Химия и химические технологии/ 5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Баешов А.¹, Айболова Г.К. ¹, Тукибаева А.С.², Мадибекова М³.

Международный Казахско-Турецкий университет им.Х.А.Ясави¹, Казахстан,

Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова², Казахстан,

Академический инновационный университет³, Казахстан,

Анодное окисление оксида (II) азота в растворе сульфата натрия

Рациональное и полное использование природных ресурсов, обезвреживание промышленных отходов с целью охраны окружающей среды является одной из актуальных проблем развития химической промышленности. В результате хозяйственной деятельности человека ежегодно в атмосферу поступает огромное количество загрязняющих веществ. Например, в 1990 году на нашей планете в атмосферу было выброшено 400 млн. тонн соединений серы, азота, углерода и твердых частиц. Ведущие загрязнители атмосферы предприятия металлургического комплекса и энергетики, а также нефтехимические заводы (около 70% загрязнения атмосферы), на втором месте находится автотранспорт.

Выбросы диоксида углерода, оксидов азота, метана, диоксида серы, фреона и других загрязняющих веществ оказывают влияние на глобальный климат и вызывают негативные экологические последствия, то есть парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди и т. д.

Оксиды азота (оксид и диоксид азота) – газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO₂ объединяются одной общей формулой NO_х. При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн. тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55%, на энергетику – 28%, на промышленные предприятия – 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор – 3% [1,2].

В последнее время при электрохимической поляризации труднорастворимых соединений вместо плоских электродов используются непассивирующиеся электроды с высокоразвитой поверхностью. Представляется перспективным применять эти электроды при электроокислении азотсодержащих газов.

В наших исследованиях для окисления оксида (II) азота были использованя кусковые графитовые электроды, которые отличаются высокой удельной поверхностью.

Для изучения электрохимического окисления оксида (II) азота были проведены исследования в гальваностатических условиях. В качестве анода использовались кусковые графитовые электроды, а в качестве катода –графитовый стержень.

Методика получения и окисления оксида (II) азота были приведены в предыдущих работах [3].

Газ подавался через барботирующее устройство, расположенное в нижней части электролизера. Барботер обеспечивает равномерное распределение газа в объеме электролизера. Объем фосфина, подаваемого в электролизер во всех опытах составлял 500мл. Скорость газового потока регулировали при помощи трехходового крана. Газ подавали в электролизер с равномерной скоростью в течение 1 часа. Определение количества нитрат-ионов, образовавшихся в растворе после электролиза, проводился описанной в [4].

Исследовано влияние плотности тока, высоты слоя кускового графитового электрода на степень окисления и выход по току окисления оксида (II) азота.

При изменении плотности тока от 20 до 400 А/м², степень окисления оксида (II) азота равномерно уменьшается, это можно объяснить усилением протекания конкурирующей реакции - выделения кислорода:

2Н₂О -4е → О₂ + 4Н⁺ Е° = +1.23В (1)

Выход по току окисления оксида (II) азота, вследствие усиления протекания побочных процессов, закономерно уменьшается.

При исследовании влияния высоты слоя кусковых графитовых электродов были получены следующие результаты: при увеличении высоты слоя 2 см степень окисления и выход по току окисления оксида (II) азота составляет соответственно 82% и 85%. Дальнейшее увеличение высоты слоя приводит к уменьшению выход по току окисления оксида (II) азота до 30%. Видимо, в объеме кусковых электродов большой высоты, могут образовываться сгустки частиц, приобретающих функции биополярного электрода. Как известно из литературы, могут возникнуть зоны максимальной поляризации и электронеактивные зоны [5-7]. Таким образом, наши предположения подтверждаются экспериментальными данными.

Таким образом, нами изучено электрохимическое окисление оксида (II) азота в растворе сульфата натрия на кусковых графитовых электродах и установлено, что окисление идет с высоким выходом и показано, что основным продуктом окисления является нитрат-ионы.

Результаты полученных данных можно использовать при разработке технологии обезвреживании азотсодержащих отходов.

Литература

1. Баешов А., Айтбаев Н. Қышқыл жаңбырлар және олардың қоршаған ортаға әсері // Химия мектепте. – Алматы, 2003. №3. 9-14б.

2. Баешов А., Айболова Г., Тукибаева А.С. Источники образования оксидов азота и влияние на окружающую среду/ Промышленность Казахстана. –Алматы, 2006, №5(38), -С.78-80

3. Баешов А., Айболова Г., Тукибаева А.С. Сулы ерітінділердегі азот (II) оксидінің түйіршікті темір және графит электродтарында анодты тотығуы / Материалы МНПК Абишевские чтения-2006 «Жидкость на границе раздела фаз-теория и рпактика». –Караганда, 2006, -С.268-271

4. Унифицированные методы анализа вод. / Под ред. проф. Ю.Ю.Лурье. – М.: Химия. 1973. -376с.

5. Кипарисов С.С. и др. Использование порошкообразных псевдоожиженных электродов для получения цветных металлов // Серия производство тяжелых цветных металлов. ЦНИИцветмет МЦМ СССР, 1981, Вып 9, 148с.

6. Дорош Т.П., Галушко В.П. Изучение процесса катодного восстановления некоторых труднорастворимых соединений серебра // Укр. хим.журн., 1961, Т.7, N5, С.607-612

7. Даушева М.Р., Сонгина О.А. Поведение суспензий труднорастворимых веществ на электроде // Успехи химии, 1973, Т.42, Вып.2, С.323-342.