搜索
电催化氧化技术（TechnologyofElectrocatalysis)一.电化学电化学定义：研究电能与化学能之间相互转化的学科。电解池：电能转化为化学能转化条件：1.涉及的化学反应必须有电子的转移——氧化还原反应。2.化学反应必须在电极上进行电解：在外电源的作用下被迫发生的氧化还原过程。电解池：将电能转变为化学能的装置。电解NaOH的电解池阳极：与正极相联阴极：与负极相联（抽走电子）（供给电子）根据离子迁移的方向，又分为：阴极：是阳离子移向的一极阳极：是阴离子移向的一极二.电催化的定义及特点2.1定义：在电场作用下，存在于电极表面或溶液相中的修饰物能促进或抑制在电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液相中的修饰物本身并不发生变化的一类化学作用。2.2电催化的特点：1.在常规的化学催化作用中，反应物和催化剂之间的电子传递是在限定区域内进行的。因此，在反应过程中，既不能从外电路中送入电子，也不能从反应体系导出电子或获得电流；在电极催化反应中有纯电子的转移。电极作为一种非均相催化剂既是反应场所，又是电子的供—受场所，即电催化反应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双重功能。2.在常规化学催化反应中，电子的转移过程无法从外部加以控制；电催化反应过程中可以利用外部回路控制电流，使反应条件、反应速度比较容易控制，并可以实现一些剧烈的电解和氧化-还原反应的条件。——电催化反应输出的电流则可以用来作为测定反应速度快慢的依据——与电化学相比电催化反应在电化学反应的基础之上，主要是在电极上修饰表面材料及化学材料来产生强氧化性的活性物种，从而提高其降解有机物的能力；电化学反应只是简单电极上的反应，其处理效率明显比电催化反应低。电化学还原直接还原间接还原电化学氧化直接氧化间接氧化电化学转换电化学燃烧三.电催化去除污染物的基本原理直接还原：污染物直接在阴极上得到电子而发生还原。基本反应式为：M2++2e-→M。许多金属的回收即属于直接还原过程，同时该法可使多种含氯有机物转变成低毒性物质，提高产物的可生物降解性。如：R-Cl+H++2e-→R-H+Cl-。3.1电化学还原间接还原：利用电化学过程中生成的一些还原性物质如三价钛，二价钒和二价铬将污染物还原去除，如二氧化硫的间接电化学还原可转化成单质硫：SO2+4Cr2++4H+→S+4Cr3++2H2O直接氧化：污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，有机物的直接电催化氧化分两类进行。（1）电化学转换——即把有毒物质转变为无毒物质，或把难生化的有机物转化为易生化的物质（如芳香物开环氧化为脂肪酸），以便进一步实施生物处理；（2）电化学燃烧——即直接将有机物深度氧化为CO2。有研究表明，有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种有关。3.2电化学氧化——在金属氧化物MOx阳极上生成的较高价金属氧化物MOx+1有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物；——在MOx阳极上生成的自由基MOx(·OH)有利于有机物氧化燃烧生成CO2。具体反应机理如下：在氧析出反应的电位区，金属氧化物表面可能形成高价态氧化物，因此在阳极上存在两种状态的活性氧，即吸附的氢氧自由基和晶格中高价态氧化物的氧。阳极表面氧化过程分两阶段进行——首先溶液中的H2O或·OH在阳极上形成吸附的氢氧自由基:MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-然后吸附的氢氧自由基中的氧转移给金属氧化物晶格，形成高价氧化物：MOx(·OH)→MOx+1+H++e-当溶液中不存在有机物时，两种状态的活性氧发生氧析出反应：MOx(·OH)→O2+MOx+H++e-MOx+1→MOx+O2当溶液中存在可氧化的有机物R时，反应如下:R+MOx(·OH)→CO2+MOx+H++e-R+MOx+1→MOx+RO在含氰化物、含酚、含醇、含氮有机染料的废水处理中，直接电化学氧化发挥了非常有效的作用。间接氧化：通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应生成的中间物质（·OH、·O2、·HO2等自由基），氧化被处理污染物，最终达到氧化降解污染物的目的。