电化学水处理技术大学讲义

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1、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

2、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一、基本概念研究对象电化学用途两类导体正极、负极阴极、阳极原电池电解池电流效率二、环境定律的文字表示法拉第常数定律的数学式粒子的基本单元例题7.1电化学的基本概念和环境1、电化学研究对象电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。电能化学能电解电池2、电化学的用途⒈电解精炼和冶炼有色金属和稀有金属；电解法制备化工原料；电镀法保护和美化金属；

3、还有氧化着色等。⒉电池汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医学等方面都要用不同类型的化学电源。⒊电分析⒋生物电化学3、两类导体A.自由电子作定向移动而导电B.导电过程中导体本身不发生变化C.温度升高，电阻也升高D.导电总量全部由电子承担又称电子导体，如金属、石墨等。1.第一类导体两类导体A.正、负离子作反向移动而导电B.导电过程中有化学反应发生C.温度升高，电阻下降D.导电总量分别由正、负离子分担⒉第二类导体又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。*固体电解质，如等，也属于离子导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨论电解质水溶液为主。4、电极电势低的极称为负极，电子

4、从负极流向正极。在原电池中负极是阳极；在电解池中负极是阴极。负极：电势高的极称为正极，电流从正极流向负极。在原电池中正极是阴极；在电解池中正极是阳极。正极：（一）正极、负极（二）阴极、阳极：按照电荷的流动方向分电极发生还原作用的极称为阴极，在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极是负极。阴极：(Cathode)发生氧化作用的极称为阳极，在原电池中，阳极是负极；在电解池中，阳极是正极。阳极：(Anode)（二）按照电化学体系中的作用分电极工作电极(workingelectrode）辅助电极（counterelectrode)参比电极（referenceelectrode)工作电极研

5、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)电极电极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电极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

6、电位稳定、重现；甘汞电极、标准氢电极等电极5、离子迁移方向离子迁移方向：阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极6、原电池与电解池Cu2++2e-→Cu(S)发生还原作用，是阴极。电流由Cu极流向Zn极，Cu极电势高，是正极。Cu电极Zn(S)→Zn2++2e-发生氧化作用，是阳极。电子由Zn极流向Cu极，Zn极电势低，是负极。Zn电极原电池(galvaniccell)原电池与电解池与外电源正极相接，是正极。发生氧化反应，是阳极。Cu(S)→Cu2++2e-电极②：与外电源负极相接，是负极。发生还原反应，是阴极。Cu2++2e-→Cu(S)电极①：①②电解池(electrolyticcel

7、l)1、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2、电化学技术和环境保护1、 环境兼容性高　电化学技术中使用清洁、有效的电子作为强氧化还原试剂,是一种基本对环境无污染的“绿色”生产技术。2、