Экспериментальная часть.

Электрохимическая очистка сточных вод от соединений Cr(VI) в непроточном диафрагменном электролизере с растворимым стружечным железным анодом.

Взять раствор K₂Cr₂ O₇ с концентрацией 0.5 г/л , отобрать 10 мл раствора и разбавить его до 100 мл дистиллированной водой, получили концентрацию Cr(VI) — 50 мг/л. Замеряем оптическую плотность приготовленного раствора.

Перед измерением устанавливаем стрелку прибора на нуль (верхняя шкала). Записываем начальную оптическую плотность раствора. Перед тем, как залить исследуемый раствор в электролизер, железную стружку в анодном пространстве протравливаем в растворе, содержащем соляную и серную кислоты (70 мл НСl + 150 _мл H₂SO₄). Для этого травильный раствор заливаем в электролизер и протравливаем стружку в течение 3 минут. После этого раствор сливаем и промываем электролизер дистиллированной водой два раза. Заливаем исследуемый раствор, К железному катоду подключаем ( — ) , а к титановому аноду ( + ) клеммы источника постоянного тока. Устанавливаем ток в пределах 50 мА. Проводим электролиз в течении 20 минут. Раствор сливаем через фильтр и замеряем его оптическую плотность. Затем повторяем опыт при токе 70 и 90 мА

Опыт проводится в диафрагменном электролизере, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 1 Схема лабораторной установки

1— корпус; 2 — катод ( сталь легированная); 3 — катодная камера;

4 — диафрагма; 5 — перфорированный анод; 6 — анодная камера;

7 — пакет стальной стружки; А — амперметр; V — вольтметр.

Исходная оптическая плотность 0,17

Результаты измерений заносятся в таблицу 1

Таблица 1 – Результаты измерений

, мин	I, мА	Uср, В	D	C, мг/л
-	-	-	0,17	50
-	-	-	0,8	25
20	50	9,8	0,05	14,7
20	70	11,5	0,03	11,8
20	90	8,2	0,01	2,9

На рисунке 2 изображен график зависимости оптической плотности раствора от содержания ионов Cr(VI).

Рисунок 2 график зависимости оптической плотности раствора от содержания ионов Cr(VI)

По рисунку два определяем концентрацию Cr(VI) в обработанных растворах.

По результатам опыта рассчитывается общий выход по току при электролизе для восстановления Cr(VI) :

( С₀ — С₁ ) V_k

Вт^общ = ----------------------- х 100 %

q _Cr6+/Cr3+ I 

где С₀ и С₁ — концентрация Cr(VI) соответственно в исходном и обезвреженном растворах, г-экв/л;

q _Cr6+/Cr3+ — электрохимический эквивалент восстановления Cr(VI) до Сr(III) .

Эффект превращения Cr⁶⁺ в Cr³⁺ рассчитываем по формуле:

Вт₁^общ=

Вт₂^общ=

Вт₃^общ=

Э_п = 1 - С₁ / С₀

(при полном восстановлении Сr⁶⁺ Э_п = 1).

Э_п = 1-0,0147/0,05=0,706

Э_п = 1-0,0118/0,05=0,764

Э_п = 1-0,0029/0,05=0,942

Определяется удельный расход электроэнергии на обезвреживание 1 л хромсодержащих стоков

U_ср I_cp 

W = -------------------х 10³ , кВт ч/л,

V_р-ра Э_п

где U_cp; I_cp — среднее напряжение или средний ток на ванне за время электролиза.

Опытные и расчетные данные для процесса обезвреживания сводят табл. 2.

Таблица 2 – Опытные и расчетные данные для процесса обезвреживания

I, A	Вт,%	Эп	W, кВт ч/л
50	33,07	0,706	2290,4
70	25,56	0,764	3477,1
90	24,51	0,942	2585,4

Обсуждение результатов.

В процессе выполнения работы мы провели процесс электрохимической очистки хромсодержащих сточных вод, определили зависимость выхода по току и удельный расход электроэнергии от режима электролиза и состава сточных вод, оценили качества очистки.

При электролизе растворов с растворимыми железными анодами могут протекать следующие электродные процессы:

на катоде:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^- -------> 2 Cr³⁺ + 7 H₂O E⁰ = 1.333 B

CrO₄^2- + 8 H⁺ + 3 e^- -------> Cr³⁺ + 4 H₂O E⁰ = 1.477 B

2 H⁺ + 2 e^- ----> H₂ E⁰ = — 0.0 B

на аноде:

Fe — 2 e^- ------> Fe²⁺ E⁰ = — 0.44 B

Образующиеся при анодном окислении ионы Fe²⁺ восстанавливают в объеме раствора хромат и бихромат-ионы по реакциям:

Cr₂O₇^2- + 6 Fe²⁺ + 14 H⁺ -------> 2 Cr³⁺ + 7 H₂O + 6 Fe³⁺

CrO₄^2- + 3 Fe²⁺ + 8 H⁺ -------> Cr³⁺ + 4 H₂O + 3 Fe³⁺