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wanghongtao010银虫 (小有名气)
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[交流]
转-环境电化学技术简介
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注： 原文转自中美环保科技交流网（www.cespn.net）,转载已经作者同意。 原帖地址： http://www.cespn.net/bbs/viewthread.php?tid=4 背景介绍 污 染物的去除常常通过氧化还原反应. 一些毒性很高的物质经过还原或者氧化, 其毒性可以大大减弱. 所以,氧化还原过程, 同时也是电子传输(electron transfer)过程, 可以改变化合物的性质. 而这种电子传输可以在通电的导体表面,也就是电极上实现, 为电化学处理污染物的应用敞开了大门. 此外, 电信号(电流或电压)可以被用来探测具有氧化还原性的物质. 电化学分析技术进行的定性或定量的污染物分析,精度高, 操作费用低. 电化学反应可分为直接和间接过程. 直接过程是指电子可以直接在电极和电活性物质之间传输. 很多有机物质,包括酚类物质, 卤化物质, 环胺类物质, 有机废物和染料物质, 都可以在阳极上被直接氧化. 最常见的直接氧化的无机物是氰化物,产物为毒性减弱的氰酸盐. 直接还原反应可以将卤化有机物脱氯, 和重金属离子还原. 间接过程是指借助电子传输中介物(electronmediator)来完成氧化还原反应. 电 化学技术具有”环境兼容性”, 因为电子是”清洁的反应物质”. 相对而言, 电化学技术的能耗低,节省费用. 在常用的还原剂中, 电子的单位电荷费用是最低的. 另外, 电化学反应器的建造和维护都比较简单, 不需要高温或高压,而且同一个反应器可以用于多种用途. 因为过程中的主要变量是电压和电流, 电化学反应器非常适合自动化的控制和运行. 结合适当的条件,比如电解液成分, 温度, 电压/电流值, 反应器的形状, 和电极材料等等, 电化学反应可以防止或者最小化能量浪费和副产品的产生.这些副产品不仅仅是材料的浪费, 而且增加了分离和处理的难度. 存在的问题 电 化学技术也存在一些挑战, 比如电极材料会被腐蚀, 络合, 氧化或者失去活性.因为大多数电化学反应都是在水溶液中进行, 溶剂分解(水的氧化还原)很难避免, 消耗了部分能量.而且水分解产生的氧气和氢气还可能形成爆炸性的混合物. 最好的电极材料(持久性和惰性)往往都是贵重金属, 材料费用高.电化学技术的初期投资是很大的, 更重要的是, 操作人员缺乏电化学知识是阻碍电化学技术应用的一大障碍. 实际应用 很多电化学技术已经被商业应用. 在废水处理中, 电化学反应器作为生物反应器的预处理,将难降解物质转化成可生物降解的物质. 这种混合过程可以节省大量的电, 例如, 用电化学技术完全氧化一个苯(benzene)分子需要30个电子;如果部分氧化这个苯分子, 形成可生物降解的有机酸, 被随后的生物反应器完全降解, 则不需要那么多的电子.一些工业废水因其含有很高的盐度和金属成分, 或者pH值, 而很难处理. 利用电化学方法(电渗析) 不仅可以去除污染物,还可以回收一些有价值的材料. 基于离子交换原理(和离子交换膜), 电渗析已经被成功应用于硝酸盐去除, 硼去除, 脱盐和甘油回收.电化学技术也可以产生消毒物质, 用来消毒水中的病原体. 土壤/地下水污染的修复中也有电化学技术的应用,包括电泳动(带电荷物质在电场影响下的移动), 电渗透(溶剂和溶解的物质由于表面颗粒和溶剂/溶解的物质之间的双电荷层, 在土壤空隙间的移动),和电迁移(离子向相反电极的移动). 电化学修复被用于有机物质的氧化, 重金属还原, 和放射性物质的处理. 此外,电化学技术还被应用于气体处理, 例如一氧化氮可以被电化学处理提高(其产物)的水溶解度, 再进行深度处理.二氧化氮和一氧化二氮在不同的溶解液被氧化还原成氮气. 含硫气体, 例如硫化氢和二氧化硫, 可以被氧化还原成硫酸盐或硫. 推荐阅读: Rajeshwar, K. and Ibanez, J. G. (1997) EnvironmentalElectrochemistry-Fundamentals and Applications in Pollution Abatement.Academic Press, Inc., San Diego, CA. |
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