化学小论文

化学电解在工业生产中的应用

摘要：如今，随着社会的高速发展和科学技术的日益创新，人们对于生存资料的生产速度迅速加快。但是，在大中小型的工业生产中，高能耗、高污染、低效率等问题也凸显出来。本文通过化学电解方面的知识和事例来对化学电解在工业生产中的应用进行解释。具体引用事例有接触辉光放电电解【1】、微电流电解消毒技术在海水维生系统中的应用【2】、电解脱脂电源的应用【3】、电解食盐水的应用【4】。这些应用能够在消毒杀菌、节能降排、食品加工、食品安全和军事装备等领域发挥重要作用，并且在未来的科学发展中有广大的前景。

关键词：电解应用节能污染

1电解食盐水的应用研究进展

电解食盐水是以化学性质稳定的材料为电极，用半透隔膜将食盐水分隔在阴极室与阳极室中，对食盐水溶液进行电解。阳极产生富含氯气分子和次氯酸等高氧化还原电位的酸性水，阴极产生富含氢气等还原性物质的碱性水。以往的次氯酸钠发生器虽然也是通过电解食盐水实现其功能，但由于没有隔膜，阳极室与阴极室相通，产生的次氯酸钠氧化和杀菌能力低，应用范同受到限制。正是在食品卫生、食品加工、食品储藏、农业、畜产业及医疗卫生等领域应用的广泛性，加上电解食盐水产物的复杂性，使得电解食盐水产物的名称也较多，如电解水、酸性氧化电位水、酸化电位水、高氧化还原电位酸性水、强氧化离子水、强酸性电解水、酸性氧化电位水、机能水、碱性水、电解离子水、离子水等。尽管名称不一，但其制备原理和作用机制是一致的。下面是电解食盐水的电化学反应原理和应用研究进展。

1.1电解装置及电极反应

电解食盐水的装置由白金钛合金电极、半透隔膜和电源组成。食盐水在隔膜两侧电解槽中电解，电极之间的电流～般为8～10 A，电压9～10 V。从阳极流出的是酸性电解水(AEW)，从阴极流出的是碱性电解水(BEW)。在工艺上常用饱和氯化钠溶液和自来水同时引入电解食盐水的发生器中。

1.2阳极反应

物质得失电子的能力的不同造成电极电势大小的不一致。电极电势越大，氧化能力越强，反之亦然。在阳极，电极反应的一般规律是氧化还原电位越小的分子或离子，越容易失去电子而被氧化。在电能的驱动下，氯离子、水和氢氧根离子也可在阳极被夺去电子，产生氯气、自由基、活性氧和过氧化物等活性物质，最终产生以氧气、氯气、臭氧、次氯酸和盐酸等为主要成分的强氧化性酸性电解水。AEW呈强酸性，无色、透明、有氯味，pH值2.2—2.7，有效氢浓度为10～50 mg/L，氧化还原电位(ORP，又称电极电势)大于1000 mV。

1.3阴极反应

在阴极，氧化还原电位越大的分子或离子，越容易获得电子而被还原。水分子电离出的

氢离子在阴极获得电子产生初生态氢，后者再进一步生成氢气，对应的氢氧根离子浓度上升，PH值下降，形成具有强还原性的碱性电解水(BEW)。

1.4酸性电解水

酸性电解水含有多种分子和离子，甚至自由基，其杀菌因素较多。相当数量的实验显示氯、DH、高ORP值对AEW的杀菌作用均有贡献。大部分微生物本身具有的和生存环境所处的OPR 值在400～900mV之间。因此，AEW可有效杀灭各类细菌、真菌、病毒等微生物。实验表明，单纯采用相同pH值的稀HCI溶液进行杀菌处理，效果并不好。这说明酸性电解水能杀菌并不只是因为DH低，而是由于其氧化还原电位高。酸性电解水一旦接触到细菌，便能夺取生物体系中还原分子或离子(如葡萄糖、二价铁离子、蛋白质、不饱和脂肪酸等)中的电子，改变氧化还原电位的平衡，破坏相应分子或离子的功能，起到杀菌的作用。酸性电解水的pH越小，参与氧化反应的氢离子浓度越高，氧化还原电位越高，杀菌效果越好。因此，AEW的杀菌作用远大于次氯酸钠、漂白粉、氯气等同类杀菌剂。AEW杀菌后，其最终产物为水和氯负离子。氯气常用于自来水厂饮用水的杀菌消毒就是因为残留物质少，可直接饮用。而AEW与其相似，在接触空气、光线、有机物、或加温至50。c以上可逐渐还原成为普通水．氯与目标结合后失去毒性，多余氯分解挥发，所以，比其他杀菌剂(如碘、季胺盐、次氯睃钠、漂白粉等)存在的毒性残留和环境污染小。

用AEW消毒比用其他消毒剂更方便，因为是现场生产，省去运输、储藏成本；除了稀盐水外不加其他化学试剂，简单电解即可。而且，AEW特别适合食品原料(如鸡蛋、水果等)表面的非加热杀菌，杀菌作用后对食品原材料的成分和风味没有大的影响。

但AEW存在以下缺点：对金属有腐蚀性；存在蛋白质时，杀菌效果减弱，因为氯气、次氯酸等能够与蛋白质反应；电解程度控制不好，过度电解或过酸(pH<5)时释放氯气。引起操作人员的不适。

此外，酸性电解水的稳定性较差，光照、空气和温度都会影响酸性电解水的氧化还原电位值，使其杀菌效果下降，因此，最好现用现配，或贮存于室温、密闭、避光的非金属类容器里。

1.5 碱性电解水

碱性电解水(BEW)，DH值大于11，ORP值小于等于800 mV。由于在阴极电解时产生初生态的氢具有还原性，能够还原生物系统里的自由基，具有消除自由基的功效。食盐水经电解后，组成水分子团的水分子数由原来的10～13个减少为5至6个，更容易通过细胞膜，具有促进新陈代谢的作用。此外，碱性电解水具有强碱性，能够用于清除油污而不会出现洗衣粉产生的磷污染。

1.6应用研究进展

电解食盐水作为杀菌剂使用，毒性残留少、环境污染小，还可分解蔬菜表面残留的有机磷农药。因此，在食品安全、加工与储藏、农业生产、餐饮行业、医疗卫生或家庭等领域具

有广阔的应用前景。

1.7展望

电解食盐水对收获前后的食品、食品加工和医疗器具、卫生环境具有杀菌消毒作用，能够有效减少致病菌的污染。同时，也可作为水果和蔬菜收获前后期真菌消除剂，还可消除蔬菜表面的农药残留。它随时生产，随时使用，成本低、用途广、效益高和无环境污染，是一项具有市场潜力的技术，尤其是部队、高校等集体伙食单位和食品加工企业和医疗单位，更需要大力推广应用这项技术。随着我国经济的快速发展，加工食品的日益丰富，食品安全隐患也日益凸现，电解食盐水在食品安全领域将会有更大的应用前景。

2 接触辉光放电电解技术

工业废水中有机染料分子的普遍存在是导致环境问题的一大因素，在这些染料分子中，由于其复杂分子结构、强色稳定性以及多变，因此大部分都不能得到有效的降解。在染料废水处理技术中，常用的包括物理吸附方法、化学氧化法以及生物降解法。

接触辉光放电电解是一个特殊的电化学氧化过程。根据化学的观点，溶液中的等离子体可以与水分子反应生成羟基自由基等具有高氧化性的物质，而这些活性粒子可以与有机染料分子发生反应，破坏有机物的组成，达到降解的目的。根据这个机理，接触辉光放电电解技术可以应用于水溶液中有机物的降解处理研究。接触辉光放电电解技术是一种处理有机印染废水较为理想的高级氧化技术，是一种“环境友好型”绿色水处理技术，在废水处理方面有较好的应用前景。

2.1有机染料废水处理中存在的问题

纺织工业的产品很多，生产工艺各不相同，因而生产废水水质差异很大．新染料的不断出现，使得对此类废水的脱色技术在不断发展变化。但总体来说还不是令人十分满意，存在处理费用高、流程复杂、耗能高等缺点，反应的控制与运行费用的降低仍然是难点．而且，在某些实际处理过程中产生的中间产物可能对环境的危害更大，造成二次污染。

2.2接触辉光放电电解过程及其反应机理

接触辉光放电电解过程中，等离子体的产生如下：首先工业电源经整流变压后(0-1000V)，加到电解池的两极，发生电解，电极间产生较高电流。由于焦耳热的作用，针状电极周围的溶剂迅速汽化，电阻迅速增加，由于此时电解液的电阻并未发生明显的变化，所以电压几乎全部加在针状电极周围的气体之上。由于针状电极的曲率半径非常小．从而产生辉光放电等离子体。在针状阳极附近的等离子体内，水分子被离子化或活化．另一方面，在等离子体和阳极液界面附近的液相反应区，液相的水分子和来自等离子体的H20+gas相互撞击分解为氢，OH自由基，继而生成过氧化氢。这一过程可以将H20+gas看作辐射原，是非法拉第现象产生的另一原因。另外，H20+与水分子发生电荷转移，生成羟基自由基，完成普通电解过程。粒子通过碰撞使水分子离子化或活化，一定条件下最终产物为羟基和氢气。自由基又重新结合生成水分子．这样在主反应区就是羟基自由基、氢自由基的混合体。当这些