Закономірності переробки паладієвмісних відходів. Кінетичні закономірності та механізм формування електропровідного полімеру – поліаніліну. Випробування експериментального макету сенсорного пристрою амперометричного типу для детектування водню.
Аннотация к работе
Сучасні методи переробки паладієвмісної сировини перебувають на такому технічному рівні, який забезпечує видобування дорогоцінного металу на 90-95 %, а отже, застосування цих методів призводить до небажаних втрат цінного металу на головних операціях переробки вторинної сировини. Як метал-каталізатор доцільно використовувати метали, вилучені з вторинної сировини, зокрема паладій, який відносно водню проявляє унікальні властивості. Таким чином, розробка схеми вилучення паладію з техногенних відходів чистотою 99,99 %, підбір матриці для іммобілізації металу, яка забезпечить розвинену робочу електродну поверхню та гарну проникність для водню, використання каталітичних властивостей паладію для детектування водню є актуальними завданнями, які визначили напрям дисертаційної роботи. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі технічної електрохімії НТУ “ХПІ” за планами науково-дослідних робіт відповідно до завдань держбюджетних тем МОН України: “Дослідження електродних рівноваг і кінетичних закономірностей в електрохімічних системах з метою ресурсозбереження і охорони навколишнього середовища” (ДР № 0106U001503), “Дослідження електрохімічних процесів формування електродних матеріалів для потреб водневої енергетики та охорони довкілля” (ДР № 0109U002410), у яких здобувач була виконавцем окремих етапів. Встановити закономірності переробки паладієвмісних відходів, розробити і теоретично обґрунтувати схему переробки компонентів і виділити паладій зі 100 % виходом за речовиною і чистотою 99,99 %.Відомо, що паладій відносно водню проявляє унікальні властивості. Дослідження показали, що каталітичні властивості паладію поліпшуються в разі включення металу в полімерну матрицю - поліанілін (ПАН). На підставі аналізу наведених матеріалів сформульовано задачі досліджень та напрями їх вирішення, а також виділено такі частини роботи: 1) розробка схеми, яка забезпечує вилучення паладію зі 100 % виходом за речовиною та чистотою 99,99 %; 2) синтез електропровідної полімерної матриці з іммобілізованим паладієм; 3) застосування розробленого ПАН-Pd електрода як індикаторного електрода в сенсорних системах для детектування водню. Кінетику розчинення паладію досліджували гравіметричним методом. Механізм катодного виділення паладію визначали за допомогою лінійної вольтамперометрії.Використання полімеру поліаніліну (ПАН) для створення індикаторного електрода дозволяє синтезувати розвинену матрицю. Властивості самої матриці можна варіювати, змінюючи умови формування плівки на поверхні, які забезпечують осадження наночастинок паладію. Полімерну поліанілінову плівку синтезували електрохімічним методом, а саме: циклюванням потенціалу електрода від 0,0 до 1,0 В у розчині 0,1 М С6Н5NH2 1М H2SO4, що дозволяє отримувати електроактивні плівки з високою електропровідністю, гарною адгезією до підкладки. Пористістю ПАН плівки керували, варіюючи режими синтезу полімеру, і, таким чином, вивчили вплив швидкості розгорнення потенціалу електрода, кінцевого потенціалу Ек циклювання на морфологію полімерної матриці. За значенням поруватості ПАН, яка становить 20 % від обєму полімеру, розраховано кількість Pd-частинок, що відновились у порах ПАН (NPD = 4,4·1017 см-2): або , (11) де Vp, Vпл - обєм пори та плівки ПАН, см3; rp - радіус пори ПАН, нм.У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу встановлення закономірностей переробки техногенних паладієвмісних відходів та електросинтезу електропровідної пористої матриці з іммобілізованим нанорозмірним паладієм і використання його каталітичних властивостей для детектування водню. Визначено можливість керування процесом вилуговування паладію шляхом розрахунку термодинамічних характеристик. Показано, що процес розчинення паладію перебігає у дифузійному режимі. Показано, що паладій з розчину вилуговування доцільно виділяти у вигляді комплексної солі діаміндихлорпаладію Pd(NH3)2Cl2 з подальшою електроекстракцією паладію з суспензії Pd(NH3)2Cl2 у 1,8-2,5 М HCL, що забезпечує чистоту порошку паладію 99,99 %. Встановлено, що зі зменшенням концентрації іонів починає переважати реакція виділення водню, який, накопичуючись в обємі електроліту, відновлює паладій.