电化学水处理技术大学讲义课件.ppt

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 7.1 电化学的基本概念和环境 1、电化学研究对象 2、电化学的用途 3、两类导体 两类导体 4、电极 电极 电极 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 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 5、离子迁移方向 6、原电池 与电解池 原电池与电解池 1、与环境问题相关的电化学应用领域 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、多功能性　电化学过程具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能，能处理到1?×10-6L的气、液体和固体污染物。 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。 4、经济实用　设备、操作简单,?费用低。 3、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 4、电化学水处理技术 电化学还原 电化学氧化 电吸附 电凝聚 电渗析 电化学还原（阴极过程） 溶解性金属离子的回收和重金属污染物的去除 金属离子的电沉积 高氧化态离子还原为低氧化态（六价铬变为三价铬） 含氯有机物还原脱氯，转化为低毒或无毒物质，提高生物可降解性 R-Cl +H +e R-H + Cl 电化学氧化（阳极过程） 直接氧化 使有机物或还原性无机物氧化为无害物质，对于难降解有毒有机物转化有意义 间接氧化 阳极反应产生有强氧化作用的中间产物，使污染物被氧化为无害物质 电吸附 采用大比表面积的吸附性电极 分离水中低浓度的有机物 如将β-萘酚吸附到玻璃纤维球填充床电极上 电凝聚和电浮选 电凝聚和电浮选 从水相中分离悬浮物、胶体颗粒、油状物等 化学法：加入浮选剂或絮凝剂 气体浮选：通高压气体，颗粒物上浮 电化学方法： 电化学产生气泡，达到浮选目的 电化学产生絮凝剂（氢氧化铁、氢氧化铝等） 电渗析 在外加直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对水中离子选择透过性，阳离子透过阳膜迁移到阴极液中，阴离子透过阴膜迁移到阳极液中，从而达到浓缩、纯化和分离的目的。 在电场作用下，离子选择性通过膜，从一个溶液进入另一种溶液，实现离子化污染物的分离、浓缩。 有机废水的电化学处理 有机物电化学氧化的优点 常温常压条件 不（少）引入其它化学物质 有机物电化学氧化的类型 有机物完全氧化分解为二氧化碳和水（电化学燃烧）——需要大量电子、能耗高 将难降解有机物转化为可生物降解物质，然后用生化法处理（电化学转化） 有机废水的电化学处理