电磁场频率对CaCO_3溶解性影响的定量研究_陈璨

第9卷第15期2009年8月1671-1819(2009)15-4567-04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.9No.15Aug．2009?2009Sci.Tech.Engng.环境科学电磁场频率对CaCO3溶解性影响的定量研究陈璨刘润华(中国石油大学信息与控制工程学院，东营257061)摘要通过自制的方波信号发生器、电磁场水处理实验装置研究了外加电磁场频率对CaCO3溶解性的影响，并对电磁场水处理技术的作用机理进行探讨。大量实验结果表明，静止的液体在外加电磁场作用下，随着外加电磁场频率的改变，碳酸钙在其中的溶解度发生相应的变化;而且外加电磁场频率在1．2kHz附近效果最好。关键词电磁场CaCO3共振溶解度中图法分类号X52;文献标志码A2009年4月28日收到电磁场水处理技术作为一种物理方法，具有使用方便、投资少、运行费用低、无毒无污染等特点。经过电磁场作用后的水除能改变钙、镁盐的晶体结构外，还有溶垢、杀菌、灭藻和降粘等功能［1］。对此进行系统的研究具有重要的现实意义。近年来，国内外不少科研机构对电磁场水处理技术进行了大量的实验研究，研制出不少的电磁场除垢、防垢装置，大多用于加热器、蒸发器、热交换循环管道系统、热电厂的煤灰排放系统、油田的输油管、注水管等。虽然一些实验表明经电磁场作用后的水的确有防止产生硬垢的作用［2］，而且原有的污垢逐渐脱落。但也有相当一部分应用是失败的，甚至有的还加速污垢的形成。因此弄清楚电磁场除垢、防垢机理及其适用范围至关重要，可使该技术真正起到作用，避免误入歧途。1实验装置设计采用的实验装置如图1所示。图1中的1是实验用的不锈钢钢管，底部密封以便盛装实验溶液。不锈钢管的直径D=70mm、高H=500mm;2是紧密缠绕在钢管上的7芯绝缘导线，线圈匝数N=55;3是自制的方波信号发生器，其输出的方波信号频率可连续调节，输出方波的峰峰值Vpp=24V。方波信号发生器的原理框图如图2所示。图2中的控制电路部分由单片机系统组成，主要负责产生两路互补的TTL方波信号，控制电路可根据外部输入条件的改变来调节输出信号的频率。控制电路产生的TTL方波信号带负载能力有限，为了满足大功率负载线圈的要求，需要对控制电路产图3驱动电路原理图生的TTL方波信号进行放大，本论文采用桥式逆变电路来实现，其原理图如图3所示。两边的控制信号相位应正好相反。该电路结构具有效率高，容量大等优点。2实验方法向去离子水中加入过量碳酸钙粉末并充分搅拌使其形成碳酸钙过饱和溶液。将过饱和溶液分为两部，一部分放在烧杯中静止4h用于做空白实验。另一部分放入电磁场水处理实验装置内并在室温下加上一定频率的方波信号作用4h，取出50mL经过电磁场作用后的过饱和溶液，过滤后分三次(每次取过滤后溶液10mL)利用配位滴定法测量其中钙的含量。采用同样的方法测量未经电磁场处理的溶液中钙的含量(即空白实验)。改变外加方波信号的频率，重复上述实验。在本实验中采用C20H14NaO7S(铬黑T)作为金属指示剂、C10H14N2O8Na2．2H2O(EDTA)溶液作为络合剂、pH=10(此处“=”请保留)的NH3．H2O-NH4Cl溶液作为缓冲液。为了防止铜、锌、铁、铝等离子的干扰，分别加入两Na2S，三乙醇胺加以隐蔽［3，4］。3实验结果与分析3．1实验数据在0Hz～20kHz的频率范围内选取40个频率点进行实验，其实验数据如表1。表1中“EDTA用量”是三次滴定用量的平均值，每次空白实验EDTA用量都在6．13mL—6．25mL之间，所有空白实验数据的平均值为6．183mL。表1实验数据序号信号频率/kHz温度/(度)EDTA用量/mL序号信号频率/kHz温度/(度)EDTA用量/mL1直流29．16．185214．7829．48．3220．02529．36．186225．0628．58．1530．0528．86．31235．5129．38．0440．07529．56．37246．0628．78．2950．09929．47．35256．5228．48．6360．228．67．49267．2529．68．9570．34628．97．92277．8729．19．22580．40629．08．09288．6928．99．27590．44828．88．25299．46309．31100．74529．18．383010．329．99．375110．9929．58．913111．129．59．43121．2729．69．7953212．129．19．265131．528．29．743313．328．88．675141．75428．99．6453414．428．68．355152．1828．59．4553515．428．47．6351