Электроосаждение карбоната кальция (по мотивам Biorock)

[Rezus666]

Доброго всем времени суток, друзья. Сразу скажу что в химии я слаб, именно по этому обращаюсь к вам, надеюсь в помощи не откажите.
И так - есть такой метод как biorock https://en.wikipedia.org/wiki/Biorock. Если коротко заключается он в том что соединения кальция оседают на катоде, формируя некий чехол вокруг него(катода), всё это рассчитано на работу в открытой воде, я же пытаюсь это повторить в емкости, у этих ребят всё выходит http://sst2015-s207iss-a.blogspot.ru/p/ ... l.html?m=1, а вот у меня шиш . Что я делаю не так? Материал катода - стальная проволка, анод - титановая пластинка, наполнитель коралловый песок(оолитовый вроде). Что я делаю: запитываю от 1,3в, к титану+, к стали-, после подачи питания на титане медленно образуются пузырьки, реакция через сутки(раньше не смотрел) - титан в налёте ржавого цвета, который убирается только наждачкой, сталь просто в ржавчине, пробовал менять полярность, титан сильно пузырит, после 30мин на стали нет визуальных изменений, титан в белом налёте, дольше 30 мин с обратной полярностью не держал.
Вроде всё изложил, сумбурно конечно, но мозг немного запутался в попытках разобраться.

[antabu]

Ток меряли? Титан на аноде запирается, чтобы пробить обычно надо не менее 10 В в зависимости от раствора.

[Rezus666]

Ток меряли? Титан на аноде запирается, чтобы пробить обычно надо не менее 10 В в зависимости от раствора.

ток не мерял, как то не приходило в голову, так как в описаниях метода biorock говорится о оптимальном напряжении 1,2-3в и плотности тока от 5 до 100 миллиампер на фут квадратный, по моим подсчётам это мизер, и уж точно обыкновенная батарейка форм фактора D, выдаст положенное. Хотя ваш пост натолкнул меня на мысль о том что возможно в методе используют определённый сплав титана или титан с покрытием, что препятствует запиранию, надо попробовать другой сплав или же вовсе другой металл, хотя для меня это не желательно

[SkydiVAR]

у этих ребят всё выходит http://sst2015-s207iss-a.blogspot.ru/p/ ... l.html?m=1, а вот у меня шиш . Что я делаю не так? Материал катода - стальная проволка, анод - титановая пластинка

А не пробовали, как у "этих ребят", взять медный анод? Да и напряжение они в 3 В подают, а не 1,5...

[Rezus666]

Продолжаю свои опыты, заменил титан на медь, реакция пошла, что выйдет в итоге посмотрю сегодня вечером. Вот только незадача, хотелось бы чтобы слой кальция не содержал лишних элементов(кроме тех что есть в морской воде), как я понимаю меди при данном подходе будет очень много, пробовал графит из батареек, реакции нет, что ещё можно изпользовать в качестве анода, при условии, что в итоге не должно получаться токсичных для беспозвоночных соединений?

[Dambrovsky]

сударь, подскажите, а пластина анода (титановая), разве должна покрываться ржавчиной?
если титан ржавеет, то это не титан,
если там восстанавливается что-то железосодержащее, значит состав электролита нжно скорректировать.
я бы еще добавил что в вашем случае не стоит превышать напряжение, выше рекомендуемого.
но если Вы не химик, и нет опыта работы в электрохимии, гальванике, что лучше обратитесь сюда http://blog.tep-nn.ru/
там добрая бабуся в раз разберется, что и как и чего вам надо сделать,
тем более Ваш случай неординарный.
удачи.

[Rezus666]

сударь, подскажите, а пластина анода (титановая), разве должна покрываться ржавчиной?

титановая, ржаветь не должна, что на ней осело хз

я бы еще добавил что в вашем случае не стоит превышать напряжение, выше рекомендуемого.

Спасибо за предупреждение, не превышаю

но если Вы не химик, и нет опыта работы в электрохимии, гальванике, что лучше обратитесь сюда

спасибо за совет, если не разберусь, то обязательно воспользуюсь консультацией

[Dambrovsky]

-перенапряжение при электролизе воды, приводит к побочному образованию хлора, в вашем случае это не допустимо, тогда не будет образование оксихлорида магния
-титан не надо заменять на что-либо, или какие другие сплавы, если это титан, его используют в электрохимии, благодаря высокой корр. стойкости
-если Вы можете мерить проводимость раствора, типа солемером, попробуйте, полагаю это поможет контролировать процесс.
-попробуйте добавить "живого" хлорида магния, а скажем, вместо хлорида натрия, возьмите хлорид калия.
таким образом хлорид магния будет гидролизоваться и добавлять оксихлорида магния, а хлористый калий повысит проводимость (активность) без увеличения содержания хлорид-ионов, как скажем, в случае с хлоридом натрия...

[antabu]

Странно, что "графит из батареек" не работает - для малых токов это лучший инертный материал. Попробовать молибден?
Вообще, растворимый анод поставляет ионы своего металла в раствор, а на инертном выделяется хлор или/и кислород, для этого напряжение нужно больше. Может быть смешанный вариант.

[Rezus666]

Cпасибо за интерес к моей теме, сам я не в силах разобраться.
Постараюсь сформулировать задачу чётче
Дано:
-Океаническая вода - не просто подсоленая кухонной солью, а замешанная на специальной соли для аквариума, 99%-98% аналог натуральной
океанической воды, если верить производителю
-Коралловая крошка - карбонат кальция с примесями карбоната магния(если верить Вики), разбавлен раковинами - арагонит, кальцит, ватерит(что в общем то тоже карбонат кальция)
-Блок питания - стандартный компьютерный, 12, 5, 3, -3 вольта, владею паяльником, из 5в сделать регулируемый 2.5В - 1.2В, без проблем
-Титановые пластины - не большие, размером с пластиковую карту (чистый титан или сплав (и какой сплав), к сожалению, не знаю)
-Водные растворы CaCl2, NaHCO3, MgCl2+MgSO4
-Полезные статьи из интернета https://www.intechopen.com/books/electr ... n#exportas
-Целеустремлённость, знание химии ниже уровня начальной школы)))), и всё что под рукой.
Требуется:
-Как минимум - повторение этого эксперимента http://sst2015-s207iss-a.blogspot.ru/p/ ... l.html?m=1
-Как цель - возможность выращивать карбонат кальция с минимумом вредных, для обитателей аквариума, включений
-Как максимум (по моему не достижимо, но всё же) - возможность в объёме аквариума(до 100л) с живыми обитателями добиться эффекта ускоренного роста кораллов как об этом описано здесь http://www.globalcoral.org/faq/#whyfast
Готов ответить на все вопросы в меру моих знаний, также готов задавать кучу глупых вопросов
PS Есть аквариум, морской, с живыми кораллами
PPS Все опыты проводятся в отдельной емкости объёмом 7л - кораллы нынче не дёшевы

[Dambrovsky]

можно попробовать Вам посодействовать в этом мероприятии,
насколько позволит такое общение,
это как по рации объяснить и помочь посадить боинг 737...))
реализуемый Вами процесс, не является электролизом в полном смысле этого слова, а добавки в раствор минералов, делают этот процесс более похожим на электрофорез, где взвешенные частицы осаждаются на электроде (при условии образовании на их поверхности ДЭС, благодаря этому и становится возможным их движение к электроду и отложению на них,чем медленнее этот процесс проводить ( ниже ток, проводимость, конц. электролитов) тем плотнее будет осаждаемый слой).
если Вы настроены решительно, запасайтесь терпением, заведите лаб журнал, где все точно и последовательно записывайте.
Мой Вам совет, для того чтобы наладить процесс, возьмите емкость 1-1,5л, (банка, канистра), снабдите небольшой мешалкой, магнитной или лопастной (обороты рабочие менее 25 об/ мин.) расстояние между электродами сократите, до 30-70 мм
в Вашу воду добавьте водные растворы солей (их количество, конц-ии, объемы, массы, соотнесите с объемом воды, убедитесь в их качестве, при наличии сомнений в качестве реактивов, склоняйтесь всегда в пользу помойного ведра) по возможности приготовьте свежие растворы, и помните что в красном море, где самая соленая вода кораллы растут особенно хорошо, температуру в процессе поддерживайте 22-28 по Цельсию и контролируйте термометром, а лучше термопарой, (через USB, пишите по возможности в комп. данные по току напруге, температуре)
нужно еще мерить солесодержание, есть такие типа солемеры цена 2-4 тр., по сути кастрированные рН-метры.
сами минералы: кальцит, арагонит, ватерит пока не добавляйте. Определите колебания-флуктуацию всех параметров ток-напруга, температура, минерализация (солесодержание, измеряется солемером). газовыделением на титановой пластине не увлекайтесь, оно должно быть минимальным, главное чтобы не пошел зеленоватый газ))) с удушающим запахом (шутка)
на второй-третий день, при перемешивании добавьте необходимое количество Ваших минералов, не представляю насколько они мелкие по фрац. составу, по возможности протрясите их через сита для муки, оцените насколько они крупные, соответственно отсеется всякий мусор, если минералы крупные, измельчите их в кофемолке.
если воду берете из под крана, возьмите лучше деонизованную.

[Rezus666]

Моя благодарность за ваше участие, к сожалению возникли некие препятствия, которые мешают мне продолжить проект в том же темпе что я начинал, но это не значит что я отказался от идеи. Пока я сбавлю темпы, надеюсь на ваше терпение.

[Dambrovsky]

без проблем, как говорят: "быстро только..." сами знаете что делается)

[Rezus666]

Доброго всем времени суток. И так я на этот раз подготовился - спаял регулятор тока и напряжения, анод погрузил в субстрат, контролируя ток и напряжение выставил так что бы на катоде слегка появлялись пузырьки, в предыдущий раз катод почти сразу ржавел. После часа работы ржавчины не заметно, буду следить.

[Rezus666]

Продолжаю работу над проектом. Попробовал подать напряжение в 12В, отчётливо почувствовал запах хлора, на ночь уменьшил напряжение до 1.25В, с утра не заметил изменений, отригулировал напряжение так чтобы от катода шли еле заметные пузыри - примерно через сутки на нём (катоде) появилось несколько белых образований, размером с ушко иголки и тонкая жёсткая полупрозрачная пленка(которая слетела при подаче 12в). С титановыми анодами ток очень быстро падает до десятков микро ампер и образование газа на катоде прекращается, видимо это то о чем мне уже говорили - "Титан на аноде запирается, чтобы пробить обычно надо не менее 10 В в зависимости от раствора". Пока использую графит, попробую использовать карбоновый стержень.

Наткнулся в статьях на такой абзац:
"If the voltage could be maintained between 1.23 and 1.36 volts (ignoring junction potentials) then chlorine production can be avoided entirely, but this requires very precise regulation and is made more complicated by junction potentials. In practice, sufficient overvoltage to overcome junction potentials makes some chlorine production unavoidable, but the lower the voltage the less is produced."
В переводе гугл звучит так:
"Если напряжение может поддерживаться между 1,23 и 1,36 вольт (без учета потенциалов перехода), то можно полностью исключить производство хлора, но для этого требуется очень точное регулирование и усложняется потенциалом соединения. На практике достаточное перенапряжение для преодоления потенциалов перехода делает некоторое производство хлора неизбежным, но чем меньше напряжение, тем меньше получается."
Прошу пояснить мне что это за "junction potentials" оно же "потенциалы перехода" и " потенциал соединения". И как это вычислить, так как, если я правильно понял, чем меньше хлора тем луче.
И ещё один вопрос: так как на катоде образуется водород насколько вероятно накопление, так называемого, гремучего газа, а то как то не охота чтобы бахнуло ненароком.

[amik]

Rezus666, вы бы название своей темы сменили на что-то более близкое к рассматриваемым процессам, например, электроосаждение карбоната кальция или вроде этого.
Можно и принудительно, конечно

[Rezus666]

Rezus666, вы бы название своей темы сменили на что-то более близкое к рассматриваемым процессам, например, электроосаждение карбоната кальция или вроде этого.

Спасибо за подсказку. Сделано!

[Dambrovsky]

за водород не бойтесь, в пузырьки газа не лезьте с сигаретными бычками, пламенем и будет все тихо,
нижний порог около 4% об. водород легкий, уйдет наверх, при минимальном проветривании Вам водорода бояться не стоит.
с хлором тоже, у Вас скромные масштабы, самое страшное провоняете белизной, зато будете как после похода бассейн.
выделение хлора так или иначе будет, учитываю условия, вопрос лишь в его количестве, не увлекайтесь, следите за напругой.
уделите больше внимания минеральному составу раствора, состав отложений полностью будет зависеть от этого, отчасти скорость осаждения.
попробуйте оценить протекания процесса по минерализации раствора (солесодержанию), до-в-после.

[Rezus666]

за водород не бойтесь, в пузырьки газа не лезьте с сигаретными бычками, пламенем и будет все тихо,
нижний порог около 4% об. водород легкий, уйдет наверх, при минимальном проветривании Вам водорода бояться не стоит.
с хлором тоже, у Вас скромные масштабы, самое страшное провоняете белизной, зато будете как после похода бассейн.

Спасибо, понял.
Я стараюсь чтобы запаха хлора не было, но при этом на катоде шло выделение газа, при этом медленно образуются бело-жёлтые наросты на катоде. Физических свойств этих наростов определить не могу в виду их очень маленьких размеров.

Повторю ещё один свой вопрос - "прошу пояснить мне что это за "junction potentials" оно же "потенциалы перехода" и " потенциал соединения". И как это вычислить?"

[Dambrovsky]

в теории, перенапряжение- это энергия активации, необходимая для преодоления энергетической ямы. в практике ионов вокруг электрода недостаточно поэтому, расчетное значение напряжения мало для инициации процесса электролиза, отсюда и возникло перенапряжение, в англоязычной литературе оно и называется "junction potentials" (как я понял), при этом, то напряжение которое мы переливаем сверху нужного саксы называют общими словами overvoltage что означает "повышенное напряжение". электролиз воды "зажигают" с перенапряжением до значения 4в, затем после старта, напряжение снижают, до 1,3, но оно все равно растет, в процессе электролиза.
вот перевод нашими понятиями:
нормальный потенциал реакции образования молекулярного кислорода составляет +1,23 V; при увеличении напряжения до +1,36 V (нормальный потенциал реакции образования молекулярного хлора) на аноде будет выделяться только кислород, а при дальнейшем увеличении потенциала – одновременно и кислород, и хлор, причем выделение хлора будет происходить с недостаточной интенсивностью. При напряжении свыше 4 V выделение кислорода почти прекратится, и электролизная ячейка будет генерировать только хлор.
подытожим, авторы статьи говорят в абзаце что если работать и интервале 1,23-1,36 не создавая перенапряжения, можно таким образом избежать выделения хлора полностью... На практике, достаточное перенапряжения для преодоления эн.активации, делает некоторое выделение хлора неизбежным... так как чем меньше напряжение тем меньше осаждается.
я пробежался по статье, она Вам в целом поможет воспроизвести то что там сделано, но авторы этой работы и да прочих совершенно не обращают или не уделяют внимания составу, заряду ДЭС, который играет определяющую роль в этом процессе, также не уделяется вниманию органике которая неизбежна присутствует в долях 0,1-0,15% в воде и которая и делает ДЭС.
для примера вот Вам опыт из жизни: для проведения электрофореза, берут водные растворы альгината натрия, аммония, в долях не превышающих доли процента, без альгината создать покрытия из тв.частиц (например кремния, карбида кремния) на электроде, невозможно! так как частицы тупо не заряжаются, да еще пытаются утонуть...
и с другой стороны, чем быстрее будет процесс, тем рыхлее будет отложения-осадок, соот-но стараться безмерно увеличить плотность по току, долю ПАВ, напряжения, смысла не имеет.