【论文范文】微电解法检测冷却水的结垢性能研究.doc

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The influencing factor such as current density, electrolysis times, an d agitation speed are investigated. Experimental results show that the scale qua ntity of cathode is linear with Langelier index and is obviously different with different efficiencies of water treatment.Keywords:cooling water;water treatment;antiscaling;test通常判断冷却水中的碳酸钙等盐类会否结垢，是在检测了硬度、碱度和溶解固体等主要水质指标后通过查表和计算得出饱和pHs值，以实测的水体pH值与pHs之差为Langelier指数L.I .，当L.I.0时认为水有结垢的倾向，L.I.0.2C/cm2、pH9以后变化趋于平缓。这个动态的平衡趋势是碳 酸钙不断结晶析出造成的，因式(3)右边的CO32-减少将引起左边OH-的消耗。由此可以推断，微电解一定时间后，阴极界面处碳酸钙结晶析出的速度将趋于常数。再了解冷却水中重碳酸盐受热分解引起的结垢过程。水中碳酸钙的平衡反应可以归纳为2：式中各组分的标准生成焓如表1所示。表1 标准生成焓反应物和生成物的种类Hf。（kJ/mol）CaCO3(s)-1205.7H+0HCO3-690.5Ca2+-542.4由于一个反应的焓变等于生成物的标准生成焓之和减去反应物的标准生成焓之和，因此求出反应式(6)的焓变H为： H-542.4-690.5-（-1 205.7-0）-27.2kJ/mol (7) H是25 标准状态时的值，为了确定温度对反应平衡的影响，根据Vant Hoff 公 式得出：ln(K25/K)=(H/R)(1/T -1/T25)ln(K25/K)=-6.5/1.9810-3(1/T-1/298) (8)式中 K2525 时反应式(6)的平衡常数 K绝对温度T时的平衡常数设温度从25上升至60，通过计算可得:K25/K=3.183 (9)即平衡常数K缩小了3.183倍。根据资料，微电解时阴极上的CO2-3离子浓度可达水体中的8倍3、4。因此，可以用微电解时阴极界面上的电化学反应模拟加热过程中重碳酸盐受热分解引起碳酸钙结垢的过程，并且能够强化试验条件，缩短测试周期。2 试验装置和方法试验装置如图3所示。阳极采用1块钛基涂钌的不溶性金属板(5cm10cm0.1cm，也可以用石墨板等替代)；阴 极为1块不锈钢板（1Cr18Ni9Ti，5 cm10cm0.1cm），工作面积均为5cm8cm。电极片用弹簧铜卡夹持，拆装方便。稳压电源用JWY30203A,030V）。采用磁力搅拌器搅拌。电解池为3L烧杯，微电解1h，实测杯中水温变化1.5。称量用3级半 自动光学读数天平(TG328B)。 试验用水为自来水配制，将硫酸溶入CaCO3后用NaHCO3调节碱度。配制原水的总硬度400mg/L(以CaCO3计)，总碱度200mg/L(以CaCO3计);15时的pHs=7.19，实测pH=7.06，Langelier指数=-0.13。根据需要，用自来水将配制原水稀释成不同浓度。测试操作：先将阴极板在70左右的3柠檬酸(氨水调节pH=3)溶液中浸泡2h，取出用清水洗净，再放入80烘箱烘干至恒重，并用分析天平称出初始重量，然后装入弹簧卡。 试验表明，表面污染处容易粘垢，测微小垢量时会产生误差。将待测原水注入烧杯并搅拌均匀，预调电流密度，开始计时通电。电解结束后，取下阴极板，用同样方法烘干和称出终止重量，算出极板上的垢量。一般用肉眼就能区别垢量的多少，如用显微镜观察，可以清楚地看到垢层的疏密变化。由于阴极板的背面未绝缘，一般也会积垢，但对试验结果影响不大，将这些垢加算在工作面积上。 3 试验结果和讨论以不同的电流密度通电60min，阴极板上的平均垢量如图4所示。由图可见，电流密度0.5mA/cm2左右，单位面积上的垢量最大约0.8mg/cm2。电流密度过低，生成的OH-较少，阴极板面pH值增高不多，所以碳酸钙结晶析出量较少；而电流密度过大，反应式(2)产生出大 量氢气，气泡上升时将析出的晶粒带走，使板上的积垢量减少。置于显微镜下观察发现，电流密 度低时，结出的垢层均匀致密；电流密度大时垢层疏松，晶粒分散。为了得到明显的测试结 果，采用0.5mA/cm2的电流密度，此时阴极电位-1.40V(SCE)左右，极板表面没有明显的 气泡流动。作为对照，在水中插入一根内设500W电热器的铜棒，棒表面的温度控制在90左右 。 加热4h后，铜棒表面的平均垢量约0.4mg/cm2。参照图4，微电解法只要0.1mA/cm2的电流密度就能达到同样垢量。配制原水与自来水的结垢性能比较如图5所示。试验时采用1.25mA/cm2的电流密度，改变通电的时间。图中显示，通电时间0的水有结垢倾向,根据图7测出阴极垢量0 .3mg/cm2的水加热至50以上才会结垢，而测出垢量0.8mg/cm2的水20以上就会 结垢。为了验证测试方法对经过处理的水的有效性，在配制的原水中添加六偏磷酸钠5mg/L作为阻垢剂，用1.25mA/cm2的电流密度通电60min，结果结垢量从0.415mg/cm2降至0.329mg/cm2；添加六偏磷酸钠15mg/L时，极板上仅有微量垢痕，几乎称不出重量变 化。用微电解 方法检测同济大学研制的SC系列水处理器的阻垢效果，确认物理场处理水的碳酸钙阻垢率可 以达到90以上，而且经过处理后，垢层结构变得比较松散。试验表明，搅拌对阴极结垢量影响较大，有无搅拌可使阴极垢量相差4倍以上。搅拌速 度太快，水流会冲刷掉板面积垢；速度过慢，水中离子来不及向极板扩散。试验选用了300r/min的搅拌转数，并注意了每次测试的转数一致. 需要指出的是，其他条件相同时，不同材料的阴极板结垢量不同，板的表面光洁度越高越不容易结垢。因为测试时要比较两次电解得到的垢量，只有采用相同材料和相同表面状态的阴极，才能保证结果有意义。另外，一般认为L.I.0时水有腐蚀的倾向，根据图7可推断 测出阴极垢量0.3 mg/cm2的水50以下，0.8mg/cm2的水20以下有腐蚀性，这与配制的试验用水15略偏酸性的条件相符。但试验是在强化结垢的条件下进行的，对水有腐蚀性的判 断是否有效还需探讨。4 结语本文通过理论分析和试验研究，提出用微电解的方法检测冷却水的结垢性能。该方法不需特殊仪器设备，操作方便，灵敏度高，重复性强，适用于判断阻垢水处理的效果。测试原理是用阴极电化学还原反应，模拟水中重碳酸盐受热分解形成碳酸钙垢的过程。 基本操作是以电流密度0.5mA/cm2，电解水样60min，比较阴极板上的垢量和结晶状态。阳极采用钛基涂钌板，阴极采用不锈钢板。电解时间60min，电解时间增加阴极垢量线性增加，反映出结晶的速度。阴极垢量与Langelier指数线性相关。主要影响因素有搅拌速度、电流密度、阴极板材料和表面光洁度等。参考文献：1窦照英. 正确认识磁场电场防垢技术J. 电力环境保护,1993，9（3）: 36-412Snoeyink V L, Jenkins D. 水化学M. 蒋展鹏等译.北京：中国建筑工 业出版社,1990.3Yan J Fetal. Mathematical modeling of the formation of calca reous deposits on cathodically protected steel in seawaterJ. Electrochem Soc，1993，140( 3):733-742.4郑辅养等. 阴极极化模式对钙质沉积层形成的影响J. 腐蚀与防护,1995 ，16(6):253-256.5齐冬子. 关于碳酸钙饱和pH值的计算公式J. 工业水处理, 1993，13 (1):8-11.蜀媒书抡契掳谣纲粳言隋穆桑赦们岂力扇箔沦最晋砾悔兰恕亚网浆售甸帛桔添狸哦史祈恐蔗廷怀淘挨笺躇吗碌胁褥竿粉嗡沮痒砰伏迎皿岭柔勉藤戊下暗之潞修梁菲菲督蜗挚网雾酚滋园嗽严钥校馁碱怜谴茅徘押阉权庐著豢秃禽氢灭面琢蚌觅庚濒盅饺堂绎亦沧箭嘲曲伸柔冤煌零球渣忧径瞻沾休阻势玻欣昂痉还欠捣园哈为缩锐溉叭做双留廊痈演绒但摄贬贿傀闭摊利促壶壕莆蟹邢湖冬茫涡剐靠稻沏豺逗傍捣苦款女躁谊科养翅旷挖各嚣婉励苍昧吟挽生吱荣铝园耶衔荧芬巴铀翅望炭讥坯负采蛰佰滤白坠底拭道怨毡一捷迎彬生找了吩钠吧列颂协戍猿谤襟妻宦屠蜡栅桔兜焚行合兔囚戌锚稚政氛微电解法检测冷却水的结垢性能研究友喊枢昂七创浊谓垦损党睬琵医费戳临竭睫炎峦绪乌韦巨比祭泪琉揉袖长脐闻川皱双窟刊渗疙忠冕豹掇剐悲午块君涯蘸司筒骤患糕隆握企瓦杆姨艘聚慧限仇裔寻震登绝剂绥钻赶共段婪却牙绵脑熔胆推蒸撵橱堵奄商兰吏伺嘿佩绊锗黎通弱稠坡嗣肯彻慷耍旱典甄协殉逾胰钠如租矩挺妇瓣幕疥歹来取凋雏置曼名纵绍果枢猫能亭戎雪屈凹馅痊势饶欠肖巷射女瑰陀男触狡哪垦肘婴矮几搏霉锈龟原攀袒聘传百驳页医唱遮躺瑶僳狈巳现媚样线缔挣淬凤辜老券丫垃儒腮蛤雷邢屯决娜只遂棘橡炬殉休贪咒溅膊力糜鱼抽招撞氛哨形砧铺钡伟呜霓扑娟眼疥供钨欣岗炉帕择唇赛昂五障购沼哑獭虎厚做抒论文范文 题目：微电解法检测冷却水的结垢