電化學(xué)反應(yīng)氣泡溢出行為研究

陰陽(yáng)電極相對(duì)裝置外殼靜止不動(dòng)，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min。轉(zhuǎn)速800r/min，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min； 超重力因子為100，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口敞開(kāi)，過(guò)程呈連續(xù)操作，電解10min。

電化學(xué)法處理含酚廢水過(guò)程中，向廢水中加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉。重力環(huán)境下水面上富集的泡沫較多，泡沫層較厚，說(shuō)明重力環(huán)境下氣泡從廢水中溢出的速率較慢。重力攪拌的環(huán)境下水面上的泡沫量次之，但泡沫直徑較大，說(shuō)明氣泡從廢水中溢出的速率較慢導(dǎo)致氣泡發(fā)生了聚合從而變大。而超重力環(huán)境下水面上的泡沫較少，泡沫層較薄，泡沫直徑較小，說(shuō)明超重力環(huán)境下氣泡從廢水中溢出的速率較快。

陰陽(yáng)電極相對(duì)裝置外殼靜止不動(dòng)，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min。轉(zhuǎn)速800 r/min，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min。超重力因子為100，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口敞開(kāi)，過(guò)程呈連續(xù)操作，電解10min。

超重力技術(shù)可促使氣泡脫離電極表面和從電解液中溢出。當(dāng)反應(yīng)裝置氣相出口關(guān)閉時(shí)，脫離的和溢出的氣泡會(huì)聚集于反應(yīng)裝置端蓋上。而重力環(huán)境下和重力攪拌環(huán)境下氣泡主要吸附在電極表面和分散于電解液中，裝置端蓋上幾乎沒(méi)有氣泡聚集，僅僅籠罩一層霧氣 。

陰陽(yáng)電極相對(duì)裝置外殼靜止不動(dòng)，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解30min。轉(zhuǎn)速800 r/min，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解30min。超重力因子為100，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口敞開(kāi)，過(guò)程呈連續(xù)操作，電解30min。電化學(xué)法處理含酚廢水過(guò)程中，重力環(huán)境下和重力攪拌環(huán)境下廢水中均有氣泡分散于其中，而超重力環(huán)境下廢水中并無(wú)氣泡分散。

說(shuō)明超重力技術(shù)可有效促使電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡從電解液中溢出，分析原因是因?yàn)槌亓夹g(shù)可使氣泡與廢水的相間具有較大的相間浮力因子和較高的相間滑移速率，從而促使氣泡從電解液中溢出。

陰陽(yáng)電極相對(duì)裝置外殼靜止不動(dòng)，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min。轉(zhuǎn)速800 r/min，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口關(guān)閉，過(guò)程呈間歇操作，電解10min。超重力因子為100，陽(yáng)極相對(duì)裝置外殼旋轉(zhuǎn)，陰極相對(duì)裝置外殼靜止，氣相出口關(guān)閉，液相出口敞開(kāi)，過(guò)程呈連續(xù)操作，電解10min。

電化學(xué)法處理含酚廢水過(guò)程中，重力環(huán)境下和重力攪拌環(huán)境下電極表面均有氣泡富集，而超重力環(huán)境下電極表面幾乎無(wú)氣泡富集。

說(shuō)明超重力技術(shù)可有效促使電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡脫離電極表面，這是由于超重力技術(shù)可使電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡的形核半徑變小，氣泡所受到浮力增大，這樣以來(lái)氣泡與電極間的相間滑移速率也增大，從而促使氣泡從電極表面脫離 。

在超重力技術(shù)所營(yíng)造的超重力環(huán)境下，相間會(huì)具有較大的相間浮力因子和較高的相間滑移速率。因此，超重力環(huán)境下，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡的形核半徑變小，氣泡所受到的浮力增大，氣泡與電解液以及固相電極間的相間滑移速率也增大，這樣以來(lái)可促使氣泡從電極表面脫離或從電解液中溢出，防止電極活性面積減小和電極表面電流分布不均，同時(shí)電極表面更新速度加快，可防止超電勢(shì)的產(chǎn)生以及溶液歐姆壓降和槽電壓升高，避免電極表面吸附的氣泡與電極主反應(yīng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，從而達(dá)到提高電化學(xué)反應(yīng)效率和降低能耗的目的。

電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中常伴隨著電極表面析氫、析氧和析氯的電極反應(yīng)，這些析出的氣體會(huì)以氣泡形式吸附于電極表面，從而造成電極活性面積減少、電極表面電位和電流密度的微觀分布不均，產(chǎn)生電極極化。電極表面吸附的氣泡較多時(shí)會(huì)在電極表面形成氣膜，造成電極鈍化失活。電極表面析出的氣體也會(huì)以氣泡形式分散于電解液中，使電解液成為氣液混合體系，導(dǎo)致實(shí)際的導(dǎo)電率下降。要想保證反應(yīng)順利進(jìn)行，需提高槽電壓，這樣勢(shì)必增加過(guò)程能耗。

同時(shí)，電極表面吸附的氣泡也會(huì)與電極的主反應(yīng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)效率降低。氣泡對(duì)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程能耗及反應(yīng)效率的影響，使得電化學(xué)技術(shù)的工業(yè)化廣泛應(yīng)用受到限制。因此，尋求一種能消除電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中氣泡影響的技術(shù)尤為重要 。

電化學(xué)法處理含酚廢水過(guò)程中，重力環(huán)境下和重力攪拌環(huán)境下電極表面均有氣泡富集、廢水中均有氣泡分散于其中。而超重力環(huán)境下電極表面無(wú)明顯氣泡富集、廢水中無(wú)氣泡分散于其中。在裝置氣相出口關(guān)閉的情況下，電極表面脫離的氣泡和廢水中溢出的氣泡聚集于反應(yīng)裝置端蓋上。這表明超重力技術(shù)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中氣泡影響的消除體現(xiàn)在促使氣泡脫離電極表面以及從電解液中溢出。通過(guò)向廢水中加入表面活性劑，從形成泡沫的多少以及泡沫層的厚薄進(jìn)一步反映出超重力技術(shù)可突破重力攪拌的傳質(zhì)極限，使得氣泡從廢水中溢出的速率較快 。

電化學(xué)是研究電子導(dǎo)體(或半導(dǎo)體材料)/離子導(dǎo)體(一般為電解質(zhì)溶液)或離子導(dǎo)體/離子導(dǎo)體界面結(jié)構(gòu)、界面變化過(guò)程與反應(yīng)機(jī)理的一門(mén)科學(xué)。生命現(xiàn)象最基本的過(guò)程是電荷運(yùn)動(dòng)，生物電的起因是由于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在電勢(shì)差，很多生命現(xiàn)象如人或動(dòng)物的肌肉運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的代謝作用、神經(jīng)的信息傳遞以及細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能都可用電化學(xué)原理來(lái)解釋。生物電池、心電圖、腦電圖等則是利用電化學(xué)方法模擬生物體內(nèi)器官的生理規(guī)律及其變化過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用。由上可見(jiàn)，電化學(xué)是生命科學(xué)中最基礎(chǔ)的一門(mén)相關(guān)學(xué)科，因而研究生物電化學(xué)具有極其重要的意義。

電化學(xué)在化工、冶金、機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、金屬腐蝕與防護(hù)、環(huán)境科學(xué)等科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前世界上十分關(guān)注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)等等都與電化學(xué)以各種各樣的方式關(guān)聯(lián)在一起。

電化學(xué)原電池

原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢(shì)差,從而使電子的流動(dòng),產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡(jiǎn)單說(shuō)就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電池相對(duì) 。

原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。

組成原電池的基本條件：

1、將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屬一種是不活潑金屬），或著一種金屬與石墨（Pt和石墨為惰性電極，即本身不會(huì)得失電子）等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。

2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。

3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

原電池工作原理

原電池是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。

原電池的電極的判斷：

負(fù)極：電子流出的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性較強(qiáng)金屬的一極。

正極：電子流入的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對(duì)不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極。

在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。

原電池的判定：

（1）先分析有無(wú)外接電路，有外接電源的為電解池，無(wú)外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：看電極——兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）；看溶液——兩極插入溶液中；看回路——形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)——有無(wú)氧化還原反應(yīng)。

（2）多池相連，但無(wú)外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。

電化學(xué)電解池

電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

電解是使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。

發(fā)生電解反應(yīng)的條件：

①連接直流電源

②陰陽(yáng)電極 陰極：與電源負(fù)極相連為陰極

陽(yáng)極：與電源正極相連為陽(yáng)極

③兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中

④兩電極形成閉合回路

電解過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化（裝置特點(diǎn)）：

陰極：一定不參與反應(yīng) 不一定是惰性電極

陽(yáng)極：不一定參與反應(yīng) 也不一定是惰性電極

電解結(jié)果：

在兩極上有新物質(zhì)生成

電解池電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)：

陽(yáng)極：活潑金屬—電極失電子（Au,Pt,Ir 除外）；惰性電極—溶液中陰離子失電子

注：失電子能力：活潑金屬（除Pt Au）>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F-

陰極：溶液中陽(yáng)離子得電子

注：得電子能力：Ag >Hg2 >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Pb2 >Sn2 >Fe2 >Zn2 >H2O（水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K （即活潑型金屬順序表的逆向）

對(duì)應(yīng)關(guān)系：陽(yáng)極連電源正極，陰極連電源負(fù)極（可見(jiàn)高中教材*《化學(xué)選修·四》）

規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸）前鋁后的離子看條件。

四類電解型的電解規(guī)律①電解水型（強(qiáng)堿，含氧酸，活潑金屬的含氧酸鹽），pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量水。

②電解電解質(zhì)型（無(wú)氧酸，不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽，），無(wú)氧酸pH變大，不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽PH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加適量電解質(zhì)。

③放氫生堿型（活潑金屬的無(wú)氧酸鹽），pH變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原—加陰離子相同的酸。

④放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），pH變小。電解質(zhì) 溶液復(fù)原—加陽(yáng)離子相同的堿或氧化物。

電化學(xué)質(zhì)譜法是適用于電化學(xué)體系的一種原位質(zhì)譜方法。

介紹

電化學(xué)質(zhì)譜法electrochemical mass spectroscopy;1;M5 適川于電化學(xué)體系的一種原位〔to }ilu ]質(zhì)譜方法，月以檢測(cè) 參與電化學(xué)反應(yīng)的揮發(fā)性氣體，從而獲得反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)、 c}r間體及其結(jié)構(gòu)特性:在某種防水性的微孔薄膜上(如孔徑 約。. U2t,rm，厚度約70}cm的聚四氟乙烯膜)涂敷一層電子導(dǎo) 體作為二作電極，使揮發(fā)性物質(zhì)得以通過(guò)薄膜，而溶劑水則不 能，以保持質(zhì)譜儀電離室的高真空要求。若采用差分技術(shù)甲即 測(cè)量揮發(fā)性物質(zhì)的生成速率，可以加快響應(yīng)時(shí)間。提高測(cè)量靈 敏度(檢測(cè)下限可達(dá)S X 1U r r rraol IL. )，這就是差分電化學(xué)質(zhì) 譜法(DEMS]。它還能分別測(cè)量復(fù)雜反應(yīng)的多種揮發(fā)性產(chǎn)物 的生成速率，對(duì)研究反應(yīng)中間體特別有利，己成功地用于若干 重要電化學(xué)反應(yīng)，如甲醇氧化、CO:還原等。 2100433B