Материал диафрагмы для электролиза.

[Матвей]

Попробовал сепараторы от аккумулятора. Электролит нагрелся, диафрагма расклеилась.

[SilverKay]

Не знаю подойдет или нет, но есть водные бруски для заточки ножей. Зерно у них разное, от крупного до почти гладкого, но все они впитывают воду. А вообще как понять подойдет материал для мембраны или нет? поры то тоже разными бывают. Где граница между слишком большими порами и годными?

[ТоптуновПотапов]

Определеить пригодность материала не сложно. Характеристик всего две-три

 

1. Протекаемость. Способность к физическому прохождению электролита сквозь материал по действием перепада давлений. Протекаемость диафрагмы должна быть оптимальной. Тоесть не слишком маленькой и не слишком большой. При слишком большой будет происходить смешение и проникновение электролита. При слишком маленькой будет повышенное сопротивление электрическому току, что требует более высоких напряжений и заметно замедляет процесс электролиза.(ток падает)

2. механическая прочность. Понятно без лишних слов

3. устойчивость к среде. Ну, грубо говоря, сколько времени диафрагма может считатся условно рабочей. Например целлюлоза в щелочной среде набухает и снижается протекаемость, затем разрушается. В кислой просто разрушается.

 

Отвечая строго на вопрос" где граница" - нету таковой. Это вопрос компромисса между потерями. Тока или электролита или продукта электросинтеза.

 

Оптимальная протекаемость у мелкопористой керамики при незначительном перепаде давлений. (нулевое)

Изменено 11 Марта, 2013 в 12:11 пользователем ТоптуновПотапов

[SilverKay]

ТоптуновПотапов, спасибо за ответ! В целом эти характеристики довольно очевидны, но хотелось бы чуть-чуть глубже вникнуть в саму суть процесса. Для конкретики возьмем банальный электролиз NaCl. Допустим, мы подобрали мембрану, которая позволяет электролиту проникать через неё, но не слишком быстро. Мы создали разность уровней католита и анолита для создания нужного противотока, не позволяющего заплывать OH- ионам в анолит. Допустим, наша диафрагма прижата прям к катоду вплотную. Но, не будет ли образовавшийся водород проникать сквозь эту мембрану? Молекула водорода то меньше молекулы воды, но вода то протекает. То есть, если мембрана пропускает воду, ионы Cl-, ионы Na+, ионы OH-, водород, то что же она тогда вообще задерживает? Только Cl2? Но тогда поры должны быть такими, что бы через них не пролазил только хлор? Или может быть мембрана вообще не должна быть абсолютной преградой для всех ионов и веществ участвующих в процессе электролиза, а лишь способствовать значительному снижению диффузии? Но тогда почему не использовать тупо газету намотанную в эмпирически подобранное кол-во слоев?

Недостаточна стойкость к среде?Короче чем больше узнаю о диафрагмах, тем больше возникает вопросов. Я и к книгам обращался, но там обычно приводиться лишь материал диафрагмы и его толщина для данного прибора, а вот физическая суть процесса как то упущена. Из-за этой диафрагмы у меня уже пару недель электролизер стынет, сделал сам прибор, даже раствор приготовил, осталось намотать только диафрагму на дырявый сосуд с анодом и засунуть все это в банку с катодом(

Изменено 12 Марта, 2013 в 17:37 пользователем SilverKay

[ТоптуновПотапов]

ТоптуновПотапов, спасибо за ответ! ...

Применительно к различным технологическим процессам материал диафрагмы различен. При электролизе NaCL нас интересует, в первую очередь, стойкость к хлору и щёлочи. В промышленности и лаборатории процесс ведут неделями, месяцами и даже годами безостановочно. За это время требуется сохранность диафрагмы и её работоспособность. Разобрать промышленный электролизер процесс трудоемкий и вредный. Требуется промывка, монтажно-демонтажные работы, сборка, проверка герметичности, пусковые работы и т.п.

 

С лабораторным электролизером легче - он разбирается и собирается проще и быстрее. С кустарным электролизером еще проще. От него не требуется ни технологичность, ни гарантированная герметичность и вообще требования зачастую отсутствуют вовсе.

 

Получая продукт электролиза на таком электролизере вы всегда загрязняете целевой продукт продуктами распада диафрагмы. Особенно если она из газетной бумаги

 

В электролизере всегда есть проникновение продуктов электролиза в смежные ячейки. Хлор проникает в коллектор водорода, водород в свою очередь проникает в коллектор хлора. Ионный обмен имеет место. С этим ничего не поделаешь. Выбор диафрагмы лишь дает оптимальное соотношение между этими процессами. Хотите диафрагму из бумаги? - нет проблем. Просто не сможете вести процесс длительное время безостановочно. Она или распадется от воды или растворится от щелочи. Это вопрос вашего терпения при замене. Есть возможность менять дважды в день? - смело начинайте процесс. Потом вы сами определитесь, хватает вам этого или лучше поставить другую - необслуживаемую но заведомо хуже.

 

Отвечая на Ваши вопросы:

Должна ли диафрагма быть абсолютной преградой? - нет, это из области фантастики. На практике много других проблем. Например куда девать тепло при электролизе.

Не будет ли образовавшийся водород проникать сквозь эту мембрану? - водород склонен образовывать молекулу Н2 и сразу выделятся из раствора. Проблема ничтожна.

Почему не использовать тупо газету намотанную в эмпирически подобранное кол-во слоев? - нестойкость к щелочи и хлору. Помимо этого будет образовыватся гипохлорит натрия, который быстро окисляет целлюлозу. Получаем щелоч загрязненную карбонатами и рядом прудуктов органического происхождения.

Изменено 12 Марта, 2013 в 18:47 пользователем ТоптуновПотапов

[SilverKay]

Большое спасибо! Есть над чем подумать. Рад бы я выточить диафрагму из мелкопористой керамики, но где же я её возьму? Была еще идея(как я писал выше) использовать элемент водного камня для заточки ножей, можно попробовать с куском кирпича(вроде тоже пористый),пористую плитку. Также понимаю, что все покажет реальный эксперимент, но проблема в том, что выточить диафрагму напильником из кирпича, бруска или плитки довольно геморно. Если бы я мог заранее знать, что они хорошо подойдут,то непременно выточил бы, а так боюсь впустую перепробовать кучу неформата. Но видимо другого пути нет, буду думать что первым делом попробовать. Еще раз спасибо,ТоптуновПотапов,за внимание к моими вопросам=)

[Cimex]

А если керамический цветочный горшок неглазурованый? Раньше были разных диаметров и стоили копейки. А водный камень для заточки не советовал бы - очень высокая пористость.

[SilverKay]

Насчет горшка - тоже неплохая идея, правда неизвестно какая у него протекаемость, мы же когда цветы поливаем, вода сквозь горшок наружу то не выходит? понятно конечно, что она землей удерживается по большей части, но я вот не припомню видел ли я когда нибудь сырой снаружи горшок. Вот кстати еще момент один мне не ясен: допустим получили мы у катода смесь растворов NaCl и NaOH, теперь надо очистить эти 2 продукта. Я так понимаю при выпаривании в домашних условиях на плите щелочь будет глотать CO2 из воздуха и превращаться в карбонат? Много ли щелочи "погибнет" при этом процессе? Можно ли пренебречь этим процессом, или может она вся перейдет в карбонат? Хочу получить хотя бы 1грамм сухого NaOH средней паршивости чистоты. Возможно ли это?

[ТоптуновПотапов]

... Вот кстати еще момент один мне не ясен: допустим получили мы у катода смесь растворов NaCl и NaOH, теперь надо очистить эти 2 продукта. Возможно ли это?

Разделение смеси NaOH и NaCl основано на различной растворимости и эффекте высаливания. Так как гидроксид натрия в десятки раз более растворим в воде он будет подавлять растворимость NaCl. При выпаривании маточного раствора, полученного при электролизе в осадок выпадает NaCl. В промышленности получают 50% раствор NaOH (770 г/л) и 1,8% раствор NaCl (30 г/л примерно).

 

Для удаления остатка NaCl добавляют безводный Na2SО4 образуется нерастворимая тройная соль NaCl*NaOH*Na2SO4

 

Остаточное содержание NaCl ~ 02 - 0.6 %

 

По теме можно почитать любую книжку по прикладной электрохимии. Там более подробно.

 

P.S. Чтобы NaOH не глотал CO2 кастрюльку накрывают крышкой. Слой паров воды предохранит реактив от действия углекислоты.

Изменено 13 Марта, 2013 в 12:53 пользователем ТоптуновПотапов

[SilverKay]

Интересные рекомендации, спасибо! Про крышку - это гениально, я думал что такая халява не прокатит=) Значит ответ на главный вопрос: можно ли дома получить безводный NaOH средней паршивости частоты - можно? А сульфат натрия можно заменить чем нибудь подручным? У меня кроме соли и соды вообще никаких реактивов нету=) Хотя вру, скоро будет небольшое кол-во поташа из золы(если получится конечно)