1測試原理
先了解微電解是如何造成水中碳酸鹽結垢的。將兩塊金屬板分別作為陰極和陽極插入水箱中(不攪拌)，在兩塊板之間施加DC電場，使電壓逐漸升高。相對於飽和甘汞參比電極(SCE)測得的陰極極化曲線如圖1所示。圖1中曲線的變化反映出在陰極和水的界面上有兩個電極反應:？
1/2O2 H2O 2e→2OH- (1)？
2H2O 2e→2OH- H2 (2)？
當極化電位為正至-700 mV(SCE)時，主要發生溶解氧還原反應(見式(1))，而當電位為負至-1200mV(SCE)時，析氫反應逐漸明顯(見式(2))。由於兩個反應都產生OH-，陰極表面附近的pH值升高，CO32-增加，導致Ca、Mg離子結晶析出，即發生式(3)～(5)的反應:？
碳酸氫根-羥基-→H2O CO32- (3)
Mg2·2OH-→Mg(OH)2↓(4)
Ca2 CO32- → CaCO3↓ (5)
通電後陰極板上pH值升高的實際測量結果如圖2所示(沒有攪拌)。
從圖2可以看出，起初，pH值上升很快，但當電量>:0.2C/cm2、pH > 0.2C/cm2時，pH值上升很快。9之後，變化趨於平緩。這種動態平衡趨勢是由碳酸鈣不斷結晶沈澱引起的，因子(3)右側CO32-的減少會引起左側OH-的消耗。可以推斷，微電解壹定時間後，陰極界面碳酸鈣結晶速率將趨於恒定。
然後了解碳酸氫鹽在冷卻水中熱分解導致結垢的過程。碳酸鈣在水中的平衡反應可以概括為[2]:？
公式中各組分的標準生成焓見表1。
表1反應物和生成物的標準生成焓類型△Hf。(千焦/摩爾)
碳酸鈣-1205.7
H 0
碳酸氫鹽-690.5
鈣離子542.4
由於壹個反應的焓變等於產物的標準生成焓之和減去反應物的標準生成焓之和，所以發現反應式(6)的焓變δ h為:？
δH =-542.4-690.5-(-1 205.7-0)=-27.2 kj/mol(7)？
δh是25℃標準狀態下的值。為了確定溫度對反應平衡的影響，根據範特霍夫公式，得到如下結果:
ln(K25/K)=(δH/R)(1/T-1/T25)
ln(K25/K)=-6.5/1.98×10-3(1/T-1/298)(8)？
在配方裏？K25——25℃時，反應式(6)的平衡常數是多少？
？k？-絕對溫度t下的平衡常數？
假設溫度從25℃上升到60℃，通過計算可以得到:
K25/K=3.183 (9)？
即平衡常數k減少了3.1.83倍。據資料顯示，微電解時陰極上的CO2-3離子濃度可達水中的8倍[3，4]。因此，可以利用微電解過程中陰極界面上的電化學反應來模擬加熱過程中碳酸氫鹽分解導致碳酸鈣結垢的過程，強化試驗條件，縮短試驗周期。？
2試驗裝置和方法？
測試設備如圖3所示。
陽極采用1鈦基釕塗層不溶性金屬板(5cm×10cm×0.1cm，也可用石墨板代替)；陰極為1不銹鋼板(1Cr18Ni9Ti，5 cm×10cm×0.1cm)，工作區域為5cm×8cm。電極板采用彈簧銅卡夾緊，拆裝方便。Jwy-3020 ~ 3A，穩壓電源0 ~ 30V)。用磁力攪拌器攪拌。電解池為3L燒杯，微電解為1h。測量杯中的水溫變化
測試水由自來水制備。將硫酸溶解在CaCO3中後，用NaHCO3調節堿度。制得的原水總硬度為400毫克/升(以CaCO3計)，總堿度為200毫克/升(以CaCO3計)；PHs=7.19在15℃時，測得pH=7.06，Langelier指數=-0.13。根據需要用自來水將準備好的原水稀釋至不同濃度。測試操作:首先將陰極板在70℃左右的3%檸檬酸(氨水調節pH=3)溶液中浸泡2h，取出用清水洗凈，然後放入80℃的烘箱中烘幹至恒重，用分析天平稱量初始重量，再放入彈簧卡中。試驗表明，表面汙染易粘垢，測量微量汙垢時會產生誤差。將待測原水註入燒杯中，攪拌均勻，預設電流密度，開始計時通電。電解完成後，取下陰極板，用同樣的方法幹燥，稱出最終重量，計算出板上的水垢量。壹般用肉眼就能分辨出水垢的多少。如果用顯微鏡觀察，可以清楚地看到垢層的密度變化。由於陰極板背面沒有絕緣，水垢壹般會堆積，但對測試結果影響不大，所以這些水垢會加到工作區。？
3測試結果和討論？
當電流密度不同持續60分鐘時，陰極板上的平均結垢如圖4所示。從圖中可以看出，電流密度約為0.5mA/cm2，單位面積結垢量最多約為0.8mg/cm2。電流密度過低時，產生的OH-較少，陰極板表面pH值增加不多，碳酸鈣晶體析出較少。但是，如果電流密度過高，反應式(2)產生大量氫氣，並且當氣泡上升時，析出的晶粒被帶走，使得板上的汙垢量減少。在顯微鏡下觀察到，當電流密度低時，垢層均勻且致密。電流密度高時，垢層疏松，晶粒分散。為獲得明顯的測試結果，電流密度為0.5mA/cm2，陰極電位約為-1.40V(SCE)，電極板表面無明顯氣泡流動。作為對照，將壹根帶500W電熱器的銅棒插入水中，銅棒表面溫度控制在90℃左右。加熱4小時後，銅棒表面的平均氧化皮約為0.4毫克/平方厘米。參照圖4，只要電流密度為0.1mA/cm2，微電解法就可以達到同樣的規模。
準備好的原水和自來水之間的結垢性能比較如圖5所示。實驗采用1.25mA/cm2的電流密度，改變通電時間。如圖，通電時間< 5 min，電極板上基本無水垢，可視為結晶的潛伏期；當通電時間小於≤60min時，水垢含量隨電解時間的增加而線性增加。制備水的結垢速率約為0.01mg/(cm2·min)，約為自來水的5倍。
將制備好的原水稀釋成不同總硬度的水，測試結果如圖6所示，電流密度為0.25mA/cm2，通電時間為60min。由於稀釋水的總硬度與總堿度之比保持不變，從圖中可以看出，陰極垢的量隨著水的總硬度的增加而線性增加。
為了探索測試結果與朗格列爾指數之間的關系，制備了不同濃度的65438±05℃的水，以0.25mA/cm2的電流密度通電60min，得到陰極垢。同時，根據升溫至20 ~ 70℃計算水樣的朗格列爾指數[5]。計算結果作為陰極結垢量的函數繪制成圖7。從圖中可以看出，在同壹溫度下，陰極結垢量增加，朗格列爾指數線性增加。因為我& gt0有縮放趨勢。根據圖7，陰極水垢為0 .3mg/cm2的水在加熱到50℃以上時會結垢，而水垢為0.8mg/cm2的水在20℃以上會結垢。
為了驗證處理水的測試方法的有效性，向制備的原水中加入5mg/L的六偏磷酸鈉作為阻垢劑，並施加1.25mA/cm2的電流密度60分鐘。結果，結垢量從0.415mg/cm2下降到0.329mg/cm2；。當加入六偏磷酸鈉15mg/L時，電極板上只有壹層水垢的痕跡，幾乎不能稱之為重量變化。采用微電解法測試了同濟大學研制的SC系列水處理器的阻垢效果。經證實，經物理場處理的水中碳酸鈣的阻垢率可達90%以上，處理後垢層結構變得疏松。？
試驗表明，攪拌對陰極垢影響很大，攪拌與否可使陰極垢差達到4倍以上。如果攪拌速度過快，水流會沖走板面上的水垢；速度太慢，水中的離子無法擴散到電極板上。在實驗中選擇300轉/分鐘的攪拌速度，並且註意到每次測試中的轉數是壹致的。需要指出的是，在其他條件相同的情況下，不同材質的陰極板結垢量不同，極板表面光潔度越高，越不容易結垢。因為要比較兩次電解得到的水垢量，只有材料相同、表面狀態相同的陰極才能保證結果有意義。此外，壹般認為L.I。
4結論
本文在理論分析和實驗研究的基礎上，提出了微電解法檢測冷卻水的結垢性能。該方法不需要特殊儀器設備，操作方便，靈敏度高，重復性強，適用於判斷阻垢水處理的效果。？
①測試原理是模擬碳酸氫鹽在水中通過陰極電化學還原反應分解形成碳酸鈣垢的過程。？
②基本操作是在電流密度為0.5mA/cm2，電解水樣60min的情況下，比較陰極板上的垢量和結晶狀態。？
③陽極采用鈦基鍍釕板，陰極采用不銹鋼板。？
(4)當電解時間小於≤60min時，陰極垢隨電解時間的增加呈線性增加，反映結晶速度。？
⑤陰極標度與朗格列爾指數呈線性相關。？
⑥主要影響因素是攪拌速度、電流密度、陰極板材料和表面光潔度。
參考文獻:？
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