工業(yè)廢水成分復(fù)雜,常含有毒、難降解有機(jī)物(如酚類、染料、農(nóng)藥),而電氧化技術(shù)對(duì)此類污染物表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如,在焦化廢水處理中,采用Ti/SnO?-Sb?O?電極可將苯酚濃度從500 mg/L降至5 mg/L以下,COD去除率達(dá)85%。對(duì)于印染廢水,電氧化能同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫色(降解偶氮鍵)和COD削減,如使用Ti/Pt陽(yáng)極時(shí),活性艷紅X-3B的脫色率在60分鐘內(nèi)達(dá)99%。該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用需解決電極壽命(如涂層剝落問(wèn)題)和能耗優(yōu)化(如采用脈沖電流),目前已有模塊化電氧化反應(yīng)器用于電鍍、制藥等行業(yè)的中試案例。電化學(xué)系統(tǒng)使冷卻塔逼近溫差降至3℃。吉林工業(yè)電極需求
電極氧化反應(yīng)遵循電化學(xué)熱力學(xué)原理,可用能斯特方程描述電極電位與反應(yīng)物濃度的關(guān)系。以鐵電極為例,其氧化反應(yīng)Fe→Fe2?+2e?的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44V(vs SHE)。當(dāng)系統(tǒng)電位超過(guò)該值,熱力學(xué)上即可發(fā)生自發(fā)氧化。在實(shí)際水系統(tǒng)中,溶解氧的存在會(huì)顯著提高氧化電位,例如O?+2H?O+4e?→4OH?反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位達(dá)+0.40V,二者耦合構(gòu)成腐蝕電池。溫度每升高10℃,氧化反應(yīng)速率通常提高1.5-2倍,這對(duì)高溫循環(huán)水系統(tǒng)的電極選材提出更高要求。黑龍江海水淡化電極電化學(xué)pH調(diào)控精度達(dá)±0.3。
溶解氧(DO)在電極氧化中扮演復(fù)雜角色:一方面作為去極化劑加速金屬溶解(如4Fe+3O?→2Fe?O?),另一方面在適當(dāng)條件下促進(jìn)保護(hù)性氧化膜形成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)DO從0.1mg/L升至8mg/L時(shí),碳鋼腐蝕速率可從0.01mm/a增至0.15mm/a。但在pH>9的堿性環(huán)境中,DO會(huì)促進(jìn)γ-Fe?O?致密膜生成,反而抑制腐蝕。這種濃度-效應(yīng)的非線性關(guān)系要求在實(shí)際監(jiān)測(cè)中必須精確控制DO水平。
氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)受電荷轉(zhuǎn)移、物質(zhì)擴(kuò)散等多因素控制。對(duì)于鐵電極,在pH=7的中性水中,其氧化電流密度通常為10??-10??A/cm2。當(dāng)形成鈍化膜后,電流密度可降至10??A/cm2以下。值得注意的是,氯離子存在時(shí)會(huì)使鈍化膜局部破裂,產(chǎn)生微米級(jí)的活性溶解點(diǎn),此時(shí)電流密度呈現(xiàn)脈動(dòng)特征,這種非線性動(dòng)力學(xué)行為給電極壽命預(yù)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜(EIS)可有效表征這些動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
鈦電極可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。按照涂層材料的不同,可分為鈦基二氧化釕電極、鈦基二氧化銥電極等。鈦基二氧化釕電極常用于氯堿工業(yè)電解制氯,其對(duì)析氯反應(yīng)具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性;鈦基二氧化銥電極則在酸性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的析氧性能,常用于電鍍、電合成等領(lǐng)域。依據(jù)電極的用途,又可分為陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極在電解過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng),陰極則發(fā)生還原反應(yīng),不同的電極用途決定了其表面涂層和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)差異,以滿足特定的電化學(xué)需求 。電化學(xué)除重金屬同步回收有價(jià)值金屬。
去極化電極的電極電位在電解過(guò)程中始終保持恒定,不會(huì)隨外加電壓的變化而改變。這種特性使得去極化電極在一些特定的電化學(xué)應(yīng)用中具有重要價(jià)值,比如在某些需要穩(wěn)定電位環(huán)境的電化學(xué)反應(yīng)中,去極化電極能夠提供穩(wěn)定的電位條件,保證反應(yīng)的順利進(jìn)行和產(chǎn)物的一致性。在一些精密的電化學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,去極化電極也可用于消除電極極化對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
極化電極處于可逆電池的情況下,整個(gè)電池處于電化學(xué)平衡狀態(tài),電極電位由能斯特方程決定,此時(shí)通過(guò)電極的電流為零,電極反應(yīng)速率也為零。然而,當(dāng)有不為零的電流通過(guò)電極時(shí),電極電位就會(huì)偏離平衡電極電位的值,這種電極便稱為極化電極。極化現(xiàn)象在許多電化學(xué)反應(yīng)中普遍存在,它會(huì)影響電極反應(yīng)的速率和方向,例如在電池放電過(guò)程中,隨著電流的輸出,電極逐漸發(fā)生極化,導(dǎo)致電池的實(shí)際輸出電壓低于其理論電動(dòng)勢(shì)。 電解海水制氯成本比外購(gòu)低30%。吉林工業(yè)電極需求
太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電解系統(tǒng)藻類控制率95%。吉林工業(yè)電極需求
電解槽中的電極同樣至關(guān)重要,它是電流進(jìn)入或離開(kāi)電解液的導(dǎo)體,電解過(guò)程就在電極相界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。電極分為陰極和陽(yáng)極,與電源正極相連的是陽(yáng)極,陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng);與電源負(fù)極相連的是陰極,陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解材料種類繁多,碳電極是常用材料之一,因其具有良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性,在許多電解過(guò)程中表現(xiàn)出色。此外,鈦等金屬也可作為電極材料,尤其在一些對(duì)電極耐腐蝕性要求較高的特殊電解應(yīng)用中。在電鍍工藝?yán)铮绣儗咏饘俚慕饘俪W鳛殛?yáng)極,待鍍制品則作為陰極。吉林工業(yè)電極需求