تعیین شرایط بهینه تولید و مشخصه یابی ذرّات فرات پتاسیم تولید شده به روش الکتروشیمیایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 44، خرداد 1397، صفحه 139-152   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

سینا صمیمی سده؛ احسان صائب نوری^* ؛ سید علی حسن زاده تبریزی

مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

راندمان تولید و انرژی مصرفی دو فاکتور مهم در تولید الکتروشیمیایی ذرّات فرات پتاسیم هستند. در این پژوهش تاثیر پارامترهای مختلف مانند دانسیته جریان اعمالی، غلظت الکترولیت KOH و دمای آن بر راندمان تولید و انرژی مصرفی بررسی شد. در دانسیته جریان 40 و الکترولیتM 13- KOH با دمای ℃ 70 شرایط بهینه تولید در مدت زمان 2 ساعت بدست آمد. در این شرایط راندمان تولید برابر % 63/84 و جریان مصرفی برابر kwh/kg05/5 بود. با بدست آمدن شرایط بهینه تولید، تاثیر گذشت زمان تولید بر راندمان تولید، خلوص، فازهای تشکیل شده و اندازه ذرّات فرات پتاسیم مورد بررسی قرار گرفت. با گذشت زمان در اثر تجزیه ذرّات فرات پتاسیم، ترکیبات هیدروکسیدی و اکسیدی آهن شکل میگیرند که باعث کاهش خلوص و راندمان تولید می‌گردد. اندازه ذرّات فرات پتاسیم به دو روش با استفاده از معادله دبای- شرر و شرر اصلاح شده اندازه گیری شد. با افزایش زمان تولید اندازه ذرّات فرات پتاسیم افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

فرات پتاسیم؛ روش الکتروشیمیایی؛ خلوص؛ راندمان جریان؛ انرژی مصرفی

مراجع

 

[1]    V. Shastry, “Waste Water Treatment Using Eco Friendly Oxidising Agent Fe (VI) ”, Hydrology: Current Research (Previously JWWTA), 2011.

 

[2]    D. Tiwari & S. M. Lee, “Ferrate (VI) in the Treatment of Wastewaters: A New Generation Green Chemicalˮ, INTECH Open Access Publisher, 2011.

 

[3]    V. K. Sharma, “Oxidation of inorganic contaminants by ferrates (VI, V, and IV)–kinetics and mechanisms: A review”, Journal of Environmental Management, Vol. 92, No. 4, pp. 1051-1073, 2011.

 

[4]    D. Ghernaout & M. Naceur, “Ferrate (VI): In situ generation and water treatment–A review”, Desalination and Water Treatment, Vol. 30, No. 1-3, pp. 319-332, 2011.

 

[5]    Z. Mácová, K. Bouzek & V. K. Sharma, “The influence of electrolyte composition on electrochemical ferrate (VI) synthesis. Part I: anodic dissolution kinetics of pure iron”, Journal of applied electrochemistry, Vol. 40, No. 5, pp. 1019-1028, 2010.

 

[6]    F. Lapicque & G. Valentin, “Direct electrochemical preparation of solid potassium ferrate”, Electrochemistry Communications, Vol. 4, No. 10, pp. 764-766, 2002.

 

[7]    L. Ding, “Removal of methyl mercaptan from foul gas by in-situ production of ferrate (VI) for odour control”, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, 2013.

 

[8]    P. Bonnici & R. Denault, “Process for treatment of oxide films prior to chemical cleaningˮ, 1984.

 

[9]    B. F. Monzyk, J. A. Ford, J. T. Stropki, D. N. Clark, V. V. Gadkari & K. P. Mitchell, “Corrosion resistant primer coating”, Google Patents, 2014.

 

[10] T. Burleigh, P. Schmuki & S. Virtanen, “Properties of the Nanoporous Anodic Oxide Electrochemically Grown on Steel in Hot 50% NaOH”, Journal of The Electrochemical Society, Vol. 156, No. 1, pp. C45-C53, 2009.

 

[11] X. Yu & S. Licht, “Advances in electrochemical Fe (VI) synthesis and analysis”, Journal of Applied Electrochemistry, Vol. 38, No. 6, pp. 731-742, 2008.

 

[12] M. Alsheyab, J. Q. Jiang & C. Stanford, “Electrochemical generation of ferrate (VI): Determination of optimum conditions”, Desalination, Vol. 254, No. 1, pp. 175-178, 2010.

 

[13] W. He, H. Shao, Q. Chen, J. Wang & J. Zhang, “Polarization Characteristic of Iron Anode in Concentrated NaOH Solution”, Acta Physico-Chimica Sinica, Vol. 23, No. 10, pp. 1525-1530, 2007.

 

[14] W. He, J. Wang, H. Shao, J. Zhang & C. n. Cao, “Novel KOH electrolyte for one-step electrochemical synthesis of high purity solid K 2 FeO 4: Comparison with NaOH”, Electrochemistry communications, Vol. 7, No. 6, pp. 607-611, 2005.

 

[15] W. He, J. Wang, C. Yang & J. Zhang, “The rapid electrochemical preparation of dissolved ferrate(VI): Effects of various operating parameters”, Electrochimica Acta, Vol. 51, No. 10 pp. 1967-1973, 2006.

 

[16] Y. L. Wei, Y. S. Wang & C. H. Liu, “Preparation of Potassium Ferrate from Spent Steel Pickling Liquid”, Metals, Vol. 5, NO. 4, pp. 1770-1787, 2015.

 

[17] S. Barışçı, F. Ulu, H. Sarkka, A. Dimoglo & M. Sillanpaa, “Electrosynthesis of Ferfb6rdrate (VI) ion using high purity iron electrodes: optimization of influencing parameters on the process and investigating its stability”, Int. J. Electrochem. Sci, Vol. 9, pp. 3099-3117, 2014.

 

[18] M. De Koninck, T. Brousse & D. Bélanger, “The electrochemical generation of ferrate at pressed iron powder electrodes: effect of various operating parameters”, Electrochimica Acta, Vol. 48, No. 10, pp. 1425-1433, 2003.

 

[19]    آ. فتاح الحسینی و ا. ایمان طلب، "بررسی رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن 304 کم کربن در یک محلول قلیایی با روش موت - شاتکی و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی"، فصلنامه علمی تخصصی مهندسی مواد مجلسی، سال هشتم، شماره دوم، تابستان 1393.

 

[20] A. Fattah-alhosseini & M. M. Khalvan, “Semiconducting properties of passive films formed on AISI 420 stainless steel in nitric acid solutions”, Journal of Advanced Materials and Processing, Vol. 1, No. 4, pp. 15-22, 2013.

 

[21] A. D. P. RIOS, “Dewatering of Biosolids by Sodium Ferrate”, University of Central Florida Orlando, Florida, 2004.

 

[22] C. Li, X. Li & N. Graham, “A study of the preparation and reactivity of potassium ferrateˮ, Chemosphere, Vol. 61, No. 4, pp. 537-543, 2005.

 

[23] L. Bragg & W. H. Bragg, “The crystalline state: a general survey”, Bell, 1949.

 

[24]    ا. منشی و س. سلطان عطار، "به کارگیری روشی نوین در اندازه گیری نانو ذرات با استفاده از رابطه شرر و پراش پرتو ایکس"، فصلنامه علمی تخصصی مهندسی مواد مجلسی، سال دوم، شماره ششم، پاییز 1387.

 

[25] Z. Ding, C. Yang & Q. Wu, “The electrochemical generation of ferrate at porous magnetite electrode”, Electrochimica Acta, Vol. 49, No. 19, pp. 3155-3159, 2004.

 

[26] J. Y. Zou & D. T. Chin, “Mechanism of steel corrosion in concentrated NaOH solutions”, Electrochimica Acta, Vol. 32, No. 12, pp. 1751-1756, 1987.

 

[27] H. Wang, Y. Liu, F. Zeng & S. Song, “Electrochemical Synthesis of Ferrate (VI) by Regular Anodic Replacement”, Int. J. Electrochem. Sci, Vol. 10, pp. 7966-7976, 2015.

 

[28] M. Alsheyab, J. Q. Jiang & C. Stanford, “On-line production of ferrate with an electrochemical method and its potential application for wastewater treatment – A review”, Journal of Environmental Management. Vol. 90, No. 3, pp. 1350-1356, 2009.

 

[29] H. Shao, J. Wang, W. He, J. Zhang & C. Cao, “EIS analysis on the anodic dissolution kinetics of pure iron in a highly alkaline solution”, Electrochemistry communications, Vol. 7, No. 12, pp. 1429-1433, 2005.