電催化氧化技術(shù)ppt課件-在線瀏覽
2025-03-06 09:12本頁(yè)面
【正文】 催化作用中 ， 反應(yīng)物和催化劑之間的電子傳遞是在限定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的 。 電極作為一種非均相催化劑既是反應(yīng)場(chǎng)所 ， 又是電子的供 —受場(chǎng)所 ， 即電催化反應(yīng)同時(shí)具有催化化學(xué)反應(yīng)和使電子遷移的雙重功能 。 —— 電催化反應(yīng)輸出的電流則可以用來(lái)作為測(cè)定反應(yīng)速度快慢的依據(jù) —— 與電化學(xué)相比 電催化反應(yīng)在電化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)之上 ， 主要是在電極上修飾表面材料及化學(xué)材料來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的活性物種 ， 從而提高其降解有機(jī)物的能力； 電化學(xué)反應(yīng)只是簡(jiǎn)單電極上的反應(yīng) ， 其處理效率明顯比電催化反應(yīng)低 。 基本反應(yīng)式為： M2+ + 2e → M。 如： RCl + H+ + 2e → RH + Cl 。 （ 1） 電化學(xué)轉(zhuǎn)換 —— 即把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒物質(zhì) ， 或把難生化的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生化的物質(zhì) （ 如芳香物開(kāi)環(huán)氧化為脂肪酸 ） ， 以便進(jìn)一步實(shí)施生物處理； （ 2） 電化學(xué)燃燒 —— 即直接將有機(jī)物深度氧化為 CO2。 2. 電化學(xué)氧化 —— 在金屬氧化物 MOx陽(yáng)極上生成的較高價(jià)金屬氧化物 MOx+1有利于有機(jī)物選擇性氧化生成含氧化合物； —— 在 MOx陽(yáng)極上生成的自由基 MOx ( 具體反應(yīng)機(jī)理如下： 在氧析出反應(yīng)的電位區(qū) ， 金屬氧化物表面可能形成高價(jià)態(tài)氧化物 ， 因此在陽(yáng)極上存在兩種狀態(tài)的活性氧 ， 即吸附的氫氧自由基和晶格中高價(jià)態(tài)氧化物的氧 。OH在陽(yáng)極上形成吸附的氫氧自由基 : MOx + H2O → MO x (OH) → MO x+1 + H+ + e 當(dāng)溶液中不存在有機(jī)物時(shí)，兩種狀態(tài)的活性氧發(fā)生氧析出反應(yīng)： MOx (OH) → CO 2 + MOx + H+ + e R + MOx+1 → MO x + RO 在含氰化物、含酚、含醇、含氮有機(jī)染料的廢水處理中，直接電化學(xué)氧化發(fā)揮了非常有效的作用。OH、 HO2等自由基 ） ， 氧化被處理污染物 ， 最終達(dá)到氧化降解污染物的目的 。 在電解過(guò)程當(dāng)中 ， 如果采用鋁質(zhì)或鐵質(zhì)的可溶性陽(yáng)極 ， 通以直流電后 ， 陽(yáng)極材料會(huì)在電解過(guò)程當(dāng)中發(fā)生溶解 ， 形成金屬陽(yáng)離子 Fe3+、 Al3+等 ， 與溶液中的粒子形成具有絮凝作用的膠體物質(zhì) ， 這些物質(zhì)可促使水中的膠態(tài)雜質(zhì)絮凝沉淀 ， 從而實(shí)現(xiàn)污染物的去出 。 ? 可通過(guò)調(diào)節(jié)電流 、 電極材料 、 pH值和溫度可改變產(chǎn)氣量及氣泡大小 ， 滿足不同需要 。 5. 光電化學(xué)氧化 電催化電極 ? 電極 —— 指與電解質(zhì)接觸的電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體 ， 它既是電子貯存器 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)電能的輸入或輸出 ， 又是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所 。 電催化電極主要內(nèi)容 1. 催化電極與電極材料的種類(lèi) 2. 催化電極的性能 3. 電催化電極的組成及結(jié)構(gòu) （ 表面材料 、基礎(chǔ)電極 、 載體和電極表面結(jié)構(gòu) ） 1. 催化電極與電極材料的種類(lèi) （ 1） 催化電極的種類(lèi) 主要分為兩大類(lèi)：二維電極；三維電極； （流化床電極） a. 二維電催化電極 應(yīng)用最廣泛的是 DSA類(lèi)電極 。 DSA類(lèi)電極通過(guò)改進(jìn)材料及涂層結(jié)構(gòu)提供了較高的析氧過(guò)電位 ， 防止陽(yáng)極氧氣的析出 ， 提高其電流效率 。 缺點(diǎn)： 有效電極面積很小 ， 傳質(zhì)差 ， 導(dǎo)致單位時(shí)空處理效率較低 。 優(yōu)點(diǎn)： 面積比較大且能以較低的電流密度提供較大的電流強(qiáng)度；粒子之間間距小 ， 物質(zhì)傳質(zhì)極大改善；單位時(shí)空產(chǎn)率和電流效率均極大提高 ， 尤其對(duì)低電導(dǎo)率廢水 ， 其優(yōu)勢(shì)更是明顯 。 b. 碳素電極 由元素碳組成的電極的總稱 。 c. 金屬氧化物電極 導(dǎo)電金屬氧化物電極具有重要的電催化特性 ， 這類(lèi)電極大多為半導(dǎo)體材料 。 非金屬材料作為電極材料 ， 最大的優(yōu)勢(shì)在于這類(lèi)材料的特殊物理性質(zhì) ， 如高熔點(diǎn) 、 高硬度 、 高耐磨性 、 良好的耐腐蝕性以及類(lèi)似金屬的性質(zhì)等 。 催化電極的功能： 既能導(dǎo)電 ， 又能對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行活化 ， 提高電子的轉(zhuǎn)移速率 ， 對(duì)電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行某種促進(jìn)和選擇 。 電極材料的性質(zhì)是決定電極催化特性的關(guān)鍵因素 。 改變電極材料的性質(zhì) ， 既可以通過(guò)變換電極基體材料來(lái)實(shí)現(xiàn) ，也可以用有電催化性能的涂層對(duì)電極表面進(jìn)行修飾改性而實(shí)現(xiàn) 。 3. 電催化電極的組成及結(jié)構(gòu) 催化劑之所以能改變電極反應(yīng)的速率 ， 是由于催化劑與反應(yīng)物之間存在的某種相互作用改變了反應(yīng)進(jìn)行的途徑 ， 降低了反應(yīng)的活化能 。 （ 1） 表面材料 電極對(duì)催化劑的要求滿足： 反應(yīng)表面積要大；有較好的導(dǎo)電能力；吸附選擇性強(qiáng)；在使用環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；機(jī)械性能好；資源豐
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