الکترولیز آب : الکترولیز در تصفیه آب چیست؟

الکترولیز آب (برقکافت آب) چیست؟

الکترولیز آب یا برقکافت آب فرآیندی متداول جهت تجزیه آب (H2O) به عناصر سازنده آن یعنی اکسیژن (O2) و هیدروژن (H2) است که در آن از یک جریان الکتریکی مستقیم و دو الکترود بهره گرفته می شود.

در عمل الکترولیز، منبع جریان الکتریکی با جریان مستقیم به 2 الکترود موجود در آب متصل می شود. که طی این عمل، آب تجزیه شده و گاز هیدروژن در کاتد و گاز اکسیژن در آند تولید می گردند. گاز هیدروژن تولیدی، 2 برابر میزان اکسیژن بوده و هر دو گاز متناسب با کل شارژ الکتریکی هستند که وارد آب می گردند. الکترولیز آب خالص، انرژی بسیار زیادی لازم دارد و بدون این انرژی زیاد، عمل الکترولیز بسیار آهسته صورت می گیرد. این عمل با افزودن یک الکترولیت (مانند نمک،اسید یا باز) سریعتر انجام می پذیرد و دارای مزایایی همچون بهتر شدن کیفیت آب به دلیل تولید اکسیژن پس از تصفیه آب است.

الکترولیز در تصفیه آب(Electrolysis of Treatment Water)

در عمل الکترولیز آب، بهترین بازده با استفاده از اﻟﮑﺘﺮود هایی از ﺟﻨﺲ ﭘﻼﺗﯿﻦ میسر می گردد که از نظر اقتصادی بسیار گران می باشد . ﭘﺲ از پلاتین استنلس اﺳﺘﯿﻞ در درﺟﮥ دوم اﻫﻤﯿﺖ قرار دارد. می توانید فلز آلومینیم را نیز بکار بگیرید. البته الکترود انتخابی بستگی به جنس الکترود دیگر نیز دارد. اما استفاده از الکترودهای زغالی ارزان ترین راه برای انجام الکترولیز می باشد.

در الکترولیز آب خالص، از آنجا که آب خالص رسانا نیست، می‌بایستی الکترولیتی به آن اضافه کرد که نه آنیون آن قادر به ترکیب شدن با الکترودها باشد و نه کاتیون آن. برای این منظور، می‌توان از یک اسید مثلا  اسید سولفوریک (H2SO4) ، یا یک باز ، مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) ، و حتی یک نمک (Na2SO4) استفاده کرد.

متأسفانه امروزه در پی افزایش جمعیت و با گسترش آلودگی منابع آبی و رواج استفاده از دستگاه های تصفیه کننده آب برخی از فروشندگان دستگاه های تصفیه آب با استفاده از عملکرد سیستم های الکترولیز اقدام به تبلیغ غیر متعارف می نمایند و تلاش می کنند نشان دهند آب لوله کشی پایتخت به شدت به انواع آلاینده های خطرناک و مضر نظیر نیترات، نیتریت، آرسنیک و .....آلوده بوده و تقریبا حدود 50%  آبهای شهری شامل لجن های خطرناک و سمی است و عنوان می کنند که لجن های تشکیل شده در روی آب نیترات و آرسنیک و فلزات سنگین هستند که همگی منشأ فاضلابی دارند و روی آب شهری تنها کلر زنی ابتدایی صورت گرفته و به آب لوله کشی شهر متصل شده است. درصورتی که اگر همین آزمایش را با آب معدنی هم انجام دهیم به همین لجن ها خواهیم رسید.

اما پاسخ علمی‌تر به این ابهام را یکی از اساتید شیمی این گونه بیان می‌کند: برقکافت (الکترولیز) آب خالص به دلیل نارسانا‌ بودن آن ممکن نیست و حتی در آزمایشگاه هم برای انجام این آزمایش به آب ( اسید، باز یا نمک ) اضافه می‌کنند تا رسانا شده و بتوان به کمک برق، عناصر تشکل دهنده آن را جدا ساخت. البته آب لوله کشی همانند آب‌های معدنی حاوی املاح معدنی است که همین کار را انجام می‌دهد و باید افزود، وجود املاح در آب تا حدی لازم است. 

وی می‌افزاید : البته آب تهران می‌تواند مشکلات زیادی داشته باشد و در نقاط گوناگون شهر، کیفیت متفاوتی هم نشان دهد و هم می تواند املاح، باکتری و میکروب  در آن وجود داشته باشد یا برعکس، سالم، بهداشتی و استاندارد باشد؛ اما اگر چنین آزمایشی را با آب معدنی هم انجام دهیم، چنین نتیجه‌ای به دست خواهیم آورد، چراکه جز املاح، الکترولیز آب کار ساده‌ای نیست و دانشمندان روش درست انجام آن را پس از سال‌ ها تلاش یافته اند. 

بهترین الکترود برای الکترولیز آب

بهترین الکترود برای الکترولیز آب،  پلاتین برای کاتد و نیکل برای آند است. نقش الکترود‌ها در این آزمایش بسیار مهم است، چراکه هیدروژن و اکسیژن، دو عنصر تشکیل دهنده آب هر دو مشخصات بسیار خاصی دارند که هیدروژن به آبساز مشهور است و به همین دلیل از آب  (هیدرو به لاتین) نام گرفته و استحصال آن با الکترولیز اصلا به صرفه نیست و اکسیژن هم که با قدرت بالای خود در چسبیدن به فلزات و «اکسیداسیون» مشهور است؛ یعنی اگر با الکترود فلزی به سراغ تجزیه آب برویم، با آزاد شدن اکسیژن در آند، سطح فلزی که الکترود آندی است به سرعت اکسید خواهد شد و علاوه بر رنگ دادن به آب، آزمایش را برهم خواهد زد؛ بنابراین،‌ نتیجه سال‌ها تلاش و آزمایش این شده که برای برقکافت آب باید از کاتدی از جنس پلاتین و آند نیکلی بهره گرفت. 

جدای از مشکل اکسیداسیون، با ایجاد جریان الکتریکی برای اینکه پتانسیل احیای دو الکترود فلزی با هم فرق می‌کند، یون‌های فلزی به درون محلول رفته و رسوب فلزی ایجاد می‌شود که منشأ تغییر رنگ آب در این آزمایش است.

آب دارای املاح با الکترودهای تجاری ( آهن و آلومینیوم )  باعث تولید رنگ و لجن در اثر آزادسازی یون های آلومینیوم و آهن شده و منجر به تولید آبی کدر و سیاه می شود که این رنگ ها به اشتباه  ناخالصی های آب معرفی می شوند. در حالی که رسوبات تشکیل شده ناشی از واکنش یون های آزاد شده از الکترودها با آب مورد آزمایش است و از این الکترولیز استفاده های سودجویانه می شود.