-04 2018-02-27 Valeri Iltshenko Method for the production of disinfectants with a concentration of active chlorine in the range from 2000 and up to 6000 ppm from a flow through diaphragm electrolyzer
RU2731392C2 (en) * 2015-12-18 2020-09-02 Яра Интернейшнл Аса Methods of removing chloride from waste water of fertilizer production
RU200864U1 (en) * 2020-06-22 2020-11-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Biological wastewater treatment device
EE202100019A (en) * 2021-06-30 2023-02-15 Valeri Iltðenko Electrolyser for production of catholyte
EE05855B1 (en) * 2021-06-30 2023-06-15 ILTšENKO VALERI Electrolyser for production of catholyte
US11807949B2 (en) 2021-06-30 2023-11-07 Valeri Iltsenko Electrolyser for production of catholyte

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2350692C1 (en) Electrochemical modular cell for processing of electrolytes solutions
WO2010064946A1 (en) Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions
JP3716042B2 (en) Acid water production method and electrolytic cell
US8518225B2 (en) Apparatus and method for producing hydrogen-dissolved drinking water
Pozzo et al. An experimental comparison of a graphite electrode and a gas diffusion electrode for the cathodic production of hydrogen peroxide
RU2064440C1 (en) Method of treating water
EP0728703A1 (en) Process for producing water having clarifying activity and apparatus therefor
GB2253860A (en) Electrolytic treatment of water
EP0838434A2 (en) Electrolytic treatment of aqueous salt solutions
DE102009005011A1 (en) Electrochemical disinfection of drinking- and industrial water or for production of disinfectant concentrates from water with high hard contents using electrolysis cells with anodes, comprises flowing anode space by water to be treated
JP2007105673A (en) Treating method and treating apparatus of waste water containing nitrate nitrogen and electrolytic cell for treating waste water
JP2005177672A (en) Electrolysis type ozonizer
Liu et al. Robust electrolysis system divided by bipolar electrode and non-conductive membrane for energy-efficient calcium hardness removal
RU2730328C1 (en) Methods of treating industrial waste water with electrolysis
RU2329197C1 (en) Method of obtaining electrochemical activated disinfecting solution and device for implementing method
CN101450824B (en) Water electrolysis and activation
JP2007061681A (en) Nitrate nitrogen-containing wastewater treatment method and apparatus, and electrolytic cell for wastewater treatment
Tien et al. Electrochemical water treatment technology in Viet Nam: achievement &future development
JPH1076270A (en) Method for simultaneous generation of strongly alkaline water and hypochlorous acid sterilizing water by electrolysis
RU2540616C2 (en) Method of decontamination of water systems with mineralised industrial waters in form of hypochlorite solutions
RU2157793C1 (en) Method of preparing disinfecting neutral anolite solution neutral anolite
KR20170099615A (en) Electrochemical Process for high concentration of nitrate containing wastewater treatment, and Apparatus therefor
Kuzmin et al. Concerning the prospect of using electrochemical activation in the production of alcoholic products
RU2100286C1 (en) Method of disinfecting water
JP2000093964A (en) Alkali water making method and electrolytic apparatus