Электролиз воды в домашних условиях
Перейти к содержимому

Электролиз воды в домашних условиях

  • автор:

Что представляет собой электролиз и какого его предназначение

Современные тренды ЗОЖ активно транслируются на просторах интернета, в социальных сетях и СМИ. Особое внимание уделяется значению воды, питьевому режиму и тому, как правильно выбирать жидкость, чтобы она шла на пользу, а не причиняла вред. Одной из методик, которые позволяют позаботиться об улучшении качественных характеристик ежедневно употребляемых напитков, является электролиз воды. Под этим термином подразумевается физико-химический процесс, в ходе которого жидкость разделяется на положительно и отрицательно заряженные ионы под воздействием электротока.

Очистка воды электролизом становится возможной за счет того, что, проходя сквозь электролит, ток провоцирует реакцию, и ионы оседают на электродах. На отрицательном, катоде, остаются катионы, а на положительном, аноде, – анионы. Если в жидкости содержатся кислотные компоненты или соли, при распаде ее ингредиентов происходит тот же самый процесс. В такой ситуации соли распадаются на металл, а через кислотный остаток проявляются сразу после проведения заряда сквозь жидкость. Металлы стремятся к катоду, а кислотные осадки к аноду. Таким образом, электролиз питьевой воды позволяет очистить ее от нежелательных примесей. Это делает методику популярной во многих индустриальных направлениях и сферах.

электролиз

Разновидности способов электролиза

Современная наука располагает несколькими вариациями обеззараживания воды электролизом. Среди них:

  • электрофлотация;
  • электроэкстракция;
  • электрокоагуляция.

В случае необходимости очистки сточных вод применяются специализированные электролизеры, которые представляют собой резервуары, наполненные жидкостью. В них происходит распад органических веществ на кислоты, металлы и другие составляющие неорганического свойства.

Подобные чистки производят вблизи вредных предприятий, заводов, выпускающих химическую и бытовую продукцию, лакокрасочные продукты и товары, в состав которых входят синтетические вещества, способные испортить природные водные источники, находящиеся рядом с производством. Электролиз живой воды – дорогое удовольствие, которое могут позволить себе далеко не все компании. Как правило, к нему прибегают организации, целью которых является устойчивое развитие. Они заботятся о природе, людях, живущих неподалеку, и чистоте Мирового океана.

электролиз

Что такое электролиз воды

Любопытно, что об этой процедуре все мы знаем со школьной скамьи, ведь на уроках химии преподаватели подробно рассказывали нам, как сделать электролиз воды в домашних условиях. Провести подобный эксперимент может каждый, кто располагает минимальным набором ресурсов в виде времени, пары электродов и жидкости.

Возьмите емкость с водой, растворите в ней немного соли массой, превышающей четверть объема воды. Затем опустите в жидкость 2 электрода, изготовленные из любого металла. Подключите их к источнику питания, проецирующему электрический ток мощностью более 0,5 А. Вы заметите, как на одном из электродов появляются пузырьки. Это станет подтверждением успеха эксперимента. С помощью такой процедуры можно выделить хлор, едкий натрий и несколько разновидностей химических элементов, входящих в состав электролита, то есть воды.

Современное применение метода очистки

Одной из популярных технологий считается электролиз воды, который проводится посредством плазмотеплолизеров. Так называется инновационная конструкция, в которой происходит очистка с применением плазменного тока. Вода нагревается до определенной температуры, а затем проводится регулируемый специалистами процесс, в результате которого получается абсолютно новый вид энергии.

Зачем электролиз воды применяется в промышленных масштабах? Человечество, исчерпывающее ресурсы природы, нуждается в потенциальном источнике энергии, который будет способен заменить уже используемые в случае, если их будет критически не хватать. Процедура позволяет открывать новые методы получения энергии, но сам процесс до конца не исследован, поэтому сегодня сотни ученых трудятся над тем, чтобы разгадать его феномен.

Что значит электролиз воды для населения нашей планеты? Промышленные компании используют воду, чтобы пополнять ассортимент товаров. Жидкость применяется на разных этапах производства, а после отработки зачастую становится практически химическим оружием, опасным для людей, флоры и фауны. Применяя физико-химический процесс для очистки сточных вод, можно значительно улучшить экологию планеты и стабилизировать процессы, которые во многом сказываются на климате, чистоте Мирового океана и других факторах, влияющих на нашу жизнедеятельность.

Очистка и обеззараживание воды электролизом

Очистка и обеззараживание воды электролизом

Безреагентный метод обеззараживания технической и питьевой воды с использованием установок прямого электролиза перспективен и заслуживает широкого распространения в различных сферах практической деятельности. Данная технология уже несколько десятилетий с успехом применяется для доочистки стоков промышленных предприятий и обеззараживания воды в системах рециркуляции горячего водоснабжения многоэтажных жилых и коммерческих зданий.

Важнейшее преимущество способа очистки воды электролизом — возможность полностью отказаться от использования стандартных реактивов – окислителей. Хлор и другие, участвующие в процессе очистки, активные вещества, извлекаются непосредственно из обрабатываемой воды.

Единственным расходным материалом установок прямого электролиза воды являются специально сконструированные электроды. Источником энергии служит обычная однофазная электрическая сеть переменного тока.

Принцип действия установок очистки воды электролизом

В процессе электролизного обеззараживания воды микроорганизмы нейтрализуются воздействием гипохлорита натрия, озона, перекиси водорода и других химических элементов и соединений, которые выделяются и образуются на электродах установки при пропускании через жидкость постоянного электрического тока. Источником «сырья» для получения всех перечисленных веществ являются содержащиеся в любой неочищенной воде соли, а также составляющие её водород и кислород.

Концентрацию основного активного компонента процесса – хлора, приходится контролировать приборами и регулировать, изменяя напряжение на электродах. Другие полученные в результате электрохимических реакций окислители не загрязняют воду, так как, выполнив функцию обеззараживания, в течение определенного времени улетучиваются или возвращаются в прежнее состояние.

Преимущества технологии электролизной водоподготовки и обеззараживания сточных вод

  1. Прямая финансовая выгода, в сравнении с методами химической дезинфекции, которые предполагают расходы на покупку реактивов, а также затраты на их транспортировку, хранение и дозирование.
  2. Универсальность: электролизеры могут применяться в системах водоснабжения жилых и общественных зданий, в промышленности, в контурах очистки воды бассейнов и дельфинариев, а также для доочистки сточных вод.
  3. Возможность оперативной регулировки дезинфицирующего эффекта путем изменения электрических параметров процесса.
  4. Полная совместимость с другими технологиями и оборудованием водоочистки.
  5. Автономность: при наличии фотоэлектрического источника питания (солнечной батареи) очистку воды электролизом на постоянной основе можно обеспечить в полевых условиях и удаленной местности.

Повышенная температура воды является благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Смонтированные на таких объектах и системах, установки прямого электролиза воды позволяют устранить угрозу органического загрязнения без применения химических реагентов.

Особенности конструкции, монтажа и эксплуатации электролизных установок очистки воды

Все существующие и предлагаемые производителями электролизеры состоят из двух основных узлов: герметичного функционального блока и устройства питания. Местом установки прибора прямого электролиза обычно служит обводная труба напорной магистрали. В связи с этим, неотъемлемым элементом смонтированной и готовой к эксплуатации конструкции является соответствующая трубная обвязка и задвижки — регуляторы байпаса и главного трубопровода. Установка прямого электролиза работает по датчику потока.

Через камеру с электродами (электролизер) проходит не весь поток, поступающий в трубопровод, а только его часть. Соотношение регулируется положением задвижек на байпасе и основной магистрали. При производстве пусконаладочных работ выставляется объемный расход обводного потока, соответствующий паспортным данным электролизера. На выходе в магистраль обогащенная активным хлором и окислителями вода смешивается и очищает весь объем исходящего потока. Для нормальной работы установки прямого электролиза, очищаемая жидкость должна иметь жесткость до 7мг*экв/л, и солесодержание не меньше 40мг/л. Для предотвращения образования отложений на электродах, блок управления и автоматики периодически меняет их полярность. Установки прямого электролиза менее требовательны к качеству исходной воды, нежели установки УФ-обеззараживания.

Плановый ресурс работы современных титановых электродов, покрытых оксидами благородных металлов, составляет от 5000 до 9000 часов (около года). Хотя реальный срок их эксплуатации – не менее 3 лет. Среднее потребление электроэнергии на водоподготовку или обеззараживание сточных вод оценивается в 20 Вт/м3. Установки прямого электролиза для обеззараживания воды применяются на объектах с производительностью (расходом) до 5000 м3/сут. При более высоких объемах, применяют электролизные установки производства гипохлорита натрия из солевого раствора (применяется поваренная соль).

Перспективы использования электролиза для очистки воды и стоков

Технология электрохимического хлорирования, несмотря на ограниченное применение, имеет большое будущее. Одно из направлений её развития – создание установок малой и средней производительности. Электролизеры способны успешно решить проблему обеззараживания и подготовки воды для небольших населенных пунктов, жилых комплексов, гостиниц и бассейнов, применяться в удаленных от густонаселенных районов объектах и на морских судах.

Специалисты «Инженерной компании» готовы предоставить вам любую необходимую информацию и решить вопрос о поставке установки обеззараживания, оптимальной для вашей технической задачи.

Изобретён дешёвый способ электролиза воды

Учёные из Стэнфорда продемонстрировали недорогой способ электролиза воды, то есть разделения H2O на кислород и водород. Для инициации химического процесса достаточно простой батарейки ААА.

Учёные использовали катоды и аноды из никеля и оксида никеля, что позволило значительно снизить напряжение питания.

Стэнфордский опыт — первый в мире, когда для электролиза удалось отказаться от электродов из драгоценных металлов (платина, иридий) и когда процесс идёт на таком низком напряжении.

Это очень важное изобретение, потому что оно упрощает технологию изготовления топливных ячеек с водородом. На одной такой ячейке, к примеру, мобильный телефон может работать несколько десятилетий. Если взять для примера автомобиль, то его никогда не нужно будет заправлять топливом (возможно, один раз в два-три года при интенсивном использовании). Немаловажно, что при использовании водородных топливных ячеек единственным побочным продуктом сгорания является вода.

Домашний электролиз своими руками

Когда я был маленький, я всё время хотел что-либо делать сам, своими рукам. Вот только родители (и другие родственники) обычно этого не разрешали. А я не видел тогда (и до сих пор не вижу) ничего плохого, когда маленькие дети хотят учиться ��

Конечно, я написал эту статейку не для того, чтобы вспомнить детские переживания в попытках начать самообразование. Просто совершенно случайно, когда я бродил на otvet.mail.ru я наткнулся на вопрос подобного рода. Какой-то маленький мальчик-подрывник спрашивал, как в домашних условиях произвести электролиз. Ему я, правда, не стал отвечать, т. к. уж больно подозрительные смеси хотел электролизировать этот мальчик �� Решил, что от греха подальше не скажу, пусть сам в книгах ищет. Но вот недавно, опять же бродя по форумам, увидел подобный вопрос от школьного учителя химии. Судя по описанию его школа настолько бедная, что не может (не хочет) приобрести электролизёр рублей за 300. Учитель (вот беда!) не смог найти выход из сложившейся ситуации. Вот ему я помог. Для тех, кому любопытны такого рода самоделки я выкладываю эту статью на сайт.

Собственно, процесс изготовления и применения нашего самопала крайне примитивный. Но о технике безопасности я расскажу в первую очередь, а про изготовление — уже во вторую. Дело в том, что речь пойдёт о показательном электролизёре, а не о промышленной установке. Поэтому для безопасности лучше будет запитать его не от сети, а от пальчиковых батареек или от аккумулятора. Естественно, чем больше будет напряжение, тем шустрей пойдёт сам процесс электролиза. Но для визуального наблюдения пузырьков газа вполне хватит 6 В, а вот 220 — это уже слишком. С таким напряжением вода, например, скорее всего будет бурлить, а это не совсем безопасно… Ну, с напряжением думаю разобрались?

Теперь поговорим о том, где и на каких условиях мы будем проводить эксперимент.
Во-первых, это должно быть либо открытое пространство, либо хорошо проветриваемое помещение. Хотя я всё делал в квартире с закрытыми окнами и вроде ничего ��
Во-вторых, эксперимент лучше проводить на хорошем столе. Под словом «хороший» подразумевается то, что стол должен быть устойчивым, а лучше массивным, жёстким и прикреплённым к полу. При этом покрытие стола должно быть устойчивым к агрессивным веществам. Кстати, для этого хорошо подходит кафельная плитка (хотя и не любая, к сожалению). Такой стол пригодится вам не только для этого опыта. Впрочем, я всё сделал на обычной табуретке ��
В-третьих, в ходе эксперимента вам не потребуется перемещать источник питания (в моём случае — батарейки). Поэтому для надёжности их лучше сразу положить на стол и закрепить, чтобы они не сдвигались с места. Поверьте, это удобней, чем придерживать их постоянно руками. Свои батарейки я просто примотал изолентой к первому попавшемуся жёсткому предмету.
В-четвёртых, посуда, в которой будем проводить эксперимент пусть будет небольшой. Обычный стакан подойдёт или рюмка. Кстати, это самый лучший способ использования рюмок дома, в отличие от разлития в них спиртного с последующим употреблением…

Электролизёр самодельный v.0.1

Ну а сейчас перейдём непосредственно к прибору. Он представлен на рисунке, а я пока объясню коротко что и с чем.

Нам нужно взять простой карандаш и удалить с него дерево при помощи обычного ножа и достать из карандаша целый грифель. Можно, правда, взять грифель от механического карандаша. Но тут есть сразу две сложности. Первая — банальная. Грифель от механического карандаша очень тонкий, нам такой просто не подойдёт для наглядного эксперимента. Вторая сложность — это какой-то странный состав нынешних грифелей. Такое ощущение, что их делают не из графита, а из чего-то иного. В общем, с таким «грифелем» у меня опыт не получился вообще даже при напряжении 24 В. Поэтому мне пришлось расковырять старый добрый деревянный простой карандаш. Полученный графитовый стержень будет служить нам электродом. Как вы понимаете, электродов нам нужно два. Поэтому идём ковырять второй карандаш, либо просто сломаем имеющийся стержень пополам. Я сделал именно так.

Любым попавшимся под руку проводом обматываем первый грифель-электрод (одним концом провода), и этот же провод подключаем к минусу источника питания (другим концом). После этого берём второй грифель и проделываем с ним тоже самое. Для этого нам, соответственно, нужен второй провод. Но на этот раз подсоединяем этот провод к плюсу источника питания. Если у вас возникнут проблемы в процессе прикрепления хрупкого графитового стержня к проводу, можете воспользоваться подручными средствами: изолентой или скотчем. Если не получилось обмотать кончик графита самим проводом, а скотч или изолента не обеспечили плотного контакта, то попробуйте приклеить грифель токопроводящим клеем. Если такого у вас нет, то хотя бы привяжите грифель к проводу при помощи нитки. Не бойтесь, нитка не сгорит от такого напряжения ��

Для тех кто ничего не знает о батарейках и элементарных правил их соединения я немного поясню. Пальчиковая батарейка выдаёт напряжение 1,5 В. На рисунке у меня две таких батарейки. Причём соединены они последовательно — одна за другой, а не параллельно. При таком (последовательном) соединении итоговое напряжение будет суммироваться из напряжения каждой батарейки, т. е. у меня это 1,5 + 1,5 = 3,0 В. Это меньше заявленных ранее шести вольт. Но мне было лень сходить купить ещё несколько батареек. Принцип вам и так понятен должен быть ��

Приступим к эксперименту. Для примера ограничимся электролизом воды. Во-первых, она очень доступна (я надеюсь, что читающий эту статью не живёт в Сахаре), а во-вторых — безопасна. Кроме того, я покажу, как одним и тем же прибором (электролизёром) с одним и тем же веществом (водой) сделать два разных опыта. Думаю, что у вас фантазии хватит, чтобы напридумывать ещё кучу подобных опытов с другими веществами �� В общем, для нас подойдёт вода из крана. Но я советую вам ещё немного её и посолить. Немного — это значит очень маленькую щепотку, а не целую десертную ложку. Это очень важно! Хорошо размешайте соль, чтобы она растворилась. Так вода, являясь в чистом состоянии диэлектриком, станет хорошо проводить электричество. Перед началом эксперимента протрите стол от возможной влаги, а затем поставьте на него источник питания и стакан с водой.

Опускаем оба электрода, находящихся под напряжением, в воду. При этом следите, чтобы в воду был опущен только графит, а сам провод не должен касаться воды. Начало эксперимента может затянуться. Время зависит от многих параметров: от состава воды, качества проводов, качества графита и, естественно, напряжения источника питания. У меня начало реакции затянулось на несколько секунд. На том электроде, который был подключён к плюсу батареек начинает выделяться кислород. На электроде, подключённом к минусу будет выделяться водород. При этом заметьте, что пузырьков водорода больше. Мелкие пузырьки облепляют ту часть графита, которая погружена в воду. Затем некоторые из пузырьков начинают всплывать.

Какие опыты могут быть ещё? Если с водородом и кислородом вы уже наигрались, можно приступать ко второму опыту. Он более интересен, особенно для домашних экспериментаторов. Интересен тем, что его можно не только увидеть, но и унюхать. В прошлом опыте мы получали кислород и водород, которые, как я считаю, не слишком зрелищны. А во втором опыте мы получим два вещества (полезных в хозяйстве, между прочим). Перед началом эксперимента следует прекратить предыдущий эксперимент и просушить электроды. Теперь берите поваренную соль (которой вы обычно используете на кухне) и растворяйте её в воде. На этот раз в большом количестве. Собственно, большое количество соли — это единственное, чем второй опыт отличается от первого. После растворения соли можно сразу повторить эксперимент. Теперь происходит другая реакция. На положительном электроде теперь выделяется не кислород, а хлор. А на отрицательном всё так же выделяется водород. Что же касается стакана, в котором находится раствор соли, то в нём после продолжительного электролиза останется гидроксид натрия. Это всем знакомый едкий натр, щёлочь.

Хлор вы сможете учуять по запаху. Но для большего эффекта я советую взять напряжение хотя бы 12 В. Иначе запах можно не почувствовать. Наличие щёлочи (после очень продолжительного электролиза) в стакане можно проверить несколькими способами. Самый простой и жестокий — опустить руку в стакан. Народная примета гласит, что если начнётся жжение — в стакане есть щёлочь. Более гуманный и наглядный способ — это лакмусовая бумажка. Если же у вас настолько бедная школа, что не может даже лакмус купить, вас выручат подручные индикаторы. Одним из таких, как говорят, может послужить капелька свекольного сока �� Но можно просто капнуть в раствор немного жира. Насколько мне известно, должно произойти омыление.

Для особо любознательных я опишу, что же именно происходило во время опытов. В первом опыте под действием электрического тока происходила такая реакция:
2 H2O >>> 2 H2 + O2
Оба газа, естественно, всплывают из воды на поверхность. Кстати, всплывающие газы можно уловить ловушками. Сами сделать сможете?

Во втором опыте реакция была уже совсем другой. Она тоже была инициирована электрическим током, но теперь в качестве реагентов выступила не только вода, но и соль:
4H2O + 4NaCl >>> 4NaOH + 2H2 + 2Cl2
Учтите, что реакция должна идти в избытке воды. Чтобы определить, какое же количество соли является максимальным, можно высчитать его из вышеприведённой реакции. Можете ещё подумать, как усовершенствовать прибор или какие ещё опыты можно провести. Вполне возможно, что электролизом можно получить гипохлорит натрия. В лабораторных условиях его обычно получают пропусканием газообразного хлора через раствор гидроксида натрия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *