电化学在环境工程领域中的应用.docx

电化学在环境工程领域中的应用2006年07月20日出处：化学与粘合浏览1648次前言随着全球环境状况的日益严峻环境保护及污染物处理问题引起了各国政府的高度重视。电化学技术由于其自身的优点和特性在治理环境污染方面发挥着重要作用。电化学在环境保护中所体现出来的优越性有以下几点:(1)环境兼容性高在电化学过程中把高效、清洁的电子作为强氧化还原试剂使用这是一种基本上对环境无污染的绿色技术。例如电化学燃烧发生在溶液中不会产生CO2引起温室效应。再者由于界面电场中存在着极高的电位梯度电极相当于异相反应的催化剂因而减少了因加入催化剂而有可能带来的环境污染。同时电化学过程具有较高的选择性可以抑制副反应发生减少污染物。(2)能量利用率高由于电化学过程不受卡诺循环的限制可以提高能源的利用率。同时可以通过控制电极电位、合理设计电极与电解池减少能量损失。而且与其他一些过程相比电化学过程可在较低温度下进行。(3)可控制性电化学过程中的两大参数电流与电压信号易测定和自动控制。(4)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。(5)经济性电化学技术所需的设备简单操作费用较低。本文介绍了电化学处理环境污染物的几种基本方法对电化学方法在环境污染物的治理清洁生产有机电合成以及环境监测等方面的应用做了具体阐述。1电化学技术对环境污染物的处理1.1电化学技术处理环境污染物的基本方法(1)电渗析依靠在电场作用下选择性透过膜的独特功能使离子从一种溶液进入另一种溶液中达到对离子化污染物的分离和浓缩。利用电渗析处理金属离子时并不能直接回收到固体金属但能得到浓缩的盐溶液并使出水水质得到明显改善。目前研究最多的是单阳膜电渗析法。(2)电化学氧化电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应使被处理污染物氧化最终转化为无害物质。对于阳极直接氧化而言如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制;对于间接氧化则不存在这种限制。在直接或间接氧化过程中一般都伴有析出H2或O2的副反应但通过电极材料的选择和电势控制可使副反应得到抑制。(3)电化学还原通过阴极还原反应去除环境污染物。同电化学氧化一样分为阴极直接还原和间接还原。主要用于氯代烃的脱氯和重金属的回收。(4)电吸附利用电极作为吸附表面像传统吸附过程一样进行化学物质的回收。它可以用来分离水中低浓度的有机物和其他物质。为了维持较高的吸附特性一般采用大比表面积的吸附电极。(5)电凝聚电凝聚也叫电浮选即依靠电场的作用通过电解装置的电极反应产生直径很小的气泡用以吸附系统中直径很小的颗粒物质使之分离;或者在电浮选过程中选用铝质或铁质的可溶性阳极利用电解来氧化铁屑、铁板、铝板等生成Fe2+、Fe3+或Al3+再凝聚成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物以实现污染物的分离。在电凝聚方面的最新技术是采用活性碳纤维铁复合电极对印染与染料废水进行处理的电凝聚技术。(6)光电化学氧化亦称为电助光催化。通过半导体材料吸收可见光和紫外光的能量产生“电子-空穴”对并储存多余的能量使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障作为催化剂使用进行一些催化反应。(7)电沉积利用电解液中不同金属组分的电势差使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。无论金属处于何种状态均可根据溶液中离子活度的大小由能斯特方程确定电势的高低同时溶液组成、温度、超电势和电极材料等也会影响电沉积过程。(8)电化学膜分离利用膜两侧的电势差进行的分离过程。常用于气态污染物的分离。1.2电化学技术在处理环境污染物中的应用1.2.1电化学技术在废水处理中的应用(1)含无机污染物废水的处理在电镀、冶金及印刷工业中常产生大量的含重金属离子的废水如有毒重金属离子、氰化物、硫氰酸盐、硫酸盐、硫化物、氨等一般采用沉淀法进行处理。但对于碱性溶液中的络合金属离子此法并不十分有效。应用电化学处理技术可以将废水中的金属离子质量浓度控制在满意的水平。电化学方法处理金属离子稀废液的效率取决于被移除粒子的传质速率、电极的有效面积和副反应的发生而电极的结构和材料是影响传质速率和电极的有效面积的主要因素。因此目前电化学方法处理含金属废液工艺的技术核心及研究方向是具有新型电极结构和材料是电解槽的设计开发。