                     1.1.  Сущность электроактивации
         В процессе исследования электролиза различных водных систем в ди-
    афрагменном  электролизере  было  обнаружено неизвестное ранее явление
    сохранения энергии поляризации электрода в форме потенциальной энергии
    при  электродной  среде,значительно  изменяющее ее реакционную способ-
    ность в химических реакциях.  Это явление было названо авторами элект-
    рохимической активацией жидких сред.[1]
         Появление и  сохранение потенциальной энергии в жидкости обуслов-
    лено активацией (возбуждением) атомов ионов и малекул в самой  жидкос-
    ти, а также изменением свойств и состояния самой жидкости.
         Сущность явления заключается в возможности существенного  измене-
    ния  скорости и селективности многих химических реакций с участием ве-
    ществ (преимущественно жидкостей и газов), предварительно подвергнутых
    электрохимическому  воздействию в зоне одного из поляризованных инерт-
    ных электродов электрохимической системы. Изменение указанных парамет-
    ров достигается за счет использования в качестве катализатора химичес-
    ких реакций энергии метастабильного состояния веществ  после  неравно-
    весного электрохимического воздействия.
         Электрохимическая активация технически реализуется путем электро-
    химического  воздействия  на  водный  раствор  в  зоне поляризованного
    электрода электрохимической системы, например, диафрагменного электро-
    лизера.  Однако, в отличие от электролизера и электродиализа, электро-
    химическая активация не является законченным  химическим  процессом  и
    предназначена  для  регулирования реакционной способности физико-хими-
    ческих свойств жидкостей в различных других технологических  процессах
    с целью их оптимизации и повышения эффективности.
         В процессе экспериментальных исследований были выявлены следующие
    физико-химические  особенности  состояния электроактивированной жидкой
    среды:
         1. После  прекращения  активирующего  воздействия вещество обычно
    некоторое время пребывает в метастабильном состоянии, характеризующем-
    ся аномальными значениями физико-химических параметров.
         2. Метастабильное состояние активированного вещества может сохра-
    няться  неопределенно долгое время при отсутствии энергообмена с окру-
    жающей средой.
         3. При  химических реакциях с участием электроактивированного ве-
    щества происходят необратимые физико-химические изменения.
         4. Электроактивированная жидкая среда в химических реакциях в не-
    которых случаях изменяет не только их скорость,но и направление.
         5. Электроактивированная среда, находящаяся в метастабильном сос-
    тоянии, является неравновесной системой и при взаимодействии с окружа-
    ющей  средой или объектом воздействия сохраняет свои аномальные свойс-
    тва в течение периода медленной стадии  электрохимической  релаксации,
    проходя  ряд псевдоустойчивых состояний по пути к достижению состояния
    устойчивого термодинамического равновесия.
         Чем дальше  от  состояния  равновесия в электрохимической системе
    (электроактиваторе) сдвинуты параметры электрохимического воздействия,
    тем сильнее отклик раствора на указанное воздействие, тем выше степень
    его метастабильности,  тем больше скорость изменения физико-химических
    параметров в процессе последующей релаксации.
         Изменения, обуславливающие метастабильное состояние водных  раст-
    воров могут быть вызваны наличием в них определенное время после окон-
    чания электрохимического воздействия различных химических и физических
    возбуждений:  высокоокисленных или высоковосстановленных форм веществ,
    свободных радикалов,  структурных  флуктуаций  растворителя,  аномалий
    строения ионно-сольватных оболочек, окружающих ионы и др.
         Возбужденное, метастабильное состояние раствора после  электрохи-
    мического воздействия называется активированным.
         В настоящее время установлены общие закономерности изменения  фи-
    зико-химических  свойств  водных  растворов  электролитов в результате
    униполярного электрохимического воздействия электрохимической  актива-
    ции.  Показано, что при прочих равных условиях электрохимического воз-
    действия ( количество электричества,  температуры, давлении) изменения
    физико-химических параметров жидкости (анолита,  католита) тем больше,
    чем больше поляризационные потери на соответствующем электроде  элект-
    рохимической системы.
         Исследования особенностей  использования  метастабильных  систем,
    полученных в результате униполярного электрохимического воздействия, в
    различных технологических процессах позволили установить,  что  эффек-
    тивность применения определяется, в основном, двумя факторами: измене-
    нием химического состава жидкостей в результате равновесных электрохи-
    мических  реакций на электроде и каталитическим действием на ход реак-
    ций физических и химических  возбуждений,  образующихся  в  результате
    затрат энергии на преодоление поляризационных сопротивлений.
         В химической кинетике при описании  динамики  элементарного  акта
    химической  реакции  широко используются понятия "активированный комп-
    лекс",  "энергия активации".  В отличие от приведенного выше  термина,
    они обозначают соответственно промежуточное положение атомов (молекул)
    в процессе взаимодействия, отвечающее максимуму потенциальной энергии,
    этой системы на наиболее выгодном пути реакции, а также разность энер-
    гии активированного комплекса и энергии устойчивых состояний  молекул,
    учавствующих в реакции.  Эти понятия химической кинетики характеризуют
    весьма быстро протекающие (10-13 - 10-15 с) процессы  образования  или
    разрушения химической связи и не связаны с терминами,  использующимися
    при описании процессов электрохимической активации.
         Наиболее близкими  аналогами процесса электрохимической активации
    являются электролиз и электродиализ.  В  общем  виде  основную  задачу
    электролизных процессов можно сформулировать следующим образом:  полу-
    чение конечных (целевых) продуктов из  концетрированных  растворов  за
    счет электрохимических реакций, протекающих с выходом по току.
         Аналогично, назначение электродиализа - удаление  ионов  примесей
    из жидкостей за счет использования электрофоретического эффекта.
         Различные цели  процессов  обуславливают   различие   технических
    средств для их реализации.  Так,  основным оборудованием электролизных
    производств является электролизер. Электродиализ производят в устройс-
    твах, называемых электродиализаторами. Электрохимическая активация ве-
    ществ осуществляется при помощи электроактиваторов. Все три вида аппа-
    ратов  для  электрохимического воздействия имеют электроды (анод и ка-
    тод),  диафрагмы (мембраны),  камеры для обработки жидкости,  патрубки
    для подвода и отвода веществ. Тем не менее, существует целый ряд отли-
    чий,  непозволяющий подменять один тип аппарата другим и обусловливаю-
    щих  самостоятельные  технические и технологические пути создания этих
    устройств.
         Существенным отличием процессов электролиза и электрохимактивации
    является то, что в процессах электролиза стремятся обеспечить уменьше-
    ние величины электродной (анодной и катодной) поляризации. В процессах
    электрохимической активации,  напротив, предпринимают меры к ее увели-
    чению  на  основном электроде.  При этом в обоих процессах стремятся к
    снижению омического падения напряжения в межэлектродном пространстве.
         Иногда, термин  "электроактивация"  заменяют на термин "униполяр-
    ная" электрохимическая обработка, т.к. в процессах электрохимакцивации
    обработку жидкости ведут, как правило, только в зоне одного, основного
    электрода , в то время как в зоне электрода противоположной полярности
    (вспомогательного)  поддерживают минимально возможный расход (0,1 - 1%
    от расхода в зоне основного электрода) активируемой жидкости, либо за-
    полняют  ее  специальной  буферной жидкостью,  нейтрализующей продукты
    электрохимических реакций у вспомогательного электрода ( вспомогатель-
    ным электролитом).  Например, при обработке воды в зоне отрицательного
    электроактиватора зону положительного электрода заполняют водным раст-
    вором каустической соды,  карбоната или бикарбоната натрия.  При обра-
    ботке воды в зоне основного положительного электрода в зону  вспомога-
    тельного электрода подают водный раствор поваренной соли. Для предотв-
    ращения перетоков жидкости из одной зоны в другую  используют  ультра-
    фильтрационную диафрагму,  разделяющие анодную и катодную зоны, выпол-
    ненные из различных конструкций.
         В отличие  от существующих методов электрохимического превращения
    веществ, униполярная электрообработка жидкостей не является  закончен-
    ным технологическим  процессом,  в  результате которого можно получить
    максимально возможное количество товарного продукта.
         Ее основной целью является повышение эффективности различных тех-
    нологических процессов  путем  изменения  физико-химической  структуры
    жидкостей, участвующих  в этих процессах.  А выбор условий воздействия
    электрическим током на жидкости  определяется  исходя  из  максимально
    возможного положительного эффекта влияния униполярной электрообработки
    на общий технологический процесс. Эта цель определяет основные условия
    воздействия электрическим  током  на жидкости и конструктивные особен-
    ности устройств для униполярной электрообработки.  Все основные харак-
    теристики технологии и техники униполярной электрообработки тесным об-
    разом связаны с особенностями применения жидкости, подвергнутой элект-
    рохимической активности в каком-либо технологическом процессе.
         Эффективность униполярной электрообработкив значительной  степени
    определяется разницей  рН и окислительно-восстановительного потенциала
    исходной и обработанной жидкости,  временем физико-химической релакса-
    ции системы, подвергнутой униполярному воздействию.
         Униполярная электрообработка жидкостей связана  с  использованием
    тех сравнительно  быстро исчезающих эффектов электрического неравнове-
    сия жидкости, которые возникают при электрохимических реакциях, идущих
    со значительной поляризацией. Кроме того, ее эффективность может зави-
    сеть от способа доставки жидкости после электрообработки к месту реак-
    ции и ряда других факторов. Другими словами, эффективность униполярной
    электрообработки жидкости определяется не только теми, не изменяющими-
    ся со временем параметрами, которые характерны для промышленных элект-
    рохимических процессов,  например, концентрацией веществ, претерпевших
    химические превращения  в результате электрического воздействия,  но и
    такими параметрами, которые изменяются со временем и не используются в
    самостоятельных (т.е.  таких,  конечным  результатом  которых является
    продукт, полученный при электролизе) электрохимических процессах.
         Причина появления  таких,  изменяющихся  со временем параметров у
    жидкости, подвергнутой электрообработке, одна: избыточная энергия, по-
    лученная молекулами и ионами, составляющими жидкость в процессе элект-
    рообработки и постепенно уменьшающаяся после ее прекращения в  резуль-
    тате энтропийных процессов.  Причем, чем больше поляризация электрода,
    при электрообработке,  тем больше доля избыточной  энергии  активации,
    полученной жидкостью. Поскольку эта энергия не может обеспечить увели-
    чение выхода по току полезного продукта  в  процессе  электролиза,  то
    обычно ее  уменьшают путем выбора такого режима,  который обеспечивает
    наименьшее перенапряжение для выделения на электродах  полезного  про-
    дукта.
         При униполярной электрообработке жидкостей, которая является лишь
    составной частью  технологических процессов,  эта энергия используется
    для интенсификации реакций взаимодействия обработанной жидкости с  ка-
    кими-либо объектами или,  наоборот,  для уменьшения интенсивности этих
    реакций или же,  третий вариант,- для достижения возможности возникно-
    вения таких реакций,  которые не прготекают, если жидкость не подверг-
    нута электрическому воздействию.
         Униполярная электрообработка является одним из самых чистых мето-
    дов регулирования технологических  процессов,  поскольку,  не  изменяя
    плотности жидкости,  позволяет  изменять ее физико-химические свойства
    за счет введения или удаления определенного количества  электронов.  В
    любом случае  униполярная электрообработка позволяет не загрязняя тех-
    нологический процесс изменить его в нужную сторону,  приблизив к опти-
    мальным условиям и резко повысить тем самым его эффективность.
         Сам термин "электрохимическая активация" подразумевает,  что жид-
    кость подвергают электрохимическому воздействию  и  что  в  результате
    этого  воздействия  направленно изменяются ее реакционая способность и
    физико-химические свойства.  Действительно, электрохимическое воздейс-
    твие  на вещество в зоне одного из электродов электроактиватора (диаф-
    рагменного электролизера) неизбежно сопровождается химическими превра-
    щениями,  которые  в целом ряде случаев являются решающим фактором эф-
    фективного достижения цели  технологического  процесса.  Преимуществом
    этого  фактора перед известными способами химического (реагенного) ре-
    гулирования является то,  что в результате электрохимического воздейс-
    твия  химические  изменения  не  сопровождаются изменениями атомарного
    состава  жидкостей.  Они  происходят  исключительно  благодаря  обмену
    электронами  между обрабатываемой жидкостью и электродами электроакти-
    ватора. Электрохимический метод регулирования физико-химических свойс-
    тв жидкостей является самым чистым, поскольку не сопровождается вводом
    в технологические жидкости каких-либо  дополнительных  химических  ве-
    ществ.  Однако,  при униполярном электрохимическом воздействии, помимо
    чисто химических превращений веществ,  жидкость приобретает  некоторый
    запас внутренней потенциальной энергии, которая вне зависимости от хи-
    мического состава играет огромную роль во многих процессах,  резко из-
    меняя  кинетику  группы сложных альтернативных реакций,  находящихся в
    квазиравновесном состоянии между собой.  Эффект проявления этой  избы-
    точной внутренней потенциальной энергии вещества сходен с каталитичес-
    ким воздействием на ход реакции равновесия в сторону прекращения неже-
    лательных реакций.  Возникновение же аномального,  не соответствующего
    химическому составу востановительного потенциала у электроактивирован-
    ной воды связано с временным изменением активности ионов, содержавших-
    ся в жидкости за счет неравновесного  униполярного  электрохимического
    воздействия.[2]
         Таким образом,  в этом случае достижение  эффекта  обеспечивается
    наличием метастабильного, возбужденного состояния жидкости (воды)после
    неравновесного  униполярного  электрохимического   воздействия,   т.е.
    электрохимической активацией воды.  Электроактивированная жидкая среда
    обладает следующими аномальными физико-химическими свойствами:
         -  повышенной растворяющей способностью;
         - позволяет  регулировать величину поверхностного натяжения как в
    сторону увеличения,  так и в сторону уменьшения,  особенно при взаимо-
    действии с другой жидкой фазой;
         - позволяет регулировать в широких пределах адсорбционно-химичес-
    кую активность поверхности твердых частиц,  находящихся в электроакти-
    вированной жидкой среде;
         - обладает каталитической способностью;
         - позволяет нейтрализовать коррозионо-агрессивные свойства жидких
    систем;
         - усиливает свойства веществ,  растворенных в электроактивирован-
    ной жидкой среде;
         - обладает повышенной экстракционной способностью; - обладает би-
    ологической активностью, в т. ч. бактерицидными свойствами и свойства-
    ми стимулятора метаболических процессов.

Дом. | Главная | Отзывы