电催化氧化技术降解有机物的机理word版本
PbO2形稳阳极的制备及其电催化氧化降解有机污染物的作用机制
PbO2形稳阳极的制备及其电催化氧化降解有机污染物的作用机制电化学氧化技术被证实是去除废水中难降解有机污染物的有效方法,显示出良好的应用前景和发展潜力,成为当前工业废水处理领域的研究热点。
发展电氧化技术的首要关键是高性能、低成本电极材料的开发。
钛基PbO<sub>2</sub>形稳阳极由于具有良好的导电和耐蚀性、较高的析氧过电位、较低的成本以及强氧化能力,成为被广泛研究和应用的阳极材料对象。
为进一步改善PbO<sub>2</sub>电极的电催化活性与稳定性,本论文提出将微量咪唑基离子液体（ILs）添加至电沉积溶液中,利用ILs特有的电化学性质与吸附性,对钛基PbO<sub>2</sub>电极进行修饰改性制备,系统考察了ILs分子结构、添加浓度、沉积温度、电流密度等工艺条件对PbO<sub>2</sub>电极涂层晶体结构、形貌及性能的影响特性;通过对PbO<sub>2</sub>电沉积过程的原位电化学分析,以及ILs改性前后PbO<sub>2</sub>涂层的微观晶体和电子结构的表征,分别从电极材料的制备及结构角度阐释ILs对PbO<sub>2</sub>电极的改性机理,从而为应用于难降解有机废水处理领域的高性能阳极材料的制备提供借鉴。
同时,对PbO<sub>2</sub>电极氧化降解有机物过程中的羟基自由基（·OH）检测方法、产生规律及影响因素进行了系统研究,确立了降解过程中·OH生成量与有机物降解效率、历程的内在联系,为电氧化生物难降解有机污染物作用机制的阐释提供了事实依据。
论文研究丰富了环境电化学的内容,为电化学法处理有机污染物提供了理论基础和技术支持,主要研究工作和结论如下:（1）将1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐（[Emim]BF4）添加到Pb（NO3）2混合电积溶液中,通过阳极氧化电沉积法可以制备得到结晶良好、晶粒大小均匀、表面致密平整的钛基β-PbO<sub>2</sub>形稳阳极材料。
第七讲 电催化氧化技术
二是电化学燃烧过程， 二是电化学燃烧过程，即将有机污染物深 度氧化，最终产物为水和二氧化碳。 度氧化，最终产物为水和二氧化碳。电化学燃 烧较普通的燃烧所需的温度低， 烧较普通的燃烧所需的温度低，并且产生的二 次污染物少。这两种过程的实质是一样的， 次污染物少。这两种过程的实质是一样的，只 是氧化反应的程度不同。 是氧化反应的程度不同。 电化学技术的基本原理是使污染物在电极 上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的 强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变 后者被称为间接电化学转化, ,后者被称为间接电化学转化,直接电化学转化 通过阳极氧化可使有机污染物和部分无机污染 物转化为无害物质, 物转化为无害物质,阴极还原则可从水中去除 重金属离子. 重金属离子.
阳极催化氧化降解有机物的基本原理是利用 有催化剂的阳极电极， 有催化剂的阳极电极，使吸附在其表面的有机 污染物发生催化氧化反应， 污染物发生催化氧化反应，使之降解为无害的 物质，或降解成容易进行生物降解的物质， 物质，或降解成容易进行生物降解的物质，再 进行进一步的生物降解处理。 进行进一步的生物降解处理。 有机污染物在催化阳极上的直接氧化按其生 成产物的特征分为两种过程。 成产物的特征分为两种过程。 一是电化学氧化过程， 一是电化学氧化过程，主要依靠阳极的氧化 作用， 作用，将吸附在电极表面的有机污染物直接氧 化降解生成小分子， 化降解生成小分子，把有毒物质转变为无毒物 质，或把难以进行生物降解的有机污染物转化 为容易进行生物降解的物质。 为容易进行生物降解的物质。
一种是物理吸附的活性氧, 一种是物理吸附的活性氧,即吸附的羟基自 由基,另一种是化学吸附的活性氧, 由基,另一种是化学吸附的活性氧,即进入氧化 晶格中的氧原子。当溶液中没有有机物存在时， 晶格中的氧原子。当溶液中没有有机物存在时， 两种活性氧都发生反应，生成氧气。 两种活性氧都发生反应，生成氧气。 当溶液中有有机物存在时， 当溶液中有有机物存在时，物理吸附的氧 OH)在 电化学燃烧”过程中起主要作用， (·OH)在“电化学燃烧”过程中起主要作用，而化 学吸附的氧(MOx+1 则主要参与“电化学转化” 学吸附的氧(MOx+1)则主要参与“电化学转化”， 即对有机物进行有选择的氧化( 即对有机物进行有选择的氧化(对芳香类有机 物起作用而对脂肪类有机物不起作用) 物起作用而对脂肪类有机物不起作用)。 电催化反应的共同特点是反应过程包含两个 以上的连续步骤, 以上的连续步骤,且在电极表面上生成化学吸 附中间物。 附中间物。
电催化氧化设备工作原理
电催化氧化设备工作原理电催化氧化设备的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。
废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。
(1)氧化机理电解过程中的氧化作用可以分为直接氧化，即污染物直接在阳极失去电子而发生氧化；和间接氧化，利用溶液中的电极电势较低的阴离子，例如OH-、Cl-在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质如[O]、[OH]、Cl2等。
利用这些活性物质氧化分解水中的BOD5、COD、NH3-N等。
(2)还原机理电解过程中的还原作用也可以分为两类。
一类是直接还原，即污染物直接在阴极上得到电子而发生还原作用。
另一类是间接还原，污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使得电解质中高价或低价金属阳离子在阴极得到电子直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。
(3)絮凝机理可溶性阳极如铁铝等，通以直流电后，阳极失去电子，形成金属阳离子Fe2+、Al3+，与溶液中的OH-结合生成高活性的絮凝基团，其吸附能力极强，絮凝效果优于普通絮凝剂，利用其吸附架桥和网捕卷扫等作用，可将废水中的污染物质吸附共沉而将其去除。
(4)气浮机理电催化氧化是对废水进行电解，水分子电离产生H+和OH-，在电场驱动下定向迁移，并在阴极板和阳极板表面分别析出氢气和氧气。
新生成的气泡直径非常微小，氢气泡约为10～30μm，氧气泡约为20～60μm；而加压溶气气浮时产生的气泡直径为100～150μm，机械搅拌时产生的气泡直径为800～1000μm。
由此可见，电解产生的气泡捕获杂质微粒的能力比后两者高，且气泡的分散度高，作为载体粘附水中的悬浮固体而上浮，这样很容易将污染物质去除。
电催化氧还原反应的机理研究
电催化氧还原反应的机理研究电催化氧还原反应是一种重要的电化学反应，在能源转换和环境保护领域具有广泛的应用。
深入研究电催化氧还原反应的机理，对于提高催化剂的性能和设计高效的氧还原反应器件具有重要意义。
本文将从原理、催化剂以及机理三个方面探讨电催化氧还原反应的机理研究。
一、原理电催化氧还原反应是指在电极表面上通过电催化剂的作用将氧气还原为水或其他简单氧化物的反应。
该反应通常发生在氧还原反应的两个半反应过程中，首先是氧气分子在电极表面被还原成离子态的氧物种，然后这些氧物种进一步参与反应生成水或其他氧化物。
二、催化剂催化剂在电催化氧还原反应中起到了关键作用。
常用的催化剂包括过渡金属和电子传递物质等。
过渡金属催化剂的活性中心通常是金属的表面或边缘位点，而电子传递物质则是将电子从电极传递到氧物种的中间体。
催化剂的选择和设计对于电催化氧还原反应的效率和选择性具有重要的影响。
三、机理电催化氧还原反应的机理研究是了解反应过程和催化机制的关键。
在反应机理的研究中，常用的方法包括实验测量、理论计算和原位表征等。
通过这些方法可以揭示反应中的关键步骤、中间体以及速率控制步骤等。
例如，实验测量可以通过电化学方法研究反应速率和电催化剂的电化学行为，原位表征可以通过表面技术对催化剂的结构和组成进行研究，而理论计算可以通过计算模拟揭示反应机理中的分子运动和能垒等。
这些方法相互结合，可以提供全面的反应机理信息。
总结电催化氧还原反应的机理研究对于催化剂设计和氧还原反应器件的开发具有重要的意义。
在了解反应的原理基础上，选择合适的催化剂，并结合实验测量、理论计算和原位表征等方法可以揭示反应的机理和关键步骤。
进一步的研究将为电催化氧还原反应的应用提供更多的可能性。
通过以上对电催化氧还原反应机理的研究的探讨，我们可以看到在电催化氧还原反应的过程中，原理、催化剂以及机理是密不可分的。
深入研究和理解这些方面，将有助于我们提高电催化氧还原反应的效率和选择性，推动能源转换和环境保护领域的发展。
电催化氧化处理
电催化氧化处理电催化氧化处理是一种通过电化学反应来实现物质氧化的方法。
它利用电流通过电解液中的电解质和电极，使得被氧化物质在电极上发生氧化反应，达到去除有害物质或转化有用物质的目的。
电催化氧化处理技术在环境污染治理、废水处理、有机废物处理等方面具有重要的应用价值。
在环境污染治理方面，电催化氧化处理可以用于处理大气污染物、水体污染物和土壤污染物等。
例如，电催化氧化可以将二氧化硫(SO2)转化为硫酸(H2SO4)，从而达到减少大气酸雨的目的。
在废水处理方面，电催化氧化可以将有机物质和重金属离子转化为无害的物质，以达到净化水体的效果。
在有机废物处理方面，电催化氧化可以将有机废物转化为二氧化碳和水，实现资源的有效利用。
电催化氧化处理的原理是利用电解过程中产生的电流，引发电解液中的氧化还原反应。
在电极上，正极吸引阴离子，负极吸引阳离子，使得溶液中的有害物质在电极上发生氧化反应。
这些氧化反应可以是直接氧化，也可以是间接氧化。
直接氧化是指有害物质直接在电极上发生氧化反应，而间接氧化是指通过在电极上产生的氧化剂来间接氧化有害物质。
电催化氧化处理的优点是可以在较低的温度和压力下进行反应，具有较高的选择性和反应速率，对环境友好。
与传统的氧化处理方法相比，电催化氧化处理不需要添加大量的氧化剂，不会产生大量的废弃物，节约能源，减少了二次污染的风险。
然而，电催化氧化处理也存在一些挑战和限制。
首先，电催化氧化过程中电解液中的溶解物质会对电极产生腐蚀作用，降低电极的使用寿命。
其次，电催化氧化处理的效果受到反应条件的限制，如温度、压力、电流密度等。
此外，电催化氧化处理的设备和操作成本较高，需要专业的设备和操作人员。
为了提高电催化氧化处理的效果，可以采取一些措施。
首先，可以选择合适的电极材料和电解液，提高电极的稳定性和活性。
其次，可以优化反应条件，如调整温度、压力和电流密度等，提高反应速率和选择性。
此外，还可以结合其他技术，如光催化、声催化等，提高处理效果。
废水处理行业电催化氧化技术的运行原理
废水处理行业电催化氧化技术的运行原理在废水处理行业电催化氧化技术的处理效果是比较稳定可靠的，也是使用比较广泛的一种，在废水处理方面能够应用于各种不同的高浓度有机废水处理，效果都是比较明显达标排放。
1、电催化氧化的原理介绍：电催化氧化(Electrochemical Catalytic Oxidation， ECO)是利用具有催化性能的金属氧化物电，产生具有强氧化能力的羟基自由基或其它自由基和基团攻击溶液中的有机污染物，使其完全分解为无害的 H2O 和 CO2 的绿色化学技术。
这种降解途径使有机物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物。
在反应中，电子是主要反应试剂，不必添加额外化学试剂，是指在外加电场或电压的作用下，通过化学及物理作用达到净化水中污染物的处理技术。
电催化氧化技术产生大量活性强的羟基自由基(·OH)，与有机化合物发生加合、代替、电子转移、断键等电子转移反应，使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为小分子物质，并直接矿化为 CO2 和 H2O。
根据有机物氧化过程中电子转移的方式，电催化氧化可分为直接氧化和间接氧化。
1.1、直接氧化是指污染物直接在阳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)，改善 B/C 比，提高废水的可生化性，以便进一步实施生化处理。
(2)电化学燃烧，即直接将有机物深度氧化为 CO2。
这两类电化学反在试验中或工程应用中都是同时进行的。
但电材料不同，或准确来说表面涂层材料不同可能决定着两类反应的主次之分。
1.2、间接氧化间接电化学反应可利用电化学反应产生的氧化还原剂使污染物转化为无害物，这时产生的氧化还原剂是污染物与电交换电子的中介体。
这种中介体可以是催化剂，也可以是电化学产生的短寿命中间体。
此外，也可以利用O2 在阴还原为H2O2，而后生成(·OH)，进而氧化有机物，该技术可用于难生化降解的处理苯酚、苯胺、醛类及*化物等污染物。
电催化氧化技术降解水中有机物的研
电催化氧化技术的机理
半导体材料处于一定强度的电场时, 其价带电子也会越过禁带进入导带,同 时在价带上形成电激空穴。空穴具有很 强的俘获电子的能力,可以夺取半导体 颗粒表面的有机物或溶剂中的电子发生 氧化还原反应。
电催化氧化技术的机理
施加电压能使催化材料内部形成电 压梯度,促使空穴与电子向相反方向移 动,抑制其复合,从而提高了催化效率。
处理水中酚类有机物
大多采用孔炭材料作阳极，有机废水通 过炭孔，在电解作用下可去除其中的酚及其 他有机物。例如，COD值为29000mg/L的含酚 废水在温度为25～40℃，电压为3.7～4.0V， 电流为8A时，COD 值可降低到 671mg/L。
电催化氧化技术的应用
处理水中胺类有机物
在含胺废水中，一般采用PbO2作阳 极，苯胺很容易去除，但想要进一步 氧化成 CO2，则比较困难。
电极材料研究不断取得进展 “氧化物修饰电极”的出现等
推动电催化氧化 技术的发展
电化学理论研究不断深入
许多有机化合物的 氧化还原反应、加成反应或分解反应， 都可在电极上进行
提 供 理论依据
电催化氧化方法 降解有机污染物
电极材料研究不断取得进展
出现了钌钛涂层的金属阳极 D.S.A（也叫“形稳阳极”）并实 现了工业化，该电极大大提高了电 流效率和电极寿命。
处理水中醇类有机物
在含醇废水中，以不溶性PbO2作阳极，投 入1mol/L的NaOH作电解质，当电流密度为 0.19～0.22A/cm2时电解3h,可使废水中的 甲醇全部分解。 含乙二醇的废水，采用PbO2作阳极进行电 解氧化，COD 可从 28000mg/L 降到 500mg/L。
电催化氧化技术的应用
影响电催化氧化效率的因素
电催化氧化技术降解有机物的机理
电催化氧化技术降解有机物的机理随着工业化和城市化程度的增加，有机物排放成为了一个全球性的环境问题。
有机物污染不仅会对水体和土壤造成污染，还会对生态系统和人类健康带来潜在风险。
因此，寻找一种高效、环保的方法来降解有机物成为了迫切的需求。
电催化氧化技术作为一种新兴的降解方法，具有潜力广阔。
本文将探讨电催化氧化技术降解有机物的机理。
一、电催化氧化技术简介电催化氧化技术，是利用电化学方法促进氧化反应进行有机物降解的一种技术。
它主要包含两个关键部分：电极和电源。
电极是电催化氧化技术的核心，其中最常用的是氧化铁和钛金属等，它们具有良好的电催化活性和稳定性。
电源提供了电流和电压，以促使电极上的氧化还原反应发生。
通过调节电源参数和氧化剂浓度，可以实现有机物的高效降解。
二、电催化氧化技术的机理电催化氧化技术的机理主要涉及电极表面的氧化还原反应和有机物的降解过程。
1. 氧化还原反应电催化氧化技术的核心是电极表面的氧化还原反应。
当电流通过电极时，电极表面会发生氧化和还原反应，其中氧化反应是从电极表面释放出电子，而还原反应是将电子传递给电极表面。
这些氧化还原反应可以在电极表面形成氧化还原对，例如氧化铁可以形成Fe2+/Fe3+的氧化还原对。
2. 有机物的降解在电催化氧化技术中，有机物可以通过两个途径被降解：直接氧化和间接氧化。
直接氧化是指有机物直接与电极上的氧化剂发生反应，直接被降解为无害物质。
间接氧化是指电极表面的氧化剂先与电极上的电子发生反应，生成一种活性的氧化物质，该氧化物质再与溶液中的有机物反应，最终将有机物降解为无害物质。
三、电催化氧化技术的优势电催化氧化技术相比传统的降解方法具有如下优势：1. 高效性电催化氧化技术利用电极表面的氧化还原反应实现有机物的降解，反应速度快，降解效率高。
同时，由于电催化氧化技术不依赖于微生物等外界因素，因此可以避免传统降解方法中的生物降解过程较慢的问题。
2. 环保性电催化氧化技术不需要添加化学药剂，仅依靠电极和电源即可实现有机物的降解。
电催化氧化技术降解水中有机物的研
电催化氧化技术的应用局限性
不溶性电极PbO 不溶性电极PbO2 的氧化能力虽然 高于石墨电极， 高于石墨电极，但是因为其电催化性 能较低， 能较低，对难氧化分解的有机物的效 果也不理想。 果也不理想。来自电催化氧化技术的应用局限性
目前用于废水处理的电极种类不多， 目前用于废水处理的电极种类不多，而 种类不多 且也因电极材料的限制致使其使用寿命不长 使用寿命不长， 且也因电极材料的限制致使其使用寿命不长， 即便是氧化物修饰电极， 即便是氧化物修饰电极，虽然在废水处理中 的效果良好，但其工作寿命也只有几天。 的效果良好，但其工作寿命也只有几天。这 些都进一步限制了电催化氧化方法在生物难 降解水中有机物的广泛应用。 降解水中有机物的广泛应用。
电催化氧化技术的应用局限性
目前常采用的电极仍然是石墨、 目前常采用的电极仍然是石墨、 石墨 铝板、铁板、不锈钢和一些 和一些不溶性 铝板、铁板、不锈钢和一些不溶性 电极如 及一些贵金属 Pt等 贵金属如 电极如PbO2，及一些贵金属如Pt等。
电催化氧化技术的应用局限性
石墨电极强度较差， 石墨电极强度较差，在电流密度 强度较差 较高时电极损耗较大，电流效率低。 较高时电极损耗较大，电流效率低。 铝板或铁板为可溶性电极 为可溶性电极， 铝板或铁板为可溶性电极，电极 本身材料消耗量大，成本高， 本身材料消耗量大，成本高，因此产 生的污泥量也大。 生的污泥量也大。
电催化氧化技术的应用
处理水中胺类有机物
在含胺废水中，一般采用PbO2作阳 在含胺废水中，一般采用PbO 苯胺很容易去除 很容易去除， 极，苯胺很容易去除，但想要进一步 则比较困难。 氧化成 CO2，则比较困难。
电催化氧化技术的应用
处理染料的装置
电催化氧化技术的应用
高级氧化技术(精)
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间接氧化是通过阳极在高电势下产生的羟基等自由基 与污染物分子作用,这种自由基是具有高度活性的强氧 化剂C（也可以是催化剂）,通过对有机物产生脱氢、 亲电子和电子转移作用,形成活化的有机自由基,产生 连锁自由基反应,使有机物迅速完全降解,故也称为电 化学燃烧。间接氧化在一定程度上既发挥了阳极直接 氧化的作用,又利用了产生的氧化剂,使处理效率显著 提高。
d、多孔材料电极 此种电极提高电沉积效率的方法是通过提高电极比表 面积。其包括：多孔固定床电极 、碳纤维电极 、网 状玻碳电极 。 2、电极材料的种类 （1）金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应界面的裸露。电极， 除碱金属和碱土金属外，大多数金属作为电化学电极 均有很多研究报道，特别是氢电极反应。 返回
五、典型电催化反应的机理
1、氢析反应与分子氢的氧化 氢析出反应是非常重要的电极反应，不仅因为水电解制 备氢是获取这种洁净能源的有效途径，而且它是水溶液 中其他阴极过程的伴随反应。其反应机理可表示为：
2H3O 2e H2 2H2O(酸性溶液中)
2H2O 2e H2 2OH (碱性溶液中)
H 2 2Pt 2Pt H _ Pt H Pt H e
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2、氧的电还原 氧还原反应是金属－空气电池和燃料电池中的正极反 应，其动力学和机理一直是电化学中的重要研究课题。 在水溶液中，氧还原可按两种途径进行： （1）直接的4电子途径：
O2 2H2O 4e 4OH (碱性溶液,E 0.401V )
O2 4H 4e 2H2O(酸性溶液,E 1.229V )
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（2）2电子途径（或称“过氧化物途径”） O2 2H2O 2e HO2 OH (E 0.065V )
电催化氧化技术降解有机物的机理word版本
M H M H e
M C O O H M C O 2 H e
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或者
HCOOH+M M-CO+H2O
H 2 O M M O H H e
M C O M O H C O 2 H
式中，M-R(R分别是—H、—COOH、—CO或— OH)表示电极表面上的化学吸附物种。此类反应 的例子尚有甲醇等有机小分子的电催化、H2的电 氧化以及O2和Cl2的电还原。
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d、多孔材料电极 此种电极提高电沉积效率的方法是通过提高电极比表 面积。其包括：多孔固定床电极 、碳纤维电极 、网 状玻碳电极 。 2、电极材料的种类 （1）金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应界面的裸露。电极， 除碱金属和碱土金属外，大多数金属作为电化学电极 均有很多研究报道，特别是氢电极反应。
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对于二维电催化电极，应用最广泛的式DSA类电极。 所谓DSA电极，就是以特殊工艺在金属基体（如Ti， Zr，Ta，Nb等）上沉积一层微米组或亚微米级的金属 氧化物薄膜（如SnO2，IrO2，RuO2，PbO2等）而 制备的稳定电极。DSA类电极通过改进材料及涂层结 构提供了较高的析氧过电位从而防止阳极氧气的析出， 从而提高其电流效率。此外，由于DSA类电极的化学 和电化学性
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当溶液中有有机物存在时，物理吸附的氧(-OH)在 “电化学燃烧”过程中起主要作用，而化学吸附的氧 (MOx+I)则主要参与“电化学转化”，即对有机物进行 有选择的氧化(对芳香类有机物起作用而对脂肪类有 机物不起作用)。
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电催化反应的共同特点是反应过程包含两个以上的连 续步骤，且在电极表面上生成化学吸附中间物。许多 由离子生成分子或使分子降解的重要电极反应均属于 此类反应。所以对电催化氧化(ECO)的机理主要是通 过 H有2电机O2极物、.和羟催基化自材由料基的(·O作H用)等产活生性超集氧团自来由氧基化(·O水2体)、中的 因此针对电催化反应的特点也可将此种反应分为两类： 1、离子或分子通过电子传递步骤在电极表面上产生 化学吸附中间物，随后吸附中间物经过异相化学步骤
电催化氧化
1. 基本知识 2. 电催化降解机理 3. DSA阳极存在的问题 4. 修饰电极
1.基本知识
（1）含义
电催化高级氧化是通过阳极反应直接降 解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由 基(·OH)、臭氧一类的氧化剂降解有机物的 氧化技术。
（2）电催化电极的组成和分类
① 基础电极 具有一定强阳极存在的问题
（1）存在阳极氧气析出的竞争副反应 （2）活性涂层大量使用贵金属 （3）钛基底氧化
（4）涂层脱落
（5）反应产物对电极表面的吸附“毒 化”
作用
4.修饰电极
（1）电极的制备
在钛片上用热分解法制备含Pt的Sb掺杂 SnO2(Sb-SnO2)底层；
在制备好的底层上通过电镀法制得 Ti/PbO2、Ti/F-PbO2、Ti/Fe-PbO2和Ti/FFe-PbO2阳极。
（2）电极的稳定性能
（3）EDX分析
（4）电极的电催化性能
（5）结论
通过热分解-电镀法制备了一种新型的 PbO2修饰钛基阳极。F-和Fe3+的共掺杂改 善了Ti/F-Fe-PbO2阳极导电性能的同时， 基本上保持了阳极的稳定性，并且F-和Fe3+
共掺杂显著提高了Ti/F-Fe-PbO2阳极电催 化降解活性。
PbO2 催化层
③ 表面材料
主要是过渡金属及半导体化合物，如Ir、 Pt、Ni、PbO2、SnO2等。
④ 电催化电极的分类 a 二维电极
主要指的是DSA电极，这种电极是以耐 腐蚀性能强的金属材料作基体（如Ti），并 在其表面涂覆一层具有电催化活性的金属氧 化物薄膜（如SnO2，PbO2等）而制成的。
例如：存在Cl-时，会产生Cl2和ClO存在SO42-和CO32-时，会产生过 硫酸盐和过碳酸盐
光催化氧化降解有机污染物的机理研究
光催化氧化降解有机污染物的机理研究随着工业化的发展和人口的增长，有机污染物排放量不断增加，给环境和人类健康带来越来越大的威胁。
传统的物理和化学方法处理有机污染物存在效率低、成本高等问题，所以需要开发出更加高效、经济、环保的新型技术。
在这些新型技术中，光催化氧化降解技术广受关注，因为它可以同时实现氧化降解和催化自净化，被认为是一种具有广阔应用前景的环保新技术。
光催化氧化降解技术是利用可见光或紫外光能量作为催化剂，使有机物分子在光催化剂的作用下被氧化降解为水和二氧化碳等无害物质。
具体的，当可见光或紫外光照射在催化剂表面时，催化剂的电子被激发至高能态形成激发态电子和正空穴，随后这些激发态电子和正空穴复合，产生光氧化还原反应的活性氧自由基O·，HO·，O2-·等，这些自由基具有氧化性质，可以将有机污染物降解成水和二氧化碳等无害物质。
光催化氧化降解有机污染物的机理研究是理解和优化光催化降解反应的关键。
目前的研究表明，光催化氧化降解反应涉及到催化剂、有机物和光的三个因素。
第一，催化剂的性质对光催化氧化降解反应有很大的影响。
催化剂的表面性质、晶相结构、尺寸和比表面积等因素对催化剂的光吸收性能、电子输运性能、表面活性位等特性有重要影响。
因此，选择适合的催化剂对于提高光催化氧化降解效率非常重要。
第二，有机物的特性对光催化氧化降解效率影响也很大。
有机物分子结构越复杂，其含能键越多，就需要更多的活性氧自由基才能被氧化降解。
另外，溶液pH值、温度和氧气含量等条件也会影响反应的效果。
第三，光的特性对反应的效率同样有重要影响。
光的波长和强度对催化剂的激发态电子产生的数量和能量有直接影响，从而进一步影响活性自由基的生成量和能量。
而且，反应规律和机理等因素也会受光参数的影响。
总之，光催化氧化降解有机污染物的机理研究是复杂的。
在实际应用中，需要根据具体的情况选择催化剂、调整反应条件和优化光源等因素，才能实现高效、经济和环保的光催化氧化降解效果。
电化学氧化技术处理难降解有机物PPT文档共27页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
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40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— 爱献 生
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 厄尔
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第七讲 电催化氧化技术
同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧 化效率。废水体系的pH值常常会影响电极的 电氧化效率,而这种影响不仅与电极的组成有关 ,也与被氧化物质的种类有关。一般,添加支持 电解质(如NaCl)增加废水的电导率,可减少电 能消耗,提高处理效率。
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(4)工艺因素 有机废水属于复杂污水体系,该类废水的大部 分毒物含量小,电导率低,为强化处理能力,需要 设计时空效率高,能耗低的电化学反应器.反应 器一般根据电极材料性质和处理对象的特点来 设计。早期的反应器多采用平板二维结构,面体 比比较小,单位槽处理量小,电流效率比较低,针 对此缺陷,采用三维电极来代替二维电极,大大 增加了单元槽体积的电极面积,而且由于每个微 电解池的阴极和阳极距离很近,液相传质非常容 易。因此，大大提高了电解效率和处理量。
2.3电极表面结构
电催化电极的表面微观结构和状态也是影响电 催化性能的重要因素之一。而电极的制备方法 直接影响到电极的表面结构。
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目前，电催化电极的主要制备方法有热解喷涂 法、浸渍法(或涂刷法)、物理气相沉积法、化 学气相沉积法、电沉积法、电化学阳极氧化法 以及溶胶-凝胶法等。 2.4 催化电极与电极材料的种类 (1)催化电极的种类 在绝大多数电化学反应中皆以金属为电极，反 应主要在电解质溶液中进行，因此电极催化剂 的范围仅限于金属和半导体等的电性材料。 a 二维电催化电极 b 三维电催化电极 c 流化床电极 d 多孔材料电极
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这两个过程同时伴生放出H2和O2的副反应,使 电流效率降低,但通过电极材料的选择和电位控 制可加以防止,且很少产生羟基自由基,处理效 率不理想。
间接氧化是通过阳极在高电势下产生的羟基等 自由基与污染物分子作用,这种自由基是具有高 度活性的强氧化剂C(也可以是催化剂),通过对 有机物产生脱氢、亲电子和电子转移作用,形成 活化有机自由基,产生连锁自由基反应,使有机 物迅速完全降解,故也称为电化学燃烧。
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4、电极反应的活化热和活化体积
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五、典型电催化反应的机理
1、氢析反应与分子氢的氧化 氢析出反应是非常重要的电极反应，不仅因为水电解制 备氢是获取这种洁净能源的有效途径，而且它是水溶液 中其他阴极过程的伴随反应。其反应机理可表示为：
2 H 3 O 2 e H 2 2 H 2 O ( 酸 性 溶 液 中 ) 2 H 2 O 2 e H 2 2 O H ( 碱 性 溶 液 中 )
H C O O H 2 M M H M C O O H
M H M H e
M C O O H M C O 2 H e
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或者
HCOOH+M M-CO+H2O
H 2 O M M O H H e
M C O M O H C O 2 H
式中，M-R(R分别是—H、—COOH、—CO或— OH)表示电极表面上的化学吸附物种。此类反应 的例子尚有甲醇等有机小分子的电催化、H2的电 氧化以及O2和Cl2的电还原。
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当溶液中有有机物存在时，物理吸附的氧(-OH)在 “电化学燃烧”过程中起主要作用，而化学吸附的氧 (MOx+I)则主要参与“电化学转化”，即对有机物进行 有选择的氧化(对芳香类有机物起作用而对脂肪类有 机物不起作用)。
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电催化反应的共同特点是反应过程包含两个以上的连 续步骤，且在电极表面上生成化学吸附中间物。许多 由离子生成分子或使分子降解的重要电极反应均属于 此类反应。所以对电催化氧化(ECO)的机理主要是通 过 H有2电机O2极物、.和羟催基化自材由料基的(·O作H用)等产活生性超集氧团自来由氧基化(·O水2体)、中的 因此针对电催化反应的特点也可将此种反应分为两类： 1、离子或分子通过电子传递步骤在电极表面上产生 化学吸附中间物，随后吸附中间物经过异相化学步骤
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或电化学脱附步骤生成稳定的分子。如酸性溶液中的 氢析出反应：
H 3 O M e M H H 2 O ( 质 子 放 电 ) M H H 3 O e H 2 M H 2 O ( 电 化 学 吸 附 )
2 M H H 2 2 M ( 表 面 复 合 )
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2、反应物首先在电极上进行解离式(dissociative)或 缔 合式(associative)化学吸附，随后吸附中间物或 吸附 反应物进行电子传递或表面化学反应。如甲醛的电氧 化：
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三、电催化氧化技术降解有机物的机理
关于电催化氧化处理有机物的机理有很多种，其中被 广大研究者所接受的是由Comninellis Ch.提出的金属 氧化物的吸附羟基自由基和金属过氧化物理论按照该 理论，有机物阳极氧化的一般过程如图1.1所示：
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酸性(或碱性)溶液中的H2O(或OH-)在金属氧化物阳极 表面吸附，在表面电场的作用下，吸附的H2O(或OH-) 失去电子，生成MOX(.OH) (MOx表示氧化物阳极):
高级氧化技术 ——电催化
（electricity catalysis)
一、概述 二、电化学基本原理 三、电催化氧化技术降解有机物的机理 四、动力学参数-反应机理的判据 五、典型电催化反应的机理 六、电催化电极 七、影响电催化氧化技术效率的因素 八、几种典型高级氧化技术及其比较 九、电催化与常规化学催化的区别 十、在环境污染控制中的应用 十一、应用前景及存在问题
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二、电化学基本原理
电化学技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接 电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物种 使污染物发生氧化还原转变，后者被称为间接电化学机污染物和部分 无机污染物转化为无害物质，阴极还原则可从水中去 除重金属离子。这两个过程同时伴生放出H2和O2的副 反应，使电流效率降低，但通过电极材料的选择和电 位控制可加以防止，且很少产生羟基自由基,处理效率 不理想。
接下来，吸附的·OH可能与阳极材料中的氧原子相互 作用，自由基中的氧原子通过某种途径进入金属氧化 物MOx的晶格之中，从而形成所谓的金属过氧化物 MOx+1:
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这样在金属的表面存在两种状态的“活性氧”:一种 是物理吸附的活性氧，即吸附的羟基自由基，另一种 是化学吸附的活性氧，即进入氧化晶格中的氧原子。 当溶液中没有有机物存在时，两种活性氧都发生反应， 生成氧气。
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间接氧化是通过阳极在高电势下产生的羟基等自由基 与污染物分子作用,这种自由基是具有高度活性的强氧 化剂C（也可以是催化剂）,通过对有机物产生脱氢、 亲电子和电子转移作用,形成活化的有机自由基,产生 连锁自由基反应,使有机物迅速完全降解,故也称为电 化学燃烧。间接氧化在一定程度上既发挥了阳极直接 氧化的作用,又利用了产生的氧化剂,使处理效率显著 提高。
一、概述
电催化高级氧化技术是最近发展起来的处理有毒难生 化降解污染物的新型有效技术,它通过阳极反应直接降 解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由基(·OH)、 臭氧一类的氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机 物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物，更符合环 境保护的要求，这种方法通常被称为有机物的电催化 氧化过程。 所谓的电催化，是指在电场作用下，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。
目前普遍认为，该反应由如下基元步骤组成：
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（1）质子放电步骤（Volmer反应）
2 H 3 O M e M H H 2 O H 2 O M e M H O H
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四、动力学参数-反应机理的判据
1、 交换电流密度与传递系数
交换电流密度是平衡电位条件下的反应速度,在电催化 研究中常用它作为电催化活性的比较标准.其是反应物 浓度的函数.
传递系数是反应机理的重要判据.它是衡量电极反应中 电子传递的一个重要参数.其与温度有关。
2、电化学反应级数
3、化学计量数
其是指总反应完成一次，各基元步骤必须进行的次 数。