Ανάπτυξη και μελέτη ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα, βασισμένου σε διπολικά ηλεκτρόδια, για την παραγωγή υποχλωριώδους νατρίου

Κουρτέση, Γεωργία; Kourtesi, Georgia

dc.contributor.author	Κουρτέση, Γεωργία	el
dc.contributor.author	Kourtesi, Georgia	en
dc.date.accessioned	2018-07-18T08:07:59Z
dc.date.available	2018-07-18T08:07:59Z
dc.date.issued	2018-07-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47326
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15580
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλεκτροχημεία	el
dc.subject	Ηλεκτρόλυση	el
dc.subject	Ηλεκτρόδια	el
dc.subject	Χλωρίνη	el
dc.subject	Απολύμανση	el
dc.subject	Electrochemical reactors	en
dc.subject	Electrodes	en
dc.title	Ανάπτυξη και μελέτη ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα, βασισμένου σε διπολικά ηλεκτρόδια, για την παραγωγή υποχλωριώδους νατρίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτροχημεία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-21
heal.abstract	Κατά τη διεξαγωγή της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγινε η προσπάθεια για την ανάπτυξη ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα, βασισμένου σε διπολικά ηλεκτρόδια DSA, με σκοπό την αποδοτική παραγωγή υδατικού διαλύματος υποχλωριώδους νατρίου, από την ηλεκτρόλυση διαλύματος χλωριώχου νατρίου 3.5% w/v, για τεχνολογίες απολύμανσης. Αρχικά, μελετήθηκε η κινητική των αντιδράσεων, οι οποίες και λαμβάνουν χώρα κατά την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος χλωριούχου νατρίου μέσω της τεχνικής της γραμμικής βολταμετρίας σάρωσης. Η διαδικασία είχε ως σκοπό τον προσδιορισμό των συντελεστών Tafel για την παραγωγή οξυγόνου και χλωρίου στην άνοδο και την παραγωγή υδρογόνου στην κάθοδο, καθώς και της πυκνότητας ρεύματος ανταλλαγής για κάθε αντίδραση. Έπειτα, μελετήθηκαν τα διπολικά ηλεκτρόδια DSA του εμπορίου, ώστε να διαπιστωθεί, εάν συντελείται προσρόφηση από αυτά, των ιόντων χλωρίου του διαλύματος, μέσω της τεχνικής της φασματοσκοπίας ηλεκτροχημικής εμπέδησης. Με το πέρας των διεργασιών αυτών, ξεκίνησαν τα πειράματα ηλεκτρόλυσης με τη χρήση διαφόρων διατάξεων (αυτοσχέδιων αντιδραστήρων) και εξαρτημάτων. Πρώτον, σε κυλινδρική διάταξη χωρητικότητας ενός λίτρου με τη χρήση ενός ανοδικού και ενός καθοδικού ηλεκτροδίου DSA, όπως και μιας πηγής έντασης ρεύματος, εξετάστηκε η επίδραση του pH του αρχικού διαλύματος στην παραγωγή υποχλωριώδων ανιόντων. Στα διαλύματα χλωριούχου νατρίου προς ηλεκτρόλυση ρυθμίστηκαν διαδοχικά τέσσερις διαφορετικές τιμές pH και διαπιστώθηκε πως η μέγιστη συγκέντρωση που επιτυγχάνεται με την ηλεκτρόλυση είναι κοινή περίπου στα 7g/L, ενώ μεταβάλλεται ο ρυθμός παραγωγής των υποχλωριώδων ανιόντων. Δεύτερον, σε παρόμοια κυλινδρική διάταξη με την προηγούμενη, χωρητικότητας 250ml, μελετήθηκε η παραγωγή υποχλωριώδων ανιόντων υπό την επίδραση της απόστασης του ανοδικού και του καθοδικού ηλεκτροδίου. Διαπιστώθηκε μέσω της μεταβολής της απόστασης αυτής και με τη διατήρηση των υπόλοιπων συνθηκών κοινών, πως όσο μειώνεται η απόσταση τόσο αυξάνεται η παραγωγή υποχλωριώδων ανιόντων. Παρ’ όλα αυτά όμως, ο ρυθμός παραγωγής τους παραμένει ο ίδιος. Τρίτον, εξετάστηκε για το σύστημα, η επίδραση της εφαρμοζόμενης ισχύος στο ρυθμό παραγωγής, για τις περιπτώσεις αρχικά της χρήσης ανοδικού και καθοδικού ηλεκτροδίου DSA στη διάταξη των 250ml και στη συνέχεια της χρήσης δύο επιπρόσθετων ηλεκτροδίων DSA ενδιάμεσα των προηγούμενων. Με τη διαρκή αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης και συνεπώς της διερχόμενης έντασης ρεύματος, προέκυψε μικρότερη αύξηση του ρυθμού παραγωγής υποχλωριωδών συναρτήσει της ισχύος, για την περίπτωση παρουσίας των δύο ενδιάμεσων ηλεκτροδίων. Επειδή το αποτέλεσμα αυτό έρχεται σε αντίφαση με το αποτέλεσμα που προέκυψε από τη θεωρητική και προσομοιωτική προσέγγιση, την οποία προαναφέραμε, επαναλήφθηκε η συγκεκριμένη πειραματική σειρά. Επιλέχθηκε να τεθεί χρόνος αναμονής μεταξύ των εφαρμοζόμενων τάσεων 30 δευτερολέπτων και ενός λεπτού. Και το αναμενόμενο αποτέλεσμα, δηλαδή η μεγαλύτερη αύξηση του ρυθμού παραγωγής λόγω αύξησης της ισχύος με τη χρήση δύο ενδιάμεσων διπολικών ηλεκτροδίων, προέκυψε για χρόνο αναμονής ενός λεπτού και για τιμές ισχύος άνω των 50 Watt. Τέταρτον, πραγματοποιήθηκε μία πειραματική σειρά σε ηλεκτρολυτικό κελί διαχωρισμένο με μία κατιονική μεμβράνη, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης αυτής στην απόδοση της παραγωγής υποχλωριώδων ανιόντων στο διάλυμα. Από τα πειράματα που διεξήχθησαν προέκυψε πως η χρήση της κατιονικής μεμβράνης έχει ως αποτέλεσμα τουλάχιστον την τριπλάσια απόδοση σε σχέση με την ηλεκτρόλυση κατά την απουσία της. Τέλος, το ανοδικό διαμέρισμα του μεμβρανικού ηλεκτρολυτικού κελιού συνδέθηκε μέσω ενός σωλήνα με ένα δοχείο διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου. Σκοπός ήταν η μεταφορά στο δοχείο του παραγόμενου αέριου χλωρίου στην άνοδο της διάταξης, το οποίο δεν είχε υδρολυθεί στο ανοδικό διαμέρισμα. Η μεταφορά και η υδρόλυση επιτεύχθηκαν και η συγκέντρωση υποχλώριώδων ανιόντων, στο διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, προέκυψε περίπου στα 4.8g/L.	el
heal.abstract	In the course of this diploma thesis, an attempt was made to develop an electrochemical reactor, based on bipolar DSA electrodes, so as to produce, with maximum efficiency, sodium hypochlorite solution, by electrolyzing 3.5% w/v sodium chloride solution for decontamination technologies. The kinetics of the reaction was studied initially, which take place during the electrolysis of a sodium chloride solution, using the technique of linear scanning voltammetry. The purpose of this process was to determine the Tafel coefficients for the production of oxygen and chlorine (anodic electrode) and the production of hydrogen (cathode), as well as the exchange current density for each of these reactions. Thereafter, the commercial bipolar electrodes (DSA) were studied to determine whether there was detected adsorption of the chloride ion, using the technique of the electrochemical impedance spectroscopy. After the completion of the processes mentioned above, electrolysis experiments were initiated, using various devices (improvised reactors) and components. Firstly, in a one liter cylindrical device, with an anodic and a cathodic electrode as well as a current source, was examined the effect of the pH of the initial solution on the production of hypochlorite anions. In the sodium chloride solutions, four different pH values were examined and it was found that the maximum concentration, achieved by the electrolytic process, is common at about 7g/L, while the rate of the production of hypochlorite anions changes. Secondly, in a similar cylindrical configuration (capacity 250ml), was studied the production of hypochlorite anions under the influence of the distance between the anodic and the cathodic electrode. Changing the distance while keeping steady the conditions of the experiment, it was found that as the distance decreases, the hypochlorite anion production increases. Nevertheless, the production rate seems to remain the same. Thirdly, the effect of the applied power on the production rate was examined, in two different cases. First, using the anodic and the cathodic DSA electrodes during the electrolysis, and then, using two additional DSA electrodes in-between. With the constant increase of the applied voltage and as a consequence, of the current, a smaller increase in the hypochlorite production rate as a function of the power occurred, in the case of the presence of the two intermediate electrodes. This result is in contradiction to the outcome of the theoretical and simulatory approach, so the experimental series was repeated. Two different waiting times of thirty seconds and one minute were set between the applied voltages. And the expected result was given for the one minute waiting time and for power values above 50 Watt. This result was the higher increase of the production rate due to the increase in power, in the case of the two intermediate electrodes. Fourthly, a series of experiments were performed in an electrolytic cell, separated by a cation membrane, in order to study its effect on the output of the hypochlorite anion production in the solution. From the experiments which were carried out, it was shown that the use of the cation membrane results in at least a threefold output compared to the output in its absence. Finally, the anodic compartment of the membrane electrolytic cell was connected via a tube to a sodium hydroxide solution vessel. The purpose was to transfer the chrorine gas produced at the anode, which had not been hydrolysed, to the vessel. The transfer and hydrolysis were achieved and the concentration of hypochlorite anions in the sodium hydroxide solution was about 4.8g/L.	en
heal.advisorName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Φυσικοχημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.
heal.fullTextAvailability	true