Ионоселективный композиционный электрод

 

Изобретение относится к области потенциометрических методов управления технологическими процессами осаждения сульфидов металлов, в частности к датчикам для его осуществления. Область преимущественного использования - автоматическое управление производственными процессами очистки сточных вод от токсичных металлов путем осаждения их в виде сульфидов. Сущность: ионоселективный композиционный электрод, чувствительный элемент которого, содержащий соединения меди и серы, выполнен методом горячего прессования. В чувствительном элементе в качестве соединения меди использован сульфид меди, а в качестве соединения серы - элементарная сера. При этом контакт в виде медной или никелевой пластинки впрессован в чувствительный элемент в момент прессования самого чувствительного элемента. Технический результат - увеличение надежности и длительности непрерывной работы за счет улучшения эксплуатационных характеристик, а именно повышение механической и химической стойкости, упрощение изготовления. 2 ил.

Изобретение относится к области потенциометрических методов управления технологическими процессами осаждения сульфидов металлов, в частности к датчикам для его осуществления. Область преимущественного использования - автоматическое управление производственными процессами очистки сточных вод от токсичных металлов путем осаждения их в виде сульфидов.

Известен ионоселективный электрод, в частности для управления процессом осаждения сульфидов, выполненный из сульфида серебра состава Ag₂S (a.c. CCCP №1817930, G 01 F 27/46, 1993).

Недостатками известного электрода являются, во-первых, использование в качестве основы дорогостоящего металла - серебра; во-вторых, недостаточная химическая стойкость в растворах, содержащих более активные ионы, чем серебро, что делает его малопригодным для автоматического управления непрерывными и длительными процессами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является композиционный электрод второго рода, чувствительный элемент которого содержит основу, выполненную из композиционного металлополимерного электропроводящего материала методом горячего прессования, и малорастворимую соль металла, которая расположена в порах основы, находясь при этом в равновесии с металлом, входящим в состав композиционного металлополимерного материала (патент РФ №2142625, G 01 N 27/333, 1999). Известный электрод используют в качестве датчика на сульфидную серу.

Недостатками известного электрода являются, во-первых, сложный, многостадийный способ изготовления электрода; во-вторых, низкие механическая прочность и химическая стойкость вследствие пористой структуры электрода и наличия в его составе полистирола, который набухает в растворах (особенно кислых) и как всякая органика "стареет" со временем.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать композиционный электрод для потенциометрии, в частности для контроля за процессом осаждения сульфидов, обеспечивающий увеличение надежности и длительности непрерывной работы за счет улучшения эксплуатационных характеристик (повышение механической и химической стойкости), а также более простой в изготовлении.

Поставленная задача решена путем использования композиционного электрода предлагаемой конструкции, чувствительный элемент которого, содержащий соединения меди и серы, выполнен методом горячего прессования, при этом в качестве соединения меди использован сульфид меди, а в качестве соединения серы - элементарная сера, а контакт в виде медной или никелевой пластинки впрессован в чувствительный элемент в момент прессования самого чувствительного элемента.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен ионоселективный композиционный электрод, чувствительный элемент которого выполнен из смеси сульфида меди и элементарной серы, а контакт в виде медной или никелевой пластинки впрессован в чувствительный элемент в момент прессования самого чувствительного элемента.

На фиг.1 изображен предлагаемый электрод. Чувствительный элемент 1 выполнен из стехиометрической смеси сульфида меди CuS и элементарной серы S, порошковая смесь которых была помещена в обогреваемую пресс-форму и спрессована при температуре выше температуры плавления серы (120-150°С) и давлении 50-100 кг/см² в течение 10-30 мин. Контакт 2 в виде пластинки из никеля или меди расположен на поверхности чувствительного элемента и впрессован в него в момент прессования самого чувствительного элемента. Одновременное прессование чувствительного элемента и контакта позволяет получить прочную связь между ними вследствие того, что при прессовании сульфид серы частично вступает в химическую реакцию с металлом пластинки, образуя хорошую химическую связь. В данном случае сера выполняет роль связующего, что является гораздо более предпочтительным, чем в известном решении, где связующим служит органическое соединение - полистирол. К контакту 2 посредством пайки 3 присоединен токопровод 4 в виде медного провода. Чувствительный элемент 1 вклеен в химически стойкий корпус 5 с помощью химически инертного клея, например эпоксидного 6.

Работоспособность электрода проверяют путем измерения чувствительности его к ионам сульфидной серы. Для этого определяют изменение его потенциала относительно стандартного хлорсеребрянного электрода в растворах CuSО₄(CuCl₂) и NaHS(Na₂S) с концентрацией 1·10^-5 моль/л. На основании произведенных измерений строят график (фиг.2) изменения потенциала электрода в зависимости от содержании ионов меди (кривая 2 на фиг.2) и сульфидной серы (кривая 1 на фиг.2). Предлагаемый электрод имеет чувствительность 25 мВ/р(Сu⁺²) и 120 мВ/р(НS^-).

Предлагаемый электрод может быть использован в системах автоматического управления процессами осаждения сульфидов металлов, при этом электрод работает стабильно в течение месяца и более. Например, в поток 45 м³/чac производственных сточных вод, содержащих, мг/л: Сu - 18,0; Pb -1,2; Hg - 0,04; один предлагаемый электрод помещают до ввода гидросульфида натрия с содержанием сульфидной серы 3,65 г/л, а другой предлагаемый электрод помещают на расстоянии полного перемешивания раствора и осадителя. После этого, регулируя количество вводимого гидросульфида натрия, поддерживают разность потенциалов между электродами, равную 200 мВ. Последующий химический анализ отфильтрованного раствора показывает, что остаточное содержание в нем цветных металлов находится на уровне предельно допустимого для сливных вод и равно, мг/л: Сu - 1,2·10^-2; Pb - не обн.; Hg - 1·10^-2. Точность контроля (управления) процесса осаждения сульфидов, мг/л: по меди - ±4·10^-3 и по ртути ±8·10^-3.

Таким образом, предлагаемый электрод обладает высокими химической стойкостью и механической прочностью, прост в изготовлении. Кроме того, электрод обладает бифункциональным действием (реагирует на ионы меди и сульфидной серы). Вследствие этого представляется возможным осуществлять автоматическое управление процессом осаждения сульфидов металлов как по изменению концентрации сульфидной серы, так и по изменению содержания ионов меди в растворе. Все это позволяет увеличить надежность контроля технологических процессов.

Формула изобретения

Ионоселективный композиционный электрод, чувствительный элемент которого, содержащий соединения меди и серы, выполнен методом горячего прессования, отличающийся тем, что в чувствительном элементе в качестве соединения меди использован сульфид меди, а в качестве соединения серы - элементарная сера, при этом контакт в виде медной или никелевой пластинки впрессован в чувствительный элемент в момент прессования самого чувствительного элемента.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2