Екологічно безпечні технології одержання промислових водних розчинів з використанням електрохімічної активації

Abstract

У дисертаційній роботі розв’язано важливу науково-прикладну задачу – розроблення екологічно безпечних технологій одержання промислових водних розчинів шляхом оптимізації процесів ЕХА у стаціонарних діафрагмових електролізерах для забезпечення раціонального використання водних ресурсів та зменшення обсягів скидання шкідливих речовин у навколишнє середовище. Удосконалено фізико-хімічну модель процесу ЕХА у стаціонарних діафрагмових електролізерах, що дало змогу пов’язати зміну властивостей одержуваних водних розчинів з різною глибиною активації. Обґрунтувати необхідність її контролю для одержання екологічно безпечних промислових водних розчинів та зменшення енергозатратності цього процесу. Показано екологічні переваги застосування ЕХА розчинів над розчинами хімічних сполук у технологіях модифікування поверхні АВ для збільшення питомої ємності електродів суперконденсаторів, приготування води замішування будівельного гіпсу для покращення фізико-механічних властивостей гіпсового каменю, а також ефективність та безпечність дезінфектантів на основі ЕХА розчинів, які було апробовано на цукровому виробництві. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36686

В диссертационной работе решена важная научно-прикладная задача – разработка экологически безопасных технологий получения промышленных водных растворов путем оптимизации процессов ЭХА в стационарных диафрагменных электролизерах для обеспечения рационального использования водных ресурсов и уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду. Определены основные преимущества ЭХА как экологически безопасной и ресурсосберегающей технологии получения многофункциональных промышленных водных растворов, показаны основные недостатки существующих технологий активации и установлены перспективные направления внедрения ЭХА. Установлено, что временная зависимость силы тока, протекающего сквозь стационарный электролизер во время ЭХА водных растворов при постоянном напряжении на электродах, может использоваться для оперативного контроля процесса ЭХА водных растворов с концентрациями до 0,01 М и областью начальных температур от 10 °С до 60 °С, что уменьшает энергопотребление процесса активации и оптимизирует характеристики получаемых промышленных водных растворов. Исследованы параметры ЭХА растворов в зависимости от глубины их активации. Показано, что процесс ЭХА сопровождается образованием безопасных для человека неустойчивых химически активных продуктов, изменением газовой фазы и структурными преобразованиями. Установлено причину увеличения люминесценции ЭХА воды за счет увеличения содержания газовой фазы и синглетного кислорода – важного природного окислителя. Повышенная активность получаемых растворов наблюдается только в слабоминерализованных ЭХА растворах, что делает технологию ресурсосберегающей по сравнению с классическим электролизом. Показано, что скорость релаксации зависит от минерализации и условий хранения ЭХА растворов. Релаксация почти не наблюдается при концентрациях растворенных солей в исходном растворе больше 1 М и при длительности активации больше, чем время достижения минимума тока в электролизере или выхода его на насыщение. Это подтверждает важность контроля процесса активации, так как чрезмерная активация, кроме дополнительного расхода энергии, замедляет релаксационные процессы, а, следовательно, увеличивает экологическую нагрузку при сбросе неиспользованных активированных растворов в окружающую среду. На основе полученных зависимостей сформулированы теоретические основы создания экологически безопасных технологий получения промышленных водных растворов с использованием ЭХА. Предложено решение, которое повышает эффективность использования ЭХА промышленных водных растворов с минимальными затратами энергии, делает их конкурентоспособными как по технологическим, так и по экономическим показателям и позволяет снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счет отказа от существующих промышленных растворов. Для изготовления электродов суперконденсаторов выполнена модификация поверхности активированного угля ЭХА растворами хлорида калия. Показано увеличение гидрофильного объема пор угольного порошка марки БАУ в 2,16 раза, что позволяет повысить удельную емкость электродного материала на 15–25 % и сократить применение экологически опасных методов модификации поверхности угля. Показано влияние ЭХА воды затворения на физико-механические свойства гипсового камня и установлено, что определяющую роль в таком влиянии оказывает глубина активации воды. Установлена длительность ЭХА воды затворения, обеспечивающая получение оптимального соотношения продуктов ЭХА (Ca(OH)2, CaCO3) для регулирования терминов схватывания гипсового теста и увеличения твердости гипсового камня на изгиб на 31 %, а твердости на сжатие на 29 %, что позволяет заменить модификаторы гипсовых вяжущих химического происхождения. Методом клиновидной дегидратации определены механизмы взаимодействия активированных водных растворов с белковыми молекулами и установлено, что основная причина этого взаимодействия – структурные изменения в получаемых ЭХА растворах. Разработана технология получения экологически безопасного дезинфектанта на основе ЭХА растворов хлорида натрия и показано его эффективность на примере E. coli, C. pseudotropicalis, A. niger, G. candidum. Проверено эффективность предлагаемого дезинфектанта в лаборатории Чертковского сахарного завода. Предложены пути замены дезинфектантов, используемых в диффузном аппарате сахарного завода – в первую очередь формалина – экологически безопасными дезинфицирующими средствами на основе ЭХА растворов хлорида натрия. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36686

The dissertation provides a solution to an important scientifically-applied problem – development of environmentally safe technologies for obtainment industrial water solutions through optimization of electrochemical activation (ECA) processes in the stationary diaphragm electrolyzers to provide for the rational water resources utilization and reduction of harmful substances release into the environment. The physical-chemical model of the ECA process in the stationary diaphragm electrolyzers was improved. This allowed to establish a relationship between the properties of the produced water solutions and their activation depth. The need of its control for the production of environmentally friendly industrial water solutions and power reduction of this process was justified. The ecological advantages of ECA solutions application are presented as compared to the chemical solutions in technologies of activated carbon surfaces modification to increase the supercapacitors electrode specific capacity, preparation of mixing water the gypsum cement to improve the physico-chemical properties of gypsum stone, as well as efficiency of use of disinfectant based on ECA solutions, approbated in the sugar production industry. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/36686