CC BY
2ЦАЗАЦСТАННЫЦ ХИМИЯЛЬЩ ЖУРНАЛЫ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ КАЗАХСТАНА Chemical Journal of Kazakhstan
Volume 1, Number 81(2023), 34-43 https://doi.org/10.51580/2023-1.2710-1185.04 УДК 544.653/546.82
TRANSPASSIVE AND ABNORMAL DISSOLUTION OF TITANIUM ELECTRODES IN HYDROFLUORIC ACID AQUEOUS SOLUTION
R.N. Nurdillayeva1*, Sh.D. Abdukamalov1, A Bayeshov2
1Khoja Akhmet Yassawi International Kazakh-Turkish University, Turkistan, Kazakhstan 2D.V. Sokolsky Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry, Almaty, Kazakhstan E-mail: [email protected]
Abstract. Introduction. One of the urgent problems of electrochemistry is the reuse of the production waste of a relatively expensive metal - titanium, which's in demand in mechanical, aircraft, cosmonautics, nanotechnology, and other industries. The purpose of this work is to study the abnormal cathodic and transpassive anodic dissolution of titanium in a hydrofluoric acid solution. Methodology. The electrochemical dissolution of direct current polarized titanium in HF solution is shown. The electrode spaces are separated by an anion exchange membrane. The electrolysis has resulted in forming of titanium Ti4+ in the anode, while the cathode space has included Ti3+ due to titanium chemical dissolution. The influence of main electrochemical parameters has been studied. Results and discussions. The current efficiency of anodic dissolution has risen with an increase in the current density, its maximum value (82.5%) has been observed at 800 A/m2. The current efficiency has been raised by changing the HF concentration from 0.1 to 0.6 mol/l, and its maximum value of 78% was observed at 0.6 mol/l. Titanium dissolves by forming Ti3+ along with Ti4+ in the anode with an increase in temperature. In this case, Ti4+ current efficiency decreases up to 48% while Ti3+ apparent current efficiency increases. With an increase in the electrolysis duration to 2.5, the current efficiency decreases to 47.6%. Conclusion. The kinetic parameters of the electrode process have been determined: reaction order (~1) and activation energy (55.34 kJ/mol). The value of the activation energy reveals that the reaction proceeds in the kinetic regime.
Keywords: electrolysis, titanium electrode, hydrofluoric acid, titanium fluoride, abnormal dissolution, transpassive dissolution.
Nurdillayeva Raushan Nurdillakyzy
Candidate of Chemical Sciences, Professor, Head of Ecology
and Chemistry Department;
E-mail: [email protected]
Abdukamalov Shakhzad Dauletuly
Master student of Educational program 7M05324-Chemistry; E-mail: shakhzad. [email protected]
Bayeshov Abduali
Doctor of Chemical Science, Professor, Academician of the National Academy of Sciences of the RK; E-mail: bayeshov@mail. ru
Citation: Nurdillayeva R.N., Abdukamalov Sh.D., Bayeshov A.. Transpassive and abnormal dissolution of titanium electrodes in hydrofluoric acid aqueous solution. Chem.J. Kaz., 2023, 1(81), 34-43. (In Kaz.). DOI: https://doi.org/10.51580/2023-1.2710-1185.04
титан электродтарыньщ фторсутек цышк;ылыньщ СУЛЫ
ЕР1Т1НД1С1НДЕГ1 ТРАНСПАССИВТ1 ЖЭНЕ АНОМАЛЬДЫ ЕРУ1 Р.Н. Нурдтлаева1, Ш.Д. Абдукамалов 1, А. Баешое 2
1Цожа Ахмет Яссауи атындагы Халыцаралыц щзац-туршynusepcumemi, Туршстан, Цазацстан 2Д.В. Сокольский атындагы Жанармай, Катализ жэне Электрохимия Институты АК„ Алматы, Цазацстан E-mail: [email protected]
Туйшдеме. Kipione. Машина жасау, авиатехника, гарыш, нанотехнология жэне баска да енеркэсш салаларында Yлкен сураныска ие, салыстырмалы кымбат металл - титанньщ ендiрiстiк калдыктарын пайдага асыру KS3ipri тацда электрохимияныц езектi мэселелершщ 6ipi болып табылады. Зерттеу мацсаты: фторсутек кышкылыныц ертндюшдеп титан электродыныц анодтык аумакта транспассивт жагдайда жэне катодтык аумакта аномальды еруiн зерттеу. Эдктеме. Теракты токпен поляризацияланган титан электродыныц HF ертндюшдеп электрохимиялык еруi керсетiлген. Электродтык кецютсктер аниониттi мембранамен белiндi. Электролиз нэтижесшде Ti4+ иондары, ал катод кецютшнде титанныц химиялык еруiне байланысты Ti3+ иондары TYзiлетiнi аныкталды. Нэтижелер жэне талдау. Ток тыгыздыгын арттырганда анодтык поляризацияланган титан ерушщ ток бойынша шыгымы артып, оныц максималды мэш (82.5%) 800 А/м2 ток тыгыздыгында байкалды. HF концентрациясын 0.1 - 0.6 моль/л аралыгында езгерткенде титан ерушщ ток бойынша шыгымы жогарылап, оныц максимал мэнi 0.6 моль/л концентрацияда 78%-ды курады. Температураны жогарылатканда анодтык аумакта титан электроды Ti4+ иондарымен коса Ti3+ иондарын TYзе еритiндiгi аныкталды. Бул кезде Ti4+ иондарыныц ток бойынша шыгымы 48%-га дейiн темендеп, ал Ti3+ иондарыныц жорамал ток бойынша шыгымы елеулi артатындыгы керсетiлдi. Электролиз узактыгын 2.5 сагатка дейiн арттырганда ток бойынша шыгымныц 47.6%-га дейiн темендейд^ Цорытынды. Электродтык процестiц кинетикалык параметрлер^ реакция реттiлiгi (~1) мен активтендiру энергиясы (55.34 кДж/моль) аныкталды. Активтендiру энергиясыныц мэнi реакцияныц кинетикалык режимде ЖYретiнiн керсетедi.
ТYЙiн сездер: электролиз, титан электроды, фторсутек кышкылы, титан фторид^ аномальды еру, транспассивтi еру
Нурдтлаева Раушан Нурдтлацызы Химия гылымдарыныц кандидаты, профессор
Абдукамалов Шахзад Даулетулы 7M05324-Xwu^ бтш беру багдарламасыныц магистранты
Баешое Абдуэл1 Химия гылымдарыныц докторы, профессор, КР ¥ГА Акадeмuгi
1. Юркпе
Титан - ^иын бал^итын, иiлгiштiгi жогары, жецш металл. Темiрге Караганда 1.75 есе жецш, дегенмен титанныц берiктiгi темiрдiкiне Караганда 4 есе жогары, бал^у температурасы 1668°С [1]. Калыпты жагдайда ол титан диоксидшщ ^органыш пленкасымен ^апталган, соныц ар^асында титан сiлтiлерден бас^а кептеген орталарда коррозияга твзiмдi, дегенмен фторсутек ^ыш^ылыныц 1%-дыщ ертндюшщ взшде ^ар^ынды еридi, б^л ерекшелiк титанныц фторид иондарымен кешецщ ^осылыстар тYзуiмен тYсiндiрiледi. Кептеген ^ыш^ылдарда, тiптi патша с^йыгында ерiмейдi, фторидтi ^ыш^ылды ортада TiFз тYзе отырып еридi [2].
Титан табигатта таралуы бойынша 9-орында. Жер ^ыртысындагы салма^ мвлшерi 0.57% [3]. Табигатта кен таралса да, казiрri танда онын ^ымбат металдар санатына енуiнiн себебi - титан вндiрiсi тYрлi технологиялыщ ^иындыщтармен жэне Yлкен шыгындармен iске асырылады. Осы себепт титан ^алдыщтарын вндеу жэне оларды пайдага асыру - взект мэселелердiн бiрi. Бiрак ^алдыщтарды вндеу бiраз ^иындыщтар тугызады, себебi титаннын бал^у температурасы жэне агрессивтi орталарга т^ракгылыгы вте жогары [4].
Титаннын фторсутек ^ыш^ылды ортадагы электрохимиялыщ еруiне байланысты ж^мыстар мен эдебиеттер жокгын ^асы, дегенмен бас^а ^ыш^ылдармен ^ыш^ылданган фторидтi ортадагы титаннын анодтыщ еруi бойынша бiр^атар ж^мыстар бар [5-6]. Осы электрохимиялыщ еру нэтижесшде алынуы кYтiлетiн титан фторидтерiнiн ^асиеттерше байланысты енбектер де бар. Мысалы, Р. М. Джебасти жэне Р. Видия вз зерттеулерiнде титан фторидтершщ механикалыщ ^асиеттерш [7], ал, С. Канг TiFз жэне TiQз ^нта^тарынын сутегiмен эрекеттесу белсендiлiгiн жан-жакгы зерттеген [8]. Сондай-а^, титаннын тYрлi ортадагы анодтыщ еруiнiн зандылыщтарын зерттеу бойынша жYргiзiлген ж^мыстар да бар [9-14]. Бiздiн алдынгы зерттеулерiмiздi ^арастыратын болса^, кYкiрт ^ыш^ылымен ^ыш^ылданган калий бромид ерiтiндiсiнде анодты поляризацияланган титан ерушщ ток бойынша шыгымы 1.8%-дан аспайтыны аныщталган [4]. Осы зерттеулер квтерген мэселе - титан ^осылыстарын вцщрютш ^алдыщтардан вндiру технологиясын жасау iзденiсi. Ал, Э. Б. Баешов пен онын шэкiрттерiнiн титанга байланысты зерттеулершщ гылыми жаналыгы -айнымалы токпен поляризацияланган титаннын галогенидтi ортада еруi [15, 16]. Дегенмен, титаннын айнымалы токпен поляризациялануы кезiндегi процесстердi жа^сы тYсiну Yшiн т^ра^ты токпен поляризацияланган титаннын еруш алдын-ала зерттеу ^ажеттшш туындайды.
2. Эксперименттiк бeлiм
Титаннын транспассивтi анодтыщ еруiнiн ток бойынша шыгымы (ТШ) мен электродтардын еру жылдамдыгына (и) - ток тыгыздыгыныц (г), фторсутек цышцылы концентращясыныц [HF], электролиз узацтыгыныц (т) жэне ерттд1 температурасыныц эсерi зерттелдь Анод жэне катод материалдары ретшде ^алындыгы 1 мм титан пластиналары ^олданылды, эр^айсысынын жеке ауданы - 1.2740-3 м2. Электролиздщ катодтыщ жэне анодтыщ кенiстiктерiнде тYзiлетiн иондардын араласуын болдырмау ма^сатында электролиз кещстш аниониттi мембранамен (МА-40, Ресей) бвлiндi. Электролит ретiнде фторсутек ^ыш^ылынын сулы ерiтiндiсi ^олданылды. Фторсутек ^ыш^ылынын шынымен реакцияласу ^абшетше байланысты ж^мыс пластикалыщ ^яшы^та жYргiзiлдi. Электролиздi жYзеге асыру Yшiн т^ра^ты ток квзi ретiнде SUNTEK 3000ВА (^ытай) зертханалыщ автотрансформаторына (ЛАТР) жалганган КВРС5010 (Кытай) диодты квпiршесi пайдаланылды. Ток тыгыздыгын ба^ылап отыру Yшiн СА3020-2
(Ресей) амперметр^ кернеудi елшеу максатында В7-78/2 (Тайвань) вольтметрi колданылды (сурет 1). Электродтар салмагыныц езгерюш аныктауда - Shimadzu AX-200 (Жапония) аналитикалык таразы колданылды. Электролит ертндюшдеп Ti3+ иондарыныц мвлшерiн аныктауда перманганатометриялык анализ эдiсi [2], ал иондарын аныктауда фотоколориметриялык (КФК-3, Ресей) эдю [17] колданылды.
Сурет 1 - Электролиз курылтысыныц принципиалды схемасы: 1 - ЛАТР, 2 - диодты квшрше, 3 - амперметр, 4 - юлт, 5 - вольтметр, 6 - катод, 7 - анод, 8 - анионит мембрана.
3. Нэтижелер жэне талдау
Алдын-ала жYргiзiлген жан-жакты зерттеулер титан электродыныц анодтык аумакта транспассивтi ери отырып, Ti4+ иондарын, катодты аумакта химиялык аномальды каркынды еруi орын алып, Ti3+ иондарын тYзетiнiн керсетп. Катодты поляризацияланган титан электродыныц аумагындагы электролиттiц кYлгiн-жасыл тYсi (сурет 1) жэне анализ нэтижелерi Ti3+ ионыныц тYзiлетiнiн кврсетедi. Анодты поляризацияланган титан электродыныц аумагындагы электролит тYсiнiц езгермеуi жэне анализ нэтижелерi Ti4+ ионыныц тYзiлгенiн кврсеттi.
Анодтык кецiстiкте калыпты жагдайда Ti4+ ионы гана аныкталды. Анод бетiнде TiO2 тYзiлiп (1-реакция), транспассивт жагдайда еритiндiгiн кврсетедi, демек, б^л жагдайда титанныц еруi титан диоксидш тYзу стадиясы аркылы (электрохимиялык, сосын химиялык) iске асады (1, 2-реакциялар):
3Ti + 2H2O - 4е ^ TiO2 + 2№ (1)
TiO2 + 6ОТ ^ H2[TiF6] + 2H2O (2)
Ал, катодты поляризацияланган титанныц оксидтш пленкасы тотыксызданып, оныц химиялык еруi орын алады. Б^л химиялык еру
электролиз YPДiсiнде косалкы реакция болып табылады, электродтардагы негiзгi электрохимиялык YPДiстер твмендегi тендеулер бойынша жYредi (1 жэне 2-реакциялардын бiрiккен тендеуi 3-реакцияда келтiрiлдi). Осы кездегi катодтын кара тYсi 4-реакцияда бвлiнген сутектiн титанмен эрекеттесш титан гидридiн тYзуiмен тYсiндiрiледi.
А(+): Т + 6Б- - 4е ^ (ТОб]2" Е0 = +1,190 В (3)
К(-): 2Н+ + 2е ^ (4)
Титан электродтары 0.5 М фторсутекте теракты токпен поляризацияланып, ток тыгыздыгыныц анодтык ерудiн ТШ мен электродтардьщ еру жылдамдыгына эсерi зерттелдi (сурет 2). Ток тыгыздыгын 200-800 А/м2 аралыгында арттырганда ТШ 77-82.5% аралыгында баяу жогарылады (1-кисыц). ТШ < 100% болуы косымша внiм -оттепнщ бвлiнуiне байланысты. / < 200 А/м2 кезiнде Т13+ иондары да тYзiлдi. Ал 1 > 800 А/м2 кезшде ТШ твмендедь Сондай-ак, поляризацияланбаган (и0) титан мен анодты и(А) жэне катодты и(К) поляризацияланган титаннын 0.5 М фторсутектеп еру жылдамдыктары салыстырылды: и0 = 320 г/м2-саг., ток тыгыздыгын 200-1000 А/м2 аралыгында квтергенде и(К) 228-416 г/м2-саг. (2-цисыц), ал и(А) 69-349 г/^саг. (3-цисыц) аралыгында арткан, б^л Тафель тендеуi бойынша 1 жогарылатканда потенциалдардын терiс мэнге ыгысуына байланысты.
Сурет 2 - Титан электродтарынын еру жылдамдыгы мен анодтык ерушщ ток бойынша шыгымынын ток тыгыздыгына тэуелдтп.
200 А/м2 ток тыгыздыгында титан электродтарыныц еру жылдамдыгы мен анодты ерудщ ТШ-на фторсутек цышцылы концентращясыныц эсерi зерттелдi (сурет 3). Концентрацияны 0.1-0.6 моль/л аралыгында езгерткенде титанныц анодтык ерушщ ТШ 27-ден 78%-га (1-цисыц), и(К) 50-ден 241 г/м2-сагат^а (2-цисыц), ал и(А) 24-тен 70 г/м2^сагат^а дейiн (3-цисыц) артты. Фторсутек кышкылы концентрациясыныц артуы титанныц еруi Yшiн колайлы жагдай тудырады. Осы тэуелдiкке сэйкес анодтык ерудщ фторид иондары бойынша реттiлiгi 0.87-ге (~1) тец болатыны аныкталды. Ал, фторсутектщ концентрациясы 0.6 моль/л-ден жогары болганда, аз мелшерде Т13+ иондарыныц тYзiлгенi байкалды, б^л титанныц химиялык ерiгенiн керсетедi.
ТШ, %
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0
• 1)ТШСП4+) А 2) и(К) ИЗ^СА)! и,
ТШ СП4+) = -316.1412 + 316.721 + 0.1058
878...?.........5"" —I
^__и(К) = -458.3812 + 708.721 - 16.85
Я2 = 0.9983
.....г.........2
г>(А) - -282.3412 + 282.861 + 0.0945
II2 = 0.9878 .............*...........
3
г/м2-саг 400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.1 0.2
0.6
0.3 0.4 0.5 [ЕЛ7], моль/л
1т, = 200 А\м2, т=0,5 саг., г=25°С
Сурет 3 - Титан электродтарыныц еру жылдамдыгы мен анодтык ерушщ ТШ-ныц фторсутек кышкылы концентрациясына тэуелдшш.
Ток тыгыздыгы 200 А/м2, фторсутек кышкылыныц концентрациясы 0.5 моль/л кезшдеп анодтык ерудщ ТШ мен электродтардыц еру жылдамдыгына электролит температурасыныц эсерi зерттелдi. Калыпты жагдайда анодтык кецiстiктен Т13+ иондары аныкталган жок, температураны 25-70°С аралыгында езгерткенде анод ТР+ иондарын тYзе отырып, еру жылдамдыгы 69-дан 1388 г/м2-сагатка дейiн артты. Ал катодтыц еру жылдамдыгы 228-ден 888 г/м2-сагатка дейiн жогарылады. Анод кецiстiгiндегi ертндшщ анализi температураны жогарылатканда ерiтiндiде бiр уакытта Т13+ жэне Т14+ иондарыныц тYзiлетiнiн керсеттi. Температураны 25-70°С аралыгында езгерткенде Т14+ иондарыныц тYзiлуiнiц ТШ 77%-дан 48%-га дейiн темендеп (сурет 4 а, 1-цисыц), ал ТР+ иондарыныц жорымал ток бойынша шыгымы 0%-дан 1130%-га дейiн (2-цисыц) артты.
ТШ, % 1200 -1000 -800 600 400 200 -о
• 3) ТШ (жалпы) А 2) ТШ(ТР+) ■ 1) ТШ(Тг|+)
а)
ЬёТШ
3.35 3.25 3.15
I..-;.-" 3.05
ТШ(жалпы) = 22.8821:-417.95...?
.¿.•.'■••'ТШ(Т13+) = 23.421х- 508.86 2 85 ..••;:•■* 1<' 0.9945
ТШ(Т14+)- -0.539Н +90.914 Я2-0.8972 ..........-.........*.........-..........• 1
б)
4.71
■4
34.75 кДж/моль
■•-г
2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 Т-10"3К
10 20 30 40 50 60
п , - 200 Л\м2, [ОТ] - 0.5 М, т-0.5 саг.
701, °С
Сурет 4 - Фторсутек кышкылыньщ сулы ерiтiндiсiндегi титанньщ анодтык поляризациялануыныц
ТШ-ныц температурага тэуелдшш.
Ток бойынша шыгымныц 100%-дан асуы титанныц фторсутекте химиялык еру1мен тYсiндiрiледi. Алынган мэл1меттер непзшде анод ретанде колданылган титан электродыныц еру процесшщ активтендiру энергиясы есептелдi, оныц мэш 34.75 кДж/моль-ге тец болатыны аныкталып, кинетикалык режимде жYретiнi кврсетiлдi (сурет 4 б).
Ток тыгыздыгы 200 А/м2, 0.5 М фторсутектегi титанныц анодтык ерушщ ТШ-на электролиз узацтыгынъщ эсерi зерттелдi. Электролиздi 0.250.5 сагат аралыгында жYргiзгенде ТШ 65-тен 77%-га дейiн артып, одан эрi 2.5 сагатка дейiн жалгастырганда 47.6%-га дейiн твмендедi. Бастапкыдагы ТШ жогарылауы Ti4+ иондарыныц эсерiнен электролит втюзпштшнщ артуымен, ал эрi карай твмендеуi титанныц еруiне ыцгайлы жагдай жасайтын фторсутек кышкылы концентрациясыныц реакция барысында азаюымен тYсiндiрiлдi. Сондай-ак, электродтар арасындагы кернеудiц бастапкыда экспоненциалды азайып (0.3 сагат шшде 63 В-тан 14 В-ка дейiн), сонан соц т^ракталатындыгы (15±1 В) аныкталды. Б^л титан иондарыныц концентрациясы жогарылаганда вткiзгiштiктiц артуына байланысты.
4. Корытынды
Фторсутек кышкылыныц сулы ерiтiндiсiндегi титанныц анодтык еру зандылыгы жэне аномальды катодтык еру ерекшелт кврсетiлдi. Титан анодыныц транспассивт еруiнiц ток бойынша шыгымына непзп параметрлердiц эсерi зерттелдi. Электродтардыц максималды еруi 1000 А/м2 ток тыгыздыгында тiркелiп, олардыц жылдамдыгы и(К) = 416 г/м2-саг., и(А) = 349 г/м2-саг. болатыны аныкталды. Дегенмен транспассивт анодтык ерудiц ец жогары ток бойынша шыгымы (82.5%) 800 А/м2 ток тыгыздыгында 0.5 М фторсутекте бвлме температурасында тiркелдi, ток тыгыздыгын одан эрi арттырганда ток бойынша шыгымныц твмендейпш
байкалды. Ал, фторсутек кышкылыныц концентрациясын арттырганда титанныц Yш валентп иондар тYзе отырып epyi де коса жYретiндiгi аныкталды. Сапалык жэне сандык талдау нэтижeлeрi анодтык аумакта белме температурасында тек Ti4+, ал жогаргы температурада 96% Ti3+ жэне 4% Ti4+ иондарыныц тYзiлeтiндiгiн керсетп. Ал, катодтык аумакта титанныц тек Ti3+ иондарын тYзe eритiндiгi аныкталды. Электролит температурасын жогарылатканда, химиялык ерудщ косарлана жYPyiнe орай электродтыц eрyi кYрт жогарылады. Фторсyтeктi ортадагы титанныц анодтык eрyiнiц реакция рeтi ~1-ге тец болатыны жэне оныц активтецщру энергиясыныц 34.75 кДж/моль eкeнi аныкталды.
Царжыландыру: Зерттеу Кожа Ахмет Ясауи атындаты Халыкаралык казак-турж университетшде ынталы тылыми-зерттеу жумыстарыныц шецбершде журпзшд1 (КР YMFTCO т1ркелген Мемлекеттж т1ркелу нем1р1 № 0120РКИ0185).
Мудделер кактыгысы: Авторлар осы макалада ашуды талап ететш авторлар арасында мудделер кактыгысы жок деп мэл1мдейд1.
ТРАНСПАССИВНОЕ И АНОМАЛЬНОЕ РАСТВОРЕНИЕ ТИТАНОВОГО ЭЛЕКТРОДА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ФТОРИСТОВОДОРОДНОЙ КИСЛОТЫ
Р.Н. Нурдиллаева1, Ш.Д. Абдукамалов1, А Баешов2
1 Международный казахско-турецкий университет имени Ходжи Ахмеда, Туркестан, Казахстан 2АО Институт топлива, катализа и электрохимии имени Д.В. Сокольского, Алматы, Казахстан E-mail: [email protected]
Резюме. Введение. Одной из актуальных проблем электрохимии является повторное использование производственных отходов сравнительно дорогого металла - титана, востребованного в машиностроении, авиатехнике, космонавтике, нанотехнологии и в других отраслях промышленности. Цель исследования: изучение аномального катодного и транспассивного анодного растворения титанового электрода в растворе фтористоводородной кислоты. Методы. Показано электрохимическое растворение поляризованного постоянным током титанового электрода в растворе фтористого водорода. Электродные пространства разделены анионитовой мембраной. Установлено, что в результате электролиза в анодном пространстве образуются ионы Ti4+, а в катодном пространстве - ионы Ti3+ вследствие химического растворения титана. Результаты и обсуждение. При увеличении значения плотности тока выход по току анодного растворения титана повышается, и его максимальное значение (82.5 %) наблюдается при плотности тока 800 А/м2. При изменении концентрации HF от 0.1 до 0.6 моль/л выход по току возрастает, и его максимальное значение 78% наблюдалось при концентрации 0.6 моль/л. Установлено, что при повышении температуры титановый электрод растворяется, в анодном пространстве образуя ионы Ti3+ наряду с ионами Ti4+. При этом выход по току ионов Ti4+ снижается до 48%, а кажущийся выход по току ионов Ti3+ значительно возрастает. При увеличении продолжительности электролиза до 2.5 выход по току снижается до 47.6%. Заключение. Определены кинетические параметры электродного процесса: порядок реакции (~1) и энергия активации (55.34 кДж/моль). Значение энергии активации указывает на протекание реакции в кинетическом режиме.
Ключевые слова: электролиз, титановый электрод, фтористоводородная кислота, фторид титана, аномальное и транспассивное растворение
Нурдиллаева Раушан Кандидат химических наук, профессор, Заведующая
Нурдиллакызы кафедрой Экология и химия
Абдукамалов Шахзад Даулетулы Магистрант
Баешов Абдуали Доктор химических наук, профессор, Академик НАН РК
Эдебиеттер tÍ3Ímí
1. Леенсон И. А. Большая энциклопедия химических элементов. Периодическая таблица Менделеева. Москва, ОГИЗ; АСТ, 2014, 168 с. ISBN 978-5-17-088424-7.
2. Никитина Н. Г., Гребенькова В. И. Общая и неорганическая химия. В 2 частях. Ч. 2. Москва, Юрайт, 2022, 322 с. ISBN 978-5-534-04787-5 (ч. 2).
3. Росин И. В., Томина Л. Д. Общая и неорганическая химия в 3 т. Т. 2. Химия s-, d- и f-элементов. Москва, Юрайт, 2020, 492 с. ISBN 978-5-534-02292-6 (т. 2).
4. Nurdillayeva R.N., Bayeshov A.B., Khabibullayeva Sh.H. Anodic dissolution of titanium in sulfuric acid bromide solutions. News of NAS RK- series Chem. & Technol, 2020, 1, № 439, 47-54. DOI: https://doi.org/10.32014/2020.2518-1491.6
5. Amrutha M.S., Fasmin F. Ramanathan S. Effect of HF concentration on anodic dissolution of titanium. J. Electrochem. Soc., 2017, 164, № 4, H188-H197. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0501704jes
6. Mogoda A.S., Zohdy K.M. Electrochemical behavior of titanium in NaF solutions and characterization of oxide film formed on its surface. Int. J. Electrochem. Sci., 2020, 15, 8070-8085. DOI: https://doi.org/10.20964/2020.08.16
7. Jebasty R.M., Vidya R. Mechanical properties of multifunctional TiF4 from first-principles calculations. ACS Biomaterials. Sci. & Engin, 2019, 5, № 4, 2001-2012. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.8b01391
8. Kang S., Klebanoff L. E., Baker A. A., Cowgill D. F., Stavila V., Lee J. R. I., Nielsen M. H., Ray K. G., Liu Y. S., Wood B. C. Assessing the reactivity of TiCh and TiF3 with hydrogen Int. J. Hydrogen Energy, 2018, 43, № 31, 14507-14519. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.05.128
9. Baehre D., Ernst A., WeiBhaar K., Natter H., Stolpe M., Busch R. Electrochemical dissolution behavior of titanium and titanium-based alloys in different electrolytes. 18th CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining. Procedia CIRP 42, 2016, 137-142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.208
10. Mohan L., Dennis C., Padmapriya N., Anandan C., Rajendran N. Effect of electrolyte temperature and anodization time on formation of TiO2 nanotubes for biomedical applications. Materials Today Commun., 2020, 23, 101103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101103
11. Ocampo R.A., Dennis C., Padmapriya N., Anandan C., Rajendran N., Echeverría F.E. Effect of the anodization parameters on TiO2 nanotubes characteristics produced in aqueous electrolytes with CMC. Applied Surf. Sci., 2019, 469, 994-1006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.097
12. Winiarski J., Tylus W., Pawlyta M., Szczygiel B. Titanium anodization in deep eutectic solvents: The effect of anodizing time on the morphology and structure of anodic layers. Appl. Surf. Sci, 2022, 577, 151892. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151892
13. Jayasree A. Ivanovski S., Gulati K. ON or OFF: Triggered therapies from anodized nano-engineered titanium implants. J. Controlled Release, 2021, 333, 521-535. DOI: https://doi.org/10.1016/jjconrel.2021.03.020
14. Gulati K., Martinez R., Czerwinski M., Domanska M. M. Understanding the influence of electrolyte aging in electrochemical anodization of titanium. Adv. Colloid Interface Sci., 2022, 302, 102615. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102615
15. Nurdillayeva R. N., Bayeshov A. B., Abdikerim A. Zh., Zhylysbayeva G. N. Electrochemical dissolution of titanium electrodes polarized by alternating current in a hydrobromic acid aqueous solution. Chem. J. Kaz, 2022, 1, № 77, 25-36. DOI: https://doi.org/10.51580/2022-1/2710-1185.54
16. Баешов А., Изтлеуов Г., Баешова С.А., Абдувалиева У. Электрохимическое поведение молибдена, вольфрама и титана при поляризации нестационарными токами. Монография, Шымкент, «Нурлы бейне», 2020, 316 с.
17. Никитина Н. Г., Борисов А. Г., Хаханина Т. И. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Москва, Юрайт, 2020, 394 с. ISBN 978-5-534-00427-4.
References
1. Leenson I. A. Bol'shaya enciklopediya himicheskih elementov. Periodicheskaya tablica Mendeleeva [The great encyclopedia of chemical elements. Mendeleev's periodic table]. Moscow, OGIZ; AST, 2014, 168 p. (In Russ.). ISBN 978-5-17-088424-7
2. Nikitina N. G., Grebenkova V. I. Obshaya I neorganicheskaya himiya. V 2 chastyah. Ch. 2. [General and inorganic chemistry. In 2 parts. Part 2]. Moscow, Yurayt, 2022, 322 p. ISBN 978-5-53404787-5 (part 2). (In Russ).
3. Rosin I. V., Tomina L. D. Obshaya I neorganicheskaya himiya v 3 t. T. 2. Himiya s-, d- i f-elementov. [General and inorganic chemistry in 3 vol. Vol. 2. Chemistry of s-, d- and f-elements]. Moscow, Yurayt, 2020, 492 p. ISBN 978-5-534-02292-6 (vol. 2). (In Russ.).
4. Nurdillayeva R. N., Bayeshov A. B., Khabibullayeva Sh. H. Anodic dissolution of titanium in sulfuric acid bromide solutions. News of NAS RK- series Chem. & Technol, 2020, 1, № 439, 47-54. DOI: https://doi.org/10.32014/2020.2518-1491.6
5. Amrutha M.S., Fasmin F. Ramanathan S. Effect of HF concentration on anodic dissolution of titanium. J. Electrochem. Soc., 2017, 164, № 4, H188-H197. DOI: https://doi.org/10.1149Z2.0501704jes
6. Mogoda A.S., Zohdy K.M. Electrochemical behavior of titanium in NaF solutions and characterization of oxide film formed on its surface. Int. J. Electrochem. Sci., 2020, 15, 8070-8085. DOI: https://doi.org/10.20964/2020.08.16
7. Jebasty R.M., Vidya R. Mechanical properties of multifunctional TiF4 from first-principles calculations. ACS Biomaterials. Sci. & Engin., 2019, 5, № 4, 2001-2012. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.8b01391
8. Kang S., Klebanoff L.E., Baker A.A., Cowgill D.F., Stavila V., Lee J. R.I., Nielsen M.H., Ray K.G., Liu Y.S., Wood B.C. Assessing the reactivity of TiCh and TiF3 with hydrogen Int. J. Hydrogen Energy, 2018, 43, № 31, 14507-14519. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.05.128
9. Baehre D., Ernst A., WeiBhaar K., Natter H., Stolpe M., Busch R. Electrochemical dissolution behavior of titanium and titanium-based alloys in different electrolytes. 18th CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining. Procedia CIRP 42, 2016, 137-142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.208
10. Mohan L., Dennis C., Padmapriya N., Anandan C., Rajendran N. Effect of electrolyte temperature and anodization time on formation of TiO2 nanotubes for biomedical applications. Materials Today Commun., 2020, 23, 101103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101103
11. Ocampo R.A., Dennis C., Padmapriya N., Anandan C., Rajendran N., Echeverría F.E. Effect of the anodization parameters on TiO2 nanotubes characteristics produced in aqueous electrolytes with CMC. Applied Surf. Sci., 2019, 469, 994-1006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.097
12. Winiarski J., Tylus W., Pawlyta M., Szczygiel B. Titanium anodization in deep eutectic solvents: The effect of anodizing time on the morphology and structure of anodic layers. Applied Surf. Sci, 2022, 577, 151892. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151892
13. Jayasree A. Ivanovski S., Gulati K. ON or OFF: Triggered therapies from anodized nano-engineered titanium implants. J. Controlled Release, 2021, 333, 521-535. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.j conrel .2021.03.020
14. Gulati K., Martinez R., Czerwinski M., Domanska M. M. Understanding the influence of electrolyte aging in electrochemical anodization of titanium. Adv. Colloid Interface Sci., 2022, 302, 102615. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102615
15. Nurdillayeva R.N., Bayeshov A.B., Abdikerim A.Zh., Zhylysbayeva G.N. Electrochemical dissolution of titanium electrodes polarized by alternating current in a hydrobromic acid aqueous solution. Chem. J. Kazakhstan, 2022, 1, № 77, 25-36. DOI: https://doi.org/10.51580/2022-1/2710-1185.54
16. Bayeshov A., Iztileuov G., Bayeshova S. A., Abduvaliyeva U. Elektrohimicheskoe povedenie molibdena, vol'frama i titana pri polyarizacii nestacionarnymi tokami. [Electrochemical behavior of molybdenum, tungsten and titanium upon polarization by nonstationary currents]. Monograph, Shymkent, "Nurly Beine", 2020, 316 p. (In Russ)
17. Nikitina N.G., Borisov A.G., Khakhanina T.I. Analiticheskaya himia i fiziko-himicheskie metody analiza. [Analytical chemistry and physico-chemical methods of analysis]. Moscow, Yurayt, 2020, 394 p. ISBN 978-5-534-00427-4. (In Russ.).
