电化学研究进展

1、III 综述 题目： 电化学研究进展 学 院： 专 业: 班 级： 学 号： 学生姓名： 2013年6月 16日 目 录摘 要II关键词：IIAbstractIIIKeywords:III第一章 前 言11.电化学机理1第二章 电化学工艺22. 电化学方法22.1 电化学氧化法22.2电还原法22.3电凝聚法32.4 电层析法32.5 电气浮法32.6 磁电解法33.电化学工艺的优点43.1 环境兼容性高43.2 多功能性43.3 能量高利用率42.4 经济实用44 结语44.1前景5参考文献6 摘 要 本文综述着重评述了旨在提高电化学技术对环境保护能力的电化学工艺的研究状况与发展方向。从电化

2、学处理工艺阐述了电化学法处理重金属废水和有机物的研究进展。重点介绍了电化学处理工艺的反应机理、优缺点和实际应用情况, 展望了其今后研究发展的方向。电化学方法处理废水作为一种环境友好技术, 近年来受到人们的关注。关键词：重金属 ，有机物， 废水， 电化学，环境保护 Abstract Electrochemical technology were reviewed in this in this paper to improve the electrochemical process of environmental protection ability of the research statu

3、s and development direction. Electrochemical treatment process from the electrochemical treatment of heavy metal wastewater are expounded and the research progress of organic matter. Focus on the electrochemical reaction mechanism of the process, advantages, disadvantages and practical application s

4、ituation, forecasted its development direction for future research. Electrochemical method for treating wastewater as a kind of environmental friendly technology, in recent years by people's attention.Keywords: Heavy metals, organic compounds, waste water, electrochemical, environmental protecti

5、on 第 7 页 第一章 前 言 当今世界科学技术的发展日新月异, 新技术促进了世界经济的高速发展。这一方面给人类带来了巨大的物质财富, 另一方面也带来了日益严重的环境问题。近年来, 电化学方法作为一种环境友好技术( environment- friendly technology) , 在环境污染治理方面越来越受人们的重视。电化学技术在处理重金属废水和有机废水方面, 尤其是对生物有较大毒性或难生化降解有机废水的治理得到了广泛的应用。早在20 世纪三四十年代,电化学方法就已应用于处理含重金属离子的废水;至60 年代后期,随着有机电化学理论研究的深入以及涂层电极的问世,电化学方法开始应用于有机废

6、水的处理,近年来得到了更快的发展。常用的电化学方法有电氧化法、电还原法、电凝聚法、电渗析法 、电气浮法 、磁电解法 、微电解法等。 1.电化学机理电解质溶液在直流电流作用下,在两电极上分别产生氧化反应和还原反应的过程, 叫做电解。电解时, 把电能转变为化学能的装置叫电解槽。在电解槽中, 与电源正极相连接的是阳极, 与电极负极相连接的是阴极。通直流电后,电解槽阴阳两极之间产生了电位差, 驱使阴离子移向阳极, 在阳极失去电子被氧化; 阳离子移向阴极, 在阴极得到电子被还原。这种在电极上得到或放出电子的过程叫做放电。电解法处理水的实质, 就是直接或间接地利用电解作用, 把水中污染物去除, 或把有毒物

7、质变为无毒、低毒物质。废水处理中的电化学法有电化学氧化、电化学还原、电解浮上、电解凝聚及隔膜电解等。影响电解产物的因素有标准电极电势、离子浓度及超电势( 电极材料对放电有阻碍及其它原因, 实际电极电势比理论电极电势大的差) 的大小。 第二章 电化学工艺 2. 电化学方法2.1 电化学氧化法根据电极参与氧化反应的机理不同,电化学氧化法可分为直接氧化法和间接氧化法。2.1.1直接氧化法被氧化物质和电极基体直接进行电子传递的氧化方法称为直接氧化法。根据被氧化物质氧化程度的不同,直接氧化法又分为2 类:一是电化学转换,即被氧化物质未发生完全氧化。相对于废水处理而言,电化学转化可以把有毒物质转变为无毒物

8、质,或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质(如芳香物开环氧化为脂肪酸) ,以便进一步实施生物处理;二是电化学燃烧,即被氧化物质彻底氧化为稳定的无机物。相对于废水处理而言,电化学燃烧可以将废水中的有机物彻底氧化为CO2 。研究表明,电极表面的性质决定了被氧化物质的氧化程度。2.1.2间接氧化法利用电化学反应产生的氧化剂M 氧化被氧化物质的方法称为间接电化学氧化法。这时氧化剂M 是被氧化物质与电极交换电子的中介体。常见的氧化剂是电化学反应过程中产生的短寿命中间物,如溶剂化电子,·OH ,O2·和HO2·等2.2电还原法电解槽的阴极可以给出电子, 相当于还原剂,可使

9、废水的重金属离子还原出来, 沉积于阴极, 加以回收利用; 还可将五价砷及六价铬还原, 予以去除或回收。电还原法用于重金属废水处理属于阴极还原法。其机理为阳极采用惰性电极, 对废水进行电解,重金属离子在静电引力的作用下, 向阴极迁移, 从而在阴极表面发生沉积。该法既能去除溶液中的重金属离子, 又能从废水中回收高纯度重金属。但一般重金属废水浓度低, 采用传统二维电极电解时, 电流密度小, 电解效率低, 电耗大。因此, 传质问题成为要解决的难点, 各类高效传质的电化学反应器也成机理、过程动力学是目前该领域的研究重点。2.3电凝聚法 电凝聚法是利用电解氧化铁屑、铁板或铝板等生成Fe2 + 、Fe3+

10、或Al3+ , 再形成Fe( OH )2、Fe(OH )3、Al(OH )3等沉淀物, 通过絮凝、沉降去除水中污染物。何晓莉等观察到电凝聚法产生的大量淡墨绿色絮体Fe(OH )2 的吸附能力高于水解法产生的Fe(OH )2 的吸附能力; 另外, 电解时产生丰富的气泡, 其捕捉絮体的能力及浮载力均比加压气浮所释放的气泡强, 因此大量絮体在丰富的微气泡挟带下迅速上浮, 达到净化水质的目的。电凝聚法作为一项比较成熟的废水处理工艺, 得到了广泛应用。但是长时间的连续操作, 会使电极表面产生致密的粘膜, 形成钝化。近年来采用高压脉冲电凝聚替代直流电凝聚可有效降低浓差极化, 防止钝化。利用高压脉冲电凝聚法

11、处理电镀废水, 出水总铬含量为0. 1 mg/L, Zn2+ 为0. 6 mg/L, 达到国家排放标准, 而且与直流电凝聚法相比, 其能效比高, 处理时间短。电凝聚法的最新研究方向是周期换向的脉冲信号电凝聚, 既具备高压脉冲电凝聚法的优点,又由于两极均可溶, 更有利于金属离子与胶体间的絮凝作用, 防止电极钝化。2.4 电层析法电渗析法是在直流电场的作用下, 利用阴离子或阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子进行选择性透过, 使阴、阳离子定向迁移, 从而实现水体中的溶质与水分离。电渗析法是一项较成熟的膜分离技术, 可处理电镀废水、冶金工业废水及其他含铜、铬离子的废水。电渗析在运转过程中, 两极有电化学反

12、应, 电极腐蚀物聚集, 电阻增大, 电耗随之增加, 所以必须向电极室通入较大流量的水以排除电极反应产生的腐蚀物。电渗析可分为单极性膜电渗析、双极性膜电渗析。传统的单极性膜存在电极耐久性欠佳及易发生堵槽等不足, 因此目前研究热点是双极性膜电渗析。将双极性膜与单极性膜组合, 是重金属废水处理工艺未来发展的新方向。2.5 电气浮法电气浮法是运用电化学方法来去除钻井废水中的悬浮物、油类、有机物等有害杂质的一种方法。处理时，将正负相间的多组电极安插于废水中，并通以直流电，通过产生的电解、颗粒极化、电泳、氧化、还原、电解产物间及废水间的相互作用等除去废水中污染物，达到净化废水的目的。2.6 磁电解法磁电解

13、是指在电解槽外加磁场构成电解体系对重金属废水进行电解的过程。其机理是重金属废水在电解时离子受到电场力和磁场力的共同作用, 使其离子运动轨迹复杂化并降低浓差极化, 促进电解过程的传质和电化学反应, 提高电解效率。磁场使阴极过电位降低, 从而降低槽电压, 节省电能; 重金属离子在磁场力和电场力的共同作用下引起涡旋, 使扩散层减薄和浓差极化降低, 从而提高了电解效率。磁电解技术常常和其他电化学处理工艺相结合, 以提高处理效果。例如将内电解法与磁助凝法结合, 以内电解过程中产生的Fe2+ 、Fe3+ 作混凝剂, 通过投加磁种产生的助凝作用, 利用磁分离法加速固液分离, 实现对重金属离子的高效去除。磁电

14、解中施加外磁场后, 电解模型、电解液的物理化学性能、电极溶解的机理都发生了变化, 已成为磁电解法的研究热点。3.电化学工艺的优点环境保护是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。3.1 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。由于界面电场中存在着极高的电位梯度, 电极相当于异相反应的催化剂, 因而减少了有可能因加催化剂而带来的环境污染。同时电化学过程有较高的选择性, 可防止副产物的生成, 减少污染物。3.2 多功能性电化学过程具有直接或间接氧化与

15、还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能,能处理微升到1 ×106L的气、液体和固体污染物。3.3 能量高利用率与其他一些过程相比, 电化学过程可在较低温度下进行。它不受卡诺循环的限制, 能量利用率高。通过控制电位、合理设计电极与电解池, 减小能量损失。2.4 经济实用设备、操作简单, 费用低。电化学技术对于环境保护的贡献是多方面的,本文作者从电化学技术对环境污染的防范、对环境污染的治理和对环境监测的角度做全面综述4 结语综上所述, 电化学技术是解决环境问题的有利工具, 在环境保护领域中发挥着重要作用。当前,新电极材料、膜、电解液、反应器结构的开发与应用是电化学环境工程技术的发展趋向

16、。随着不断的研究与发展, 电化学技术必将在环境保护领域中发挥更大的作用。国内外的研究成果表明电化学氧化法具有流程简短、操作方便等优点。电化学氧化法作为一种新型的水处理技术,主要有2 个应用4.1前景电化学降解,在电解过程中产生强氧化性的物质,使有机污染物均相或异相地被彻底氧化降解成二氧化碳和水。电化学转化,把生物难降解的有机物通过电化学方法转化为易生物降解的脂肪类化合物。电化学降解法处理有机废水由于其独特的优点,是一种很有潜力的高级氧化技术,在有机废水的前处理和深度处理方面有着极其广阔的应用前景。尽管人们对电化学氧化法进行了大量研究工作,但要实现电化学氧化法的工业化应用,还有大量工作要做,从技术角度看,主要集中在4 个方面1. 研制新型电极材料,以提高电流效率和催化活性,实现有机污染物低成本去除;2. 深入研究电化学氧化机理,以便针对特定污染物和处理要求设计制造特性电极;3. 改进工艺条件,以减少能量消耗,降低运行成本,提高处理效率;4. 提高智能化水平,以突出电化学方法易于控制的优点,稳定处理效果,实现自动化运行。 参考文献1王翠,史佩红,杨春林,耿艳楼.电化学氧化法在废水处理中的应用.河北工业科技.2004.第24卷.第一期.第4