РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТІВ
Як інертну струмопідвідну основу електродів застосовували порошок титану марки ПТЕС з розміром зерна 0.20?0.05 і 0.40?0.05 мм. Для видалення домішок важких металів і активації порошок титану травили у 30...50 %-му розчині H2SO4 при температурі 60...70 0С до інтенсивного газовиділення протягом 10...30 с з наступним багатостадійним промиванням проточною (до рН ? 3), а потім дистильованою водою до зникнення опалесценції промивних вод. Після декантації води титан сушили при температурі нижче 100 0С.
Каталітично активні покриття на титановий порошок наносили термічним розкладанням відповідних солей важких металів [41]. Для цього розраховану кількість солі металу розчиняли у воді, додавали до титанового порошку і сушили під ламповим рефлектором, після чого композицію піддавали обпаленню протягом години у муфельній печі при температурах, 0С: Mn(NO3)2 - 180; RuOHCl3 і H2PtCl6 - 400...420. При цьому перебігали реакції:
,
,
.
При одержанні порошків активованих діоксидом рутенію (RuO2/Ti) або платиною (Pt/Ti) муфельна піч містила пористу кераміку, просочену водою для створення необхідної концентрації водяного пару в газовому середовищі.
Оксид стибію (ІІІ) готували гідролізом його трихлориду [211]. Трихлорид стибію розчиняли у концентровані хлоридній кислоті і повільно доливали у гарячий (60...70 0С) розчин карбонату натрію. Отриманий гідрат оксиду стибію (ІІІ) промивали і сушили на повітрі. Після цього, щоб одержати оксид стибію (ІІІ), його сушили при температурі 150 0С протягом години.
Оксид стибію (ІV) одержували термообробкою гетерополістибіатної кислоти при 300 0С протягом години [211].
Фторопластові діафрагми з пористістю 50 % готували із суміші хлориду амонію з порошком фторопласту ФТ-4 в об'ємних співвідношеннях 50/50. Навіску суміші пресували при 150 кПа і обпалювали при t = 420 0С протягом години.
У роботі застосовували реактиви марки "х.ч.".
Електрохімічні комірки виконували пошаровим пресуванням порошкових сумішей компонентів. Шари пресували тиском 40 кПа, а заключне пресування всієї комірки проводили при 360...390 кПа, що перевищувало межу текучості титану. Це сприяло надійному зчепленню його зерен при об'ємній пористості 25 % комірок діаметром 18 і товщиною 6...11 мм. У роботі використовували прес-форми з інструментальних сталей і, як прес, машину для випробовування міцності типу ИП-100. Комірки, які були виготовлені з гідрофільним сепаратором між електродами просочували розчином електроліту. Надлишок електроліту з комірок видаляли фільтрувальним папером.
рН електроліту контролювали універсальним іономером ЭВ-74 зі скляними електродами марки ЭСЛ-63-07. Для стабілізації рН матричного електроліту в допоміжний електрод комірок додавали неорганічний іонообмінник у кислій формі, обмінна ємність якого у діапазоні рН 0...5 становила 0.66 мг-єкв/((рН 1).
Перехідні процеси на газодифузійних електродах за участю озону досліджували на установці, зображеній на рис. 2.1. Індикаторний і допоміжний електроди комірки розділені шаром твердого протонпровідного електроліту або гідрофільним сепаратором з матричним електролітом. Комірка кріпилася у корпусі з органічного скла, у газову камеру якого подавали газову суміш. Діаметр відкритої поверхні індикаторного електрода комірки становив 15 мм. Досліди проводили в потенціостатичних і гальваностатичному режимах та в умовах стаціонарної вольтамперометрії за допомогою потенціостата ПИ-50-1 з програматором ПР-8 та двокоординатного потенціометра ПДА-1-01. Електродом порівняння слугував хлорсрібний електрод в електроліті 20 % LiCl, приєднаний до комірки штабиком з твердого протонного електроліту або з того ж самого, що й гідрофільний сепаратор матеріалу, та через іонний місток. Потенціали наведені відносно нормального водневого електрода.
Значення потенціалів індикаторного електрода у системі з твердим протонним електролітом приводили в шкалу н.в.е. за методикою, описаною в [81].
Опір досліджуваних комірок вимірювали мостом змінного струму Р-5086 на частоті 10 кГц. У ланцюгу вимірювання потенціалу в установці на рис. 2.1 опір становив 5...10 кОм.
Побудником потоку повітря з витратами до 0.100 м3/год при перепаді тиску менше 100 мм вод. ст. слугували мембранні електромагнітні мікрокомпресори АЭН-3. Витрати повітря з похибкою ?2 % визначали витратометрами на основі диференційних манометрів, які калібрували за допомогою барабанного лічильника об'єму газу типу ПГТ-01. В окремих дослідах застосовували повітря у балонах під тиском. Всі елементи установок виконували з мінерального скла або фторопласту. У деяких випадках використовували деталі з полірованого органічного скла, для якого, як показали пошукові досліди, не характерна селективна адсорбція газових компонентів при їх мікроконцентраціях у повітряній суміші.
Озоноповітряні суміші одержували в створеному дозаторі. Динамічне дозування повітряних сумішей з аміаком і хлороводнем проводили за методикою [212], а з хлором - за допомогою кулонометричного дозатора хлору [213]. Дозування монооксиду карбону, діоксиду нітрогену та інших газів і парів проводили статичним методом. Для цього паро-газову суміш заданого складу готували у фторопластовому сильфоні об'ємом 0.010 м3 дозатора "AUER Trockengasometer" і подавали на дослідну установку, контролюючи витрати за допомогою електронно-оптичного плівочного витратометра "OPTA".
Досліди проводили при температурі 20?1 0С, атмосферному тиску 745?10 мм рт. ст. і витратах повітряної суміші 0.020?0.0004 м3/год. Інші умови проведення дослідів наведені по мірі їх розглядання.
У рівняннях, що описують дифузію, кінетику хімічних та електрохімічних реакцій та рівнянні Нернста концентрація компоненту газової суміші виступає у розмірності [моль/дм3] або пропорційній їй [атм]. При цьому в умовах постійного атмосферного тиску різні за фізичним змістом розмірності [ppm] (1 моль O3 в 1?106 моль повітряної су