第3章电化学反应器.pptVIP

纤维状材料：金属纤维、碳纤维及其它纤维泡沫状材料：金属泡沫、碳质泡沫由规则排列的微电极构成的三维电极在以不同工艺制备的多孔基体上，以各种方法附载电催化剂、活性物质、导电材料构制的三维电极。三、三维电极反应器第30页，共61页，星期日，2025年，2月5日用于四乙基铅电合成的固定床电化学反应器第31页，共61页，星期日，2025年，2月5日3、三维电极反应器设计中的关键问题电解液的流动和传质的强化保证导电良好及均匀的电流分布，即使电极活性表面能充分利用。第32页，共61页，星期日，2025年，2月5日4、流化床反应器当通过可动的颗粒床向上流动的电解液流速足够大时，流态化发生，电极和电解液似单相的流体，处于此种状态的反应器称为流化床反应器。同固定床电极比较，流化床电极具有如下特点：（1）由于电极(颗粒状材料)呈悬浮分散状态，因而具有更大的比电极面积。（2）传质速度更为提高。第33页，共61页，星期日，2025年，2月5日（3）由于颗粒的相互接触及物理接触有助于提供活性更高的电极表面。（4）在合适的条件下，电位和电流密度的分布可能更为均匀。（5）在用于金属的电解提取时，产物可连续不断地由反应器取出。4、流化床反应器第34页，共61页，星期日，2025年，2月5日流化床电极在实际应用中需解决的问题：如何使反应器的结构设计合理,流场和电场均匀分布如何防止颗粒的团聚、金属在溃电电极上的沉积及由于金属颗粒磨损或短路造成的隔膜的损坏。4、流化床反应器第35页，共61页，星期日，2025年，2月5日流化床电化学反应器应用实例（提取、回收金属）第36页，共61页，星期日，2025年，2月5日阴极阴极液已处理的物流隔膜流化床阴极断面图电流导线阳极待处理的物流阳极液用于回收金属的流化床电极反应器原理图反应器结构第37页，共61页，星期日，2025年，2月5日5、叠层结构的电极（Swiss-rollcell）(a)1-隔膜2,3-电极4－轴（b)电极的排列阳极和阴极分别为两张很薄的金属箔，为防止短路，各用两层塑料网或织物隔开，网布上吸满电解质，构成电化学反应体系。第38页，共61页，星期日，2025年，2月5日特点：具有很高的比电极面积和较低的欧姆压降电联结：为使电流分布均匀，一极由接近轴的一端引出，另一极由圆柱外面引出。应用：化学电源，如：箔式圆柱密封镉镍蓄电池5、叠层结构的电极（Swiss-rollcell）第39页，共61页，星期日，2025年，2月5日四、零极距电化学反应器和SPE电化学反应器特点：电极距离较小，贴近隔膜。（1）零极距电化学反应器：适用于有气体析出的场合，由于电极贴近隔膜，使得气体不在电极与隔膜之间存留。（2）SPE电化学反应器：在离子交换膜两侧压附两层不同的电催化剂作为阳极和阴极，离子交换膜既作为隔膜，又作为电解质使用。第40页，共61页，星期日，2025年，2月5日1、零极距电化学反应器电极直接压在隔膜上，使电解液的欧姆压降大大减小。应用：适用于有气体析出的场合，使气泡不在电极与隔膜之间存留，迅速逸散到电极背面。如：水电解、氯碱工业第41页，共61页，星期日，2025年，2月5日2、SPE电化学反应器（固体聚合物电解质

电化学反应器）在离子交换膜两侧压附两层不同的电催化剂作为阳极和阴极，离子交换膜既作为隔膜，又作为电解质使用。第42页，共61页，星期日，2025年，2月5日2、SPE电化学反应器（固体聚合物电解质

电化学反应器）SPE水电解装置反应器结构第43页，共61页，星期日，2025年，2月5日3－4电化学反应器的工作特性工作特性：借助于反应物浓度变化的数学模型描述简单的间歇反应器柱塞流反应器连续搅拌箱式反应器第44页，共61页，星期日，2025年，2月5日一、简单的间歇反应器设：反应器体积：VR，反应物初始浓度为c(0)，经过反应时间t后，降为c(t)。若反应物级数为1，则反应物浓度变化的速率：动力学：法拉第定律：第45页，共61页，星期日，2025年，2月5日一、简单的间歇反应器当电极过程处于扩散控制时：∴km↑或S↑，C(t)↓第46页，共61页，星期日，2025年，2月5日一、简单的间歇反应器∴km↑或S↑，c(t)↓简单间歇反应器工作在非稳态下，其反应物和产物浓度均随时间变化。第47页，共61页，星期日，2025年，2月5日二、柱塞流电化学反应器柱塞流反应器及其浓度的变化(x——距反应器入口的距离)反应物进入产物流出x