ТЕРМОХІМІЧНА АКТИВАЦІЯ ПОВЕРХНІ ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2025.1.06Ключові слова:
вуглеграфіт, вуглець, активація поверхні вуглецю, газодифузійний електрод, анодний процес, електродна перенапруга, водень, вольтамперометріяАнотація
Перспективним є застосування газодифузійного вуглеграфітового електроду для деполяризації анодного процесу у сульфатно кислотному циклі одержання водню. Сульфатно кислотний цикл є на сьогоднішній день найбільш перспективним у вирішенні проблем атомно-водневої енергетики. Використання, в єдиному комплексі, великотоннажного електрохімічного виробництва та електричної енергії без «карбонового сліду» дозволить вирішити проблему «провальних» та «пікових» навантажень.
Використання анодів на основі поруватого графіту дозволяє проводити процес газодифузійному режимі. Невирішеною задачею є велика перенапруга електродного процесу, яку можна знизити активацією поверхні вуглецевих матеріалів.
Як основу газодифузійного електроду використовувався поруватий графіт марки ПГ–50. Для збільшення каталітичної активності, а також питомої поверхні електрода в порах графітових електродів, осаджували поверхні електрода і в порах активний вуглець (АВ). Експериментально встановлено, що дворазове просочення графіту розчином полісахаридів з наступним обвуглюванням дозволяє отримати поруваті електроди із вмістом активного вуглецю в порах графіту 82…85 % від початкової ваги електрода.
Для встановлення ролі каталітично активних форм вуглецю в процесі окислення SO2 отримані циклічні вольтамперні залежності на скловуглеці СВ 12 в 1 моль∙дм-3 сульфатної кислоти без і з добавкою сульфуру (IV) оксиду в кількості 0,24 моль∙дм-3. СВ 12 обраний як вуглецевмісний матеріал з низьким ступенем розвиненості поверхні, реальна площа поверхні якого близька до геометрично виміряної. Отримані експериментальні дані свідчать, що на поверхні скловуглецю протікає процес окислення сульфуру (IV) оксиду. Процес окислення відбувається при потенціалах утворення на поверхні графіту слабо зв’язаного кисню. Тому є підстави припустити, що окислення сульфуру (IV) оксиду на графіті протікає через слабо зв’язаний кисень на поверхні електроду. Активація поверхні вуглецевого електроду для інтенсифікації окислення SO2 відбулось за рахунок нанесення на поверхню поруватого графіту каталітичних добавок у вигляді активних форм вуглецю. При багатостадійному просоченні вуглеграфітової основи у розчині полісахаридів з подальшим термічним розкладанням та активацією в розчині нітратної кислоти відбувалось регулювання кількість нанесеного АВ. Кількість АВ, нанесеного за одну активацію на зразок ПГ–50, становила 9...12 мг∙см–2. Вміст АВ підвищували шляхом збільшення кількості циклів просочення електродів розчином концентрованої нітратної кислоти з термічним розкладанням після кожного просочення.
При вмісті АВ порядку 33...39 мг см–2 найбільша частина поверхні електрода стає доступною для вільного окислення SO2. Подальше збільшення кількості АВ приз- водить до погіршення характеристик електрода. При активації графітової основи АВ анодна густина струму складає 3200...3300 А∙м–2. Що є достатнім для рекомендації активованих вуглеграфітових матеріалів для промислового застосування у сульфатно кислотному циклі одержання водню.
Посилання
Wenda Kang, Liming Yan, Jiahao Tang Electrochemical activation of graphite electrode for nitrate reduction: Energetic performance and application potential / Applied Catalysis B: Environmental, Volume 329, 2023, Р. 122–155.
Electrocatalytic Hydrogen‐ Evolution at the Pyrolytic Graphite Electrode in the Presence of Hydrogenase Pierre Bianco and Jean Haladjian The Electrochemical Society Journal of The Electrochemical Society, Volume 139, Number 9. Р. 227–242.
Wu Z. Platinum nanoparticle-modified carbon fiber ultramicroelectrodes for mediator-free biosensing / Z. Wu, L. Chen, G. Shen, R. Yu // Sensors and Actuators B. 2006. – V.119, –№ l. – P. 295–301.
Lu L. Glassy carbon electrode modified with gold nanoparticles and DNA for the simultaneous determination of uric acid and norepinephrine undercoexistence of ascorbic acid
/ L. Lu, X. Lin 11 Anal. Science. 2004. – V.20, –№ 3. – P. 527–530.
Rivas G.A. Graphite paste electrode modified with gold nanoparticles. Analytical applications / G.A. Rivas, S.A. Miscoria, G.D. Barrera // Int. Soc. Electrochem. 2004. – № 4. – P. 442–452.
Saldan I., Girella A., Milanese C., Fratini E., Dobrovetska O., Levchuk I., Kuntyi O. Size and distribution of palladium nanoparticles electrodeposited on graphite. Functional materials. 2018, –vol. 25, –№ 1, – Р. 82–87.
Rutkovska K.S., Tulskyi H.H., Sinkevych I.V., Artemenko V.M. Zastosuvannia hazodyfuziinoho katodu v elektrokhimichnomu syntezi hipokhlorytu natriiu. Visnyk NTU
«KhPI». Seriia: Khimiia, khimichna tekhnolohiia ta ekolohiia. Kharkiv: NTU «KhPI». 2018. № 39 (1271). P. 23–26.
Rutkovska K.S., Tulska A.H., Sinkevych I.V., Brovin O.Yu. Metodolohiia aktyvatsii porystykh hrafitovykh elektrodiv. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Khimiia, khimichna tekhnolohiia ta ekolohiia. Kharkiv: NTU «KhPI». 2019. –№ 1. – P. 49–54.
Perspektyvni materialy ta protsesy v prykladnii elektrokhimii – 2018: monohrafiia / V.Z. Barsukov, Yu.V. Borysenko, V.H. Khomenko, O.V. Liniucheva; za zah. red. V.Z. Barsukova. – Kyiv: KNUTD, 2018. – 290 p.
Bairachnyi B.I. Udoskonalennia elektrokhimichnoho metodu oderzhannia vodniu // B.I. Bairachnyi, A.H. Tulska, D.S. Sydorenko // Voprosi khymyy y khymycheskoi tekhnolohyy. – 2013. – № 4. – P. 124–127.
Tulska A.H. Depoliaryzatsiia anodnoho protsesa SO2 v elektrokhimichnomu syntezi vodniu [Elektronnyi resurs] : avtoref. dys. ... kand. tekhn. nauk : spets. 05.17.03 / Alona Hennadiivna Tulska ; [nauk. kerivnyk Bairachnyi B. I.] ; Nats. tekhn. un-t "Kharkiv. politekhn. in-t". – Kharkiv, 2015. – 22 p. – Bibliohr.: P. 17–20. – ukr.
Pat. 100329 Ukraina, MPK H01M 4/96 (2006.01), H01M 4/86 (2006.01). Sklad hazodyfuziinoho anoda [Tekst] / V. B. Bairachnyi, B. I. Bairachnyi, A. H. Tulska, I. V. Sinkevych ; patentovlasnyk Nats. tekhn. un-t "KhPI". – № u 2014 14174 ; zaiav. 30.12.2014 ; publ. 27.07.2015, Biul. № 14. – 4 p.
