电化学水处理技术-PPT文档资料讲解学习.ppt

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1、电化学水处理技术-PPT文档资料发展历史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

2、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

3、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）;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、玻璃滤板电极工作电极(workingelectrode）辅助电极（counterelectrode)参比电极（referenceelectrode)工作电极研究的电极反

4、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

5、电流密度；电极电位稳定、重现；甘汞电极、标准氢电极等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+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）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

6、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）电极材料对电极反应和电

7、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。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7

8、0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）电极材料石墨电极的问题：