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