Моніторинг та управління наводнюванням металів у електрохімічних процесах

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

 

Желавський Сергій Григорович

 

УДК 621. 35

 

 

Спеціальність 05. 17. 03 – технічна електрохімія

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Харків 2002

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сахненко Микола Дмитрович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», професор кафедри технічної електрохімії.

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Ларін Василь Іванович, Науково-дослідний інститут хімії при Харківському національному університеті ім. В. Н. Каразіна, директор кандидат технічних наук, доцент Мотронюк Тетяна Іванівна, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри технології електрохімічних виробництв.

Провідна установа: Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, відділ корозійно-водневого руйнування та захисту матеріалів, м. Львів.

Захист відбудеться 30. 01. 2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 050. 03 в Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут» за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут».

 

 

Актуальність теми. До сучасних систем електрохімічних технологій висуваються вимоги по забезпеченню високої ефективності та надійності, які значною мірою досягаються застосуванням відповідних електродних та конструкційних матеріалів, що передбачає розв'язання широкого кола наукових та інженерних задач. Останнім часом увага акцентується на створенні експертних систем, які повинні забезпечувати раціональне планування й оптимізацію всіх технологічних процесів – від розробки нових електродних та конструкційних матеріалів з високим рівнем функціональних властивостей і до діагностики їх стану та ступеня деградації в умовах експлуатації. Характерна для систем електрохімічних технологій локалізація електрохімічних і хімічних реакцій на міжфазових межах значно ускладнює побудову адекватних математичних моделей і, як наслідок, керування кінетикою процесів. До таких складних електрохімічних систем відносять і систему метал-водень (СМВ), широко розповсюджену у гідрометалургії, хімічній, нафто- та газопереробних галузях промислового комплексу України і активно досліджувану в зв'язку з інтенсивним пошуком альтернативних джерел енергії та інтенсивним розвитком технологій на базі екологічно чистого водню.

Відомо, що утворення, розвиток та деградація СМВ ускладнені перебігом локальних процесів, що і зумовлює відсутність єдиних моделей функціонування системи в цілому, без яких неможливий цілеспрямований вплив на потік водню в металах. Означені обставини вимагають нових підходів до аналізу сорбційних, дифузійних, фарадеївських, хімічних та інших процесів у СМВ, що в ряд актуальних ставить задачу адекватного опису і моделювання таких систем.

Одним із найбільш розповсюджених способів керування динамікою СМВ є вплив на зовнішнє технологічне середовище, зокрема, за рахунок сполук, які змінюють сорбційцні характеристики електрода стосовно водню. Пошук таких сполук, що відповідають сучасним екологічним вимогам, відноситься до числа пріоритетних задач, розв'язання яких знаходить негайну практичну реалізацію. Таким чином, комплекс питань, пов'язаних з науковими основами формування, діагностики і прогнозування СМВ, є безсумнівно актуальними проблемами сучасної технологічної політики виробничого комплексу України.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі технічної електрохімії Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” та містить результати досліджень, виконаних у відповідності з проектом 3. 4/436 (наказ N72 від 17. 03. 1997р.) Міністерства освіти “Дослідження кінетики електродних реакцій під час синтезу електрокаталітичних матеріалів” за договором NФ4/1685-97 від 24 жовтня 1997 р., а також проекту Міністерства освіти і науки “Розробка теоретичних підстав формування матеріалів з каталітичними та захисними властивостями на композитних носіях для електрохімічних систем підвищеної надійності” (наказ N507 від 30. 10. 2000р.).

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження – розробка технологічних засобів керування процесом впровадження водню в електродні матеріали, створення електрохімічного сенсора їх моніторингу та прогнозування оцінок стану таких систем. Для досягнення означеної мети необхідно розв'язати наступні задачі:

провести цілеспрямований вибір органічних сполук, здатних впливати на процес електрохімічної сорбції водню металами, і аналіз відповідності екологічним вимогам;

оцінити вплив запропонованих органічних речовин на агресивність технологічних середовищ;

встановити механізм наводнювання електрода в присутності стимуляторів та оцінити доцільність їх застосування для керування потоком поглиненого водню;

побудувати топологічну модель СМВ з урахуванням структурної неоднорідності електрода та локального характеру електрохімічних процесів для визначення параметрів і способів управління кінетикою реакцій;

прогнозування властивостей складних електрохімічних систем з застосуванням штучних нейронних мереж і провести перевірку прогнозних оцінок;

розробити електрохімічний сенсор дифузійно-рухливого водню в металі для безперервного моніторингу стану СМВ в умовах експлуатації технологічних об'єктів.

Об'єктом дослідження є електрохімічні системи з парціальною електродною реакцією відновлення водню.

Предмет дослідження – електродні та дифузійні процеси при електрохімічному відновленні водню на електродних та конструкційних матеріалах і сенсор для визначення кількості поглинутого водню.

Методи дослідження. Для визначення кількості поглинутого металом водню застосовано електрохімічний дифузійний метод воднепроникності. Встановлення протолітичних властивостей органічних сполук проведено потенціометричним титруванням. Адсорбційні властивості органічних молекул визначено на підставі аналізу квантово-хімічних розрахунків їх електронної і просторової будови та реєстрації потенціалів адсорбції при зміннострумових вимірах. Електрохімічну поведінку електродів