电化学技术与环境保护

电化学读书报告

——电化学技术与环境保护

班级： 031122班

姓名：黎宁

指导老师：杨丽霞

时间： 2015年01月07日

电化学技术与环境保护

[摘要]

伴随着经济、科技的快速发展，环境问题越来越引起人们的关注，电化学技术有着高效、环保、节能等优点，在现代各个领域中都有着举足轻重的地位。随着电化学技术的发展, 其应用范围也不断扩大，现已广泛应用于电子、材料、航天、能源、化工、冶金、机械、环境保护等领域。与电化学紧密结合的边缘学科的不断出现，使电化学获得了新的生命力。尤其是在人们共同关注的环境保护问题上，电化学技术发挥着越来越重要的作用。

[关键词] 电化学技术；环境保护；清洁生产；污水处理；环境监测

[正文]

一、电化学技术在清洁生产的应用

1、化学电源

化学电源是俺电化学方式直接将化学能转化为电能的一种装置。传统的能量转化方式是热机过程，由于卡诺循环的限制，不仅造成能源浪费，同时产生大量的粉尘、二氧化碳、氮的氧化物和硫的氧化物等有害物质以及噪声，造成大气、水质、土壤等污染。而化学电源具有高效、清洁、经济、安全的优点。经过多年的发展，化学电源已被广泛用于航空航天、机动车辆、大型电站、移动通讯、家用电器等领域。因此，化学电源为保护环境、减轻污染治理的压力做出了重大的贡献。

化学电源按活性物质的保存方式可分为3种主要类型: 一次电池、二次电池（蓄电池）和燃料电池。

⑴一次电池：日常使用的干电池，如1号、5号、7号电池及各种纽扣电池等都是一次电池，使用完就丢弃，不仅造成资源的浪费，也严重误污染了环境，但由于一次性电池的使用范围十分广泛。所以，必须设法不适用或极少使用有毒化学原料（如Cod、Hg等）并要言之出切实可行的回收方法，以提高原材料的利用率，减少环境污染；

⑵二次电池：又称为可充电电池，作为电池在放电到一定电压时，又利用外部的直流电源将其作为电解池加以充电，如此可反复使用。常用的可充电电池是铅蓄电池、碱式Fe-Ni电池、Ag-Zn电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池是人们长

期使用的传统二次电池，目前它虽然有比能低、充电速度慢、寿命不长的缺点，但它的成本低廉，人们正在对铅酸蓄电池的改进做深入研究。同时，新型蓄电池已得到快速发展，新型蓄电池向着比功率、比能大、寿命长、安全、成本低的方向发展；

⑶燃料电池：燃料电池将可燃物质的化学能通过电池的方式直接转化成电能，它不受热机效率的限制，能量转化效率可达80%以上。几乎不排放或很少排放氮和硫的氧化物，就是二氧化碳的排放量也远低于热电厂，而且几乎无噪声，多以被认为是21世纪首选的洁净、高效的绿色能源。可用于燃料电池的除氢气外，还有甲烷、甲醇、一氧化碳和石油重整气等可燃性气体或液体。航天事业中主要采用氢-氧燃料电池，其唯一的产物水还可以作为宇航员的生活用水。汽车工业中也开始使用燃料电池作为动力能源。若能大规模推广使用燃料电池作为能源，将会大大减低燃油汽车和飞机的尾气对人类和地球造成的污染。

2、有机合成

电化学过程对反应条件要求不高且具有高选择性，不仅减少了副反应产物，还使一些特殊的化学反应成为可能，它可以实现有用原料的循环使用，减少污染物的产生和排放。有机电合成法就是借助电极传递电子，使有机物氧化或还原, 而不采用化学品直接氧化或还原有机物。

有机电合成具有反应条件温和(可在常温常压下进行) 、工艺流程简单、易于实现自动控制、产物选择性高、副产物少、污染少甚至无污染等优点，是绿色合成的必要途径之一，被称为绿色工业。基于有机电合成的这些优点和传统化学合成的三废污染严重的现状，有机电合成取得了高速发展。有机电合成法生产重要化工原料己二腈早已被人们所熟知。有机电合成技术有广泛应用，有广阔的发展前景。

3、电化学水消毒

工业废水、生活污水、游泳池水、饮用水等水的处理与制备都涉及到消毒技术。常见的消毒技术主要有氯消毒、臭氧消毒以及紫外辐射消毒。氯是一种优质消毒剂, 有很强的杀菌灭藻作用，且价格低廉，应用比较广泛，但氯消毒技术有很大的不足之处，氯消毒过程不仅具有高危险性, 而且会产生很多毒性很大的副产物。用电化学方法在线制备消毒剂水消毒技术已经得到发展，它节能廉价、无

残留、安全。例如在一般的条件下，可以以电解方式在线制备H2O2，有很好的消毒效果。电化学水消毒可用石墨或石墨纤维电极、金属钛电极、多孔碳及SnO2 电极等。

还有许多电化学工艺，如膜辅助电化学工艺如电渗析、电去离子(离子交换辅助电渗析) 以及电浮选和电凝聚, 通过替代对环境危害严重的老工艺, 以其清洁的生产工艺,在环境污染防护、环境污染治理方面，都起着重要作用。

二、电化学技术在污水处理中的应用

电化学水处理工艺，其主要的原理是在水相中通入直流电。利用直流电产生的自由基作用对有机污染物的化学链进行攻击而产生有机污染物断链和氧化还原。对于重金属离子通过电化学还原而去除，对于其中的硫化物可以通过可溶解性电极产生的金属离子进行沉淀。其环境友好的特征主要表现在往往不需要投入含有阴离子的物质就可以实现絮凝过程。该方法适用于处理多种含无机污染物的废水，如有毒重金属离子、氰化物、硫氰酸盐、硫酸盐、硫化物、氨等。

1、电化学污水处理的方法

⑴电凝聚电气浮法：用铁片或铝片做阳极，石墨做阴极在电场作用下，利用产生的铁或铝离子絮凝水中胶体或悬浮物。它的原理和铁碳床内电解相似，不同的是内电解不需外加电场但需水是酸性的，而电絮凝需外加电场，但对酸碱度没特别要求。电絮凝处理污水如果设计得当，要比直接加聚合铁或铝混凝处理污水便宜多了。此方法在国内已开始火热起来，用于预处理负荷高的废水，但它对有机污染物分子降解氧化能力有限；

⑵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；

⑶电沉积法：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，