Химический и электрохимический вклады в редокс-сорбцию кислорода из водына зернистых слоях медьсодержащих нанокомпозитов

  • Тамара Александровна Кравченко Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Дмитрий Дмитриевич Вахнин Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Валерия Евгеньевна Придорогина Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Екатерина Александровна Шевцова Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Алина Витальевна Чумакова Воронежский государственный университет, Воронеж
Ключевые слова: нанокомпозит, зернистые слои, кислород, восстановление, электрохими-ческий и химический вклады, автокаталитический механизм.

Аннотация

Наночастицы металлов в пористых полимерных матрицах проявляют выраженные сорбцион-ные и окислительно-восстановительные свойства. На этих свойствах металл-полимерных нанокомпо-зитов (НК) основан процесс глубокой деоксигенации воды. Ранее обнаружен существенный вклад электрохимической составляющей процесса восстановления кислорода на тонком катодно поляризу-емом зернистом слое медьсодержащего НК. В начальный период процесс лимитируется стадией внешней диффузии кислорода к поверхности гранул НК. В последующем отмечен все возрастающий со временем вклад химической составляющей, характерной особенностью которой является лимити-рование процесса внутридиффузионной стадией переноса кислорода к наночастицам меди и затрата электричества на электровосстановление оксидов металла. Однако при переходе от тонких пленок и слоев к зернистым слоям НК колоночного типа с распределенными по высоте кинетическими пара-метрами вопрос о соотношении вкладов электрохимического и химического маршрутов требует спе-циального рассмотрения.
В настоящей работе исследован процесс редокс-сорбции кислорода из воды на динамических зернистых слоях нанокомпозитов медь-сульфокатионообменник (КУ-23, Lewatit K2620) при различ-ных силах поляризующего тока, оценены вклады химической и электрохимической составляющих общего процесса в стационарный период.
Найдено, что количество поглощенного кислорода находится в экстремальной зависимости от силы поляризующего тока в допредельном режиме поляризации. Отмечено образование продуктов окисления металлических наночастиц в виде островковых кластеров, часть зерен окисляется с воз-никновением границ оксидных слоев, одинаковых по высоте зернистого слоя. С увеличением высоты зернистого слоя и силы поляризующего тока в допредельном режиме процесс поглощения кислорода становится все более квазистационарным. Показано, что вклады химического и электрохимического маршрутов восстановления кислорода соизмеримы при длительном процессе (100 ч). Часть кислорода поглощается за счет реакции электровосстановления на частицах меди в основном на поверхности зерен нанокомпозита, а часть – за счет автокаталитической химической реакции кислорода с электро-регенерируемыми наночастицами металла в объеме зерен нанокомпозита. Тот или иной механизм более вероятен в зависимости от состояния системы и силы воздействия на нее электрического тока. За счет постоянной электрогенерации ионов водорода и электрорегенерации наночастиц меди, необ-ходимых для восстановления кислорода, устанавливается стационарный режим редокс-сорбции кис-лорода их воды

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Тамара Александровна Кравченко , Воронежский государственный университет, Воронеж

д.х.н., проф., кафедра физической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Дмитрий Дмитриевич Вахнин, Воронежский государственный университет, Воронеж

аспирант, кафедра физической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Валерия Евгеньевна Придорогина, Воронежский государственный университет, Воронеж

магистр, кафедра физической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Екатерина Александровна Шевцова , Воронежский государственный университет, Воронеж

магистр, кафедра физической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Алина Витальевна Чумакова, Воронежский государственный университет, Воронеж

магистр, кафедра физической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Литература

Gross M.S., Pisarello M.L., Pierpauli K.A., Querini C.A., J. of Industrial and Engineering Chem. Research, 2010, Vol. 49, pp. 81-88. DOI: 10.1021/ie9007369

Volkov V.V., Kravchenko T.A., Roldughin V.I., Chemical Review, 2013, Vol. 82, No 5, pp. 465-482. DOI:10.1070/RC2013v082n05ABEH004325

Gurskij V.S., Kirpikov D.A., Haritonova E.Ju. et al., Zhurnal prikladnoj khimii, 2015, Vol. 88, No 10, pp. 1473-1477.

Kravchenko T.A., Polyanskii L.N., Kali-nichev A.I. et al. Nanokompozity metall-ionoobmennik. M., Nauka, 2009, 391 p.

Kravchenko T.A., Zolotuhina E.V., Chaika M.Ju. et al., Elektrokhimija nanokompozitov metall-ionoobmennik, M., Nauka, 2013, 365 p.

Vakhnin D.D., Polyanskii L.N., Kravchen-ko T.A. et al., Russ. J. Phys. Сhem. A, 2019, Vol. 93, No 5, pp. 951-957. DOI:10.1134/s0044453719050315

Kravchenko T.A., Vakhnin D.D., Chu-makova A.V. et al., Sorbtsionnye i khromato-graficheskie protsessy, 2020, Vol. 20, No 4, pp. 434-444.

Slepcova O.V., Sockaja N.V., Kravchenko T.A., Zhurn. fizich. khimii, (in Russian) 1997, Vol. 71, No 10, pp. 1899-1904.

Selvaraju T., Ramaraj R., Pramana – J. Phys., 2005, Vol. 65, No 4, pp. 713-722.

Опубликован
2020-09-16
Как цитировать
Кравченко , Т. А., Вахнин, Д. Д., Придорогина, В. Е., Шевцова , Е. А., & Чумакова, А. В. (2020). Химический и электрохимический вклады в редокс-сорбцию кислорода из водына зернистых слоях медьсодержащих нанокомпозитов. Сорбционные и хроматографические процессы, 20(4), 539-548. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/2958

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)