constant cathode potential. For ele

constant cathode potential. For electrolysis at constant
current densities of 720 A m
2 over 3 h, the arrows in
Fig. 3 correspond to the potential–pH trajectories for
anodes (region 1) and cathodes (region 2), respectively,
superimposed on a (meta-stable) potential–pH diagram
for the Al–H2O system, for which amorphous Al(OH)3
was the Al(III) phase considered. For kinetic reasons,
the most stable Al(III) oxide phase, a-Al2O3, is not
formed by precipitation from aqueous solutions. The
ions Al13O4(OH)24
7+ (e.g. [12]) were not included in the
calculations, as their Gibbs energy of formation appears
somewhat uncertain. Fig. 4 shows the equivalent diagram
predicting the solubility of amorphous Al(OH)3,
most likely to be the initial product of hydrolytic
precipitation of Al(III) species from aqueous solutions.
Even so, the predicted Al(III) solubilities at the bulk
solution pH of 6.5 and 7.8 are predicted to be so small
that strong passivation of anodic dissolution would be
expected, due to adsorption/precipitation at the anode.
Several possibilities could explain the apparent superFaradaic
yield of dissolved aluminium species:
* dissolution of air-formed oxide films, at short times,
but this extra source of dissolved Al(III) species
would become less significant with increasing electrolysis
time;
* the applied current densities were due to the sum of
anodic oxidation and cathodic reduction processes;
and
* the aluminium oxidation state of the dissolving
species was less than that implied by reaction (3).
For aluminium anodes and cathodes of area AA and
AC; respectively, the principal electrolysis reactions and
their respective partial current densities ðjiÞ are believed
to be as follows:
Al anode reactions:
j
A
Al Al-Al3þ þ 3e
; ð3Þ
j
A
H2 2H2O þ 2e
-H2þ2OH
; ð4Þ
j
A
O2 O2þ2H2O þ 4e
-4OH
: ð5Þ
Bulk (neutral) solution:
Al3þþ3H2O-AlðOHÞ3þ3Hþ: ð6Þ
Hence, the net current supplied to the reactor would
be the algebraic sum of the partial currents due to
anodic oxidation by reaction (3) and cathodic reduction
by reaction (5), and at potentials EAoEHþ=H2
; reduction
by reaction (4)
j
A
net ¼ j
A
Al þ j
A
H2 þ j
A
O2
: ð7Þ
Hence,
½AlIII
A ðg m
3
Þ ¼ j
A
AlAAMAl
3Fu XjnetAAMAl
3Fu ; ð8Þ
i.e. the measured current I ¼ AAjnetpj
A
AlAA; where F is
the Faraday constant (96 485 C mol
1
), MAl the molar
mass of aluminium (26.982 g mol
1
), and u the aqueous
volumetric flow rate (m3 s

1
). According to Fig. 3,
EHþ=H2
oEAoEO2=OH
; so hydrogen evolution by reaction
(4) did not occur on the Al anodes at the pHs used,
whereas reaction (5) accompanied (3), resulting in
j
A
net ¼ j
A
Al þ j
A
O2
: ð9Þ
Al cathode reactions:
j
C
Al Al þ 4OH
-AlðOHÞ


4 þ3e
; ð10Þ
j
C
H2 2H2O þ 2e
-H2 þ 2OH
; ð11Þ
j
C
O2 O2þ2H2O þ 4e
-4OH
; ð12Þ
j
C
net ¼ j
C
Al þ j
C
H2 þ j
C
O2
; ð13Þ
½AlIII
C ðg m
3
Þ ¼ j
C
AlACMAl
3Fu
ojnetACMAl
3Fu : ð14Þ
Hence, some of the dissolved Al(III) is predicted to be
produced by hydrogen-evolving cathode surfaces, if
their operating potential at a given current density is
> EAlðOHÞ


4 =Al:
The oxygen overpotential at the cathode
(ZC
O2 ¼ EC
EO2=H2O) is so large at the respective
operating potentials (Fig. 5) that the oxygen reduction
current densities would probably have been controlled
by mass transport:
j
C
L ðO2Þ ¼ 4FkC
m½O2; ð15Þ
where kC
m is the (mean) mass transport rate coefficient
(ca. 10
5 m s
1
) at the cathode, which is determined
largely by the rate of gas evolution (e.g. [13]) rather than
imposed convection flow. As the aqueous solubility of
oxygen at atmospheric oxygen pressures is about
0.25 mol m
3 [14], Eq. (15) predicts a current density
for reaction (5) of order 1 A m
2
. Hence, at an applied
current density of 20 A m
2 at an Al anode, 21 A m
2
could be used for anodic dissolution and 1 A m
2 for
cathodic reduction of oxygen, neglecting any hydrogen
evolution for anode potentials EHþ=H2
oEAoEO2=OH
:
This would produce an apparent current efficiency of
1.05, which is lower than the experimental data in Table
2, and could be attributed to uncertainty in the mass
transport rate coefficient and the difficulty of measuring
Al(III) concentration in water sludge samples. The much
lower oxygen overpotential (ZA
O2 ¼ EA
EO2=H2O) at the
anode would probably result in reaction (5) not being
transport controlled, but in any case, the absence of
hydrogen evolution would result in much lower mass
transport rates at the anode:
j
AðO2Þp4FkA
m½O2: ð16Þ
Experimental data [15] for the behaviour of aluminium
in aqueous solutions suggested the presence of
J.

Kết quả (Việt) 1:

liên tục cathode tiềm năng. Cho điện phân tại liên tụcmật độ hiện tại của 720 A m 2 trong 3 h, mũi tên trongHình 3 tương ứng với tiềm năng-vn cho hnămđể làm cực dương (vùng 1) và cathodes (vùng 2), tương ứng,đươc trên một sơ đồ tiềm năng-pH (siêu ổn định)Hệ thống Al-H2O, cho mà vô định hình Al (OH) 3được coi là giai đoạn Al(III). Vì lý do động lực,giai đoạn Al(III) ôxít ổn định nhất, một-Al2O3, không phải làđược hình thành bởi mưa từ dung dịch. CácCác ion Al13O4 (OH) 247 + (ví dụ: [12]) không được bao gồm trong cáctính toán, như là của Gibbs năng lượng của đội hình xuất hiệnmột chút không chắc chắn. Hình 4 cho thấy biểu đồ tương đươngdự đoán độ hòa tan của vô định hình Al (OH) 3,rất có thể là sản phẩm đầu tiên của hydrolyticmưa loài Al(III) từ dung dịch.Mặc dù vậy, solubilities Al(III) dự đoán tại số lượng lớngiải pháp pH của 6.5 và 7.8 được dự đoán là quá nhỏđó thụ mạnh mẽ anodic giải thể công ty sẽdự kiến, do hấp phụ/mưa tại cực dương.Nhiều khả năng có thể giải thích rõ ràng các superFaradaicnăng suất của hòa tan nhôm loài:* giải thể của bộ phim máy hình thành ôxít, thời điểm ngắn,nhưng nguồn này phụ của hòa tan Al(III) loàisẽ trở nên ít quan trọng với ngày càng tăng điện phânthời gian;* Các mật độ ứng dụng hiện nay là do tổng củaquá trình oxy hóa anodic và các quá trình cathodic giảm;và* trạng thái ôxi hóa nhôm của các hòa tanloài là ít hơn mà ngụ ý bằng phản ứng (3).Cực dương làm bằng nhôm và cathodes của khu vực AA vàAC; tương ứng, các phản ứng chính điện phân vàðjiÞ mật độ hiện tại một phần tương ứng của họ được cho làđể thực hiện như sau:Al anode phản ứng:jAAl Al-Al3þ þ 3e; ð3ÞjAH2 2H2O þ 2e-H2þ2OH; ð4ÞjAO2 O2þ2H2O þ 4e-4OH: ð5ÞSố lượng lớn (trung lập) giải pháp:Al3þþ3H2O-AlðOHÞ3þ3Hþ: ð6ÞDo đó, hiện nay net cung cấp cho lò phản ứng nàolà số dòng một phần do, đại sốanodic quá trình oxy hóa bởi phản ứng (3) và cathodic giảmbởi phản ứng (5), và tiềm năng EAoEHþ = H2; giảmbởi phản ứng (4)jAnet ¼ jAAl þ jAH2 þ jAO2: ð7ÞDo đó,½AlIIIMột ðg m3Þ ¼ jAAlAAMAl3Fu XjnetAAMAl3Fu; ð8Þtức là hiện nay đo tôi ¼ AAjnetpjAChi; F ở đâuhằng số Faraday (96 485 C mol 1), MAl răng hàmkhối lượng của nhôm (26.982 g mol 1), và bạn các dung dịch nướctỷ lệ lưu lượng thể tích (m3 s1). Theo hình 3,EHþ = H2oEAoEO2 = OH; Vì vậy tiến hóa hiđrô bằng phản ứng(4) đã không xảy ra trên các cực dương làm bằng Al tại pHs được sử dụng,trong khi phản ứng (5) đi kèm với (3), dẫn đếnjAnet ¼ jAAl þ jAO2: ð9ÞAl cathode phản ứng:jCAl Al þ 4OH - AlðOHÞ
4 þ3e; ð10ÞjCH2 2H2O þ 2e-H2 þ 2OH; ð11ÞjCO2 O2þ2H2O þ 4e-4OH; ð12ÞjCnet ¼ jCAl þ jCH2 þ jCO2; ð13Þ½AlIIIC ðg m 3Þ ¼ jCAlACMAl3FuojnetACMAl3Fu: ð14ÞDo đó, một số Al(III) hòa tan được dự đoán làsản xuất bởi hydro phát triển bề mặt để làm cực âm, nếukhả năng hoạt động của mình ở một nhất định hiện tại với mật là> EAlðOHÞ
4 = Al:Overpotential oxy tại để làm cực âm(ZCO2 ¼ EC EO2 = H2O) là rất lớn tại các tương ứnghoạt động tiềm năng (hình 5) mà giảm oxymật độ hiện tại nào có thể có được kiểm soátbởi khối lượng giao thông vận tải:jCL ðO2Þ ¼ 4FkCm½O2; ð15Þnơi kCm là hệ số tỷ lệ vận (trung bình)(ca. 10 5 m s 1) tại cathode, mà được xác địnhchủ yếu bởi tỷ lệ tiến hóa khí (ví dụ: [13]) thay vìáp dụng đối lưu dòng chảy. Như độ hòa tan nước củaôxy ở áp suất không khí oxy là về0,25 mol m 3 [14], Eq. (15) dự đoán mật hiện tạicho phản ứng (5) của đơn đặt hàng 1 A m 2. Do đó, tại một ứng dụngmật độ hiện tại của 20 A m 2 tại một cực dương Al, 21 A m 2có thể được sử dụng cho anodic tan rã và 1 A m 2 chocathodic giảm oxy, bỏ qua bất kỳ hydrosự tiến hóa cho tiềm năng cực dương EHþ = H2oEAoEO2 = OH:Điều này sẽ tạo ra một hiệu quả hiện nay rõ ràng của1,05, mà là thấp hơn các dữ liệu thử nghiệm trong bảng2, và có thể được quy cho sự không chắc chắn trong khối lượngvận chuyển hệ số tỷ lệ và những khó khăn của đo lườngAl(III) các nồng độ trong nước bùn mẫu. Nhiềuthấp oxy overpotential (ZAO2 ¼ EA EO2 = H2O) tại cáccực dương nào có thể gây ra phản ứng (5) không phải làgiao thông vận tải kiểm soát, nhưng trong bất kỳ trường hợp, sự vắng mặt củasự tiến hóa hiđrô sẽ cho kết quả trong nhiều khối lượng thấpvận chuyển các tỷ giá tại cực dương:jAðO2Þp4FkAm½O2: ð16ÞDữ liệu thử nghiệm [15] cho hành vi của nhômtrong dung dịch nước giải pháp cho sự hiện diện củaJ.

Kết quả (Việt) 2:

tiềm năng cực âm liên tục. Đối với điện tại không đổi
mật độ hiện tại của 720 A m? 2 trên 3 h, các mũi tên trong
hình. 3 tương ứng với các quỹ đạo tiềm năng-pH cho
cực dương (vùng 1) và cực âm (vùng 2), tương ứng,
đặt trên (meta-ổn định) sơ đồ tiềm năng-pH
cho hệ thống Al-H2O, mà vô định hình Al (OH) 3
là Al (III) giai đoạn xem xét. Vì lý do kinetic,
Al (III) oxit giai đoạn ổn định nhất, một-Al2O3, không được
hình thành bởi sự kết tủa từ dung dịch nước. Các
ion Al13O4 (OH) 24
7+ (ví dụ [12]) đã không được bao gồm trong
tính toán, như năng lượng Gibbs của họ về hình xuất hiện
một chút không chắc chắn. Vả. 4 cho thấy sơ đồ tương đương
dự đoán độ tan của vô định hình Al (OH) 3,
nhiều khả năng là sản phẩm ban đầu của thủy phân
kết tủa Al (III) loài từ dung dịch nước.
Mặc dù vậy, Al dự đoán (III) tính tan ở phần lớn
giải pháp pH 6,5 và 7,8 được dự báo là rất nhỏ
mà thụ động mạnh mẽ của anốt giải thể sẽ được
dự kiến, do hấp phụ / lượng mưa tại anode.
Một số khả năng có thể giải thích superFaradaic rõ ràng
năng suất của loài nhôm hòa tan:
* giải thể các oxit máy hình thành phim, tại thời gian ngắn,
nhưng nguồn này thêm hoà tan Al (III) loài
sẽ trở nên ít ý nghĩa với tăng điện
thời gian;
* mật độ hiện hành áp dụng là do tổng của
anốt oxy hóa và quá trình giảm catot;
và
* bang nhôm oxy hóa các giải thể
loài ít hơn so với ngụ ý của phản ứng (3).
Đối với cực dương và cực âm của nhôm khu vực AA và
AC; tương ứng, các phản ứng chính điện và
mật độ hiện tại một phần tương ứng của họ ðjiÞ được tin
cụ thể như sau:
phản ứng anode Al:
j
A
Al Al-Al3þ þ 3e ?; ð3Þ
j
A
H2 2H2O þ 2e? -H2þ2OH ?; ð4Þ
j
A? O2 O2þ2H2O þ 4e -4OH ?: ð5Þ Bulk (trung tính) giải pháp: Al3þþ3H2O-AlðOHÞ3þ3Hþ: ð6Þ Do đó, hiện tại thuần cung cấp cho các lò phản ứng sẽ là tổng đại số của các dòng điện một phần do quá trình oxy hóa anốt bằng phản ứng (3 ) và giảm âm cực bằng phản ứng (5), và tiềm năng tại EAoEHþ = H2; giảm do phản ứng (4) j A net ¼ j A Al þ j A H2 þ j A O2: ð7Þ Do đó, ½AlIII? A dg m 3 Þ ¼ j A AlAAMAl 3Fu XjnetAAMAl 3Fu; ð8Þ tức hiện nay tôi đo ¼ AAjnetpj A Alaa; trong đó F là hằng số Faraday (96 485 C mol? 1), Mal các mol khối lượng của nhôm (26,982 g mol? 1), và u chèo lưu lượng thể tích (m3 s? 1). Theo hình. 3, EHþ = H2 oEAoEO2 = OH? ; vì vậy hydro tiến hóa của phản ứng (4) không xảy ra trên các cực dương Al ở pH được sử dụng, trong khi phản ứng (5) đi kèm (3), kết quả là j A net ¼ j A Al þ j A O2: ð9Þ phản ứng cathode Al: j C Al Al þ 4OH? -AlðOHÞ? 4 þ3e ?; ð10Þ j C H2 2H2O þ 2e? -H2 þ 2OH ?; ð11Þ j C O2 O2þ2H2O þ 4e? -4OH ?; ð12Þ j C net ¼ j C Al þ j C H2 þ j C O2; ð13Þ ½AlIII C dg m 3? Þ ¼ j C AlACMAl 3Fu ojnetACMAl 3Fu: ð14Þ Do đó, một số các giải thể Al (III) được dự đoán sẽ được sản xuất bởi các bề mặt cathode hydro-phát triển, nếu tiềm năng hoạt động của họ tại một mật độ hiện tại nhất định là> EAlðOHÞ? 4 = Al: Các overpotential oxy ở cực âm (ZC O2 ¼ EC EO2 = H2O) là rất lớn ở tương ứng tiềm năng điều hành rằng việc giảm oxy (Hình 5). mật độ hiện tại có lẽ sẽ được kiểm soát bởi giao thông công cộng: j C L ðO2Þ ¼ 4FkC m½O2; ð15Þ nơi KC m là hệ số tỷ lệ giao thông công cộng (có nghĩa) (khoảng 10? 5 ms? 1) ở cực âm, được xác định chủ yếu bởi tốc độ tiến hóa khí (ví dụ [13]) chứ không phải là dòng đối lưu áp đặt. Khi độ hòa tan của oxy ở áp suất khí quyển oxy là khoảng 0,25 mol m? 3 [14], Eq. (15) dự đoán một mật độ hiện tại cho phản ứng (5) của thứ tự 1 A m? 2. Do đó, tại một áp dụng mật độ hiện tại của 20 A 2 m? Tại một anode Al, 21 A 2 m? Có thể được sử dụng cho anốt giải thể và 1 A m? 2 cho giảm cực âm của oxy, bỏ qua bất kỳ hydro tiến hóa để tiềm năng anode EHþ = H2 oEAoEO2 = OH? : Điều này sẽ tạo ra một hiệu quả hiện nay rõ ràng của 1,05, thấp hơn so với các dữ liệu thực nghiệm ở bảng 2, và có thể được quy cho sự không chắc chắn trong các khối hệ số tỷ lệ giao thông và khó khăn trong đo Al (III) tập trung trong các mẫu bùn nước. Việc nhiều overpotential oxy thấp (ZA O2 ¼ EA? EO2 = H2O) tại anode có thể sẽ dẫn đến phản ứng (5) không được kiểm soát vận chuyển, nhưng trong mọi trường hợp, sự vắng mặt của sự tiến hóa hydro sẽ dẫn đến khối lượng thấp hơn nhiều tỷ lệ vận tải tại các anode: j AðO2Þp4FkA m½O2: ð16Þ dữ liệu thực nghiệm [15] cho các hành vi của nhôm trong dung dịch nước đề nghị có sự hiện diện của J.