保護(hù)層對于電極的長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義,它能夠阻止環(huán)境因素對電極的不利影響。在實(shí)際應(yīng)用中,電極可能會面臨濕度、溫度變化、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等多種環(huán)境因素的挑戰(zhàn)。保護(hù)層可以防止電極表面被氧化、腐蝕,避免活性物質(zhì)與外界雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而維持電極的性能穩(wěn)定。例如在戶外使用的電化學(xué)傳感器電極,其保護(hù)層需要具備良好的防水、防紫外線性能;在化工生產(chǎn)中的電極,保護(hù)層則要能抵御強(qiáng)酸堿等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
選擇電極材料時,導(dǎo)電性是一個極為關(guān)鍵的參數(shù)。不同的應(yīng)用場景對導(dǎo)電性的要求差異很大,在電力傳輸領(lǐng)域,用于輸送大量電能的電極,必須具備極高的導(dǎo)電率,以減少電能在傳輸過程中的損耗。像銅這種常見的導(dǎo)電材料,其導(dǎo)電率較高,廣泛應(yīng)用于一般的電力傳輸電極。而在一些對導(dǎo)電性能要求更為苛刻的電子器件中,如芯片中的電極,可能會選用導(dǎo)電率更高的銀或其他特殊材料,以滿足高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸需求。 光電協(xié)同催化使有機(jī)物降解速率提升3倍。江蘇源力循壞水電極除硬
循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學(xué)除垢技術(shù)通過陰極反應(yīng)(2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?)提高局部pH,促使成垢離子(Ca2?、Mg2?)以疏松形式析出并隨排污水排除。采用網(wǎng)狀不銹鋼陰極時,垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過自動刮垢裝置清洗。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時節(jié)水15%(減少排污量)。該技術(shù)的瓶頸在于高硬度水質(zhì)(>500 mg/L CaCO?)時能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預(yù)處理。甘肅源力循壞水電極除硬電化學(xué)方法處理不改變水體pH值。
難溶鹽電極的氧化還原對中有一個組分為難溶鹽或其他固相,它包含三個物相、兩個界面,且在每一相界面上存在著單一的快速遷越過程,甘汞電極(Hg|Hg?Cl?|Cl?)便是典型。在甘汞電極中,甘汞與電解液的溶解平衡受電液中濃度較高的 Cl?所控制,Cl?在 Hg?Cl?| 電液界面上的交換速率很快,這使得甘汞電極的電極電勢極為穩(wěn)定,因此它成為常用的參比電極之一。部分書刊將這類電極稱為第二類電極,在電化學(xué)測量等領(lǐng)域有著不可或缺的地位。
高鹽循環(huán)水易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和結(jié)垢,電化學(xué)離子交換(EDI)技術(shù)結(jié)合離子交換樹脂與直流電場,可連續(xù)脫除Ca2?、Mg2?和Cl?等離子。以填充混床樹脂的電滲析模塊為例,在15 V電壓下,硬度離子去除率>90%,產(chǎn)水電阻率可達(dá)5 MΩ·cm。相比傳統(tǒng)離子交換,EDI無需酸堿再生,且自動化程度高。設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括:①樹脂選擇(強(qiáng)酸/強(qiáng)堿型);②隔板流道優(yōu)化(防堵塞);③極水循環(huán)(防結(jié)垢)。某電子廠超純水系統(tǒng)中,EDI使再生廢水排放量減少95%,運(yùn)行成本降低30%。電化學(xué)技術(shù)處理效果立竿見影。
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,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)測中必須精確控制DO水平。
氧化反應(yīng)動力學(xué)受電荷轉(zhuǎn)移、物質(zhì)擴(kuò)散等多因素控制。對于鐵電極,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,氯離子存在時會使鈍化膜局部破裂,產(chǎn)生微米級的活性溶解點(diǎn),此時電流密度呈現(xiàn)脈動特征,這種非線性動力學(xué)行為給電極壽命預(yù)測帶來挑戰(zhàn)。通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)可有效表征這些動力學(xué)過程。 電化學(xué)技術(shù)減少90%酸堿藥劑消耗。甘肅源力循壞水電極除硬
電化學(xué)-超濾耦合工藝使回用率達(dá)90%。江蘇源力循壞水電極除硬
鈦電極是以鈦為基體,通過表面改性處理制備而成的電極材料。鈦?zhàn)鳛橐环N具有高比強(qiáng)度、良好耐腐蝕性的金屬,為電極提供了穩(wěn)定的機(jī)械支撐。在電極制備過程中,通常會在鈦基體表面涂覆一層或多層具有電催化活性的物質(zhì),如金屬氧化物、貴金屬等。這些活性涂層能夠明顯改變電極的電化學(xué)性能,使其具備特定的電催化功能,從而在不同的電化學(xué)過程中發(fā)揮作用。例如,在氯堿工業(yè)中,鈦電極的使用大幅提高了電解效率和產(chǎn)品質(zhì)量,推動了行業(yè)的發(fā)展。鈦電極的出現(xiàn),為眾多需要高效、穩(wěn)定電極材料的領(lǐng)域提供了新的解決方案。