Анодное окисление и катодное восстановление

В электролизере, схема которого показана на рис. 12.12, на положительном электроде — аноде ионы отдают электроны, т.е. протекает реакция электрохимического окисления', на отрицательном электроде — катоде происходит присоединение электронов, т.е. протекает реакция восстановления. Таким образом, анод является электрохимическим окислителем, а катод — электрохимическим восстановителем. В ряде случаев катодное и анодное пространство разделяют пористыми диафрагмами. Их назначение — не допускать смешения растворов, препятствовать диффузии, переносу нерастворимых частиц, не затрудняя при этом переноса ионов.

Количественные зависимости, наблюдаемые при электролизе, описываются законами М. Фарадея.

В процессах электрохимического окисления вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием С02, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами. Таким методом сточные воды очищаются от цианидов, роданидов, нитросоединений, формальдегида, сульфидов, меркаптанов и ряда других веществ.

В качестве анодов используют следующие электрохимически нерастворимые материалы: графит (С), магнетит (Ре:!()/,), свинец и его соединения (РЬ, РЬ02), кремниевые сплавы и др. Катоды изготавливают из графита, молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, нержавеющей стали и ряда других веществ.

Рассмотрим наиболее распространенные примеры использования метода анодного окисления.

Электрохимическая очистка сточных вод от цианидов заключается в их обработке в открытых бездиафрагменных электролизерах непрерывного или периодического действия

Схема электролизера

Рис. 12.12. Схема электролизера

(см. рис. 12.12). Используются графитированные аноды либо аноды из магнетита и диоксида свинца (на титановой основе). Катоды изготовлены из легированной стали.

Указанным методом обрабатываются сточные воды и растворы различных производств, содержащие цианиды, и в первую очередь стоки гальванических цехов и участков, причем данный способ наиболее экономичен при концентрации цианидов > 200 мг/л.

При электролизе щелочных сточных вод (обычно их pH лежит в пределах 8—12), содержащих цианистые соединения, происходит анодное окисление CIST ионов, а также комплексных анионов, содержащих CN -группы ([Си(СЫз)]2-, [Zn(CN)4]2 , [Cd(CN)4]2 и др.) с образованием цианат-ионов:

Образующиеся по этим реакциям цианат-ионы (CNO) частично окисляются на аноде с образованием нетоксичных газообразных продуктов:

На катоде происходит разряд Н+-ионов с образованием газообразного водорода, а также разряд ионов Cu+, Zn2+, Cd2+, образующихся при диссоциации комплексных ионов, содержащих CN-группы [Cu(CN)3]2', [Zn(CN)4]2 и др.

Электролиз сточных вод проводят при анодной плотности тока 0,5—2 А/дм2. К сточным водам добавляют хлорид натрия в концентрации 5—10 г/л. При этом цианиды дополнительно окисляются хлором, выделяющимся на аноде вследствие электрохимического разложения хлористого натрия:

Степень очистки сточных вод от цианидов приближается к 100%. Кроме того, утилизируется до 80% общего количества металлов, выделяемых в виде катодных осадков. Остальные 20% от общего количества металлов удаляются в виде гидроксидов; pH процесса рекомендуется поддерживать в пределах 8—9. Схема установки для электрохимического окисления цианидов представлена на рис. 12.13.

В качестве анодов используют различные электролитически нерастворимые материалы: графит, магнетит, диоксиды

Схема установки для электрохимического окисления

Рис. 12.13. Схема установки для электрохимического окисления

цианидов

свинца, марганца и рутения, которые наносят на титановую основу.

Катоды изготавливают из молибдена, сплава вольфрама с железом или никелем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами. Процесс проводят в электролизерах с диафрагмой и без нее. Кроме основных процессов электроокисления и восстановления, одновременно могут протекать электрофлотация, электрофорез и электрокоагуляция.

Рассмотрим примеры катодного восстановления металлов. Их используют для выделения из сточных вод следующих ионов тяжелых металлов: Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+ и др. Как уже указывалось выше, общая схема восстановления ионов металлов на катоде описывается реакцией

Очистку сточных вод от ионов Hg2+, РЬ2+, Cd2+, Си2+ проводят в кислой среде на катодах из смеси угольного и сернистого порошков при плотности тока до 2,5 А/дм2. Рассмотренные катионы осаждают в виде сульфидов и бисульфидов.

Рассмотрим также реакцию электрохимической очистки сточных вод от NH4NO3. При проведении электролиза используют фафитовый катод, на котором протекает следующая реакция:

Нитрит аммония при нагревании разлагается с выделением азота:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >