电化学水处理技术大学讲义课件要点.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（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 一、基本概念 研究对象 电化学用途 两类导体 正极、负极 阴极、阳极 原电池 电解池 电流效率 二、环境 定律的文字表示 法拉第常数 定律的数学式 粒子的基本单元 例题 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 ⒊电分析 ⒋生物电化学 3、两类导体 A.自由电子作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电子承担 两类导体 A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高，电阻下降 D.导电总量分别由正、负离子分担 4、电极 （一）正极、负极 （二）阴极、阳极：按照电荷的流动方向分 电极 （二）按照电化学体系中的作用分 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 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 电极 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 电极 5、离子迁移方向 离子迁移方向： 阴离子迁向阳极 阳离子迁向阴极 6、原电池 与电解池 原电池(galvanic cell) 原电池与电解池 电解池(electrolytic cell) 1、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 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