《电催化氧化技术》PPT课件

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3. 电凝聚作用
在电解过程当中，如果采用铝质或铁质的 可溶性阳极，通以直流电后，阳极材料会 在电解过程当中发生溶解，形成金属阳离 子Fe3+、Al3+等，与溶液中的粒子形成具有 絮凝作用的胶体物质，这些物质可促使水 中的胶态杂质絮凝沉淀，从而实现污染物 的去出。
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4. 电浮选
在对废水进行电化学处理过程中，通过电极反 应在阴极和阳极上分别析出H2和O2，产生直径 很小（约8~15μm）、分散度很高的气泡，作为 载体吸附系统中的胶体微粒及悬浮固体上浮， 在水面形成泡漠层，用机械方法加以去除，从 而达到分离污染物的目的。
MOx (·OH) →O2 + MOx + H+ + eMOx+1 → MOx + O2
当溶液中存在可氧化的有机物R时，反应如下:
R + MOx (·OH) → CO2 + MOx + H+ + e-
R + MOx+1 → MOx + RO
在含氰化物、含酚、含醇、含氮有机染料的废水处理中，
直接电化学氧化发挥了非常有效的作用。
—— 在金属氧化物MOx阳极上生成的较高价金属氧化 物MOx+1有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物；
—— 在MOx阳极上生成的自由基MOx (·OH)有利于有 机物氧化燃烧生成CO2。 具体反应机理如下：在氧析出反应的电位区，金属 氧化物表面可能形成高价态氧化物，因此在阳极上 存在两种状态的活性氧，即吸附的氢氧自由基和晶 格中高价态氧化物的氧。
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阳极表面氧化过程分两阶段进行—— 首先溶液中的H2O或·OH在阳极上形成吸附的氢 氧自由基:
MOx + H2O → MOx (·OH) + H+ + e-
然后吸附的氢氧自由基中的氧转移给金属氧化 物晶格，形成高价氧化物：
MOx (·OH) → MOx+1 + H+ + e-
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当溶液中不存在有机物时，两种状态的活性氧发生 氧析出反应：
电催化技术
（Technology of Electrocatalysis)
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主要内容
◎ 电化学 ◎ 电催化的定义及特点 ◎ 电催化去除污染物的基本原理 ◎ 电催化电极与电解质 ◎ 电催化废水处理反应器形式及应用 ◎ 电催化技术的优点、局限性及展望
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电化学
电化学定义：研究电能与化学能之间相互
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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：
SO2 + 4Cr2+ + 4H+ → S + 4Cr3+ + 2H2O
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2. 电化学氧化
直接氧化：污染物直接在阳极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），以便进一步实施生物处理；
（2）电化学燃烧——即直接将有机物深度氧化为CO2。
有研究表明，有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机
理和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种
有关。
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转化的学科。
原电池：化学能转化为电能
电解池：电能转化为化学能
转化条件：
1. 涉及的化学反应必须有电子的转移
——氧化还原反应。
2. 化学反应必须在电极上进行
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原电池：借助氧化还原反应把化学能直接变成电能的装置。 原电池组成：
① 电极
负极：电子流出的一极， 发生氧化反应。
正极：电子流入的一极， 发生还原反应。
② 盐桥
盐桥中装有饱和的KCl溶液和 琼脂制成的胶冻。
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铜锌原电池 （丹尼尔电池）
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电 解：在外电源的作用下被迫
发生的氧化还原过程。
电解池：将电能转变为化学能的
装置。
阳极：与正极相联（抽走电子） 阴极：与负极相联（供给电子）
根据离子迁移的方向，又分为：
阴极：是阳离子移向的一极 阳极：是阴离子移向的一极
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电解NaOH的电解池
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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物本身并 不发生变化的一类化学作用。
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● 电催化的特点：
——与常规化学催化相比
1. 在常规的化学催化作用中，反应物和催化剂之 间的电子传递是在限定区域内进行的。因此，在 反应过程中，既不能从外电路中送入电子，也不 能从反应体系导出电子或获得电流；
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间接氧化：通过阳极反应生成具有强氧 化作用的中间产物或发生阳极反应之外 的中间反应生成的中间物质 （·OH、·O2、·HO2等自由基），氧化被 处理污染物，最终达到氧化降解污染物 的目的。
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为了得到高的转化效率，电催化氧化还原作用过 程必须满足以下要求： （1）氧化还原剂的生成电位必须不靠近析氢或 析氧反应的电位； （2）氧化还原剂的产生速度足够大； （3）氧化还原剂与污染物的反应速度比其他竞 争反应的大； （4）其他物质（或污染物）在电极上的吸附小。
在电极催化反应中有纯电子的转移。电极作为一
种非均相催化剂既是反应场所，又是电子的供—
受场所，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。
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2. 在常规化学催化反应中，电子的转移过 程无法从外部加以控制；
电催化反应过程中可以利用外部回路控 制电流，使反应条件、反应速度比较容 易控制，并可以实现一些剧烈的电解和 氧化-还原反应的条件。
——电催化反应输出的电流则可以用来作 为测定反应速度快慢的依据
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——与电化学相比
电催化反应在电化学反应Fra Baidu bibliotek基础之上，主 要是在电极上修饰表面材料及化学材料来 产生强氧化性的活性物种，从而提高其降 解有机物的能力；
电化学反应只是简单电极上的反应，其处 理效率明显比电催化反应低。
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电催化去除污染物的基本原理
直接还原
电化学还原 间接还原
电化学氧化 电凝聚作用
直接氧化 间接氧化
电浮选
光电化学氧化
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电化学转换 电化学燃烧
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1. 电化学还原
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。 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- 。