Синтез хлоратов и перхлоратов

pinko>> Я думаю, мы обсуждали это раньше, но я не помню как решили что будет работать высокочастотный (несколько сотен килогерц) ШИМ в этом случае?
irfps> Добрый вечер, Pinko.
irfps> Да, обсуждали, если преобразователь, сделать как источник тока, то будет работать.
irfps> Но, проще, сделать сразу из сети, уходит лишнее преобразование и не только.
irfps> С уважением, irfps.


Здравствуй irfps,

Мой вопрос был в другом контексте, я объясню - речь идет о нефильтрованном ШИМ...

- Если мы будем пропускать через ячейку 12в тогда плотность тока на аноде будет чрезмерной, хлораты/перхлораты будут формироваться, но эрозии т.е. износ анода (платины или графита) будeт очень быстр.

- Если мы используем этот 12в с ШИМ, скажем на 50 Гц и рабочий цикл 70/30, то средний ток и мощность будут в порядке, хлораты/перхлораты будут формироваться, но это то же самое как если мы используем анод 70% времени на 12в и 30% времени он выключен. Так что анодного плотность будет чрезмерной и износ анода будет также очень быстро.

- Однако, если мы используем те же 70/30 ШИМ с частотой 500 кГц, средний ток и мощность будут в порядке. Но сейчась есть переходные процессы и мне совершенно непонятно, что произойдет на поверхности анода? Будут ли хлораты/перхлораты формироваться? Будет ли анод разрушаться как если бы он работал 70% времени при 12В?

Согласно теории, для разделения молекулы воды и для окисления хлорида до хлорита и хлората необходимы 6 электронов. Затем еще 2 электрона до перхлората. Предположим, что нет редукции и нет минимального потенциала (т.е. эффективность преобразования 100%) - так если мы пропустим 1 А/ч то мы знаем количество электронов и следовательно количество хлората/перхлората.

Но это теория, реальность гораздо сложнее и с переходными процессами все становится более неясным. Что происходит с потенциалом, с эффективностью и так далее.

Было бы хорошо, если бы кто-то мог прояснить ситуацию. Если это сработает, то простой ШИМ от контроллера, МОП-драйвера и быстрого МОП будет достаточным легким решением.

pinko> мы знаем количество электронов и следовательно количество хлората/перхлората.

Зная количество электронов за один период ШИМа, легко посчитать, плотность электронов на квадратный сантиметр электрода.
И сравнить с количеством атомов электрода на этом же квадратном сантиметре.
Если электронов окажется меньше, чем атомов, значит пульсации тока не имеют значения.

=====

Для электролиза можно попробовать использовать источники питания для светодиодов, которые как раз стабилизируют ток независимо от напряжения.
Но они довольно хилые, больше 1.5 ампер не видно.
Ну, парочку в параллель поставить.

Xan> Если электронов окажется меньше, чем атомов, значит пульсации тока не имеют значения.


Спасибо Xan. Что происходит с требуемым потенциалом напряжения в этом случае? При 1 вольт ток тоже будет протекать, но как известно для окисления необходим определенный минимальный потенциал и поэтому перхлорат не образуется.

На этих частотах профиль волны больше не может считаться прямоугольная, ток также не является линейным с напряжением. Т.е. Как вычислить во время ШИМ цикла какая часть от проходящего тока будет "полезна" и насколько "полезна" - см. картинку? Тоже существует ли минимальное время с физико-химической точки зрения для того, чтобы произошло окисление?

Б.г.> у графитовых брусочков сторона, обращённая к аноду, работает, как катод, а сторона, обращённая к аноду, работает, как катод.
Вчера вечером слил электролит. Судя по скорости, с какой начал разрушаться графит, реакция на этих графитовых брусочках таки шла, в смысле, биполярные электроды электродили. Так что, может, и зря слил. Помыть и посушить кювету не успел, буду этим заниматься сегодня, в общем, новый электролиз опять раньше выходных не начнётся.
Но, характерное отличие от варианта контакта металла с графитом на аноде - отфильтрованный раствор абсолютно бесцветен. Правда, и время маленькое - всего трое суток.

Добрый вечер, Pinko.

Надеюсь, теперь, понял правильно. Твоя идея, заключается в том, что ты предлагаешь использовать прямоугольный импульс, амплитудой, например 10в(0\10в) и изменять его скважность(ШИМ), там самым, изменять действующие значение напряжения.

Тут, есть ряд вопросов.
Первый, ток в состоянии вкл, ничем не ограничен, вероятно, это не очень хорошо.
Поскольку, это электрохимические процессы (предположительно, похожие на те, что происходят в аккумуляторе), то необходимым условием процесса окисления, является достижение иона, анода\катода, поскольку, есть силы препятствующие этому(электрохимический потенциал), в нашем случае 2-4в(химики знают точно). По этому, необходимо придать некоторую энергию иону, для того что бы он мог преодолеть этот потенциальный барьер. Эта энергия пропорциональна напряженности эл. поля. Если посмотреть на электрическую модель ячейки, то она выглядит, сл. образом. Последовательная цепь, сопротивление проводов + сопротивление анода\катода + сопротивление электролита(переменная величина, зависит от температуры, концентрации, химсостава, геометрии)+ сопротивление потенциала(при напряжении ниже барьера, высокое, при напряжении выше барьера, очень низкое, возможно и отрицательное), как некоторый пример, стабилитрон или варистор.
Таким образом, мы имеем, низкоомную цепь, с понятным сопротивлением(низкоомным), неопределенной частью(сопротивление электролита) и нелинейным элементом (стабилитроном). Задача состоит, в выделении определенной энергии на стабилитроне. Совершенно очевидно, что источником напряжения, добиться этого не возможно, но если в этой цепи стоит источник тока, то все получается автоматический, мы не зависим от неопределенных цепей. Мощность на стабилитроне, это ток, умноженный на падение напряжения на нем. Поскольку, электрохимический потенциал, в нашем случае, почти константа, а ток мы знаем, вот и получается, как надо.

Касательно импульсного питания ячейки(100-300кгц), думаю так, поскольку в цепи есть неопределенная переменная составляющая(сопротивление электролита), так делать нельзя, по тому, что не будет стабильного результата(это источник напряжения). Все, к чему это приведет, это лишний нагрев электролита. Плюс, вытеснение переменной составляющей, к краям ячейки, ток будет не однороден, в своей плотности, в ячейке. Понятно, что электрохимические процессы все медленные, по сравнения с этими частотами, именно по этому, вероятно, увеличиться нагрев и эрозия электродов. Есть еще момент, у тебя нет защиты по току, такое устройство, будет очень не надежным. В целом, не вижу смысла, добавить дроссиль и цепь управления, вот и источник тока.
Механизм разрушения электродов, да скорее всего механический, так как, например графит, в реакцию не вступает. Кавитация, насыщение кристаллической решетки, газами, вероятно, еще, какие то процессы.

Другое дело, низкочастотное модулирование источника тока(частоты сравнимые с временем электрохим. процессов), такие технологии используются при восстановлении свинцовых аккумуляторов и в некоторых продвинутых ЗУ(вроде как, продлевают жизнь аккумулятора, меньше портиться электроды). Возможно, это интересно и для нас, например уменьшится эрозия электродов, увеличится кпд. Делать, вероятно, надо так, управляемый от ПК, источник тока и куча тестов, для того, чтобы подобрать правильный режим. Возможно, какую то информацию, получится заимствовать из статей\патентов по импульсному заряду\восстановлению аккумуляторов. Как то так.
С уважением, irfps.

pinko> На этих частотах профиль волны больше не может считаться прямоугольная, ток также не является линейным с напряжением. Т.е. Как вычислить во время ШИМ цикла какая часть от проходящего тока будет "полезна" и насколько "полезна" - см. картинку? Тоже существует ли минимальное время с физико-химической точки зрения для того, чтобы произошло окисление?

Думаю, если кто и знает, точно не скажет, здесь все упрется в нюансы, температура, состав, материалы электродов, их форма и плюс к этому, параметры импульсов.
Возможно только оценить. Ячейка обладает свойством аккумулятора, только плохого, если снять ток и померить амперметром на электродах, будет виден ток разряда. Процессы в ячейке медленные, ион должен доплыть до электрода, по этому, скорее всего, при частотах, выше некоторой величины (время пробега через барьер) будет так, постоянная составляющая пойдет в работу, а переменная в нагрев(спектр меандра известен). А, вот при низких частотах, да еще со сменой полярности, могут наблюдаться весьма странные вещи. И, если есть интерес, смотреть, на мой взгляд, необходимо, именно туда. Есть вероятность того, что при некоторых параметрах, удастся уменьшить кавитацию, а так же эрозию и наводороживание электродов.

pinko> Тоже существует ли минимальное время с физико-химической точки зрения для того, чтобы произошло окисление?

Всё в единицах СИ.

Плотность платины = 21450
Атомный вес платины = 195
Атомов в киломоле = 6.022e26
Заряд электрона = 1.6022e-19

Размер атомов платины = (21450 / 195 / 6.022e26)y(1/3) = 5.674e-9

Количество атомов на 1 м2 анода = 1 / 5.674e-9 / 5.674e-9 = 3.106e16

Заряд анода, если бы на каждый атом по электрону = 3.106e16 * 1.6022e-19 = 0.005

При плотности тока анода = 3500 такой заряд будет получен за время = 0.005 / 3500 = 1.4 микросекунды.

Проверьте, вдруг я где-то штук десять порядков потерял. Как настоящий теоретик!!!

Получается, что при ШИМе меньше мегагерца пульсации тока будут влиять на процессы электролиза.
Это очень приблизительная оценка.

pinko> Как вычислить во время ШИМ цикла какая часть от проходящего тока будет "полезна" и насколько "полезна" - см. картинку?

Скорее всего при низком напряжении ток будет маленький и тут потери будет небольшие.
Но и в максимуме тока потери (например, на озон) не будут большими, так как обычная плотность тока (вроде 3500) она далека от действительно большой.
Если скважность небольшая, конечно.

pinko> Как вычислить

Никак, слишком много надо знать.

pinko>> Как вычислить
Xan> Никак, слишком много надо знать.

вне моей цели.

Спасибо за остальную информацию - признателен за ето. По крайней мере есть отправная точка посколько 2 МГц ШИМ контроллеры и полевые транзисторы легко доступны - это стоит попробовать когда у меня есть возможность.

pinko> посколько 2 МГц ШИМ контроллеры и полевые транзисторы легко доступны

1.
Возможно, не все атомы анода работают. Возможно, работают только некоторые точки с небольшой площадью. Тогда характерное время будет гораздо меньше.
Возможно, на один атом приходится не один электрон, а несколько. Например 6 для хлората или 2 для перхлората. Тогда характерное время будет больше.

2.
Длинные провода от источника к электролизёру будут работать как индуктивность и сгладят пульсации.
А заодно будут излучать мощные помехи в эфир!
Проще, мне кажется, в источник вставить индуктивность с кондюром и не надо будет думать о том, как ШИМ влияет на химию.

pinko>>>

Добрый день.

Вот, источник тока.(прототип)
Не самая простая версия. На амперметре 170А.

shelkun> выход из колбы 2312 грамм хлората калия за трое суток, но возможно было бы больше,

Суточный выход хлората калия с одной банки [граммы] = 18.3 * КПД * ток [амперы]
(для хлората натрия 15.9)
Выше этого не прыгнуть.

КПД для графита около 0.80 ... 0.85, так что можно считать так:

Выход = 15 * ток
(для хлората натрия 13)

За 3 суток при 20 амперах должно получиться около 15 * 3 * 20 = 900 граммов.

Хлорат калия может выпадать на дне электролизёра, если его наработается достаточно много.
Тогда его можно просто выгребать ложкой, а в электролит добавлять свежий раствор хлористого калия.

А можно достаточно часто сливать проработанный электролит, совать его в холодильник на сутки, слитый с кристаллов раствор снова нагревать до комнатной, добавлять воды и хлористого калия, и снова на электролиз. И так две порции электролита крутить попеременно.

Xan> КПД для графита около 0.80 ... 0.85, так что можно считать так:

Eто без хроматами?

Xan>> КПД для графита около 0.80 ... 0.85

Это в книжке Шумахера. Сам я с графитом дела не имел.

pinko> Eто без хроматами?

Если не склероз, с графитом хроматы не идут, надо что-то со фтором.

Xan>>> КПД для графита около 0.80 ... 0.85

Это с pH контролем и/или дихроматами. Без добавок КПД падает до 45%-50%

Xan> Если не склероз, с графитом хроматы не идут, надо что-то со фтором.

Это для анодов из Двуокись свинца, с графитом не проблема.

shelkun> Сегодня третий раз перекристализацию сделал, выход 2291грамм

Какие-то чудеса ты пишешь.

shelkun>> Сегодня третий раз перекристализацию сделал, выход 2291грамм
Xan> Какие-то чудеса ты пишешь.

Вот и мне инетерсно как быть с таким чудом, как охлаждением такой установки в (20...30)А! она же греться должна нещадно, что всё бы уже через час выкипело

SashaMaks> Вот и мне инетерсно как быть с таким чудом, как охлаждением такой установки в (20...30)А! она же греться должна нещадно, что всё бы уже через час выкипело

Это легкая часть - положить банку (реактор) в большое стальное ведро с водой и проблем решен. У меня были такие реакторы, как 15A в 1.7л банке - охлаждал его таким образом без проблем.

А вот что инетерсно:

- 20А / 3дня / 2.5кг хлората - ето 200% КПД

- Идеальная растворимость хлорида натрия 350 гр/л => 2,3кг к-хлорат = 18,7 мол = 1,1кг хлорида натрия! Итак добавь объем графитового анода для 20А тока - как это все получилось в 4-литровой банке?

- первой выход - 2312гр, а третий раз перекристализаци 2291гр. Черт растворимость, она не важна и ничто не остается в воде