Способ определения концентрации активного хлора в растворе электролита и устройство для его осуществления

 

Способ и устройство для определения концентрации активного хлора может быть использовано в устройствах для его производства и на объектах его применения, например для обеззараживания водных технологических сред. Способ и устройство для его осуществления используют циклическую поляризацию платинового индикаторного электрода в водном растворе электролита от катодных до анодных значений потенциала и измерение параметра адсорбции кислорода. Измерения проводят при обтекании поверхности индикаторного электрода раствором электролита со скоростью не менее 2 см/с. О содержании гипохлорит-иона судят по количеству электричества под током восстановления гипохлорит-иона на катодной ветви циклической вольтамперной кривой индикаторного электрода при изменении потенциала электрода от анодного значения потенциала до потенциала начала адсорбции водорода или по высоте максимального тока восстановления в катодной области потенциалов. Технический эффект от реализации изобретения заключается в создании на его основе устройства для экспресс-определения активного хлора. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Способ и устройство относятся к физико-химическим методам и средствам для определения неорганических веществ в растворах электролитов и может быть использован для определения концентрации активного хлора в устройствах для его производства и на объектах его применения, например, для обеззараживания технологических сред.

Известен способ определения концентрации гипохлорит-иона (активного хлора) в пробе методом иодометрического титрования с использованием тиосульфата натрия в качестве титрующего агента /1/. Способ основан на титровании тиосульфатом натрия иода - продукта окисления гипохлорит-ионом (активным хлором) введенного в пробу йодистого калия в слабокислой среде. Известный способ, однако, требует обязательного отбора пробы, затрат времени (более 10 минут) и характеризуется трудностью автоматизации для экспресс-определения активного хлора в протоке раствора.

Наиболее близким к предлагаемому является потенциометрический способ определения концентрации гипохорита натрия в водных растворах /2/. Для этого измеряют окислительно-восстановительный потенциал среды с предварительным добавлением реагентов - гидроксида и хлорида натрия. В качестве устройства для измерения используется высокоомный миливольтметр (рН-метр).

Методика определения гипохлорита натрия на основе известного способа и устройства, однако, требует обязательного отбора пробы и введения в измерительную среду реактивов.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении воспроизводимости и точности определения концентрации соединений активного хлора в протоке раствора электролита без использования реагентов.

При этом цель изобретения достигается тем, что осуществляют циклическую поляризацию платинового индикаторного электрода в трехэлектродной электрохимической ячейке в водном растворе хлорсодержащего электролита от значения катодного тока начала выделения водорода до значения анодного тока начала выделения кислорода. При этом измерения проводят при обтекании поверхности индикаторного электрода раствором электролита, а о содержании активного хлора судят по количеству электричества, равному площади под током восстановления активного хлора на катодной ветви циклической вольтамперной кривой индикаторного электрода при изменении потенциала электрода от анодного значения потенциала до потенциала начала адсорбции водорода или по высоте максимального тока восстановления в катодной области потенциалов.

Обтекание поверхности индикаторного электрода раствором электролита проводят со скоростью не менее 2 см/с.

Устройство для определения концентрации активного хлора в растворе электролита включает электронный поляризатор, трехэлектродную электрохимическую ячейку, счетчик количества электричества под пиком восстановления на вольтамперной кривой индикаторного электрода либо измеритель максимального катодного тока.

Технический эффект от реализации изобретения заключается в создании на его основе устройства, позволяющего измерять концентрацию соединений активного хлора (например, в виде гипохлорит-иона, анолита) как в ходе их получения, например, при электролизе раствора хлорида натрия в диафрагменных и бездиафрагменных электрохимических устройствах, так и при их использовании, например, при обеззараживании технологических сред.

На фиг. 1 показана циклическая вольтамперная кривая платинового индикаторного электрода в неподвижном растворе (а) и при обтекании его поверхности хлорсодержащего раствора электролита, содержащего активный хлор в виде гипохлорит-иона (б).

На фиг. 2 показана циклическая вольтамперная кривая платинового индикаторного электрода при обтекании его поверхности хлорсодержащего раствора электролита при различных концентрациях гипохлорит-иона.

На фиг. 3 показана зависимость количества электричества (а) на катодной ветви циклической вольтамперной кривой индикаторного электрода и катодного тока максимума (б) от объемной концентрации гипохлорита натрия в растворе.

На фиг. 4 показано устройство для реализации заявляемого способа.

Устройство для определения концентрации оксидантов, например гипохлорит-иона, в растворе электролита, включающее электронный поляризатор 1 (фиг. 4), трехэлектродную электрохимическую ячейку 2, кроме того, содержит счетчик 3 количества электричества либо измеритель катодного тока.

Сущность заявляемого изобретения основана на свойстве соединений активного хлора давать соответствующие токи на катодной и анодной ветви циклической вольтамперной кривой платинового индикаторного электрода. Мешающая определению адсорбция хлорид-ионов нивелируется при обтекании поверхности индикаторного электрода раствором электролита. При этом, например, количество электричества, равное площади под током восстановления, так же как и высота пика восстановления, связано прямо пропорциональной зависимостью с объемной концентрацией активного хлора в растворе электролита (фиг. 3).

Причем это соотношение обратимо - при снижении концентрации гипохлорит-иона (активного хлора) в растворе снижаются соответственно и токовые характеристики (фиг. 2).

Пример 1.

При производстве гипохлорита натрия путем электролиза раствора поваренной соли необходимо измерять текущее значение активного хлора гипохлорит-иона в растворе с целью управления процессом.

Для определения концентрации гипохлорит-иона использовали устройство для циклической поляризации и измерения токовых параметров, также проточную трехэлектродную ячейку с платиновым индикаторным электродом площадью 2 мм². В качестве вспомогательного электрода использовали платинированный титан, а электрода сравнения - насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения. Анодный предел сканирования потенциала составлял I= 1,1 мА, а катодный I= -1,0 мА. Скорость сканирования - 250 мВ/с. Электролит представлял собой 0,9% раствор хлорида натрия, который подвергался электролизу с использованием платинированных титановых электродов. В процессе электролиза раствор электролита с помощью насоса циркулировал через заявляемое устройство, при этом линейная скорость обтекания индикаторного электрода была более 2 см/с. В процессе электролиза отбирались пробы для определения концентрации активного хлора методом иодометрического титрования, а также фиксировались токовые характеристики катодного участка вольтамперной кривой: количество электричества Q, равное площади под катодным током при сканировании потенциала от значения - 700 мВ до значения 800 мВ.

Статистическая обработка результатов измерений, основанная на выборке их 50 точек, показала, что максимальная ошибка измерений по сравнению с арбитражным методом составляет (dСос1^-/Сcl^-)•100%= 2,5%.

Пример 2.

При определении активного хлора в растворе гипохлорита натрия, вырабатываемого в проточном бездиафрагменном электролизере раствора хлорида натрия, использовалось заявляемое устройство, описанное в примере 1. В качестве критерия использовался максимальный ток (макс. на катодной ветви (фиг. 1). Полученная тарировочная зависимость представлена на фиг. 3.

Статистическая обработка результатов измерений, основанная на выборке их 50 точек, показала, что максимальная ошибка измерений по сравнению с арбитражным методом составляет (dСос1^-/Сcl^-)•100%= 2,9%.

Пример 3.

При работе проточной диафрагменной электрохимической установки для производства нейтрального анолита с целью определения концентрации соединений активного хлора в растворе на выходе установки использовалось устройство, описанное в примере 1. Статистическая обработка результатов измерений, основанная на выборке их 40 точек, показала, что максимальная ошибка измерений по сравнению с арбитражным методом составляет (dСа. х. /Сcl^-)•100%= 3,3%.

Пример 5.

При работе проточной диафрагменной электрохимической установки для производства нейтрального анолита с целью определения концентрации соединений активного хлора в растворе на выходе установки использовалось устройство, описанное в примере 1. Однако в качестве критерия использовался катодный ток при потенциале = -600 мВ отн. нас. ХСЭ.

Статистическая обработка результатов измерений, основанная на выборке их 40 точек, показала, что максимальная ошибка измерений по сравнению с арбитражным методом составляет (dСа. х. /Сс1^-)•100%= 3,5%.

Список используемых источников.

(1). ГОСТ 11086-76. Методика определения массовой концентрации активного хлора.

(2). Патент SU1422075 от 07.09.1988 G 01 N 27/416 Бюл. 33 Способ определения гипохлорита натрия в водных растворах.

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации активного хлора в растворе электролита, отличающийся тем, что осуществляют циклическую поляризацию платинового индикаторного электрода в трехэлектродной электрохимической ячейке в водном растворе хлорсодержащего электролита от значения катодного тока начала выделения водорода до значения анодного тока начала выделения кислорода, при этом измерения проводят при обтекании поверхности индикаторного электрода раствором электролита, а о содержании активного хлора судят по количеству электричества, равному площади под током восстановления активного хлора на катодной ветви циклической вольтамперной кривой индикаторного электрода при изменении потенциала электрода от анодного значения потенциала до потенциала начала адсорбции водорода или по высоте максимального тока восстановления в катодной области потенциалов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения проводят при обтекании поверхности индикаторного электрода раствором электролита со скоростью не менее 2 см/с.

3. Устройство для определения концентрации активного хлора в растворе электролита, отличающееся тем, что оно содержит электронный поляризатор, трехэлектродную электрохимическую ячейку и счетчик количества электричества под пиком восстановления на вольтамперной кривой индикаторного электрода или измеритель максимального катодного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.12.2005        БИ: 36/2005