Структурные превращения в объеме раствора и их влияние на процессы, протекающие на межфазной границе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.05, доктор технических наук Соловьева, Нина Дмитриевна
- Специальность ВАК РФ02.00.05
- Количество страниц 356
Оглавление диссертации доктор технических наук Соловьева, Нина Дмитриевна
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Современный подход к проблеме растворов электролитов.
1.1.1. Структура воды.
1.1.2. Структура водных растворов электролитов.
1.1.3. Физико-химические свойства растворов электролитов и способы их определения.
1.2. Механизм и кинетические закономерности электрокристаллизации металлов и сплавов.
1.2.1. Зародышеобразование, рост кристаллов, влияние кристаллографической ориентации на параметры двойного электрического слоя.
1.2.2. Кинетические и термодинамические аспекты электроосаждения сплавов.
1.2.2.1. Электроосаждение сплава железо-никель.
1.2.2.2. Выделение водорода на железе и его сплавах железо-никель.
1.3. Электрохимический способ очистки промывных и сточных вод гальванических производств.
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.
2.1. Объекты исследования.
2.2. Приготовление растворов.
2.3. Исследование физико-химических свойств растворов.
2.4. Подготовка поверхности электродов.
2.5. Электроосаждение покрытий.
2.6. Анодное растворение электролитических покрытий.
2.7. Методика извлечения ионов тяжелых металлов из промывных вод гальванических производств электрохимическим способом.
2.8. Анализ твердых отходов электрохимической очистки модельных электролитов.
2.9. Приборы, используемые в работе.
2.10. Методы исследования.
2.10.1. Электрохимические методы.
2.10.2. Измерение рН приэлектродного слоя.
2.10.3. Микроструктурные исследования.
2.10.3.1. Вторично-ионнаямасс-спектрометрия.
2.10.3.2. Рентгенофазовый анализ.
2.10.4. Исследование физико-химических свойств покрытий.
2.10.4.1. Определение микротвердости.
2.10.4.2. Измерение шероховатости.
2.10.4.3. Методика коррозионных испытаний.
2.11. Методика исследования электрохимического восстановления хромовой кислоты на графитовом электроде.
2.12. Статистическая обработка экспериментальных данных.
Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И НА МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЕ ЭЛЕКТРОД-ЭЛЕКТРОЛИТ.
3.1. Влияние природы катиона и аниона на вязкость, плотность, электропроводность разбавленных водных растворов.
3.2. Термодинамические свойства разбавленных однокомпонентных водных растворов электролитов.
3.3. Физико-химические и термодинамические свойства разбавленных многокомпонентных водных растворов.
3.4. Импедансметрия Ni-содержащих растворов, моделирующих электролиты химического никелирования на Pt электроде.
3 .5. Кинетические закономерности и механизм катодных процессов в разбавленных растворах электролитов.
3.6. Влияние материала на скорость катодных процессов в разбавленных хромсодержащих растворах.
3.7. Физико-химические закономерности электрохимической очистки промывных вод гальванических производств.
Глава 4. СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ
СУЛЬФАТНЫХ И ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ Ni2+, Fe2+ И НА КИНЕТИКУ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА Fe-Ni И ЕГО АНОДНОЕ
РАСТВОРЕНИЕ.
4.1. Влияние температуры и концентрации на процессы структурирования в водных растворах сульфата никеля и хлоридов никеля и железа (II).
4.1.1. Физико-химические свойства водных растворов сульфата никеля и хлоридов никеля и железа (II).
4.1.2. Термодинамические характеристики активации вязкого течения водных растворов сульфата никеля и хлоридов никеля и железа (II).
4.1.3. Физико-химические и термодинамические свойства электролитов состава NiCb + FeCl2 + Н2О.
4.1.4. Математическое моделирование вязкого течения однои двухкомпонентных растворов (N1SO4, NiCb, FeCb, NiCb + FeCl2).178 4.2. Кинетические закономерности электролитического осаждения сплава железо-никель во взаимосвязи со структурными превращениями в растворе.
4.2.1. Влияние структурных превращений в электролитах на скорость совместного осаждения Ni2+ и Fe2+ из хлористых электролитов.
4.2.2. Микроструктура осадков сплава железо-никель.
4.2.3. Физико-механические и физико-химические свойства железо-никель.
4.3. Кинетические закономерности анодного растворения гальванического сплава железо-никель в нестационарных условиях.
Глава 5. СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ХРОМОВОКИСЛЫХ ЭЛЕКТРОЛИТАХ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КИНЕТИКУ ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЯ ХРОМОВОЙ КИСЛОТЫ НА ГРАФИТОВОМ ЭЛЕКТРОДЕ.
5.1. Физико-химические и термодинамические свойства концентрированных растворов на основе хромовой кислоты.
5.2. Кинетические закономерности и механизм электровосстановления хромовой кислоты на графитовом электроде.
5 .3. Кинетические закономерности влияния перхлорат-иона на электрохимическое поведение цинка в растворах хромовой кислоты.
5.4. Взаимосвязь структурных превращений в исследуемых растворах с разрядными характеристиками УЦ-элементов.
ВЫВОДЫ.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Электрохимия», 02.00.05 шифр ВАК
Электрохимическое осаждение композиционных покрытий на основе никеля и меди: кинетические закономерности и свойства осадков2009 год, доктор технических наук Целуйкин, Виталий Николаевич
Катодное осаждение-анодное растворение сплава железо-никель и структурные превращения в электролитах сплавообразования2002 год, кандидат химических наук Целуйкин, Виталий Николаевич
Роль гетероядерных и гетеролигандных комплексов в процессах легирования гальванических покрытий1999 год, доктор химических наук Березин, Николай Борисович
Электрохимическое осаждение и свойства композиционных покрытий, модифицированных фуллереном C602009 год, кандидат химических наук Неверная, Ольга Геннадьевна
Электрохимические реакции в осаждении Ni,P-сплавов из глицинсодержащих электролитов2007 год, кандидат химических наук Долгих, Ольга Валериевна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурные превращения в объеме раствора и их влияние на процессы, протекающие на межфазной границе»
Актуальность темы. Строгое описание кинетики и механизма электродных процессов невозможно без детальной информации о равновесной и неравновесной структуре растворителя на микроскопическом уровне, о специфической адсорбции ионов, о состоянии реагентов и продуктов вблизи заряженной поверхности металла [1]. При микроскопическом описании необходимо учитывать, что структура растворителя в реакционном слое (области межфазного пространства, охватывающей реагент, растворитель и заряженную поверхность электрода [1]) может значительно отличаться от его структуры в объеме, вследствие влияния как электрода, так и реагента. В свою очередь, изменение структуры растворителя в объеме раствора под действием химической природы растворяемого вещества, его концентрации, температуры раствора отразится на строении реакционного слоя, на кинетике и механизме процессов диффузионного и миграционного переносов, и, соответственно, на природе лимитирующей стадии процесса. Мерой изменений, происходящих в граничащих поверхностных слоях двух фаз при приведении их в контакт, согласно Трасатти [2], может служить «фактор межфазного взаимодействия» - АХ. Величина АХ пропорциональна силе взаимодействия металла с водой, последняя в свою очередь будет зависеть от структуры растворителя, от силы межмолекулярных взаимодействий в нем. Характер взаимодействия ионов в растворе во многом предопределяет поляризацию при их совместном электровосстановлении с образованием зародышей-кристаллов. И, как при этом считают авторы [4], первичным элементом массовой электрокристаллизации следует принимать не отдельный зародыш, а зародыш в совокупности с образующейся вокруг него околозародышевой областью, которая способствует проявлению признаков структурного упорядочения в распределении зародышей, подобных ближайшему структурному упорядочению в жидкостях. Следовательно, для более глубокого понимания механизма электрохимических процессов необходима информация о процессах, происходящих в объеме раствора.
Учение Д.И.Менделеева о растворах, как равновесных химических системах, образованных растворителем, растворенным веществом и продуктами их взаимодействия, и на современном этапе остается фундаментом, на котором строятся основные положения теории растворов. Несмотря на определенные успехи в развитии теоретических представлений, современная теория растворов не способна с единых позиций объяснить наблюдаемые в растворах явления и предсказать новые.
Изменения в структуре растворителя (воды), вызванные ионами, неразрывно связаны с ионной сольватацией (гидратацией). Электрическое поле ионов изменяет ориентацию дипольных молекул воды, искажая первоначальную структуру, а также вызывает сжимание молекул воды (эффект электрострикции). В очень разбавленных растворах (при концентрациях менее 0,002 М) наблюдаются эффекты, приводящие к аномальному изменению свойств (в частности, к повышению вязкости). В концентрированных одно- и многокомпонентных растворах происходят процессы, связанные с взаимодействиями между растворителем и растворенными компонентами, между гидратированными ионами, сопровождающиеся образованием ассоциатов и комплексных соединений. Происходящие процессы формируют структуру раствора. В растворах, концентрация которых близка к насыщению, происходит образование новой полиионной структуры.
Своеобразие свойств разбавленных и концентрированных растворов затрудняет создание единой теории растворов. Если для разбавленных растворов электролитов разработаны теоретические модели, с той или иной точностью позволяющие описать их свойства, то для концентрированных применение их возможно лишь при введении дополнительных эмпирических членов, что значительно ограничивает возможность использования этих моделей. До настоящего времени продолжается процесс накопления экспериментальных результатов, который несет дополнительную новую информацию о структурных изменениях в растворах. Обобщение экспериментальных результатов по разбавленным водным растворам, в частности, растворам, моделирующим промывные воды гальванических производств, является основой разработки теории электрохимической очистки. Выявление взаимосвязи кинетики электрохимических реакций со структурными превращениями в концентрированных одно- и многокомпонентных растворах позволяет определить оптимальные режимы электроосаждения металлов и сплавов. Дальнейшее развитие теории катодного осаждения металлов и сплавов из разбавленных и концентрированных растворов и их анодного растворения, установление взаимосвязи скорости электрохимических реакций со структурными превращениями в растворах электролитов является актуальной научной и прикладной проблемой.
Цель данной диссертационной работы - установление закономерностей структурных превращений в объеме электролита и на межфазной границе электрод-электролит в разбавленных и концентрированных водных растворах и обобщение данных по влиянию их на кинетику электрохимических реакций
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- на основе изучения физико-химических и термодинамических свойств разбавленных одно- и многокомпонентных водных растворов, моделирующих промывные воды гальванических производств, установить закономерности изменения структуры растворителя (воды) при введении ионов и изменении температуры и сформулировать основные положения теории процессов электрохимического извлечения ионов тяжелых металлов (Ni2+, Zn2+, Fe2+, Cr6*) из промывных вод гальванического производства. Разработать предложения по реализации локальной очистки промывной воды с замкнутым водооборотом;
- на основе сопоставления характера физико-химических (вязкости, плотности, электропроводности) и термодинамических свойств концентрированных одно- и многокомпонентных растворов электролитов в широком диапазоне концентраций и температур и кинетики электроосаждения металлов и сплавов, установить закономерности их влияния на структуру и свойства формируемых покрытий;
- расширить представления об изменениях в полиионной структуре концентрированных растворов электролитов при изменении концентрации компонентов, их природы, температуры раствора и их взаимосвязи с кинетикой электрохимических превращений на межфазной границе электрод-электролит с полиионной структурой, в частности, при электровосстановлении Cr(VI) на графитовом электроде, как токоведущей основе положительного электрода резервного УЦ-источника тока.
Представленная диссертационная работа является обобщением теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на кафедре «Технология электрохимических производств» Саратовского государственного технического университета в соответствии с Координационным планом РАН по проблеме «Электрохимия» (пункт 2.6.10.1), планом важнейших НИР СГТУ по основному научному направлению «Разработка теории и методов электрохимического синтеза новых композиционных материалов различного назначения» (N государственной регистрации 01.99.0001649), «Создание научных основ перспективных технологий и новых химических материалов в промышленности» (N государственной регистрации 01200002999), а также в рамках научно-технических программ Министерства образования РФ (N государственной регистрации 01960004002), проекта фундаментальных исследований РФ (N государственной регистрации 01980007967).
Научная новизна и значимость работы. Разработана методология поиска электролитных систем для различных электрохимических процессов, основанная на выяснении влияния их физико-химических и термодинамических свойств на стабильность и эффективность работы электродных материалов. Впервые получены и обобщены систематические данные по физико-химическим свойствам (плотность, вязкость, электропроводность) одно- и многокомпонентных разбавленных и концентрированных водных растворов электролитов, содержащих соли никеля, железа, цинка, хромовой кислоты. Установлено, что в бесконечно разбавленных растворах имеют место аномалии свойств, вызванные спецификой структуры воды и водных растворов, в частности, способностью воды в разбавленных растворах коллапсировать вокруг ионов. На основе систематического исследования физико-химических и термодинамических свойств концентрированных растворов показана возможность образования полиионной структуры в растворах, концентрация которых близка к насыщению. Установлено влияние структурных изменений в разбавленных и концентрированных растворах электролитов на кинетику электроосаждения никеля, железа, цинка, сплава железо-никель, электровосстановления Cr(VI). Сформулированы основные закономерности влияния структурных изменений в объеме раствора на поведение компонентов раствора в пограничном межфазном слое и, следовательно, на кинетику катодного восстановления и анодного растворения металлов и сплавов.
Предложен новый научный подход к электролитным системам, позволяющий вести целенаправленный выбор процессов электрохимической обработки водных растворов в зависимости от диапазона концентраций, температур, составов электролитов: от промывных вод до электролитов для химических источников тока и функциональной гальванотехники.
Практическая ценность. Полученные систематические данные по физико-химическим свойствам (плотность, вязкость, электропроводность) железо-, никель-, цинк-, хром (УГ)-содержащих электролитов, многокомпонентных электролитов на основе указанных ионов в широком диапазоне концентраций, составов и температур могут служить ценным справочным материалом. Установленные полиномиальные зависимости, описывающие физико-химические свойства, могут быть использованы при расчетах соответствующих свойств растворов. Разработаны критерии выбора технологических режимов по электрохимической очистке никель-, цинк-, железо-, хром (У1)-содержащих сред, обеспечивающие удаление загрязняющих компонентов до ПДК или до концентраций, не снижающих качество промывки в условиях замкнутого водооборота.
Разработаны электролиты для нанесения покрытия сплавом железо-никель, содержащего 60% никеля и 40% железа, позволяющего значительно повысить износостойкость и коррозионную стойкость стали и чугуна. Разработан состав хромовокислого электролита для резервного типа УЦ-источника тока, обладающий хорошей сохранностью и обеспечивающий диапазон работы элемента от -40 до +50°С.
Основные положения диссертационной работы включены в лекционные курсы «Основы электрохимии», «Основы электрохимической технологии», «Экологические проблемы гальванических производств», а также в учебное пособие «Экологические проблемы гальванических производств».
Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на 10 Международных, 6 Всесоюзных, 13 Всероссийских и ряде зональных и отраслевых конференций, в том числе на VIII
Всесоюзной научно-технической конференции по электрохимической технологии (Казань, 1977 г.); VI Всесоюзной конференции по электрохимии (Москва, 1982 г.); Всесоюзной конференции «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (Киров, 1983 г.); III Всесоюзном совещании «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 1984 г.); республиканской конференции «Теория и практика защиты металлов» (Куйбышев, 1988 г.); I Всесоюзной конференции «Электрохимическая анодная обработка металлов» (Иваново, 1988 г.); Всесоюзной конференции «Совершенствование прогрессивных электрохимических покрытий и передовой опыт внедрения» (Севастополь, 1989 г.); научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии в гальванике» (Севастополь, 1991 г.); Всероссийской конференции «Перспективные методы очистки сточных вод и концентрированных растворов гальванических производств» (Иркутск, 1991 г.); Всероссийской конференции «Современные электрохимические технологии» (г.Екатеринбург, 1993 г.); Международной конференции «Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1993 г.); II Международной научно-технической конференции «Химия и экология в техносфере» (Москва, 1994 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Конверсия вузов - защита окружающей среды» (Екатеринбург, 1994 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике» (г.Пенза, 1994 г., 1996 г., 1998 г., 1999 г.); I Европейском конгрессе по химической энергетике (Флоренция, 1997 г.); Международной научно-технической конференции «100 лет Российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа» (Москва, 1996 г.); III Международном конгрессе «Защита-98» (Москва, 1998 г.); XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1998 г.); VII Международном Фрумкинском симпозиуме «Фундаментальная электрохимия и электрохимическая технология» (Москва, 2000 г.); Международной конференции «Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности» (Москва, 2001 г.); Международной конференции «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов» (Алушта,
2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Гальванотехника, экология и обработка поверхности» (Москва, 2002 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении» (Пенза, 2002 г.); II Всероссийской конференции «Современные электрохимические технологии» (Энгельс,
2002 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 работ, включая 16 статей в центральной печати, 29 статей в реферируемых сборниках, 2 авторских свидетельства. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Личный вклад соискателя. В диссертации обобщены результаты исследований, в которых автор принимал непосредственное участие. Все основополагающие теоретические результаты, представленные в диссертации, и основная часть экспериментальных результатов получены автором лично. Результаты, полученные в соавторстве с другими исследователями, включены в диссертацию в той части, где автору принадлежит ведущая роль. Автор признателен своему учителю и научному консультанту С.С.Поповой, под руководством и при непосредственном участии которой была выполнена значительная часть исследований. В работе использованы результаты кандидатских диссертаций Ивановой С.Б., Целуйкина В.Н., выполненных под руководством и при научном консультировании автора, а также результаты, полученные и опубликованные совместно с аспирантами Пчелинцевой Ю.В., Захарья Е.С., магистрантом Кисельковой Е.А.
Похожие диссертационные работы по специальности «Электрохимия», 02.00.05 шифр ВАК
Кинетические закономерности электроосаждения цинка из хлораммонийного электролита2004 год, кандидат химических наук Пчелинцева, Юлия Владимировна
Электроосаждение и структура висмута и его сплавов, полученных из трилонатных растворов1984 год, кандидат химических наук Ермакова, Надежда Александровна
Электродные процессы в разбавленных хромсодержащих растворах и пути повышения эффективности электрохимической очистки2005 год, кандидат технических наук Шишова, Марина Александровна
Электроосаждение сплавов Cu-Ni, Cu-Co из трилонатных растворов, их структура и свойства2000 год, кандидат химических наук Девяткова, Оксана Владимировна
Закономерности электроосаждения никеля, серебра и сплавов на их основе: технологические, ресурсосберегающие и экологические решения2004 год, доктор технических наук Балакай, Владимир Ильич
Заключение диссертации по теме «Электрохимия», Соловьева, Нина Дмитриевна
260 ВЫВОДЫ
1. Комплексное и систематическое исследование физико-химических и термодинамических свойств разбавленных одно- и многокомпонентных водных растворов, содержащих ионы Na+, Zn2+, Ni2+, Fe2+, NH/, SO42", СГ, СГ2О72" в широком концентрационном и температурном интервале показало их значительное влияние на структуру воды, что объяснено различным электронным строением d-уровня у катионов и способностью к гидратации у анионов. Выявлена ограниченность использования уравнения Джонса-Доля при переходе к растворам с концентрацией менее 0,002 моль/л вследствие, с нашей точки зрения, образования кластеров в структуре воды. Установлено, что присутствие в растворе второго компонента с разупорядочивающим
I ^ действием на структуру растворителя (Na , СГ, S2O3"), обеспечивает облегченный массоперенос. Показано определяющее действие температуры на физико-химические свойства разбавленных растворов. Получено полиномиальные уравнения, описывающие вязкость изучаемых растворов в рассматриваемом концентрационном диапазоне.
2. Установлено, что скорость катодных реакций (выделение водорода, электровосстановление катионов металлов) в разбавленных растворах электролитов, определяется материалом электрода, концентрацией восстанавливающихся ионов, рН раствора, наличием добавок. Показано, что разряд ионов водорода сопровождается диффузионными затруднениями в твердой фазе. Электровосстановление катионов металлов протекает через ряд последовательных стадий: адсорбция реагентов на поверхности электрода, разряд ионов, диффузия частиц в твердой фазе, формирование новой фазы. Формирующаяся новая фаза, состоящая из восстановленного металла и его гидроксидов, во многом будет определять скорость электрохимических процессов при длительной эксплуатации электродов. Показано, что изменение структуры растворителя под действием ионов и температуры, приводящее к деформации и разрушению водородных связей, будет способствовать облегчению выделения водорода. Насыщением водородом материала электрода приведет к изменению его физико-механических свойств при длительной эксплуатации.
3. Показано, что величина стационарного потенциала металлического и графитового электродов в разбавленных хромовокислых растворах определяется конкурирующей адсорбцией анионов хромовой кислоты и молекул воды, причем в наиболее разбавленных растворах основную роль играет адсорбция воды. Установлено, что электровосстановление адсорбированных ионов Cr (VI) протекает с диффузионными затруднениями в твердой фазе, зависящими от материала электрода, концентрации электролита, потенциала поляризации. Предложенная схема катодных реакций в разбавленных хромовокислых растворах согласуется с механизмом Ваграмяна, Шлугера. Показана принципиальная возможность использования ТРГ и графитовой фольги «Графлекс» как, соответственно, сорбционного и электродного материалов.
4. Впервые получены результаты, позволяющие говорить о структурных превращениях в концентрированных сульфатных и хлоридных однокомпонентных и бинарных растворах, содержащих катионы Ni2+ Fe2+. Показана возможность формирования полиионной структуры в области концентраций, близких к насыщению. В рамках теории Эйринга рассчитаны термодинамические характеристики вязкого течения (AG*, АН*, AS*), подтверждающие наличие структурных превращений в изучаемых растворах. Сконструирована полиномиальная модель вязкого течения изучаемых растворов. Полученные данные по плотности и вязкости железа- и никельсодержащих хлоридных и никельсодержащих сульфатных растворов в широком диапазоне изменения концентрации компонентов и температуры, представляют интерес как справочный материал.
5. Установлены новые данные по кинетики совместного осаждения железа и никеля из хлористых растворов, показывающие преимущественное первоначальное осаждение никеля. Получен сплав железо-никель, содержащий 60% Ni и 40% Fe, который может быть использован в качестве твердого износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия.
6. Установлено, что в нестационарных условиях гальванический сплав железо-никель растворяется селективно, с преимущественной ионизацией железа по механизму нестационарной объемной диффузии в твердой фазе. В рамках модели нестационарной объемной диффузии рассчитаны кинетические параметры процесса селективного растворения изучаемого сплава (коэффициенты диффузии железа в твердой фазе, эффективная толщина обогащенного никеля поверхностного слоя).
7. Согласно результатам комплексного исследования, электровосстановление Cr (VI) на графитовом электроде протекает с диффузионно-кинетическим контролем через стадию адсорбции реагирующих
П 9 частиц (ГаДс = (0,6 - 2,4)-10" г-экв/см) и образование различных оксисоединений Сг(Ш) в твердой фазе. Установлена зависимость кинетических параметров процесса (iKHH, Гадс, D, т) от концентрации раствора Cr(VI), связанная со структурными преобразованиями в электролите: образованием полиионной структуры. В результате меняется механизм переноса ионов водорода, анионов хромовой кислоты, происходит перестройка двойного электрического слоя, сопровождающаяся уменьшением емкости. Установлено, что добавка хлорной кислоты усиливает процессы, связанные с преобразованием Hs02+ в НзО+, снижает стабильность электролитной системы СгОз + НСЮ4 + Н2О и, как следствие, способствует увеличению скорости катодной реакции. Обосновано влияние структурных превращений в растворах на основе хромовой кислоты на работоспособность УЦ-элемента.
8. Установлено влияние состава хромовокислого электролита на скорость коррозии цинка. По степени снижения скорости коррозии вводимые в электролит добавки можно расположить в ряд: НС1, H2SO4, соль сульфата (ZnS04, Сг2(804)з), HCIO4. Анодное растворение цинкового электрода лимитируется стадией отдачи второго электрона и протекает с диффузионно-кинетическим контролем в условиях конкурирующей адсорбции хромат-ионов, молекул воды и анионов CIO4".
9. Проведенные исследования позволили разработать состав хромовокислого электролита для резервного УЦ-источника тока, обладающий хорошей сохранностью (10 лет) и обеспечивающий высокие разрядные характеристики в широком диапазоне температур (от -40°С до +50°С).
Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Соловьева, Нина Дмитриевна, 2003 год
1. Назмутдинов P.P. Квантовохимический подход к описанию процессов переноса заряда на межфазной границе металл/раствор: вчера, сегодня, завтра // Электрохимия. 2002. - Т.38, №2. - С.131-143.
2. Трасатти С. Зависимость параметров двойного электрического слоя от кристаллографической ориентации поверхности // Электрохимия. -1995. -Т. 31, №8,- С/777-786.
3. Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. -М.: Янус-К, 1997.-384 с.
4. Влияние "зон исключения зарождения" на пространственное упорядочение трехмерных зародышей при электрокристаллизации / Коварский Н.Я., Авраменко В.А., Войт А.В. и др. // Электрохимия-1990. Т. 26, № 5. - С. 521 - 526.
5. Мищенко К.П. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов / К.П.Мищенко, Г.М.Полторацкий.- Л.: Химия, 1976,- 328 с.
6. Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Химия, 1984.-272 с.
7. Измайлов Н.А. Электрохимия растворов,- М.: Химия, 1966.-576 с.
8. Робинсон Р. Растворы электролитов / Р.Робинсон, Стоке Р. -М.: Изд. иностранной литературы, 1963.-646 с.
9. Харнед Г. Физическая химия растворов электролитов / Г.Харнед, Б.Оуэн.-М.: Иностранная литература, 1962,- 628 с.
10. Микулин Г.И. Пути построения количественной теории концентрированных водных растворов сильных электролитов // Вопросы физической химии растворов электролитов. -Л.: Химия, 1968,- С. 5-43.
11. Микулин Г.И. Теоретическая интерпретация некоторых эмпирических закономерностей изменения свойств концентрированных водных растворовэлектролитов //Вопросы физической химии растворов электролитов Л.: Химия, 1968,- С. 126-139.
12. Кузнецова Е.М. Описание коэффициентов активности сильных электролитов любого валентного типа в растворах их бинарных смесей Е.М.Кузнецова. Г.М.Дакар // Журнал физической химии,- 1986.-Т.60, №12.-С.2987-2992.
13. Кузнецова Е.М. Описание активности воды в растворах бинарных смесей сильных электролитов любого валентного типа / Е.М.Кузнецова,k
14. Г.М.Дакар // Журнал физической химии.-1986,- Т.60, №12,- С. 2992-2997.
15. Кузнецова Е.М. Метод описания свойств индивидуальных и смешанных растворов сильных электролитов в широком интервале изменения концентраций и природы растворителя: Автореф. дис. докт. хим. наук 02.00.04,- М., 1992.-30 с.
16. Соловкин АС. Ассоциация сильных электролитов в водных растворах: Итоги науки и техники. Сер. Растворы и расплавы,- М.,1975,- Т.1.- 72 с.
17. Клугман И.Ю. Эквивалентная электропроводность водных растворов электролитов типа 1:1. Предпосылки к новой теории // Электрохимия. -1999,- Т.35, №1.- С.85-92.
18. Клугман И.Ю. Эквивалентная электропроводность водных растворов электролитов типа 1:1. Новая теория.// Электрохимия.—1999,- Т.35, №1.-С.93-102.
19. Кесслер Ю.М. Сольвофобные эффекты. Теория, эксперимент, практика / Ю.М. Кесслер, А.Л.Зайцев.- Л.: Химия, 1989,- 312 с.
20. Эрдей-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. М.: Мир, 1976595 с.
21. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов,- М.: изд. АН СССР, 1957,- 182 с.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.