电化学在生物和医学中的应用

环境保护电化学自然资源和自然环境受到日益严重的破坏，环境保护便成为人们十分关心的问题，电化学技术在环境保护技术开发中发挥着极其重要的作用．其在环境保护过程中所体现出的优越性主要为以下几点：环境兼容性高多功能性经济实用，设备操作简单，费用低能量利用率高1电化学技术与环境污染防范1.1化学电源转换方式特点传统电源热机过程，受卡诺循环限制能量转化效率低，产生大量的粉尘、二氧化碳、氮的氧化物和硫的氧化物电化学电源化学能→电能高效、清洁、经济、安全化学电源按活性物质的保存方式可分为3种主要类型：一次电池、二次电池(蓄电池)和燃料电池．由于一次电池不易回收，随着环保和节约地球有限资源的要求，近年来人们将研究重点置于二次电池和燃料电池的研究二次电池和燃料电池的对比优点缺点例子二次电池（蓄电池）成本低廉，应用广泛比能低、充电速度慢、寿命不长Cd／Ni电池、MH／Ni电池、Na／S电池、等燃料电池高效、环境友好、安静、可靠性高未得到足够的发展碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池。1.2电化学对水的消毒处理常见的消毒技术主要有氯消毒、臭氧消毒以及紫外辐射消毒。优点缺点产物氯消毒很强的杀菌灭藻作用且价格低廉应用比较广泛消毒过程具有高危险性三氯甲烷、四氯化碳等许多致癌物质臭氧、紫外消毒消毒效果较好费用过高电化学消毒节能廉价、无残留、安全过氧化氢1.3其他电化学工艺膜辅助电化学工艺如电渗析、电去离子(离子交换辅助电渗析)以及电浮选和电凝聚，通过替代对环境危害严重的老工艺，以其清洁的生产工艺，在环境污染防护、环境污染治理方面都起着重要作用。例如，用电渗析法可制高纯水以及应用于海水淡化：电浮选和电凝聚可用于各种用水的预处理．环境污染物的电化学处理方法电沉积光电化学氧化电吸附电化学膜分离电渗析、电凝聚电化学氧化，电化学还原2电化学技术与环境污染治理电化学技术在环境污染物处理中的应用1•废水处理的电化学技术2•土壤再生的电化学方法3•气态污染物的电化学净化4•电化学技术用于环境检测废水处理的电化学技术电化学法处理含有毒重金属离子的稀废液是最常应用的。电镀、冶金、印刷电路、显影等许多工业都排放出大量含金属离子的稀废液，近年来对排放液中金属离子的含量要求越来越严格，传统加碱沉淀金属离子的方法只能使Cu、Zn等少数金属离子达到摊放浓度要求。丽且对环境有较大污染．这促使电化学方法处理金属离子稀废液得到了发展。其中，电化学方法处理金属离子稀废液的效率取决于被移除粒子的传质速率、电极的有效面积、副反应的发生，而电极的结构和材料是影响传质速率和屯极的有效面积的主要因素．土壤再生的电化学方法污染土壤的常规处理技术中，采用溶剂淋洗技术能有效去除土壤中可溶性的有机或无机污染物，但对非水溶性的污染物以及密实型土壤，其应用非常困难。另外土壤淋洗过程中所使用的大量化学试剂对环境的影响也非常严重。热脱附和蒸汽萃取方法主要是针对具有挥发性的有机污染物以及金属汞污染的土壤。有机污染废液处理利用电化学方法,可使有机污染物在电极上发生直接电化学反应,转化为无害物质,例如对酚类、含氮有机染料、氰化物等的处理;或发生间接电化学反应,利用电极反应产生强氧化作用的中间物质,对有机污染物氧化,最终降解。电化学方法处理有机污染废液的过程与电极材料、电极表面结构及负载情况、电解质溶液组成以及浓度等因素相关。其中电极材料是最重要的因素,不同的电极材料具有不同的特殊催化特性,可以产生不同的反应或不同的氧化中间物质,因此电极材料的开发是电化学方法处理有机污染废液技术的关键。电化学方法处理有机污染液污染物相关工业电极酚类有机物印染、塑胶、医药、炼油、炼焦等石墨、PbO2、SnO2/Ti、TiO2/Ti染料漂染工业等钛涂层石墨电极、PbO2、MgO表面活性剂表面活性剂石墨、氧化铷涂层钛电极卤代化合物杀虫剂、除草剂等Ti、PbO2、碳纤维电极芳香胺类有机物印染、石油、橡胶、造纸等PbO2气态污染物的电化学净化化工厂、热电厂等工业排放出许多有毒、污染环境的气体,如:Cl2、H2S、SO2、NOx、CO2等。电化学方法可处理净化废气。首先气态污染物通过电解液被吸附或吸收,然后直接在电极上发生电化学污染物转换,或者间接的利用均相、异相氧化还原媒介对污染物进行转换。电化学方法处理净化废气工艺可分为槽内工艺和槽外工艺。槽内工艺是气体直接经吸附转移到电化学反应器内并被处理;槽外工艺是气体先被吸附到独立容器中,再转移至电化学反应器中进行处理电化学技术用于环境检测a、污水需氧量(C0D)的伏安法测定是在电极上加一适当的正电压,以电流密度所相当的还原性物质浓度代表需氧量,其值与高锰酸钾滴定结果有良好的相关性,更能代表自然情况下可实际与氧气起化学作用的物质数量.b、硫化氢气敏电极测定污水的硫化氢,可不破坏水的化学平衡,而将分子态硫化氢与硫离子和不溶性硫化物区分开来.电化学技术用于环境检测以电化学分析方法为原理的电化学传感器,具有快速、灵敏、准确、结构简单、便于自动化等优点,在环境监测中应用广泛。1离子传感器离子传感器也可称为离子选择性电极。其构造的主要部分是离子选择性膜,因为膜电位随被测定离子的浓度而变化,故通过对离子选择性膜电位的测定可以得到被测离子浓度。2气体传感器目前,电化学气体传感器可以用于检测环境中的许多气体,如O2、CO、H2S、NH3、Cl2、HCN、NOx、SOx、偏二甲肼、汽车尾气等。测定气体分子的传感器材料很多,原理各异。例如,基于电位测量原理的气敏电极、固体电解质气体传感器;基于电流测量原理的控制电位电解型传感器等。3电化学传感器电化学生物传感器是利用生物体可以对特定物质进行选择性的识别、反应、生成电极活性物质,然后采用电位测定或电流测定的化学传感器结束语电化学技术治理环境污染物具有诸多优点，但也有其不足之处:(1)能源消耗量大；(2)电极材料消耗过多；(3)操作工通常对电化学装置不熟悉；(4)当反应物浓度不高时，处理时间延长，电流效率降低。但是电化学技术作为一种“清洁技术”，尽管在国内外都有了很大的发展，而且其中不少已达到工业化水平，但是还在不断发展中，特别是在电极的结构材料、电极的选择性、电极的活化等方面有待于进一步提高，通过电化学家与环保工作者的共同努力，电化学技术将会在环境保护与污染物治理方面发挥更大的作用。