水污染控制工程课件教学PPT作者孙体昌娄金生第14章电解与氧化还原.pptVIP

教 学 课 件 教 学 课 件 第14章 电解与氧化还原 Electrolysis and Oxidation 第14章 电解与氧化还原 14.1电解 14.1.1电解槽的结构形式 14.1.2电解法的原理与分类 14.1.3电解氧化还原 14.1.4电解凝聚与电解浮上 14.1电解 电解质溶液在直流电流的作用下，两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程，叫做电解。 废水的电解是利用电解的原理使废水中污染物转化为无害物质的过程。 电解是在电解槽中进行的，所以首先介绍电解槽的种类。 14.1.1电解槽的结构形式 电解时，将电能转变为化学能的装置称称为电解槽。 与电源负极相连的电极从电源接受电子，称为电解槽的阴极；与电源正极相连的电极把电子转给电源，称为电解槽的阳极。 在电解过程中，阴极放出电子，电解质溶液中的某些阳离子得到电子而被还原，因此阴极起到还原剂的作用；阳极得到电子，使电解质中的某些阴离子因失去电子而被氧化，阳极起到氧化剂的作用。 电解法处理废水的实质，就是直接或间接地利用电解作用，使污染物在阳极和阴极分别进行氧化还原反应生成新物质从废水中去除，或是把废水中的有毒物质变成无毒、低毒物质的过程。 含铬废水、含银废水、含氰废水及含酚废水等均可用电解法处理。 竖流式电解槽又可分为降流式和升流式两种，该电解槽水流路程短，为增加水流路程，应采用高度较大的极板。 槽中多组阴、阳电极交替排列，构成许多折流式水流通道。电极板与总水流方向垂直，水流沿着极板间作折流运动，因此水流的流线长，接触时间长，死角少，离子扩散与对流能力好，阳极钝化现象也较为缓慢。 但这种槽型的施工检修以及更换极板比较困难。 图14-2是实际使用的翻腾式电解槽的主要结构图。槽中水流方向与极板面平行，水流在极板间上下翻腾流动。这种槽型电极利用率较高，施工、检修、更换极板都很方便。极板分组悬挂于槽中，极板（主要是阳极板）在电解消耗过程中不会引起变形，可避免极板与极板、极板与槽壁互相接触，从而减少了漏电现象。 实际生产中多采用这种槽型。 14.1.2电解法的原理与分类 电解是利用直流电在溶液中进行氧化还原反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。 利用电解可以处理下列污染物： ①各种离子状态的污染物，如CN－、AsO2－、Cr6+、Cd2+、Pb2+、Hg2+等； ②各种无机和有机的耗氧物质，如硫化物、氨、酚、油和染料等； ③致病微生物。 电解法能够一次去除多种污染物，例如，氰化镀铜废水经过电解处理，CN－在阳极被氧化的同时，Cu2+在阴极被还原沉积。 电解消耗的电量与电解质的反应量间的关系遵从法拉第定律： ①电极上析出或溶解的物质的量正比于通过电解质的电量； ②理论上，1法拉第电量可析出1摩尔的任何物质。 实际电解时，常要消耗一部分电量用于非目的离子的放电和副反应等。因此，真正用于目的物析出的电流只是全部电流的一部分，这部分电流占总电流的百分率称为电流效率，常用η%表示。 为了使电流能通过并分解电解液，电解时必须提供一定的电压。电解的电能消耗等于电量与电压的乘积。 一个电解单元的极间工作电压U可分为下式中的四个部分： 式中 E过为电解质的理论分解电压，V； E理是过电压，V； I是电解时的工作电流，A； Rs是溶液电阻，? ； Ej是电极的电压损失，V。 当电解质的浓度、温度已定时，E理值可由能斯特方程计算，为阳极反应电位与阴极反应电位之差。 E理是体系处于热力学平衡时的最小电位，实际电解发生所需的电压要比这个理论值大，超过的部分称为过电压。过电压包括克服浓差极化的电压。 影响过电压的因素很多，如电极性质、电极产物、电流密度、电极表面状况和温度等。当电流通过电解液时，产生电压损失IRS。 溶液电导率越大，极间距越小，RS愈小。工作电流I愈大，工作电压也愈大。最后一项为电极的电压损失，电极面积越大，极间距越小，电阻率越小，则Ej越小。 由上述分析可知，为降低电能能耗，必须选用恰当的阳极材料，设法减小溶液电阻和副反应，防止电解槽腐蚀。 目前对电解还没有统一的分类方法，一般按照电解原理，可将其分为电极表面处理过程、电凝聚处理过程、电解气浮过程、电解氧化还原过程；按照污染物的净化机理可分为电解氧化法、电解还原法、电解凝聚法和电解浮上法；也可以分为直接电解法和间接电解法。按照阳极材料的溶解特性可分为不溶性阳极电解法和可溶性阳极电解法。 本章着重从电解氧化还原、电解凝聚与电解浮上分别阐述电解法。 14.1.3电解氧化还原 电解氧化是指废水中的污染物在电解槽的阳极失去电子，被氧化分解，或者发生二次反应，即电极反应产物与溶液中某些污染物相互作用，使其转变为无害成分。前者是直接氧化，后者则为间接氧化。