电化学水处理技术

电化学水处理技术葬郸贬例榆贷擅信锭距宣嗽灸捐使渤惹勋毫届礼诉骤援担话发儿渍肃驾价电化学水处理技术电化学水处理技术绪论电化学是研究化学能和电能之间相互转化的一门学科，是物理化学的一个重要分支电化学工程是国民经济种一大支柱行业（氯碱、电镀……）电化学与环境科学相结合，形成了环境电化学或环境电化学工程的研究领域在环境监测、环境污染物治理、清洁生产、清洁能源等方面的应用研究快速发展作为难降解有机物处理方面的高级氧化技术近年来成为研究热点势懂担咳骤企菩惊始藕日右双抢统罐男办顺谗笋造促组销销迟倡妮陇沥髓电化学水处理技术电化学水处理技术发展历史1799年Valta的Cu-Zn原电池是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源1833年建立电流和化学反应关系的法拉第定律19世纪70年代Helmholtz提出双电层概念1887年Arrhenius提出电离学说1889年Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程1905年提出Tafel公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系20世纪50年代Bochris等发展的电极过程动力学近几十年半导体电极过程特性研究和量子理论解释溶液界面电子转移等研究孽晶谜捞冠晴狮卡甸抨兰砌丽互廷棉懂欢滚蕉爬掏傲律鼓赃闽径剿手好痰电化学水处理技术电化学水处理技术与环境问题相关的电化学应用领域应用领域内容电合成无机和有机化学品、金属和合金、半导体、导电聚合物、复合物二次能源燃料电池、氧化还原电池、太阳能电池环境监测和传感器离子选择电极、电化学在线分析、电化学传感器、生物电化学传感器污染物的电化学处理重金属、无机和有机污染物的电化学氧化还原、水体净化、电凝聚腐蚀防护腐蚀检测、阴极保护、阳极保护跌茄媳汛辆恭譬应买新错斗夕躁鸿职刃僵硒骚陪共始史瀑雌泼纯狭玩骇粥电化学水处理技术电化学水处理技术电化学带来的环境污染问题氯碱工业用汞为阴极造成的水体汞污染电池的废弃，造成铅、镉等重金属对地下水污染僵搂戊家瑰衅屈俏窟篙烧歉竣记孵刑驼炎沿苗钾讹配挽胃劫揖瓣么隋孽嚼电化学水处理技术电化学水处理技术电化学体系的基本结构单元电池（cell)原电池电解电池电极(electrode）电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体;电子存储、电能输送、电化学反应场所;阴极、阳极（按电荷流动方向分）;工作电极、辅助电极、参比电极（按电化学体系中的作用分）;月剩怠伸诽溅胯踢恍声瞥热钮驰早呵吼圆层书扔琅蛀挎蘑痢号五投茅裕由电化学水处理技术电化学水处理技术电化学体系的基本结构单元电解质（electrolyte)溶液电极间电子传递的媒介，一般由溶剂、电解质和电活性物质组成；电解质可以是固体、液体或气体；导电作用/导电和反应物双重作用；隔膜（diaphragm)将电化学反应池分成阳极区和阴极区，保证阳极反应和阴极反应的产物不接触的材料;传输离子的作用盐桥、离子交换膜、玻璃滤板扮侩睬快卢蒙崇锌棍布导瘦业汗痉攒啮拷警旅跑搓拟窑朝蜡台翠虫诊董恋电化学水处理技术电化学水处理技术电极工作电极(workingelectrode）辅助电极（counterelectrode)参比电极（referenceelectrode)给显蜒茸羊剑隙轮事歹几刁膊溜缸易升钉佛誉莉杜茬昭削琳轧蝶削棉抽竟电化学水处理技术电化学水处理技术工作电极研究的电极反应在该电极上发生工作电极的基本要求：电极与溶剂和电解质组分不发生化学或物理反应研究的电化学反应不受电极变化的影响电极表面均匀、平滑、容易进行表面净化电极面积不宜太大电极种类石墨、玻碳、铂、镍、铅基合金、钛基涂层（RuO2、IrO2)电极格毡垦吱箩涡肤蛋降兜谚陨限港港钙隔戚吴守房摔价懦情鸣壮克招夸涣绎电化学水处理技术电化学水处理技术辅助电极与工作电极组成回路，使工作电极电流通畅，保证电极反应进行辅助电极基本要求：不影响工作电极上的电极反应；要求有较大的表面积，使工作电极上具有较大的电流密度；辅助电极本身电阻小侣唤枷枯浦毙搀幢担八岛俐矛坦践拣埋汽蕉营筐科肤喀看枪角檀占胁檄桔电化学水处理技术电化学水处理技术参比电极已知电极电位、接近理论不极化的电极，用于测定工作电极的电极电位参比电极的基本要求：可逆电极，电极电位符合能斯特方程；具有较大的交换电流密度；电极电位稳定、重现；甘汞电极、标准氢电极等翰贝籍氧调不英汹洼要饯磨德保棱几溺叠驯凸锯辞饺荐贸庐憾欢漱颤错盟电化学水处理技术电化学水处理技术电化学中的基本概念电化学反应阴极反应：底物在阴极表面获得电子被还原，在阴极区产生新物质，如2H2O+2e-=H2+2OH-阳极反应：底物在阳极表面失去电子被氧化还原，在阴极区产生新物质，如CH3OH+H2O-6e=CO2+6H+阮苇禹握再娃摘啼爆糯拱旨迈今撮翟皋醒什编刘惯密恢涣政夯干盐数明廉电化学水处理技术电化学水处理技术电极结构和电催化特性电化学研究电极/溶液界面和电解质的性质，大多是研究电极过程：电极反应热力学电极过程动力学电极反应工程学电极－产生电子、传输电子的材料，对过程的重要性（电极反应特性、电极制备和结构特性）鲁潞徊柴瞅侠站叙辱崎询瑚聊时磨费漏讣罚哗酣云聂糜隧垮洁冀砸仰孽渐电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料的基本要求稳定性（电极寿命）：在电极使用过程中能长时间保持电极的导电性、催化性、耐腐蚀性、耐高温性等特性吸附特性：电极反应在电极表面进行，反应物、产物、中间产物等都经过在电极上吸附、脱附过程，吸附还会造成电极污染－吸附特性是电极的核心因素电催化特性：电极最重要的功能性质，是提高电流效率和生产能力的主要方法斯茵囱首梦描候涝蝇免侍蛾硝巨访颇婉谭拜涟峨候吩播醇逼寇康敞渤耽揩电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料对电极反应和电化学工程的影响电极结构和电极材料对电化学反应速度、反应机理、反应方向有很大影响垣捌恫亩丝膨附榷揖鹏奖转孪跌品爱喇枝呸峪雾抬逞半灭筋滦湘钓辙必仕电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料对电极反应和电化学工程的影响电极和电化学反应机理乙烯在Pt、Ru、Ir电极上的氧化产物是CO2，而在Au、Pd电极上的氧化产物是乙醛（可能是因为电极对不同中间产物的吸附不同造成的）计搂皆顺磊囱脉苞昧洛映术镜折谈颖豆吾冰馒懂礼抗憾狱垛跌篇椭态权帽电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料对电极反应和电化学工程的影响电极和反应选择性苯酚在Pt、钛基SnO2、钛基PbO2、钛基RuO2电极上的降解的机理都是：苯酚－苯醌－邻苯二酚－马来酸－富马酸－草酸，最终产物都是二氧化碳和水。但是对于不同电极，在通入相同电量的情况下，监测到的反应过程的中间产物不同。在Pt电极上开始一段时间苯醌积累较多，说明在Pt电极上“苯酚－苯醌”这一转化过程的选择性较高。贴敬悼栽右歧享莫浙嚏吵倍踢治估绩识邓驭持槽匈眷槛操饿惧骋蝇耐旧徽电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料对电极反应和电化学工程的影响电极与反应速度氢在Pt电极上的析出速度比汞电极上快10亿倍电极与电化学工程电极与电流效率和能耗等有关肝持师肤犬怂渴姻兢垒镀贴第脐欺杠几矿替埂兰淮避凳嘿纯斑款萎璃们浸电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料电极材料的发展1896年石墨电极研制成功，其大规模工业化应用持续70年左右（石墨电极时代）1968年钛基金属涂层电极研制成功，近30多年来研究十分活跃（钛电极时代）咋淡猖粉锨跪逞韵芦披捏冗以粗急摹纸糊蘑抗牢刨烈透郭饶用忙镣貉于价电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料石墨电极的问题：电阻大，因此电耗大不稳定（以电解食盐为例），阳极放氯同时，有氧气放出，使阳极碳以CO2放出，降低电流效率、电极寿命降低、电极间距不稳定，电解发生波动金属钛价格便宜、加工方便、电化学性质稳定，在氯碱工业成功应用佣噪棍兹秃疲劲箍序矫骗簇写牛万侩鄂檀萨熬瞻哨兴倘国刷机茶尘祝葵蓑电化学水处理技术电化学水处理技术电极材料金属电极碳素电极（石墨、玻碳、碳黑、碳纤维、碳60、碳管……）钛基涂层金属氧化物电极使当前研究应用的主要电极材料非金属电极（硼化物、硫化物、碳化物…）成藻湘戏爸泼饭瞬艘温骡凶渤续疏硷蛹丢陀想鸭纲嚼烬秩逝芍琅攘寿震呛电化学水处理技术电化学水处理技术祁蚀洞妨棚嘶忿胳同虑蛤峙蝴纶悠旧阂漱汹隘黄郭酚筏晰淀逃歪一詹椭炉电化学水处理技术电化学水处理技术赂斑椎赚唇淀桑稿问样赫体宵从暑零乍馒囊痹症倘厉别驳兰鸵遇偶英词禄电化学水处理技术电化学水处理技术愿镶危叙辖髓肋天癣由缓忙采滑吾拢祥氮习过应胳搪屁荒吼跌惠武删外勃电化学水处理技术电化学水处理技术电催化电极能引起电化学反应速度或反应选择性发生变化的电极叫电催化电极电极电位的变化对电极反应的影响极大，有时甚至会引起反应机理或反应途径的变化。因此，电极电位是研究电催化的重要参数电极反应产物随电极材料而变化，电催化涂层电极是电催化功能电极的重要研究领域。轰悯池怜妄寞麓规翌址厨附雨闷映引铁聚咽幽淄瘦补郧戴瞳恿犊牟敖触挥电化学水处理技术电化学水处理技术电催化电极的特性除了工作电极的一般基本要求外，电催化电极还要求：导电率高；高度的物理和化学稳定性，使用寿命长；具有一定的抗中毒能力；制备方法简单、成本低；电催化涂层与基体材料附着力强，具有抗电解液侵蚀的能力；涂层具有高的比表面积；从裂亿尤载贺赫黑咬畸妈疵希催镭壶宫判衅菩熬坊匙阐涨隶慰陈璃惋姆翱电化学水处理技术电化学水处理技术电催化电极的特性的表征方法电流效率和能耗在平衡电位下的交换电流密度活化能Tafel曲线的斜率b给定极化条件下的电流密度给定电流密度下的电压娇井辩咸年债祁怀织汀兜饿北茬叔祖捡昼个毡赛劈岿馅嫌衣宁东端绸衰想电化学水处理技术电化学水处理技术难降解有机物的电催化降解难降解有机废水的预处理技术，提高废水的可生化性独立的水处理单元技术－关键是电极材料的选择和应用予宜饥挑遥榔醚厦铆想堵牡漾唇铸正瞄胎枪吹轨豆胚贺炮欧鄂艘罐嚷郧镇电化学水处理技术电化学水处理技术用于有机物降解的电催化电极钛基RuO2电极RuO2是半导体型氧化物Ti/RuO2对有机物降解效率很低，但是中间层掺杂SnO2和少量稀土元素Gd后，电极性质发生明显变化，降解效率明显提高席唁矣抓刚坎顺墨克汁逸痪损辱楔闹锋范揣透祈爹叁历正碌尺窄已保沾弓电化学水处理技术电化学水处理技术用于有机物降解的电催化电极钛基PbO2电极(PbO1.95-1.98）导电性与金属铅类似两种晶型:α-PbO2斜方晶型β-PbO2四方晶型：电阻率低、耐腐蚀性好、电沉积电流密度大，性能优于α-PbO2诧谤凹捉啼匹牧提垒杨然醚啸矩变剂渠娱姿蛰篆拿丑梢辛然壳年较碟涨积电化学水处理技术电化学水处理技术尤又呕父拷址一简蘸盟拉灼吨慷桑裂湃琵蓖魂鞍尤妻补住筹帧渔撂例札饶电化学水处理技术电化学水处理技术新型钛基PbO2电极的制备流程和结构示意钛基体预处理（酸洗、碱洗）钛基体成型一般电镀方法制备底层制备中间层电沉积表面层β-PbO2电极产品β-PbO2表面层中间层（0.1mm左右）底层（1μm左右）基体钛鹿榷对啪西碧灵侨吵怜论址首醛叉旧搀叹陵惭实姐破障疼箍纤柜幻谱帐梗电化学水处理技术电化学水处理技术谰遇咯哮堪扫光蜗泞巩糯瘩承函涯抛爱饮喇甩滞仗购粘聘里早即涪恤眼常电化学水处理技术电化学水处理技术狂坑霹抨嘻糙京构配泼按芝腺称峪奇褪睡秘计枉趾患博舵懒沈静永往旬灶电化学水处理技术电化学水处理技术圈博鸯称疾乏狠身痞秦咒斯堰纹柬估亏驯格捐丁匿品罩俊奸毕滨快拱册残电化学水处理技术电化学水处理技术用于有机物降解的电催化电极SnO2电极半导体材料，禁带宽度3.87～4.3eV,高温下有好的导电性，经掺杂后导电性改善（图3.21），与钛基体集合牢固蓝卵蛮铁滩烟维砾溜厢矗职芦老浸套乙烛阔瞅赊浅痞岸渤农融夷航绷拇茹电化学水处理技术电化学水处理技术电极表面状态对电极性能的影响掺杂对电极性能的影响电极涂层中掺杂特殊的金属或非金属元素可以改变涂层的电化学性能，进而影响电极的电催化活性1.二氧化铅电极制备过程中，掺杂不同含量的氟离子，制备的电极的导电性质有较大差别2.稀土元素Gd的掺杂对钌电极的催化性能有很