直流和脉冲电流对碳酸钙电沉积的影响

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1292

摘要/Abstract

摘要：

电化学沉积碳酸钙是减轻工业水系统中结垢的方法之一。采用脉冲电流和直流电研究CaCO₃的电化学沉积过程，以及不同离子对脉冲沉积CaCO₃的影响，并通过扫描电子显微镜和X射线衍射对其晶型和晶貌进行表征。实验结果表明，脉冲电流下CaCO₃在304SS电极的成核速率快于直流电流，其促进了碳酸钙的熟化过程。Fe³⁺、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-和Mg²⁺的加入加速了CaCO₃的结晶，但降低了沉积的致密性和厚度。脉冲电沉积的熟化过程使得结晶倾向于形成粒径更大的层叠形貌方解石，且方解石粒径大于直流电沉积所得。

关键词: 脉冲电流, 电沉积, 碳酸钙垢, 熟化

Abstract:

Electrochemical deposition of CaCO₃ is one of the methods to reduce scaling in industrial water system. The pulse current（PC） and direct current（DC） were used to study the electrodeposition process of CaCO₃，and the influence of different ions on PC electrodeposition of CaCO₃. The crystal morphology of CaCO₃ were characterized by SEM and XRD. The experimental results showed that the nucleation rate of CaCO₃ on 304SS electrode under PC is faster than that under DC，which promoted the ripening process of calcium carbonate. The addition of Fe³⁺，PO₄ ^3-，SiO₃ ^2- and Mg²⁺ accelerated the crystallization of CaCO₃，but decreased the density and thickness of the deposition. The ripening process of PC electrodeposition makes the crystallization tend to form layered calcite with larger particle size，and the calcite particle size is larger than that obtained by DC electrodeposition.

Key words: pulse current, electro-deposition, calcium carbonate scale, ripening

中图分类号:

TQ085

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I1/126

图/表 7

图1 304SS电极在空白测试溶液中的直流与脉冲电流曲线

Fig.1 Current curves obtained with 304SS electrode in blank solution under DC and PC

表1 空白溶液中304SS电极在不同电流参数下的i _r

Table 1 The i _r of 304SS electrode under different current parameters in blank solution

电流类型	i _r/（mA·cm^-2）
直流	0.016 40
脉冲，t _on=30 s	0.001 66
脉冲，t _on=40 s	0.002 94
脉冲，t _on=50 s	0.002 53
脉冲，t _on=60 s	0.002 40

图2 304SS电极在含不同离子的溶液中的直流与脉冲电流曲线

Fig. 2 Current curves obtained with 304SS electrode in the solution with different ions under DC and PC

表2 含不同离子溶液中304SS电极在不同电流参数下的i _r

Table 2 The i _r of 304SS electrode under different current parameters in the solution with different ions

电流类型	i _r/（mA·cm^-2）
电流类型	空白	Fe³⁺	Mg²⁺	PO₄ ^3-	SiO₃ ^2-
直流	0.016 40	0.015 96	0.007 41	0.012 62	0.018 17
脉冲	0.002 40	0.016 72	0.005 99	0.005 92	0.004 78

图3 CaCO₃结晶的XRD

Fig.3 XRD patterns of CaCO₃ crystals

图4 空白测试液中沉积所得CaCO₃结晶的SEM

Fig.4 SEM images of CaCO₃ crystals obtained in blank solution

图5 含不同离子的溶液中沉积所得CaCO₃结晶的SEM

Fig.5 SEM images of CaCO₃ crystals obtained in the solution with different ions

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