авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Твердотельный потенциометрический сенсор, селективный к катионам кадмия в сточных и промывных водах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КИРЧЕВА Анна Александровна

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕНСОР, СЕЛЕКТИВНЫЙ К КАТИОНАМ КАДМИЯ

В СТОЧНЫХ И ПРОМЫВНЫХ ВОДАХ

Специальность 02.00.05- Электрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов-2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор химических наук, профессор Ольшанская Любовь Николаевна
Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор Базанов Михаил Иванович
кандидат технических наук Смирнова Ольга Алексеевна
Ведущая организация Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Защита состоится «24» декабря 2010 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.242.09 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 413100, г.Энгельс Саратовской области, пл. Свободы, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» (410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77).

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета http://www.sstu.ru « » ноября 2010 г.

Автореферат разослан « » ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На протяжении едва ли не всей истории аналитической химии одна из самых важных ее задач состояла и состоит в том, чтобы устанавливать связи между составом и каким-либо легко измеряемым свойством, а в дальнейшем использовать выявленные закономерности для разработки способов определения концентрации и соответствующих устройств. К этим устройствам относятся датчики, или химические сенсоры, которые дают прямую информацию о химическом составе среды (раствора), в которую погружен датчик, без отбора анализируемой пробы и ее специальной подготовки.

Ионоселективные электроды позволяют специфически и количественно определять очень большое число веществ, в том числе простые неорганические ионы, аминокислоты и сложные органические соединения. Широкие возможности применения, небольшой расход исследуемого вещества, а также простота процесса измерения позволяют использовать ИСЭ в качестве вспомогательного средства в исследованиях по физиологии, медицине, биологии, при изучении окружающей среды и др.

Ионоселективные электроды (ИСЭ) имеют ряд следующих несомненных достоинств: а) они не оказывают воздействия на исследуемый раствор; б) портативны; в) пригодны как для прямых определений, так и в качестве индикаторов в титриметрии; г) недороги.

Нельзя точно указать, сколько ионов можно определить при помощи коммерческих ионоселективных электродов, так как число их непрерывно возрастает. Если учесть только те ионы и анионы, к которым эти электроды более или менее специфичны, то можно назвать цифру ~30. К этому можно добавить те катионы и анионы, которые можно определить косвенно при помощи этих же 30 электродов, используя, например, химические реакции комплексообразования, осаждения или биохимические реакции, в результате которых меняется активность определяемых ионов.



Ионоселективные электроды, которые используют в качестве специфических анионных детекторов, в этом отношении почти вне конкуренции, если учесть высокую стоимость сложных измерительных устройств и точность (<1%), достигаемую при их использовании в качестве индикаторных электродов при определении конечной точки титрования. Кроме того, при анализе объектов, связанных с охраной окружающей среды, несомненный интерес представляет тот факт, что при помощи ИСЭ можно установить форму соединения измеряемых ионов. При анализах на открытой местности (например, при исследовании почвы, воздуха и растений) относительная точность составляет 1-10%, что в большинстве случаев бывает достаточным. Ионоселективные электроды могут быть полезны при отборе проб в качестве анализаторов, что трудно осуществить другими техническими средствами.

Пределы обнаружения ионоселективных электродов колеблются в интервале 10-5 – 10-19 моль·л-1, а минимальное количество пробы, необходимое для одного измерения, составляет 0,05-1 мл. Процесс измерения в этом случае не связан с разрушением и расходом пробы, а это раскрывает новые аспекты в области анализа следовых количеств вещества.

Пока еще селективность всех электродов не так велика, чтобы проводить непосредственные измерения определяемых ионов в присутствии почти всех основных ионов. Поэтому, в настоящее время, разработка высокоселективных ИСЭ и оценка мешающего влияния различных анионов и катионов на стабильность электродных характеристик является актуальной задачей.

Цель настоящей работы заключалась в технологии изготовления корпусных Cd-CЭ, селективных к катионам Cd2+, Zn2+, исследовании электрохимического поведения и механизма работы твердоконтактных сенсоров.

В связи с этим потребовалось решить следующие задачи:

  1. определить термодинамические характеристики модельных растворов (сточных вод), содержащих сульфаты меди и цинка;
  2. установить влияние состава и концентрации компонентов активной массы при изготовлении твердоконтактных ионоселективных электродов на их свойства;
  3. исследовать влияние концентрации и физико-химических свойств электролитов на основе сульфатов кадмия, меди, цинка на электрохимические характеристики, термодинамические закономерности и механизм процессов, протекающих на сульфидных и модифицированных терморасширенным графитом (ТРГ) ионоселективных электродах;
  4. определить основные электрохимические параметры разрабатываемого потенциометрического сенсора различных конструкций;
  5. изучить влияние природы и концентрации мешающих анионов и катионов в составе раствора на электродные характеристики исследуемых электродов;

6) разработать технологические рекомендации по изготовлению корпусных твердоконтактных потенциометрических сенсоров, селективных к тяжелым металлам.

Работа выполнена на кафедрах «Технология электрохимических производств» и «Экология и охрана окружающей среды» СГТУ в соответствии с планами НИР СГТУ по основным направлениям: 10 В.02 «Разработка новых технологий получения современных материалов и покрытий многофункционального назначения» и 14 В.03 «Разработка экологосберегающих технологий, способов контроля, очистки и обеззараживания воды, почвы, переработки и утилизации техногенных образований и отходов в товары народного потребления».

Научная новизна диссертационной работы подтверждается следующими положениями, выносимыми на защиту:

  1. Изучением термодинамических характеристик растворов на основе сульфатов меди, кадмия и цинка.
  2. Выбором оптимальных соотношений компонентов для изготовления многофункционального корпусного ионоселективного электрода на основе сульфидов металлов (CdS, CuS), ТРГ и связующего БФ-2.
  3. Выбором материала конструкции токоотвода корпусного твердотельного датчика.
  4. Получением новых экспериментальных данных по влиянию концентрации (100-10-8 мг/л) и природы анионов (Cl-, I-, CH3COO-, SO4-2, NO3- ) и катионов ( Zn+2, Ni+2, Cu+2 ) в составе раствора на электродные характеристики, стабильность и устойчивость параметров при работе ионоселективного электрода.
  5. Разработкой технологических рекомендаций по изготовлению ионоселективных электродов, проведением макетных испытаний и установлением их аналитических возможностей.

Практическая значимость определяется разработкой технологических рекомендаций по изготовлению корпусных ионоселективных электродов с оптимальными электрохимическими и аналитическими характеристиками и апробированием потенциометрических сенсоров для определения ионов в сточных водах.

Разработаны и апробированы модельные корпусные твердотельные датчики, показавшие механическую и адгезионную прочность, электрохимическую стабильность характеристик и удовлетворительную работу в качестве потенциометрических сенсоров для определения ионов кадмия, цинка и меди в гидросферных комплексах в составе сточных вод предприятия ООО «Маслосырбаза «Энгельсская». Разработанные ионоселективные электроды внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Основы водоподготовки и водоочистки», «Химия окружающей среды», «Техника защиты окружающей среды», «Основы токсикологии», дипломное проектирование.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, включая 2 статьи в центральной печати по списку ВАК РФ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных, Российских, региональных научных конференциях и совещаниях. Получен патент на изобретение № 2381493 «Способ изготовления твердотельного ионоселективного электрода». Список публикаций приведен в конце автореферата.

Объем диссертации. Диссертации состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 165 страницах, содержит 24 таблицы, 65 рисунков и 141 литературный источник.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи работы, отражены научная новизна и практическая значимость, апробация работы, основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Литературный обзор

В главе приведены основные составы, конструкции и электродные характеристики твердоконтактных ионоселективных электродов (на основе галогенидов, сульфидов (халькогенидов) одно- и двухзарядных ионов металлов), дана оценка их свойств (коэффициент селективности), достоинств и недостатков, показаны основные области применения ИСЭ. Рассмотрено мешающее влияние различных анионов, катионов и рН на селективность и стабильность таких электродных характеристик ИСЭ, как время отклика, дрейф, температурный коэффициент, время жизни и др. Проанализированы конструкции различных по составу и способам изготовления ионоселективных электродов.

Глава 2. Методика эксперимента

Глава посвящена описанию объектов и методов исследования.

Объектами исследования являлись электроды на основе сульфидов металлов трех составов:

  1. масс,%: (CdS:CuS:Ag2S):БФ-2=(34:28:28):10;
  2. масс, %: (CdS:CuS:ТРГ): БФ-2=(47:39:4):10.

Исследования проводились в модельных растворах на основе галогенидов, нитрата, ацетата кадмия и сульфидов кадмия, никеля, цинка, меди различных концентраций от 10-8 до 100 мг/л.

Дано описание методики приготовления активной массы электрода, мембраны, способа ее нанесения на токопроводящую основу (цинк, алюминий, сталь, медь), изготовления основных конструкций исследуемых ионоселективных электродов. Для приготовления активной массы электрода использовали реактивы марок «хч» и «чда».

Дано описание используемых в работе электрохимических (бестоковая потенциометрия, вольтамперометрия, метод переменного тока) и физико-химических (кондуктометрия, вискозиметрия, денситометрия) методов исследования, которые позволили достаточно полно изучить электрохимические характеристики и термодинамические закономерности, протекающие в растворах и механизм процессов с участием Cd-СЭ. Представлены основные уравнения и методики для расчета кинематических и термодинамических характеристик (ТХД), диффузионно-кинетических параметров, величин тока обмена, скорости переноса заряда.

Глава 3. Влияние состава и концентрации растворов

на электрохимические параметры и селективность Сd-СЭ

3.1. Физико-химические и термодинамические параметры растворов, на основе сульфатов цинка и меди

Проведенные исследования по измерению физико-химических свойств растворов на основе сульфатов меди, цинка позволили установить, что введение в воду сульфатов металлов вызывает, вопреки ожидаемому, снижение плотности растворов (табл. 1).





Таблица 1

Величины плотности (), кинематической (), динамической (µ)

вязкости и энтальпии активации вязкого течения Н*

для исследуемых растворов при различных концентрациях

Концентрация, мг/л СuSO4 ZnSO4
25, г/см3 25, мм2/с 25µ, спз Н*, кДж/моль 25, г/см3 25, мм2/с 25µ, спз Н*, кДж/моль
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0,000 000 1 0,998 0,907 0,905 7,437 0,993 0,878 0,872 6,656
0,000 000 25 0,997 0,920 0,917 8,760 0,993 0,878 0,872 7,245
0,000 00 25 0,995 0,949 0,944 11,267 0,993 0,858 0,852 7,621
0,000 00 5 0,994 0,956 0,950 10,628 0,993 0,871 0,911 5,998
0,000 1 0,995 0,936 0,931 11,459 0,993 0,878 0,911 7,352
0,000 5 0,994 0,979 0,938 13,386 0,992 0,917 0,910 6,693
0,01 0,995 0,943 0,948 10,738 0,993 0,927 0,921 7,920
0,05 0,994 0,940 0,950 12,813 0,992 0,917 0,911 4,207
1 0,995 0,959 0,954 9,190 0,992 0,923 0,916 8,196
2,5 0,995 0,966 0,961 12,136 0,993 0,907 0,900 8,478
5 0,995 0,940 0,935 9,128 0,992 0,927 0,920 7,190
10 0,995 0,953 0,948 10,150 0,992 0,907 0,900 8,398


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.