Original title:
Studium vlivu elektrolýzy na rozklad organického barviva v diafragmovém výboji v kapalinách
Translated title:
Study of electrolytic influence on organic dye decomposition in the diaphragm discharge in liquids
Authors:
Davidová, Jaroslava ; Rašková, Zuzana (referee) ; Kozáková, Zdenka (advisor) Document type: Bachelor's theses
Year:
2008
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Tato práce je zaměřena na studium různých chemických a fyzikálních vlivů, které se podílejí na rozkladu organických látek v diafragmovém výboji, generovaném ve vodných roztocích. Tento proces se dá využít např. při čištění odpadních vod. Významný vliv na destrukci barviva má při aplikaci nepulzního stejnosměrného napětí elektrolýza. Zjištění míry příspěvku elektrolýzy na procesy ve výboji je hlavním cílem této práce. V teoretické části je uvedena základní teorie vzniku elektrického výboje v kapalinách a samotná elektrolýza s důrazem na procesy vedoucí k destrukci organických sloučenin. Jedná se zejména o produkci reaktivních částic výbojem (radikály, peroxid vodíku, ozon apod.) a elektrochemické reakce na elektrodách. Dále je v této části teoreticky rozebrána analytická metoda, podle níž byly stanovovány koncentrace barviv (UV-VIS spektroskopie). Experimentální část je zaměřena na popis průběhu experimentu, který byl prováděn v zařízení s odděleným katodovým a anodovým prostorem. Oddělení obou prostorů bylo realizováno přepážkou s dielektrickou diafragmou, přičemž propojení obou prostorů bylo zajištěno špendlíkovou dírkou o průměru 0,25 mm. Elektrolytické rozklady byly realizovány při konstantním proudu 30 mA a dodávaný výkon ze zdroje napětí se pohyboval v rozmezí 14–32 W. Pro experimenty byla vybrána dvě saturnová barviva (Direct Red 79 a Direct Blue 106). Protože rozklad barviv je doprovázen odbarvením, byla ke stanovení koncentrace použita UV-VIS spektroskopie v oblasti 380–700 nm. Ve výsledkové části jsou uvedeny různé vlivy působící na rozklad barviva. Mezi tyto vlivy patří různé polarity elektrod, vodivost a pH roztoku, použitý výkon, druh elektrolytu a struktura barviva. Elektrolýza má významný vliv na rozklad malých organických molekul. Rozklad probíhá výhradně v anodovém prostoru, tedy tzv. negativním výbojem. Nejvýhodnější je využití elektrolytu NaCl, kterým se nastaví vodivost na optimální hodnotu 500 S·cm-1. Elektrolytem NaNO3 bylo dosaženo polovičního účinku a elektrolyt Na3PO4 odbourávání neumožnil. Rozklad barviva v anodovém prostoru je také stimulován výrazným snížením pH v důsledku elektrolýzy. Obecně lze říci, že z absolutního hlediska se výbojem dosáhne většího rozkladu než elektrolýzou, ale účinnost elektrolýzy je větší. Jen elektrolýzou je možné dosáhnout vysokého procenta rozkladu při použití relativně nízkého výkonu. U větších molekul je účinnost vyšší při aplikaci výboje.
This Bachelor thesis is focused on study of chemical and physical influences which are proceed in diaphragm discharge in water solution. These processes could be used in water treatment. If DC non-pulsed voltage is applied, a significant influence of electrolysis must be taken into account. The main goal of this thesis is the estimation of electrolytic contribution to processes in the discharge. Theoretical part describes basic theory about creation of electrical discharges in water and electrolysis with emphasis on processes leading to destruction of organic compounds. Production of reactive particles (radicals, hydrogen peroxide, ozone, etc.) and electrochemical reactions on electrodes mainly belongs among these processes. This part describes analytical method (UV-VIS spectroscopy) which was used for determination of organic dyes concentration as well. Experimental part is oriented to experiment procedure which was carried out in an apparatus with separated anode and cathode area. Separation was made by dielectric diaphragm with a pinhole in the centre. Its initial diameter was 0.25 mm. Electrolytic decomposition was carried out at constant current of 30 mA and supplied power was about 14–32 W. Two Saturn dyes (Direct Blue 106 and Direct Red 79) were selected for experiments. As the decomposition was related to decoloration of the solution, UV-VIS spectroscopy in the range of 350–700 nm was used for determination of dye concentration. Next part focused on results presents various factors which had remarkable effect on decomposition of organic dyes. These factors were: various polarities of electrodes, conductivity and pH of solution, applied power, kind of electrolyte and structure of organic dye. The electrolysis had the significant influence on decomposition of small organic molecules. Decomposition was running mainly in the anode area where so called negative discharge was created. Optimal conditions were set by NaCl electrolyte with concentration providing initial conductivity of 500 S·cm-1. By the NaNO3 electrolyte half decomposition efficiency was achieved and in Na3PO4 electrolyte, the decomposition even didn’t run. The decomposition in the anode area was stimulated by the low pH value, which was decreasing during electrolysis. Generally, higher decomposition was achieved by the discharge than by pure electrolysis but the electrolysis had higher efficiency. In pure electrolysis, high rate of removal can be achieved by the application of a relatively low power. When bigger organic molecules were decomposed, the efficiency was higher by applying the discharge.
Keywords:
Diaphragm discharge; Direct Blue 106; Direct Red 79; electrical discharges in liquids; electrolysis; electrolyte solutions; organic dye decomposition; UV-VIS spectroscopy; Diafragmový výboj; elektrické výboje v kapalinách; elektrolýza; rozklad organických barviv; roztoky elektrolytů; saturnová modř LB; saturnová červeň L4B; UV-VIS spektroskopie
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/7958
guest ::
