ЭЛЕКТРОЛИЗ ЦИНКА ИЗ СУЛЬФАТНЫХ КИСЛЫХ И НЕЙТРАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ В ПРИСУТСТВИИ ЛИГНОСУЛЬФОНАТА Колесников А.В.,Семенов К.В.

Челябинский государственный университет


Номер: 4-1
Год: 2016
Страницы: 57-60
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

ток обмена, числа переноса, лигносульфонат, exchange current, the number of transfer, lignosulfonate

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Проведено исследование разряда цинка в присутствии добавок лигносульфаната. По данным гальваностатических замеров рассчитаны токи обмена и числа переноса. Показана, что величина тока обмена заметно возрастает с ростом температуры. Проведены корреляции между расчетными и экспериментальными плотностями тока разряда. Отмечено, что добавка лигносульфоната приводит к уменьшению чисел переноса катодной реакции. При этом снижается энергетический барьер для протекания катодного процесса.

Текст научной статьи

При электролитическом выделении цинка из кислых растворов всегда имеют место два конкурирующих процесса: процесс выделения металла и процесс восстановления ионов водорода [1]. Исследованиям электроосаждения цинка из сульфатных растворов посвящено многочисленное число работ [1-5]. В публикации [1] изучали влияние поверхностно активных высокомолекулярных флокулянтов, имеющих различную величину и плотность заряда, на процесс электровосстановления цинка, используя результаты хронопотенциометрических данных и поляризационных кривых. В работе [2] изучено влияние на электрохимические процессы добавки поверхностного активного вещества лигносульфоната. В литературе практически отсутствуют данные электрохимических исследований влияния температуры на токи обмена. Нет результатов анализа причин изменения чисел переноса с введением в раствор поверхностно-активных веществ. Отсутствует сравнение между экспериментальными токами разряда ионов металла и расчетными величинами основных кинетических параметров электролиза. Целью настоящей работы было исследование процесса разряда (электролиза) цинка в кислых и нейтральных сульфатных растворах в присутствии лигносульфоната. Объектом исследования являлся порошкообразный лигносульфонат «марки А» (ЛСТ), который производит Камский целлюлозно-бумажный комбинат по ТУ 13-0281036-15-90 из сульфитного щелока. Лигносульфонат относится к отходам целлюлозно-бумажного производства и является водорастворимым производным природного полимера лигнина. Химическая структура лигносульфоната представляет ароматические ядра, соединённые пропановыми остатками в длинные неполярные цепочки, в которые включены полярные сульфогруппы, карбонильные соединения и гидроксильные группы. Лигносульфонат относится к анионо-активным ПАВ и его реакционно-способными группами в первую очередь являются сульфогруппы (рис. 1, табл. 1) [2]. Рис. 1. Сульфогруппы макромолекул ЛС-Na (натривая соль лигносульфоновой кислоты) Таблица 1 Химический состав лигносульфоната (ЛСТ) С Н О S ОСН3 ОН фенольный 52.12 4.62 37.83 5.43 10.05 4.66 Электрохимические исследования проводили на сульфатном электролите, содержащем 0,25 моль/л ZnSO4, а также на растворе 0,75 моль/л ZnSO4 и 0,60 моль/л Н2SO4 с добавками лигносульфоната в количестве от 20 до 80 мг/л. В электрохимическую ячейку лигносульфонат дозировали в виде водного раствора с концентрацией 20 г/л. Потенциостатические и гальваностатические исследования и снятие поляризационных кривых в динамическом режиме проводили на потенциостате-гальваностате IRC-Pro с использованием трех-электродной ячейки. Рабочий электрод (катод) выполнен из цинка марки Ц0А площадью 0,35 см2, вспомогательный (анод) - из платиновой пластинки площадью 0.20 см2, электрод сравнения - хлорсеребряный. Электроды перед работой шлифовали, обезжиривали этиловым спиртом, промывали водой. Вспомогательный электрод протравливали в растворе азотной кислоты (1:2 = кислота:вода) в течение 5 секунд и интенсивно промывали дистиллированной водой. Измерения проводили без перемешивания электролита при температурах от 17 до 26оС. В рис.2 приведены данные увеличения токов обмена с возрастанием температуры. Токи обмена рассчитывали из данных гальваностатических измерений при токах, близких к равновесным величинам, -мА: 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4. В расчетах использовали усредненные за 60 сек потенциалы (Еср). Кинетические параметры электродного процесса получали из данных коэффициентов уравнения Тафеля, полученых из графика зависимости перенапряжения (Еср-Ео) от lni (А/cм2). Ео - потенциал при токе равном нулю. Рис.2. Зависимость тока обмена (io∙10-4 А/cм2) от температуры электролиза цинка из кислых растворов Расчет выше приведенных данных показывает высокую величину энергии активации 976 кДж/моль, что характерно для процессов с кинетическим режимом протекания. Для катодных процессов скорость реакции можно выразить следующим уравнением: , (1) где αk - число переноса, z - величина заряда иона, η - перенапряжение. Подставляя в уравнения (1) расчетные токи обмена и числа переноса и, принимая остальные члены постоянные, равные единице, проанализировали линейную корреляцию между расчетной величиной и фактической плотностью тока при η = -100 мВ (рис.3). Дополнительно провели расчет корреляции между током обмена и экспериментальной плотностью тока. В связи с тем, что корреляция оказалась выше в первом случае, R2= 0,6486, против 0,4168, был сделан вывод, что число переноса оказывает весомое влияние на скорость процесса. Рис.3. Зависимость экспериментальной величины плотности тока (Iэкспер. ∙10-1, А/см2) от расчетной по уравнению (1) (Iрасч.∙10-4, А/см2) Как отмечается в работе [6, 250], в ряду однотипных химических реакций (катодная и анодная) изменение энергии активации Гиббса составляет некоторую долю α от изменения энергии Гиббса реакции: δ= α δ, где множитель α может изменяться в пределах от 0 до 1. Нами проведены расчеты чисел переноса катодного процесса для кислых и нейтральных растворов (табл.2). При этом было показано, что в большинстве случаев при добавке в раствор лигносульфоната, числа переноса снижались, следовательно, уменьшался энергетический барьер для протекания в процесса разряда. Снижение активационного барьера подтверждалось увеличением скорости катодного процесса при добавках лигносульфоната в количестве 20 мг/л. С повышением количества добавки скорость разряда цинка снижалась из-за возрастания адсорбции ПАВ на поверхности электрода. Таблица 2 Изменение чисел переноса катодного процесса при добавке в растворы лигносульфоната Тип растворов Без добавки Добавка лигносульфоната, мг/л 20 40 80 120 Кислые растворы (0,75 М Zn) 0,46 0,23 0,21 0,19 0,15 Нейтральные (с Na2SO4) (0,0125 М Zn) 0,51 0,37 Нейтральные (0,25 М Zn) 0,73 0,60

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.