Роль электрического тока в редокс-сорбции кислорода медьсодержащими нанокомпозитами - Тамара Александровна Кравченко; Дмитрий Дмитриевич Вахнин; Алина Витальевна Чумакова; Екатерина Александровна Шевцова (Сорбционные и хроматографические процессы, 2020)
Для обоснования лимитирующей стадии редокс-сорбции кислорода на катодно поляризуемом медьсодержащем нанокомпозите на основе ионообменной матрицы и регулирования скорости про-цесса необходимо определить значение предельного тока и рассмотреть влияние величины поляри-зующего тока на скорость поглощения кислорода в допредельной области поляризации тонкого зер-нистого слоя нанокомпозита.Для получения значения предельного тока фракция гранулированного нанокомпозитного ма-териала загружалась в катодное отделение сорбционно-мембранной электрохимической ячейки, ко-торая состояла из двух анодных отделений с платиновыми анодами, отделенными от катодного кати-онообменными мембранами МК-40. Катод представлял собой зернистый слой пористого медь-ионообменного нанокомпозита Cu0∙Lewatit K2620 в натриевой ионной форме с токоподводом из тон-кой медной проволоки. Анодные отделения содержали сульфокатионообменник Lewatit K2620. Сульфокатионообменные мембраны МК-40 обеспечивали электропроводность и направленный пере-нос образующихся ионов водорода из анодных камер в катодную.Кинетику электровосстановления кислорода из воды исследовали исследовали при поляриза-ции постоянным током I в течение 5 ч. По завершению опыта срезы зерен нанокомпозита исследова-ли микроскопически. Определяли геометрические границы промежуточной ξ1(Cu/Cu2О) и конечной ξ2(Cu2О/CuO) стадий последовательной химической реакции окисления металлического компонента нанокомпозитаИсследован процесс редокс-сорбции молекулярного кислорода из воды на тонком зернистом слое нанокомпозита медь-сульфокатионообменник при различных токах. Определено значение пре-дельного диффузионного тока по кислороду для нового материала Сu0·Lewatit K2620. Показана суще-ственная зависимость предельного тока от степени окисления наночастиц меди, свидетельствующая об их высокой химической активности. После нескольких последовательных вольтамперных циклов достигнута устойчивая активация наночастиц, которой соответствует максимальное значение эффек-тивного предельного тока. Установлено, что в допредельной области при малых токах основную до-лю в поглощении кислорода составляет химическая компонента: убыль кислорода происходит за счет химического восстановления наночастицами меди, процесс лимитируется стадией внутренней диф-фузии. С повышением тока количество поглощенного кислорода возрастает, основную долю состав-ляет электрохимическая компонента: убыль кислорода происходит за счет восстановления током, процесс вытесняется из внутридиффузионной области лимитирования во внешнедиффузионную, обеспечивающую более высокую скорость. Частично ток начинает расходоваться на электровосста-новление образующихся оксидов меди.