电化学水处理技术.ppt

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(***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
***碱工业用***为阴极造成的水体***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(working electrode)
辅助电极(counter electrode)
参比电极(reference electrode)
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
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