海水淡化電化學法

海水淡化電化學法海水淡化電化學法V1-1t-1代入數據得v=9。50×10-5mol/（L·s)（2）實驗結果當外接電源的電壓為U=10.5V，電極反應面積為S1,溶液中NaCl質量分數為3。5%時，反應速率為v=QUOTE\＊MERGEFORMATV1—1t-1=4.952mol/（L·s)每平方米4。實驗3—1NaCl濃差電池可行性檢測實驗原理：圖6(1)本實驗實際上是一濃度差電池的充電過程，原理如圖6所示.圖6總反應式NaCl=NaCl在外部電壓作用下，在左側反應部分,Na2Mn5O10電極與AgCl電極釋放出Na+與Cl-，在右側反應部分，MnO2電極與Ag電極吸收Na+與Cl-，整個反應電路電流處處相等,保證了四個電極反應轉移的電荷總量相等.因此，左端每釋放1molNa+，右端就要相應吸收1molCl-.在這個過程中,沒有焓變產生，系統(tǒng)的能量變化只包括系統(tǒng)的吉布斯自由能變及電流的熱效應。設充電過程的消耗總電能為W，電路發(fā)熱總量為Q，有W=T△S+Q能效η=T△S/（T△S+Q）(2）為了得到更加廣泛而精確的數據,我們使用分壓電路，并利用了電流，電壓傳感器和數據采集器來記錄并計算實驗數據.（3）為了增大反應面積，提高銀的利用率，我們使用鍍銀銅板代替銀棒。實驗方法：（1）稱量鍍銀銅板質量m1a；（2）如圖所示連接電路，斷開開關；（3）在淡化室，富集室中各加入等量模擬海水V體積;（4)調節(jié)滑動變阻器，設置好電壓值U;（5)閉合開關,開始實驗;（6)觀察到有任一電極上有明顯氣泡產生即斷開開關。記錄下此時的電能數據E1,及時間t1；（7）取出鍍銀銅板,小心的用濾紙擦拭干凈并風干,測量一個鍍銀銅板質量m1b；（8）計算Δm1=m1a—m1bΔn1=Δm1/M（Cl）（9）利用數據采集器計算出能耗值E1；（10）計算淡化一噸海水所需能耗E2=E1（1m3/V）；（11）用電化學法將銅板重新鍍上銀；（12）重復（1）—（8)，重復九次分別記錄并計算數據。實驗數據與結果：（1）實驗數據次數12345678U/V0。51。01.52。02。53.03。54。0ma/g49.549。449。849。649.349.949.249.6mb/g40.040。040.540。040.3Δm9。59。39。79。49。39。49。29。3V0。45L0。45L0.45L0。45L0。45L0。45L0。45L0。45LE1/103J8。917。427。235.243.652.960。369.7E2/kw·h5。4910.7416。7921。7326.9132。6537。2243。02（2）實驗結果通過觀察我們可以發(fā)現(xiàn),本法海水淡化能耗值與電壓值成正比.并且,本法在外接電壓為0。5V時，海水淡化能耗為5。49kw·h，達到了較為理想的水平。但是與此同時我們發(fā)現(xiàn)，隨著電壓值的降低,雖然能耗也在不斷減少,但是海水淡化能耗不可能為零.我們可以從兩個方面解釋這個原因：第一，根據熱力學計算，海水淡化存在一個最低能耗，這個能耗值約為0.52kw·h（詳見本文“海水淡化方案設計")，不可能存在更低的海水淡化能耗值。第二，根據電化學計算，本濃差電池的最大電動勢為0.501V,由此不難理解電壓值低于0.501V的電壓不能完成整個海水淡化的過程，所以本法亦存在一個最低電壓值,這個值為0。501V.四、結論與分析(一）研究成果1.研究成果一：海水淡化最低能耗我們通過研究發(fā)現(xiàn)：海水淡化至少需要外界提供下式所計算出的能量的絕對值，ΔG=—TnRln（C2/C1）其中n表示這種氣體/離子的物質的量，R為氣體常數,C2、C1表示反應后前海水濃度之比。我們把這個能量值稱為海水淡化最低能耗,或稱海水淡化理想能耗。由該式計算得到的淡化一噸海水（同時生產兩倍于海水濃度的濃鹽水）的能耗為0.52kwh，按照目前工業(yè)電價得每淡化一噸海水需人民幣0。2元。2.研究成果二：半電池MnO2+Na+—e-|Na2Mn5O10的電極電勢通過粗略的測量，我們所得的半電池MnO2+Na+-e—|Na2Mn5O10的電極電勢為+0.71V。海水淡化可行性綜合評估1.本法淡化的成本需要的非消耗性材料有大面積的鍍銀銅板，及大量的二氧化錳，前期投資雖然不低，但大大低于美國反滲透膜技術的前期投資。2。本法每淡化一頓海水需要的能耗值與實際相關，欲達到較低的淡化成本和較快的淡化速率，需要盡量減少電極間距離即增大電極面積，以減少海水的等效電阻。（三)對實際工業(yè)海水淡化設施的初步構想在可能的情況下，本法可以將許多小型濃差電池組合成為大型海水淡化設施，這時需要在外接電壓為0。5V，電流達到102數量級(設每個小濃差電池中的被淡化海水體積為1L），則每個小型濃差電池淡化能耗為5。66kw·h，淡化時間約為6.8min,此時本法淡化才具有較高的應用價值。參考文獻［1］國家海洋局。關于促進海水淡化產業(yè)發(fā)展的意見,2012.[2］張福錄、李雪民。反滲透法海水淡化系統(tǒng)的設計。一重技術，2005（5)。[3]趙丹青.電滲析法海水淡化重現(xiàn)活力。膜科學與技術,2011（5）.[4］\t"_blank”鄭宏飛，HYPERLINK”http：///writer/何開巖_1。html"\t”_blank”何開巖，陳子乾.太陽能海水淡化技術。北京：北京理工大學出版社，2005.附件研究感悟坦白說，海水淡化這個項目，其工程性已經超過了目前高中生的設計制造水平；理論的繁復性，也形成了一個幾乎完整的體系。整個項目包含了一個核心的理論和許許多多的具體創(chuàng)新之處，更凝結了我和其他參與者的心血和汗水,能在這樣一個項目中主事，真的很快樂,而這其中的幸酸卻亦是外人所不能體會的從我們開始萌發(fā)此念,到做到現(xiàn)在已經半載有余，當初對創(chuàng)造的激情，對未來的憧憬,而今還歷歷在目,