电催化还原及应用

极选用钯/泡沫镍电极时还原效率较高．
（c）纳米碳管电极上氧的电催化还原的应用
多壁纳米碳管电极具有比石墨电极更高的孔隙率和电
化学表面积；多壁纳米碳管电极上O2, 还原成HO2 – 的反应
为准可逆过程；在5 ～50 mV · s –1的扫描速率范围内，阴极 峰电流与扫描速度成线性关系，表明多壁纳米碳管电极上O2 还原成HO2 – 的反应受吸附控制；对碱性溶液中的氧还原反 应，多壁纳米碳管比石墨具有更高的催化活性。
2.缺点
（1）电解法处理有机污染物的机理探讨还很不充分，不能 对电极的选择、工艺的设计、工艺参数的确立起到具体的理
论指导作用；
（2）电流效率仍然很低，经济上不合理。现在研究的电极
价格偏高（主要指各种贵金属电极或钛基电极），处理过程
耗电量很大，即实用化的电极材料不多，且寿命一般都不长， 因此处理的成本比较高，不适合大规模推广，因此，制备出 高效的复合型电极是将其工业化应用的前提；
SO2 + 4Cr2+ + 4H+ → S + 4Cr3+ + 2H2O
3.影响电催化还原效率的因素
影响电催化还原效率的因素主要包括三 个方面：电极材料、电解质溶液和废水的理 化性质。
（1）电极材料
a. 电极材料选择的好坏，直接影响有机物降解效率的高低
（高电势）；
b. 尽量避免竞争副反应（析氧反应）； c. 不同的电极材料可引起电化学反应速度发生数量级上的 变化。 为了提高电极的催化活性，一般都对电极进行修饰，其方
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- 。
●间接还原：
利用电化学过程中生成的一些还原性物质如 Ti3+，V2+和Cr2+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：
电催化还原wenku.baidu.com应用
1.电催化的定义及特点 2.电催化还原技术的原理 电催化还原 及应用 3.影响电催化还原效率的因素
4.电催化还原技术在不同方面的应用举例
5.电催化还原技术的优缺点展望
1.电催化的定义及特点
●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
3.展望
（1）深入研究电化学氧化机理，以便针对特定污染物和处理 要求设计制造特性电极； （2）研制和筛选修饰电极的合适金属氧化物，以提高其电极 寿命； （3）研制新型电极材料，以提高电流效率和催化活性，实现
有机污染物低成本去除；
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导率，可减少电能消耗，提高处理效率。
4.电催化还原技术在不同方面的应用举例
（a）电催化还原技术在废水处理中的应用
（b）电催化还原技术处理丙烯酸盐废水的研究
（c）纳米碳管电极上氧的电催化还原 的应用
（a）电催化技术在废水处理中的应用
国内状况
电催化还原水处理技术的 研究应用和国外相比比较 分散、不系统。 （1）重金属的去除和含 氰废水的处理； （2）染料工业废水； （3）工业废水； （4）啤酒厂废水。
5.电催化还原技术的优、缺点及展望
1. 优点
（ 1 ）电子转移只在电极及废水组分之间进行，不需要另 外添加氧化还原试剂，同时也避免了由另外添加药剂而引
起的二次污染问题；
（ 2 ）可以通过改变外加电流、电压，随时间调节反应条 件，可控制性较强；
（3）能量效率高，反应条件较温和，电化学过程一般在常温 常压下即可进行； （4）当排污规模较小时，可以进行就地处理； （ 5 ）当废水中含有金属离子时，阴、阳两极可同时起作用 （阴极还原金属离子，阳极氧化有机物），使处理效率提高， 同时回收再利用有价值的化学品或金属，避免了二次污染；
物本身并不发生变化的一类化学作用。
●特点：电极作为一种非均相催化剂既是反
应场所，又是电子的供应场所，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.电催化还原技术的原理
直接还原
电催化还原
间接还原
●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。
b. 电解质的种类
Na2S04 ：惰性电解质，电解过程中不参与反应，只起导 电作用，电解效率的高低仅与其浓度有关。
（3）废水的理化性质
a. 同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效率；
b. 废水体系的pH值常常会影响电极的氧化效率，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；
c. 添加支持电解质（如NaCI、 Na2S04）增加废水的电
国外状况
在国外，用电催化还原水 处理技术处理有机废水的 研究非常多。
（1）制革废水； （2）印染废水； （3）甲醛废水 （4）垃圾渗滤液
电催化还原过程可以有效 地破坏大分子有机物，并 降低其毒性，处理后的废 水可生化降解性提高
（b）电催化还原技术处理丙烯酸盐废水的研究
1.电催化还原的方法可将废水中微生物毒性较大的丙烯酸 ( 盐) 还原为微生物毒性较小的丙酸( 盐) ． 2.采用电催化还原技术处理丙烯酸盐废水，在两极板间加 阳离子交换隔膜可有效提高丙烯酸( 盐) 电催化还原的效率． 3. 阴极材料对电催化还原丙烯酸( 盐) 具有显著影响，当阴
法有： 在电解液中添加有催化作用的物质；将电极改为活性高
的材料； 对电极材料表面进行修饰。
（2）电解质溶液
a. 电解质溶液的浓度 溶液浓度太低，电流小，降解速率低；随着电解质溶液 浓度的增加，溶液的导电能力增强，电压效率提高。但电解 质浓度达到一定浓度后，电压效率的提高趋于平缓，若再加 大投入量会增加处理费用。