Получение хлора при электролизе совместных водных растворов хлоридов s-металлов. ГПНИ «Химические технологии и материалы, природно-ресурcный потенциал», подпрограмма «Химические технологии, реагенты и материалы», задание № 1.39 : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Е. А. Стрельцов

Abstract

Объектом исследования являлись электроды на основе пленок SnO2, объемно-допированные оксидом графена (ОГ), и платина в водных растворах хлоридов s-металлов, а также процессы анодного выделения на них молекулярного хлора и других галогенов. Цель НИР заключалась в разработке метода получения электрокаталитически активных и коррозионно-устойчивых пленочных покрытий на основе SnO2 и высокодисперсного углерода (восстановленного оксида графена – ВОГ), пригодных для электролиза водных растворов хлоридов s-металлов. В результате разработан метод получения тонких пленок SnO2, объемно-допированных ВОГ, из стабильных совместных коллоидных растворов с регулируемым высоким содержанием углеродного компонента (от 0,01 до 80 мас.%). Восстановление ОГ осуществлялось путем термообработки пленочных композитов в атмосфере аргона (400 С, 1 ч). Проведена физико-химическая характеризация пленочных композитов SnO2/ВОГ методами электронной микроскопии, БЭТ и рентгенофазового анализа. Диоксид олова и ВОГ можно отнести к классу мезопористых объектов (диаметр пор 15–30), обладающих высокой удельной поверхностью (соответственно 70 и 230 м2/г). Показано, что пленки SnO2 обладают свойствами полупроводников n-типа проводимости, которые нивелируются при введении в них углеродного компонента. Исследована электрокаталитическая активность композитных электродов в реакции анодного окисления хлорид- и иодид-анионов. Анодная реакция селективно протекает на включениях ВОГ композиционного анода в режиме активационного перенапряжения и характеризуется тафелевскими наклонами совпадающих с таковыми на пленочных ВОГ электродах. Композиционные электроды характеризуются высокой коррозионной устойчивостью. Методом потенциодинамической электрохимической импедансной спектроскопии получены зависимости от потенциала и содержания ВОГ электрической емкости межфазной границы (характеристика размера и состояния электроактивной поверхности), сопротивления межфазного переноса заряда (параметр электрохимической кинетики), а также параметров, характеризующих вклад в перенос заряда специфических взаимодействий ионов (образование ионных пар) в поверхностном слое концентрированных растворов хлоридов s-металлов. Катионы s-металлов в реакции анодного выделения хлора не являются индифферентными компонентами растворов, а активно влияют на кинетику реакции анодного окисления хлорид-ионов. Изменение величин токов обмена и тафелевских коэффициентов коррелирует с изменением величины энтальпии гидратации катионов: чем больше склонность катиона к гидратации, тем меньше плотность тока обмена и больше тафелевский наклон поляризационной кривой.