电化学小论文
白建平-应用电化学论文
Foshan University本科生毕业设计(论文)燃料电池的的现状、应用及发展趋势的研究学院:理学院专业:学号:学生姓名:指导教师:二〇一四年五月摘要燃料电池是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。
实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
它主要利用氢和氧进行化学反应来产生电力,目前被公认为继火力发电、水力发电和核能发电技术之后的第四代化学能发电技术,应用范围广泛,并且拥有广阔的发展空间。
国家政策上对新能源产业发展的支持,也给燃料电池的研究和应用提供了良好的契机。
关键词:燃料电池转换装置应用发展目录1 引言 (1)2 燃料电池的工作原理 (1)3燃料电池的分类 (1)3.1 按工作温度分 (1)3.2 按燃料来源分 (2)3.3按燃料电池的运行机理分 (2)3.4按电解质类型来分 (2)4燃料电池的基本结构与电极反应 (2)4.1燃料电池的基本结构 (2)4.2燃料电池的电极反应 (3)5燃料电池的前景及应用现状 (3)6我国研究开发进展 (5)参考文献 (6)燃料电池的的现状、应用及发展趋势的研究1 引言随着人类对大自然的不断开发,环境污染和资源、能源缺乏等问题愈来愈突出的摆在人们的面前。
而在近50年以内,世界能源还以天然气、石油、煤等矿物燃料为主,当以这些来发电时,不仅效率低,而且排放严重污染环境的有毒气体。
燃料电池[1,2]的开发与利用就是在这样的背景下蓬勃发展起来的,它是一种将燃料气体的化学能直接转换为电能的大规模、大功率、新型而清洁的发电装置,不仅能量转换率高,比能量高和效率高,而且对环境无污染、原料还可以连续供给。
燃料电池是比较理想的发电技术,既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。
燃料电池的一系列优点使它成为新一代的发电技术并进入了商业化的实用阶段。
2 燃料电池的工作原理[3]燃料电池的工作原理见图1所示。
燃料电池是由阳极、阴极和离子导电的电解质所构成,其工作原理与普通电化学电池相似,燃料在阳极氧化,氧化剂在阴极还原,电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路,产生电流。
电化学论文
电化学反应及其腐蚀摘要:氧化―还原反应是普遍存在的一类重要的反应。
金、锈蚀及许多化工生产都涉及到氧化―还原反应。
氧化―还原反应的本质是电子得失或偏移,如何通过化学能转变为电能,使氧化―还原反应获得或失去电子,利用电化学的知识来解释一些电化学腐蚀现象。
关键词:氧化―还原反应;电化学;原电池;电化学腐蚀人们对氧化―还原概念的认识经历了一个漫长的过程。
最终把与氧结合的过程称为氧化;把含氧物失去氧的过程称为还原反应。
这一直观的定义迄今仍然是有用的,但覆盖范围显然较小。
随着对化学反应的进一步研究,人们认识到,在许多与氧无关的反应中,原子之间也发生了较强烈的电子偏移、引起氧化数的改变。
由此产生了电子得失,即电化学。
电化学是化学学科中的一个重要内容,电化学原理及其应用被划为教材中的重点。
电化学现象在工农业生产和生活中随处可见,如铁会生锈[1],而用铁制造的船则不会被腐蚀等。
本文就原电池、电化学腐蚀的有关问题对氧化―还原反应阐述一些粗浅的认识。
1 电化学及原电池的组成我们通常把化学能与电能的相互转换称之为电化学。
把化学能转变为电能的装臵叫做原电池,是自发的氧化还原反应产生的电流装臵,同时证明氧化还原反应中有电子转移。
原电池的原理是化学反应中的氧化―还原反应。
例如,将Zn 片放在CuSO4溶液中,发生氧化―还原反应。
反应方程式为:Zn + Cu2+= Zn2++ Cu (1)此反应中Zn被氧化为Zn2+,Cu2+被还原成Cu,也就是说Zn 原子将2 个电子转移给了Cu2+,单质Zn变成Zn2+发生了氧化反应,Cu2+变成Cu发生了还原反应,而且在反应过程中一直有电子转移,我们即可将此反应设计成原电池。
正极反应:Zn + Cu2+= Zn2++ Cu (1)半电池符号: Cu(s) | Cu2+ (aq) (2)负极反应:Zn = Zn2++ 2e—(3)盐桥半电池符号: Zn(s) | Zn2+ (aq) 饱和KCl 溶液一般电极反应式通常书写为还原过程,即:[氧化态] + ne—= [还原态][2]正、负极反应之和称为电池反应,即:电池反应=正极反应+负极反应(2 )+(3)得:Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+ (aq)+ Cu(s) (4)电池符号:(-)Zn| Zn2+(c/mol〃L-1)‖Cu2+(c/mol〃L-1) | Cu (+)组成原电池有三要素:第一,氧化―还原反应是自发的;第二,有电解质溶液;第三,至少有两个电极且连成回路。
电化学论文
当今世界人口剧增、资源短缺、环境恶化,海洋拥有极其丰富的资源可供人类开发并将有力的推动世界经济的可持续发展。
如何科学、合理地实现海洋资源的绿色化应用已成为世界各国政府亟待解决的重要课题。
金属腐蚀由于其隐蔽性、缓慢性、自发性、自催化性常常被人们忽视,寻找最佳有效的防腐蚀和控制腐蚀方法,已成为当代材料领域最重要的课题之一。
一、金属腐蚀的机理1.概述金属材料与电解质溶液相接触时,在界面上将发生有自由电子参与的广义氧化和广义还原过程,致使接触面金属变成单纯离子,络离子而溶解,或者生产氢氧化物,氧化物等稳定化合物,从而破坏了金属材料的特性。
这被称为电化学腐蚀或湿腐蚀。
海洋生物的生命活动会改变金属—海水的界面状态和介质的性质,对金属产生不可忽视的影响。
海水中金属腐蚀是金属﹑溶液﹑生物群3个要素互相作用的结果。
由于附着微生物对钢结构表面的覆盖作用,阻碍了氧的运输,有利于减少钢的平均腐蚀;但是附有海生物的金属难以形成完整致密的覆盖层,钢的局部腐蚀却增加了。
这严重影响了在海洋环境下工作的材料的寿命。
由于微生物的生命活动也可以使金属遭到破坏, 故称为微生物腐蚀。
2.海洋腐蚀的热力学基础海洋腐蚀是金属与周围海洋环境发生化学或者电化学反应而产生的一种破坏性腐蚀。
很多金属元素如铜、铁、镁等在自然界都是以化合物的形式存在,也就是一它们的最稳定态---氧化态存在。
人们通过冶炼时使这些元素吸收并储存一定能量后变为中性金属态,相对于氧化态而言,这是一种能量较高的不稳定态,在合适的条件下便自发的便会为稳定的氧化态。
中性金属态到氧化态的转变的吉布斯自由能小于零,可自发进行;从热力学上来讲,海洋腐蚀上由于金属与其周围介质构成一个热力学不稳定的体系,此体系具有自发的从这种不稳定状态趋向稳定状态的倾向。
3.海水腐蚀的电化学特征海水是一种含有多种盐类近电解质溶液,并溶有一定的氧,含盐量、海水电导率、溶解物质、PH值、温度、海水流速和波浪、海生物等都会对腐蚀产生影响,这就决定海水腐蚀的电化学特征[1]:(1) 海水中的氯离子等卤素离子能阻碍和破坏金属的钝化, 海水腐蚀的阳极过程较易进行。
电化学测量方法论文
电化学测量方法论文论文题目:电化学测量方法总结姓名:学号:指导老师:电化学测量方法总结摘要随着科学的发展,电化学技术的应用正日益受到人们的高度重视,目前,电化学测量方法已在很多方面取得了实际应用,如金属的腐蚀与防护、电镀、电解、湿法冶金、化学电源、电化学分析等,这些这些技术都为为电化学过程研究奠定了基础。
关键词:电化学技术、电化学测量、电化学过程、基础电化学是物理化学的一个重要分支,它除与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等有关外,还与环境科学、能源科学、生物学、金属工业等领域有着密切的联系。
如今,电化学技术在一些科学领域都已得到应用,为人类社会的发展提供动力。
如;燃料电池及其提供的轻便的、可移动的供能方式,成为高性能电动车、微电子技术、通信技术的重要组成部分;基于电化学原理的电分析技术和化学传感为生物技术、工业和环境检测及日常生活提供了研究和分析的手段;使电解工业可以实现大量无机物、有机物的电解合成,金属的提取和精炼;电化学技术还可以实现材料的表面处理;使微纳米期间的制备和构筑有了新的发展。
因此,研究电化学的测量方法,对社会科学的发展有着重要意义。
电化学测量主要是通过在不同的测试条件下,对电极电势和电流分别进行控制和测量,并对其相互关系进行分析而实现的。
对一些重要的测试条件的控制和变化,形成了不同的电化学测量方法。
例如,控制单向极化持续时间的不同,可进行稳态法测量或暂态法测量;控制电极电势按照不同的波形规律变化,可进行电势阶跃、线性电势扫描、脉冲电势扫描等测量;使用宏观静止电极、旋转圆盘电极或超微电极,可明显改变电化学测量体系的动力学规律,获取不同的测量信息。
在电化学测量方法的发展历程中,一些重要测量方法的出现对于电化学科学的发展起到了巨大的推动作用,并且仍然在被广泛使用。
例如,早期建立的稳态极化曲线的测量方法,20世纪50年代Gerischer等人创建的各种快速暂态测量方法。
20世纪60年代以后出现的线性电势扫描方法和电化学阻抗谱方法现在已经成为了电化学实验室中的标准测试手段;近十几年来,扫描电化学显微镜和现场光谱电化学方法对电化学研究的影响也越来越显著。
本科毕业论文电化学对电极研究
本科毕业论文电化学对电极研究电化学对电极的研究摘要:本文介绍了电化学对电极的研究。
首先,介绍了电化学的基本概念和原理,以及电化学反应的分类。
然后,总结了电极的种类和结构,并分别介绍了金属电极、非金属电极和半导体电极的特点和应用。
最后,介绍了电极的表面修饰和电化学表面增强拉曼光谱技术,探讨了它们在电极研究中的重要性和应用前景。
关键词:电化学;电极;金属电极;非金属电极;半导体电极;表面修饰;电化学表面增强拉曼光谱Introduction电化学通常指的是关于电化学反应的研究,是化学与电学的交叉领域。
它是研究化学反应中的电子转移过程,随着电子在电池中流动,带动化学物质起变化的一门学科。
电化学反应涉及到电极、电解质和外部电路三个方面。
电极作为电化学系统中的重要组成部分,其结构和特性对系统的电化学反应过程具有关键的影响。
分类根据电极与反应物的接触情况,电化学反应分为两类:一种是在电极表面反应,即电极反应;另一类是在溶液中进行反应,即溶液反应。
电极种类金属电极金属电极是电化学实验中使用最广泛的电极之一,它可以分为纯金属电极和合金电极两种。
由于金属电极的稳定性较高,并且大多数金属电极的电位可以比非金属电极的电位更容易确定,因此金属电极在电化学实验中得到了广泛应用。
在真空下测量时,金属电极还可以用作电子能级的参考电极。
非金属电极与金属电极不同,非金属电极主要包括化学纯的碳电极、氧化物电极,二氧化硅电极等。
它们的电化学性质可能因其化学性质的变化而发生变化,在反应中起到了特殊的作用。
由于非金属电极具有稳定性和抗腐蚀性,它们广泛应用于各种电化学实验和产业领域。
半导体电极半导体电极是指立体结构的半导体材料电极,其表面具有许多缺陷点和表面能级,这使得它们在光化学反应中具有独特的作用。
半导体电极可分为n型和p型两种类型。
常用的半导体电极有TiO2电极、ZnO电极等。
表面修饰电极表面修饰是一种旨在改变电极表面特性的技术,以提高电极的催化性质,提高电极表面的稳定性等。
环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展
环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展第一篇:环境工程电化学论文-有机物电化学氧化中电极的研究进展有机物电化学氧化中电极的研究进展摘要:电化学氧化技术是高级氧化技术中一种高度灵活、应用广泛的技术,在高毒性、难生物降解的有机物处理方面得到了国内外研究者的高度重视。
在影响电化学氧化效果的多方面因素中,电极是一个重要的因素,电极的影响主要体现在电极材料和电极结构两方面的影响。
在电化学氧化废水中有机物机理的简要阐述基础上,介绍了目前常用的电极材料类型:贵金属、金属氧化物、碳素材料等的特点以及电极结构的研究现状。
最后探讨了为让电化学氧化技术得到更广泛的工业应用,电极材料和电极结构的发展方向。
关键词:电化学氧化电极材料电极结构Advances in the study of electrodes in electrochemical oxidationof organic pollutants Abstract: Electrochemical oxidation technology is a highly maneuverable and wildly used technolgy among all the advanced oxidation processes and it is highly emphasized by domestic and international researchers for its application in the treatment of toxic and refractory organic pollutants.The electrode is one of the important factors affecting the efficiency of electrochemical oxidation.Both the materials and the structures of the electrodes will influence.The research of the characters of the common electrode materials such nobel metal, metallic oxide,carbon and graphite, as well as the structures of the electrodes are introduced on the basic of the mechanism of electrochemical oxidation in degradation of organic pollutants in wastewater.In the end, developing directions of materials and structures of eletrodes used in electrochemical oxidation are discussed for a wider application of this technology in industrialwastewater treatment.Keywords: electrochemical oxidation, electrode material, electrode structure0 前言生物处理法是污水中有机物去除的传统主流方法,该法不但处理效果好, 而且费用低。
电化学小论文
应用电化学结课论文有机物的电解合成学院:化工学院专业:应用化学班级:一班******学号:0 6 1 1 2 6 7 9日期:2013. 10. 26中国矿业大学摘要有机电化学合成具有许多优点,近二十年来,有关有机电化学合成的研究和工业应用进展迅速,已成为一门新的热点学科。
医药品、香料、农药等称为精细化学品。
这类产品一直用有机合成和发酵法生产,后来才认识到对这些精细化学品采用电解合成的过程是极为有效的。
即有机电合成方法可以在温和的条件下制取许多高附加值的有机产品;而且用电子这一干净的试剂去代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂,是一种环境友好的洁净合成,代表了新世纪化学工业发展的一个方向,近30年来的有机电合成在许多国家得到了迅速发展。
围绕电化学合成有机物和化学法合成有机物的优点进行对比,总结有机电合成的优点与不足,以及工业生产应用上的问题。
关键词:电化学有机电解合成正文早在19世纪初期,雷诺尔德(Rheinold)和欧曼(Erman)发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂,那时他们就已经用醇稀溶液进行过电解反应的研究。
1934年,法拉第首先使用电化学法进行了有机物的合成和降解反应研究,发现在醋酸盐水溶液中电解时,阴极上会析出CO。
,并生成烃类化合物。
后来,柯尔贝(Kolbe)在法拉第工作的基础上,创立了有机电化学合成(又称有机电解合成,下简称有机电合成)的基本理论。
虽然有机电合成的研究早在19世纪初就已经开始,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为有机化学家们在实验室中制备有机化合物的一种常用方法,并未在工业化上迈出步伐。
直到20世纪50年代,电化学理论、技术、新材料的发展为有机合成的工业应用奠定了基础。
有机电合成真正取得实质性进展开始于1960年,美国孟山都(Monsanto)公司电解丙烯酸二聚体生产己二腈获得了成功,并建成年产1.45万吨的己二腈生产装置,这是有机电合成走向大规模工业化的重要转折点。
电分析化学论文3000字_电分析化学毕业论文范文模板
电分析化学论文3000字_电分析化学毕业论文范文模板电分析化学论文3000字(一):离子液体及其在电分析化学中的应用论文【摘要】随着科技的发展,离子液体的理论不断进行更新,因此不同学者对离子液体产生不同的看法,并不断进行研究。
离子液体有着其他有机物质所不能比的优点,在电分析化学中也有着更好的应用。
本文首先对离子液体的概念进行阐述,然后阐述离子液体在电分析化学中的意义,即离子液体密度方向的意义、离子液体熔点方向的意义、离子液体溶解性和蒸气压方向的意义。
之后分子离子液体在电分析化学中的研究,如有机小分子、生物大分子、离子液体的亲水性与疏水性的研究,最后分析离子液体在电分析化学中的实际应用。
【关键词】离子液体;电分析化学;应用在目前的科研发展中,电子液体有着很多优势,受到各个领域的欢迎,并在各个领域中取得较好的发展。
离子液体在传感器和生物分子方面的研究显得尤其重要,因此,研究离子液体及其在电分析化学中的应用具有十分重要的意义。
一、离子液体的概念离子液体是在室温或附近室温的影响下,由大的阳离子和小的阴离子共同组成的一种呈液态的离子物质。
阴阳离子的作用力叫做库仑力,这种力在实施中有一定的条件,即阴阳离子的大小与电荷数量有一定的联系,在离子半径增加时,阴阳离子的大小与电荷数量的作用力会随之变小,同时对离子化合物的熔点也产生一定影响,会使熔点变低。
当出现特殊情况时,离子化合物的体积会变大,同时结构也发生变化,变得松散,当作用力降到最低时,熔点此时就会接近室温[1]。
二、离子液体及其在电分析化学中的意义(一)离子液体密度方向的意义随着科技的发展,离子液体的理论不断进行更新,因此不同学者对离子液体产生不同的看法,并不断进行研究。
对于离子的密度,一些学者认为离子液体的密度在一定程度上与自身的发展有关,另一些学者认为离子液体的密度与阴阳离子有关[2]。
因此,对离子液体的研究有利于学者进一步研究离子液体在电分析化学中的应用,使学者了解阳离子可以调节液体离子的密度,阴离子对液体密度调节也起到一定的控制作用,从而使液体密度的研究更为精确。
电化学课程论文-盐桥
摘要本文是结合本学期对《电话学理论》课程的学习,从原电池的盐桥上着手,通过查阅了一些有关盐桥的图书和文献,对自己所了解的一些知识的梳理和总结。
本文先简单阐述了原电池的电动势理论,从液体接界电位(简称液接电位)切入,提出盐桥的概念,进而总结了盐桥的目的、作用、使用条件、制备及设计的一些基本知识。
然后简要分析了电化学体系液相传质过程对盐桥的使用和功能的影响,最后结合一个具体的应用或即将应用的实例——微生物燃料电池,阐述了盐桥在实际科研中的应用,可以让一般的读者对盐桥有一个比较系统的认识。
关键词:液体接界电位盐桥微生物燃料电池摘要 (1)1[原电池的电动势和电极电位] (1)1.1[原电池的电动势] (1)1.2[电极与溶液界面间电位差的产生] (2)1.3[液体接界电位] (3)1.3.1[液接电位的概念] (3)1.3.2[影响液接电位的因素] (4)2[盐桥] (7)2.1[盐桥简介] (7)2.2[盐桥的使用条件] (8)2.3[盐桥的设计或制备] (9)3[液相传质过程对盐桥的影响] (11)3.1[电迁移] (11)3.2[对流] (12)3.3[扩散] (13)3.3[不同液相传质过程对盐桥的影响] (13)4[盐桥的一个应用-微生物燃料电池] (14)4.1[生物燃料电池简介] (16)4.2[分体式MFC中盐桥的问题] (18)4.2.1[不同管径的盐桥对分体式微生物燃料电池的影响] (18)4.2.2[盐桥不同连接方式对微生物燃料电池的影响] (19)4.3[小结] (20)结论 (21)参考文献 (22)1[原电池的电动势和电极电位]1.1[原电池的电动势]把一片锌放在硫酸铜溶液中,可以发现锌片慢慢地被溶解.同时在锌片的表面上有金属铜析出。
反应的实质是Zn原子失去电子,被氧化成Zn2+,Zn是还原剂。
而Cu2+得到电子被还原成Cu原子,Cu2+是氧化剂。
其反应可表示如下:氧化反应Zn Zn2++2e氧化反应Cu2+Cu-2e总反应为Zn+Cu2+Cu+Zn2+氧化还原反应也可以在氧化剂和还原剂互相不接触的情况下进行这样电子的传递。
电化学基础课程论文
电化学基础课程论文通过对电化学基础这门课程的学习,了解了电化学研究的主要内容,一共五章的内容,电极/溶液界面的结构与性质,电极过程概述,传质控制过程,电化学极化过程,金属的阴极过程,虽然仅仅八个周的学习时间,也让我们深刻的了解到了这门课程的深奥。
从电化学的定义来说,传统的描述:电化学是物理化学的一个重要分支,是研究物质的化学性质(或化学反应)与电的关系的科学。
现代的描述:电化学就是研究带点界面上所发生现象的科学。
电化学的特点:1.遵循物理化学的基本规律。
2.离子导体相与电子导体相有不同的规律(迁移数,淌度)。
3.电化学更多研究电极/电解液界面的规律。
电化学的研究内容:1.电解质学(或离子学):研究导电性质传输性质平衡状态的电极电位。
2.电极学:电子导体/离子导体界面及离子导体/离子导体界面的平衡性质(化学热力学)和非平衡性质(化学动力学)。
电化学应用:1.化学电源:①锌锰干电池;②碱锰电池;③铅酸电池;④金属氢镍电池;⑤锂离子电池。
2.金属腐蚀与防护:①微电池;②牺牲阳极的保护法;③阴极保护法。
3.表面精饰:电镀,电抛光4.环境保护:污水处理微生物燃料电池导电性差修饰电池5.电化学分析:E -PH6.电合成老师讲的这五章内容让我最熟悉和最感兴趣的是第一章电极/溶液界面的结构和性质。
下面将讨论一下我对这章的了解。
一.基本概念氧化还原反应和电化学反应:1.氧化还原反应是我们最熟悉的,由电子的得失可以分为氧化反应和还原反应。
2.电化学反应:电极反应是在电极的两类导体的界面间进行的有电子参与的化学反应。
特点:①在电化学反应中,必定发生化学能和电能相互转变的过程。
(形成电流)②氧化还原反应在空间上必须分开。
③电极反应是伴随着两类不同的导体相之间的电荷转移发生的。
所以,电子通常是反应物与生成物。
④电极反应具有表面反应的特点。
电极表面状态影响很大。
两类导体电子导体:电场作用下向一定方向移动的粒子是电子或带正电荷的空穴。
化学论文--电化学腐蚀,化学与健康
教材p112 第6题引入对金属腐蚀与防护的认识摘要:化学现象在我们的生活中处处可见,与我们生活密切相关,只是我们对它司空见惯而不太留意。
本文由书中一道习题引发的思考谈起,从金属腐蚀原理、金属腐蚀的防护和生活中的常见的具体实例来简述我对金属腐蚀与防护的认识,并介绍一些常用的金属防腐方法。
关键词:化学;生活;金属腐蚀与防护;电化学保护法引言金属材料的腐蚀,是指金属材料和周围介质接触时发生化学或电化学作用而引起的一种破坏现象。
从热力学的观点来看,除了少数贵金属(如金、铂等)外,各种金属都有转变成离子的趋势。
因此,金属元素比它们的化合物具有更高的自由能,必然有自发地转回到热力学上更稳定的自然形态——氧化物的趋势,所以说金属腐蚀是自发的普遍存在的一种现象,是不可避免的,但是我们可以研究通过一定的手段来减慢金属的腐蚀速度,把损失降到最低。
教材p112 第6题:“铜制水龙头与铁制水管接头处,哪个部位容易遭受腐蚀?这种腐蚀与钉入木头的铁钉的腐蚀在机理上有什么不同?”我们仔细想一下,金属的腐蚀无处不在。
题中只是生活中腐蚀比较少的情况,据统计,全世界现存的钢铁及金属设备大约每年腐蚀率为10%,全世界每年因腐蚀损失约高于7000亿美元。
世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%~4.2%,所以研究金属腐蚀和防护具有重要意义。
教材p112 第6题:“铜制水龙头与铁制水管接头处,哪个部位容易遭受腐蚀?这种腐蚀与钉入木头的铁钉的腐蚀在机理上有什么不同?”通过学习我们都知道这其中的原因:铜与铁在水中能形成腐蚀原电池,铁作为阳极被腐蚀,铜为阴极促进了铁的腐蚀,发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀,使铁制水管与铜接触的部位首先被腐蚀;析氢腐蚀:阳极(Fe):Fe = Fe2+ + 2e-Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H2+阴极(杂质):2H+ + 2e- = H2电池反应:Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2吸氧腐蚀:阳极(Fe):Fe = Fe2+ + 2e-阴极(杂质):O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-电池反应:2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2Fe(0H)2将进一步被O2所氧化,生成Fe(OH)3并部分脱水为疏松的铁锈,即我们所看到的。
电化学实验论文
电化学原理实验论文一、实验目的1、了解金属钝化行为的原理和测量方法。
2、掌握用线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线和钝化行为。
3、测定氯离子浓度对镍钝化的影响。
4、了解极化曲线的意义和应用。
5、掌握电化学分析仪的使用方法。
6、掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。
7、学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法。
8、熟悉CHI660电化学工作站的使用。
9、学会使用伏安极谱仪。
10、学会测量峰电流和峰电位。
二、实验原理(课题综述)1、镍在H2SO4溶液中极化(钝化)曲线的测定1.1、金属的阳极过程金属的阳极过程是指金属作为阳极发生电化学溶解的过程,如下式所示:M→Mn++ne在金属的阳极溶解过程中,其电极电势必须高于其热力学电势,电极过程才能发生。
这种电极电势偏离其热力学电势的现象称为极化。
当阳极极化不大时,阳极过程的速率随着电势变正而逐渐增大,这是金属的正常溶液。
但当电极电势正到某一数值时,其溶解速率达到最大,而后,阳极溶解速率随着电势变正,反而大幅度地降低,这种现象称为金属的钝化现象。
金属钝化一般可分为两种。
若把铁浸入浓硝酸(比重d>1.25)中,一开始铁溶解在酸中并置换出H2,这时铁处于活化状态。
经过一段时间后,铁几乎停止了溶解,此时的铁也不能从硝酸银溶液中置换出银,这种现象被称之为化学钝化。
另一种钝化称之为电化学钝化,即用阳极极化的方法使金属发生钝化。
金属处于钝化状态时,其溶解速度较小,一般为10-6~10-8A·cm-2。
金属由活化状态转变为钝化状态,至今还存在着两种不同的观点。
有人认为金属钝化是由于金属表面形成了一层氧化物,因而阻止了金属进一步溶解;也有人认为金属钝化是由于金属表面吸附氧而使金属溶解速度降低。
前者称为氧化物理论,后者称为表面吸附理论。
1.2、影响的金属钝化过程的几个因素金属钝化现象是十分常见的,人们已对它进行了大量的研究工作,影响金属钝化过程及钝态性质的因素可归纳为以下几点:1.2.1.溶液的组成溶液中存在的H+,卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属的钝化现象起着颇为显著的影响。
化学课程论文-对电化学腐蚀原理的探究
哈尔滨工业大学大学化学课程论文题目:对电化学腐蚀原理的探究院系:专业:班级:学号:姓名:对电化学腐蚀原理的探究摘要:金属材料在使用过程中,由于受周围环境的的影响,发生化学或电化学的作用,而引起金属材料损坏的现象称为金属腐蚀。
金属腐蚀的现象非常普遍,它给国民经济带来很大损失。
因此,研究金属腐蚀发生的原因及其防护关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人生安全等一系列重大社会和经济问题,意义重大。
本文通过对不同环境下,如淡水、海水和不同温度及PH条件下钢材料的腐蚀现象来探究电化学腐蚀的原理。
关键词:电化学腐蚀;金属腐蚀;钢材料;温度及PH;钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一,是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。
可以说钢是现代社会的物质基础。
研究钢材料的腐蚀最具代表性和实际意义。
以下将分下列方面进行探究:(1)碳钢在淡水环境的腐蚀行为;(2)pH值和温度对镀锌钢在模拟锈层溶液中电化学腐蚀行为的影响;(3)海水中船体用钢的电化学腐蚀的分析与控制另外,介质的成分、浓度和温度对电化学腐蚀行为也有显著影响。
1碳钢在淡水环境的腐蚀行为1.1 碳钢在淡水中所处的环境水库、河道中的水大都为淡水, 但均含有多种正负离子, 如Ca2+ 、SO42-等, 这些离子的存在、运动及所带电荷的交换, 使水库、河道水可以导电, 也可以说淡水也是一种电解质溶液。
钢铁在冶炼过程中不可避免地会含有多种金属杂质和非金属杂质, 如P、S、Mn 等。
在电解质溶液中, 这些杂质电位较高为阴极, 钢铁电位较低为阳极, 从而使钢铁基体形成许多的微电池。
在微电池的阳极区,铁释放电子Fe→Fe 2+ +2 e , 以水化离子形式溶解于水,其自由电子沿钢铁基体流向阴极区; 在阴极区发生可以在阴极上被还原的物质夺取电子的过程,例如溶解氧得到电子后成为氧离子O2+4e→2O2-, 氧离子再积水作用, 生成氢氧离子O2-+H2O→2OH-。
电化学论文
对“电化学”的认识学号:200943362011—2012下半学年,我选了XX老师的《电化学基础》。
经过一个学期的认真学习,我基本掌握了老师讲述的课程知识,并对电化学的相关方面有了一个大体的了解。
在这一个学期的学习过程中,我做到上课认真听讲,积极记录老师的所讲述的主要知识重点。
老师用诙谐幽默的语言和生动的例子为我们解释了电化学相关知识在现实生活中的应用。
课下我积极进行回顾,并上网对相关知识进行扩展性的了解,增加了我对这门课程的认识。
电化学是物理化学的一个重要的分支,是研究物质的化学性质或化学反应与电的关系的科学(龟山直人提出)。
现代科学对电化学的具体描述:电化学就是研究带电界面上所发生现象的科学。
这门学科有以下的特点:1、遵循物理化学的基本规律。
只有在ΔG<0的时候才可能发生反应,遵循能量守恒定律。
2、离子导体和电子导体有不同的规律。
3、电化学研究电极和电解液界面的规律。
电化学目前主要应用于:1、化学电源,如锌锰电池类型的一次电池和锂电池类型的充电电池。
2、金属的防护,防止电化学腐蚀。
3、表面精饰,如电镀和电抛光等。
4、环境保护方面,如污水处理方面,微生物电池等。
5、电化学分析。
如极谱法等。
6、电合成,如工业上的氯碱工业等方面。
下面我将分部分介绍一下我对电化学相关方面的认识。
一、原电池和电解池对于原电池和电解池,其反应基于氧化还原反应的基础上,在阴极上发生还原反应,从阳极上进行氧化反应。
电池通过氧化还原反应上的电子得失发生电子的流动,从而产生电流。
而电解池主要是原电池的逆反应,通过外界对系统输入电能,使系统发生氧化还原反应,生成纯物质等相关产物。
电解池在工业上有相当多的利用,如工业上的氯碱工业等方面。
在电极的两类导体的几面上进行的有电子参与的化学反应。
在电化学反应中,必定发生发生化学能与电能的相互转换,其中原电池是将化学能转化为电能,电解池将电能转化为化学能。
氧化还原反应在空间中必须隔开,即反应不能在同一个导体的界面上进行反应。
电化学应用论文
电化学应用论文摘要:近些年来,生物电化学发展非常迅速,电化学在生命科学中有很多科学应用,技术应用,现阶段例如电脉冲基因直接导入,在癌症治疗当中应用的电化学,生物分子的电化学行为等等。
电化学生物传感器在生物电化学的发展当中是一个很好的创新与尝试,并且取得了一定的成就。
1.引言历史的长河中,人类先后发现了火与电,并开始进一步研究和利用,恰当发挥二者在生产生活中的作用。
大约200万年前,我国发现的最早使用火的古人类是170万年前的元谋猿人,火的应用从一定程度上说是化学发展史的开端。
人类最早意识到电的存在是由于摩擦起电现象要追溯到公元前600年左右。
电与化学的结合开启了电化学的时代。
1800年,英国化学家安东尼卡莱尔和威廉尼克尔森通过电解的方式成功将水分解为氢气和氧气,是电化学史上的的一次成功应用。
2.电化学中燃料电池的发展燃料电池是一种通过化学反应把化学能转化为电能的化学反应,是电化学的现实应用。
燃料电池在生产生活中起着较为重要的作用,因为其不可替代的优良特性。
第一,相比于核能,风能,油气,煤等能源的能量转化率,燃料电池的能量转化率很高,依据这一特性,更多地应用到商业,军工,和专业研究等方面。
第二,燃料电池具有优良的环保特性,污染小,所以无论是从长期上考虑投入到污染治理方面的费用,还是短期上对生态环境侧面保护来说都处于其他形式能源不可相比的优越地位。
第三,燃料电池的操作简单,便于应用,更是为其扩展了应用条件。
现阶段发展比较成熟的碱性燃料电池主要是氢氧燃料电池,已经开始着眼应用于空间航天器的电能使用及续航,而相对应的主要的酸性燃料电池主要是磷酸燃料电池,磷酸在较高温度下,导电性较好同时湿度对其导电性影响较小,德国和美国开始合作共同建立发电厂。
下一步要开始发现并探究新的催化剂,提高反应的效率。
同时由于燃料电池的环保性,燃料电池汽车已经发展到了第三代,燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能,能量转变效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反应过程,能量转化过程可以连续进行,因此是理想的汽车用电池,虽然还处于研制阶段,一些关键技术还有待突破,但相信不久就可以实现突破。
电化学课程论文-盐桥
摘要本文是结合本学期对《电话学理论》课程的学习,从原电池的盐桥上着手,通过查阅了一些有关盐桥的图书和文献,对自己所了解的一些知识的梳理和总结。
本文先简单阐述了原电池的电动势理论,从液体接界电位(简称液接电位)切入,提出盐桥的概念,进而总结了盐桥的目的、作用、使用条件、制备及设计的一些基本知识。
然后简要分析了电化学体系液相传质过程对盐桥的使用和功能的影响,最后结合一个具体的应用或即将应用的实例——微生物燃料电池,阐述了盐桥在实际科研中的应用,可以让一般的读者对盐桥有一个比较系统的认识。
关键词:液体接界电位盐桥微生物燃料电池摘要 (1)1[原电池的电动势和电极电位] (1)1.1[原电池的电动势] (1)1.2[电极与溶液界面间电位差的产生] (2)1.3[液体接界电位] (3)1.3.1[液接电位的概念] (3)1.3.2[影响液接电位的因素] (4)2[盐桥] (6)2.1[盐桥简介] (6)2.2[盐桥的使用条件] (7)2.3[盐桥的设计或制备] (7)3[液相传质过程对盐桥的影响] (10)3.1[电迁移] (10)3.2[对流] (10)3.3[扩散] (11)3.3[不同液相传质过程对盐桥的影响] (11)4[盐桥的一个应用-微生物燃料电池] (12)4.1[生物燃料电池简介] (14)4.2[分体式MFC中盐桥的问题] (15)4.2.1[不同管径的盐桥对分体式微生物燃料电池的影响] (16)4.2.2[盐桥不同连接方式对微生物燃料电池的影响] (17)4.3[小结] (18)结论 (19)参考文献 (20)1[原电池的电动势和电极电位]1.1[原电池的电动势]把一片锌放在硫酸铜溶液中,可以发现锌片慢慢地被溶解.同时在锌片的表面上有金属铜析出。
反应的实质是Zn 原子失去电子,被氧化成Zn 2+,Zn 是还原剂。
而Cu 2+得到电子被还原成Cu 原子,Cu 2+是氧化剂。
其反应可表示如下:氧化反应 ZnZn 2++2e 氧化反应 Cu 2+Cu -2e 总反应为 Zn +Cu 2+ Cu +Zn 2+氧化还原反应也可以在氧化剂和还原剂互相不接触的情况下进行这样电子的传递。
中大化院电化学期末论文
电池极化分析及工艺改进XXX (学号)①①化学与化学工程学院化学系,中山大学,广州,510275* 联系人,E-mail :XXXXXXXX@ 随着能源需求的增加和环境保护意识的增强,人类对于更加清洁、高效的能量转化技术的需求也更加迫切。
电池极化现象将减少电池容量,影响电池的使用性能,过去有相当大部分的学术研究侧重在弱化电池极化以提高电池性能或对具体电池极化的原理进行分析以寻求电池极化的工艺改进。
Ⅰ慢脉冲快速充电控制电池极化的研究1.1 研究背景蓄电池大电流快速充电引起电池极化、析气以及寿命急减等问题制约电动车的发展,原有的技术不足以解决这些问题1-4。
本研究以铅酸电池为例介绍了慢脉冲快速充电方法,有效地控制了离子浓差极化,提高了充电效率,减少析气量的工艺研究。
在充电过程中,用某一速率电流进行充电。
蓄电池电压只能充到某一极限值,当达到这一极限值后,继续充电时,只能导致电解水反应而产生气体和温升,不能提高蓄电池的充电速度。
称为快速充电的极化现象。
1.2 传统恒电流充电与恒电流慢脉冲充电比较 5如图1,当电池以恒电流I 1 充电时,到达时间t 1,电池开始出气,若继续以I 1充电,将析出较多气体,温度僧高,电池充电效率几乎为零,且将损坏电池,以恒电流I 1 充电电量为图中阴影部分面积。
当以恒电流慢脉冲充电时,设定电池以I 1为恒电流,充电时间为t max ;恒小电 流I min ,充电时间为t min 以I 1充t max 时间,接着以I min 充电t min 时间,如此反复循环,直到电池开始有少量 出气t A 时刻终止,结合J.A.Mass 曲线如图2所示。
关键词 电池 极化 工艺改进摘要 本文着重介绍了新技术慢脉冲快速充电控制电池极化研究,该法有利于消除浓差极化,抑制析气反应并提高充电效率,延长电池寿命。
并以乙烷质子传导膜燃料电池为代表,介绍了其极化与反应机理。
以电池极化分析及工艺改进为主题,从理论到方法探求电池极化的工艺改进。
电化学分析实验范文
电化学分析实验范文电化学分析是一种通过电化学方法来研究物质的分析性质的科学技术。
它利用电流对物质进行氧化还原反应,并通过测量电流、电压等参数来分析物质的组成、浓度以及其他相关信息。
电化学分析广泛应用于环境监测、生物医学、材料科学等领域。
在电化学分析实验中,常见的几个主要技术包括电化学计量、电化学传感和电化学合成。
这些技术基于电化学原理,为物质的分析提供了一种快速、灵敏、准确的方法。
电化学计量是一种通过测量电流和电压等参数来获得物质浓度信息的方法。
根据法拉第定律,电流与物质的摩尔浓度之间存在着一定的关系。
通过测量电流的变化,可以推算出物质的浓度。
常见的电化学计量方法有电位滴定和电位分析。
电位滴定是一种基于电位变化来实现滴定的方法。
它利用电位变化来判断滴定终点,并通过滴定方程来推算出物质的浓度。
电位分析是一种通过测量电位来分析物质浓度的方法。
常用的电位分析方法有电势滴定和电势滴定曲线法。
电化学传感是一种通过电化学反应来检测分析物的浓度和其他相关信息的方法。
它利用电流、电压等参数的变化来判断分析物的存在和浓度。
常见的电化学传感方法有电化学阻抗谱法和循环伏安法。
电化学合成是一种通过电流和电压等参数控制反应进行合成的方法。
它通过调节电流、电压等参数,控制反应进行的速率和方向,从而合成目标产物。
电化学合成广泛应用于有机合成、纳米材料制备等领域。
电化学分析实验的基本步骤包括样品的制备、电极的选择和制备、实验条件的调节、数据的测量和分析等。
在样品制备过程中,需要注意保持样品的纯净性和稳定性。
电极的选择和制备对实验结果的准确性有着重要影响。
实验条件的调节包括调节电流、电压等参数以及控制温度、pH值等条件。
数据的测量和分析是最后一个步骤,可以通过计算、比较、曲线拟合等方法来得出结果。
总而言之,电化学分析是一种重要的分析技术,广泛应用于科学研究和工程实践中。
电化学分析实验通过电流、电压等参数的测量和调节,能够提供快速、灵敏、准确的分析手段。
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应用电化学结课论文有机物的电解合成学院:化工学院专业:应用化学班级:一班******学号:0 6 1 1 2 6 7 9日期:2013. 10. 26中国矿业大学摘要有机电化学合成具有许多优点,近二十年来,有关有机电化学合成的研究和工业应用进展迅速,已成为一门新的热点学科。
医药品、香料、农药等称为精细化学品。
这类产品一直用有机合成和发酵法生产,后来才认识到对这些精细化学品采用电解合成的过程是极为有效的。
即有机电合成方法可以在温和的条件下制取许多高附加值的有机产品;而且用电子这一干净的试剂去代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂,是一种环境友好的洁净合成,代表了新世纪化学工业发展的一个方向,近30年来的有机电合成在许多国家得到了迅速发展。
围绕电化学合成有机物和化学法合成有机物的优点进行对比,总结有机电合成的优点与不足,以及工业生产应用上的问题。
关键词:电化学有机电解合成正文早在19世纪初期,雷诺尔德(Rheinold)和欧曼(Erman)发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂,那时他们就已经用醇稀溶液进行过电解反应的研究。
1934年,法拉第首先使用电化学法进行了有机物的合成和降解反应研究,发现在醋酸盐水溶液中电解时,阴极上会析出CO。
,并生成烃类化合物。
后来,柯尔贝(Kolbe)在法拉第工作的基础上,创立了有机电化学合成(又称有机电解合成,下简称有机电合成)的基本理论。
虽然有机电合成的研究早在19世纪初就已经开始,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为有机化学家们在实验室中制备有机化合物的一种常用方法,并未在工业化上迈出步伐。
直到20世纪50年代,电化学理论、技术、新材料的发展为有机合成的工业应用奠定了基础。
有机电合成真正取得实质性进展开始于1960年,美国孟山都(Monsanto)公司电解丙烯酸二聚体生产己二腈获得了成功,并建成年产1.45万吨的己二腈生产装置,这是有机电合成走向大规模工业化的重要转折点。
从此,有机化合物的电化学性质和有机电化学反应机理的研究得到了快速发展,以有机电合成为基础的工业领域不断出现。
由于有机电合成具有污染少(甚至无污染)、产物收率和纯度高、工艺流程较短、反应条件温和等优点,近20年来,世界工业先进国家有机电合成的发展非常迅速,目前已有上百种有机化工产品通过电化学合成实现了工业化生产或者进入了中试阶段。
近年来每年发表的有关有机电化学合成方面的研究论文几百篇,有关的专利发明每年平均有504 70项之多,这些数字表明有机电合成工业已引起人们的足够重视,并在高科技领域内崭露头角。
我国电合成方面的研究起步较晚。
近几十年来,我国已有许多研究者涉足这一领域,做了大量研究开发工作。
近10年来,我国有机电合成领域得到了较大的发展,有10多个产品实现了工业化,研究的品种也日趋增多,我国有机电合成科学和技术与世界的差距正在逐步缩小。
1.电化学合成工艺电化学合成最基本的研究对象,是各类电化学反应在“电极/溶液”界面上的热力学与动力学性质,证实这些反应在电化学体系内的反应可能性及其机理。
化学反应的本质是反应物外层电子的得失,故任何一个氧化还原反应理论上都可以按照化学和电化学两种本质不同的反应机理来完成。
对于任何一个如下式所示的氧化还原反应A +B →C +D (1)如果通过化学反应实现上列反应,则可表示为A +B →[AB] →C +D (2)化学反应过程中A粒子和B粒子通过相互碰撞形成一种活化配合物中间态[AB],然后转变成产物。
电化学合成装置示意图阴极反应:A + ne → C (3)阳极反应:C – ne → D (4)电化学总反应:A + B → C + D (5)电极反应在电极与溶液之间形成的界面上进行。
对于单个电极而言,电极过程由下列步骤串联而成:(1)反应物粒子自溶液本体向电极表面传递;(2)反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化,例如表面吸附或发生化学反应;(3)在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应;(4)电极反应物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化,例如表面脱附或发生化学反应;(5)电极反应产物自电表面向溶液本体传递。
任何一个电极过程都包括上述(1)、(3)、(5)三步,某些电极过程还包括(2)、(4)两步或其中一步。
电极过程各步进行的速度存在差别,整个过程由其中最慢的一步控制,称为“控制步骤”。
无机电化学合成工艺流程通常包括电解合成前处理、电解合成、电解合成后处理各步,其中电解合成是最重要的步骤。
电解合成前后处理与化学合成相似,通常为净化、除湿、精制、分离等操作。
电化学合成是一种绿色合成技术,其突出的优点之一就是元污染或者少污染,因而在三废处理方面负担轻、投入少。
2.有机电合成的分类有机电合成分类方法比较复杂,通常有两种分类方法:(1)按电极表面发生的有机反应类别,可将有机电合成反应分为两大类:阳极氧化过程和阴极还原过程。
阳极氧化过程包括电化学环氧化反应、电化学卤化反应、苯环及苯环上侧链基团的阳极氧化反应、杂环化合物的阳极氧化反应、含氮硫化物的阳极氧化反应等。
阴极还原过程包括阴极二聚和交联反应、有机卤化物的电还原、羰基化合物的电还原反应、硝基化合物的电还原反应、腈基化合物的电还原反应等。
(2)按合成方法分类,可将有机电合成分为两大类:直接有机电合成反应和间接有机电合成反应。
直接有机电合成反应直接在电极表面完成,间接有机电合成氧化(或还原)反应采用传统化学方法进行,但氧化剂(或还原剂)反应后以电化学方法再生以后循环使用。
间接电合成法可按两种方式操作:槽内式和槽外式。
槽内式间接电合成是在同一装置中进行化学合成反应和电解反应,因此这一装置既是反应器也是电解槽。
槽外式间接电合成法是在电解槽中进行媒质的电解,电解好的媒质从电解槽转移到反应器中,在此处进行有机物化学合成反应。
3.有机物电化学合成法与化学合成法的对比下面以邻硝基苯甲醛的合成为例。
1.传统化学合成法合成邻硝基苯甲醛以苯甲醛为原料的合成方法是在醋酐和浓硫酸的混合液中加入苯甲醛,反应生成苄叉二乙酸酯。
该中间体在低温下再与发烟硝酸作用,得黄色固体。
加入碳酸钠水溶液,加热水解,可分离出邻硝基苯甲醛和对硝基苯甲醛。
此法的主要缺点是总收率低,产物分离困难,产品的纯度不高。
其合成原理如下:2.间接电解氧化法制备邻硝基苯甲醛其合成原理如下:反应过程如下:有机电合成和传统化学合成的比较传统化学合成法有机电合成法通常需要在高温及高压下进行在常温、常压下进行较为安全需使用各种氧化剂、还原剂,并需要对废弃物进行处理,对环境可能产生污染和公害不需要使用各种氧化剂、还原剂,不产生大量废弃物,可较方便的改变反应的选择性及反应速度通过调节温度、压力、催化剂,可改变反应的选择性及反应速度通过调节电极电位、电流密度、电极材料,可较方便的改变反应的选择性及反应速度反应一般为均相反应,反应器的空间-时间产率高反应一般为非均相反应,反应器的空间-时间产率较低反应对器材的要求较高,因为需要考虑氧化剂、还原剂的腐蚀电化学反应器的结构比较复杂,需要考虑电流密度的大小及分布4.有机电化学合成的主要优点(1)本质上是一种无公害的有机合成过程:有机电化学方法能够合成一些通常条件下难以进行的反应过程。
有机电化学合成反应无需采用有毒或危险的氧化剂和还原剂,“电子”就是清洁的反应试剂,环境污染可大幅度降低,有的甚至完全无公害,是“绿色化学合成工业”技术和工艺的重要发展方向。
(2)在反应过程中,有机物的氧化和还原可以通过扩展电极电位实现有机物的选择性氧化和还原,故产物的选择性高、副产物少,有利于产物易分离和精制,产品纯度高。
(3)在有机电化学合成过程中,有机物的选择性氧化或还原以及电子转移多相反应和化学反应这两个过程可同时在电化学反应器中进行。
因此,有机电化学合成与化学法相比,能缩短合成工艺,减少设备投资,缓解环境污染。
、. !(4)有机电化学合成可在常温、常压下进行,一般无需特殊的加热和加压设备,使操作简便,使用安全。
控制。
反应可以通过对电流密度,电极材料和电解液组成等的调节来进行外部控制。
即反应开始、终结只要启动电路开关,通过控制电流来调节反应速度,而电流控制只需控制可变电阻,所有这些过程都是非常容易进行的,同时也容易实现自动控制,反应事故等危险也可排除。
通过控制电势,选择适当的电极等方法,以实现反应的控制,避免副反应,得到所希望的产品。
(5)有机电化学合成的装置具有通性,在同一电解槽中可进行多种合成反应。
当改变某一电极材料或反应液时就能合成某种新的有机产品,尤其适合于多品种、少批量的生产部门。
(6)在电解过程中,可在阳极室和阴极室分别制取不同用途的产品。
5.有机电化学合成过程的工业化的主要问题虽然有机电化学合成的研究早在19世纪初就已经开始研究,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电化学合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为实验室中制备有机化合物的一种制备方法。
直到20世纪50年代,电化学理论、新技术、新材料的发展为有机电化学合成的工业应用奠定了基础。
但是,有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中应用目前仍存在以下主要问题。
(1)有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中的反应仅限于发生氧化和还原反应的有机合成系统。
有机电化学合成使用的电化学反应器结构较复杂,一次性投资高,同时还须考虑电流密度大小及分布、电能的消耗等。
(2)有机电化学合成主要电化学反应装置和电流整流装置组成。
设备投资相对较大,再加上槽外设备,更增加了电解装置的复杂性。
由于存在“两极”的差别且两极分别有氧化产物和还原产物,再加上要保证反应物和目的产物的扩散分离,因此往往需要对电极材料、电解槽结构和隔膜材质提出很高的要求。
(3)有机电化学合成理论及工艺技术不够成熟,尤其是有机电化学合成过程中许多问题有待深入研究。
另外,在均匀分布、分离技术方面也存在难题。
(4)电化学反应通常为液-固多相反应,反应器的时空效率较低,而传统有机合成通常以均相反应进行,反应器的时空效率高。
(5)在有机电化学合成过程中,有机物在电极上发生吸附或(和)发生聚合反应,导致电极失活,电极活性等问题。
(6)大多数有机电化学合成使用的反应介质为水溶液系统,有机物在水相中的溶解度比较小,因为有机物在水相中的溶解度比较下,导致过程的极限传质速效低下。
(7)电化学合成工艺通常包括电化学合成前处理、电化学合成、电化学合成后处理,工艺较为复杂。
(8)有机电化学反应过程的认识程度有限,缺乏有机电化学反应的机理、动力学参数和电化学反应器的系统研究和开发、放大和设计优化的规律研究。
目前,有机电化学合成工业化过程中存在工程、技术、材料、工艺等一系列问题,主要包括电极材料的开发、设计、制造;工业电化学反应器的开发、设计和操作优化;隔膜的研制和选择;工艺流程的设计与工艺条件的优化等。