鈦電極反應(yīng)工程學(xué)

第一部分 電極反應(yīng)工程學(xué)

第1章 電極的電催化作用

1.1 電極在電極反應(yīng)中的作用

1.1.1 對(duì)電極反應(yīng)速度產(chǎn)生影響

1.1.2 對(duì)反應(yīng)機(jī)理產(chǎn)生影響

1.1.3 通過控制電極電位改變電極反應(yīng)的方向和速度

1.1.4 過電位是電極過程動(dòng)力學(xué)一個(gè)重要參數(shù)

1.1.5 降低電解過程的能耗

1.1.6 電極材料對(duì)有機(jī)電合成反應(yīng)的作用

1.1.7 電極材料對(duì)電解法處理廢水的作用

1.2 電解工程對(duì)電極材料的要求

參考文獻(xiàn)

第2章 電極反應(yīng)工程實(shí)際問題

2.1 電極反應(yīng)工程生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.1.1 電流效率

2.1.2 電化學(xué)反應(yīng)器工作電壓

2.1.3 直流電耗

2.2 氣泡效應(yīng)

2.2.1 電極析氣對(duì)溶液電導(dǎo)率的影響

2.2.2 析氣電極的電流分布

2.3 電極表面的電位及電流分布

2.3.1 一次電流分布

2.3.2二次電流分布

2.3.3三次電流分布

參考文獻(xiàn)

第3章 工業(yè)電解用電槽及電極

3.1 工業(yè)電解槽

3.1.1 電解槽的分類

3.1.2 電解槽的連接與組合

3.2 工業(yè)電解用電極

3.2.1 石墨電極

3.2.2 鉛及鉛基合金電極

3.2.3 反應(yīng)性金屬電極

3.2.4 SPE復(fù)合電極

3.2.5 金剛石膜電極

3.2.6 氣體擴(kuò)散電極

3.2.7 充填式電極

3.2.8 粒子床電極

3.2.9 旋轉(zhuǎn)圓筒電極

3.2.10 三維電極

3.2.11 填充床電極

3.2.12 流動(dòng)床電極

3.2.13 回流床電極

3.2.14 陶瓷電極

參考文獻(xiàn)

第4章 電極反應(yīng)工程實(shí)例

4.1 氯堿工業(yè)

4.1.1 隔膜電解法

4.1.2 離子膜電解法

4.1.3 水銀電解法

4.2 電解提取有色金屬

4.2.1 氯化物溶液電解提取金屬

4.2.2 氯化物硫酸鹽混合溶液電解提取金屬

4.3 有機(jī)電合成

4.4 電解法降解有機(jī)廢水

4.5 陰極保護(hù)

4.5.1 船舶保護(hù)用陽極

4.5.2 淡水和淡海水中的橋梁、碼頭保護(hù)用陽極

4.5.3 地下管網(wǎng)保護(hù)用深井陽極

4.5.4 地下貯罐底板保護(hù)用陽極

4.5.5 鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)用陽極

參考文獻(xiàn)

第二部分 一種新型高效節(jié)能電極材料——鈦電極的制造及應(yīng)用

第5章 鈦陽極制造工藝

5.1 金屬電極發(fā)展史

5.2 涂層鈦電極的優(yōu)點(diǎn)

5.3 涂層鈦電極制造工藝過程

5.3.1 基體金屬的選用

5.3.2 陽極幾何結(jié)構(gòu)形狀的合理設(shè)計(jì)

5.3.3 陽極基體的焊接加工

5.3.4 去油污

5.3.5 酸蝕刻

5.3.6 涂液的配制

5.3.7 涂敷涂層

參考文獻(xiàn)

第6章 鈦電極在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

6.1 氯堿工業(yè)

6.2 氯酸鹽生產(chǎn)

6.3 次氯酸鹽生產(chǎn)

6.3.1 制取次氯酸鈉工藝

6.3.2 次氯酸鈉發(fā)生器用電極材料

6.3.3 次氯酸鈉發(fā)生器的應(yīng)用

6.4 高氯酸鹽生產(chǎn)

6.5 過硫酸鹽電解

6.6 重鉻酸制備

6.6.1 電極的制備

6.6.2 Cr3 電化學(xué)氧化生成cr2O72的機(jī)理

6.6.3 超聲對(duì)cr3 電化學(xué)氧化過程時(shí)電流效率的影響

6.7 電解法制備過氧化氫

6.7.1 電解法制過氧化氫的基本原理

6.7.2 生產(chǎn)過氧化氫的生產(chǎn)工藝

6.8 二氧化氯的制取

6.9 有機(jī)電合成

6.9.1 烯烴電氧化環(huán)合反應(yīng)

6.9.2 芳香族化合物

6.9.3 芳香醛工業(yè)化生產(chǎn)

6.9.4 葡萄糖酸鈣和山梨糖醇的成對(duì)電合成

6.9.5 N-苯基硫脲的間接電氧化

6.9.6 間接電氧化合成L-磺基丙氨酸

6.9.7 成對(duì)電解合成甘露醇、山梨醇和葡萄糖酸鹽

6.9.8 成對(duì)合成1，2-二醇類化合物

6.9.9 電解合成含氮有機(jī)物

6.9.1 0葡萄糖的間接電解氧化

……

第7章 鈦電極在電冶金領(lǐng)域的應(yīng)用

第8章 鈦電極在金屬箔生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

第9章 鈦電極在電鍍領(lǐng)域的應(yīng)用

第10章 鈦電極在處理廢水（環(huán)境保護(hù)）領(lǐng)域的應(yīng)用

第11章 鈦電極在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

第12章 鈦電極在陰極保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

第13章 鈦電極在電滲析領(lǐng)域的應(yīng)用

第14章 鈦電極在其他領(lǐng)域的應(yīng)用2100433B

《鈦電極反應(yīng)工程學(xué)》分成兩部分。第一部分講述電極反應(yīng)工程學(xué)。第二部分講述一種新型高效節(jié)能電極材料——鈦電極的制造及應(yīng)用?！垛侂姌O反應(yīng)工程學(xué)》適用從事電極研究，尤其從事鈦電極研究、生產(chǎn)和使用的工程技術(shù)人員閱讀，也可以供高等院校師生教學(xué)使用和參考。希望《鈦電極反應(yīng)工程學(xué)》的出版能對(duì)國內(nèi)鈦電極事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展有一定的幫助?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，要求電極科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，而電極材料和電極反應(yīng)工程學(xué)科的進(jìn)步，又有力地支持了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也使學(xué)科的理論進(jìn)一步得到完善。鈦電極誕生以來，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用。當(dāng)電極反應(yīng)工程進(jìn)入鈦電極時(shí)代后，業(yè)界對(duì)電極材料的研究更加深入、系統(tǒng)，對(duì)電極材料的應(yīng)用也更加廣泛，由此催生了電極學(xué)。通過對(duì)電極材料的精心選擇，達(dá)到電化學(xué)工藝的最優(yōu)化，是電極學(xué)研究的最終目的，而電極反應(yīng)工程學(xué)則是電極學(xué)科的一個(gè)分支。

單位電極面積在單位時(shí)間內(nèi)的電極反應(yīng)產(chǎn)物量。電極反應(yīng)如電解反應(yīng)，產(chǎn)物量的單位為mol/(m2·s)。

按法拉第電解定律，電解產(chǎn)物量與通過電極的電量成正比。單位時(shí)間通過的電量為電流，而單位面積上的電流為電流密度。根據(jù)這些關(guān)系可知，電極反應(yīng)速率可以用電流密度來表述。電流密度愈大，電極反應(yīng)速率愈快；另一方面，電極極化(超電位)也愈大。

電極反應(yīng)速率與電極電位關(guān)系密切。一個(gè)電極處于平衡電位時(shí)(電極上沒有凈電流流過)，其陽極向反應(yīng)(氧化反應(yīng))和陰極向反應(yīng)(還原反應(yīng))的速度相等，陽極向反應(yīng)電流密度和陰極向反應(yīng)電流密度相同，稱之為交換電流密度(也簡稱交換電流)。對(duì)于一個(gè)給定的電極(材質(zhì)、表面狀態(tài)一定)，在溶液的濃度和溫度不變的情況下，交換電流密度是一個(gè)常數(shù)，它表征平衡電位下電極反應(yīng)的能力。具有較大交換電流密度的電極，其陽極向反應(yīng)和陰極向反應(yīng)的速度都較大，反之都較小。電極處于極化狀態(tài)下時(shí)，陽極向反應(yīng)電流密度(反應(yīng)速度)與陰極向反應(yīng)電流密度不同，亦即這兩個(gè)相反方向的電極反應(yīng)的極化電流密度不同，于是電極上有可測(cè)量的凈電流(又稱外電流)流過，其值等于陽極向和陰極向反應(yīng)電流密度之差，電極反應(yīng)乃表現(xiàn)出單向地(陽極向或陰極向)進(jìn)行。在這種情況下，不管是哪個(gè)單向反應(yīng)，凡交換電流密度很大的電極，都可在電極較小的極化電位(超電壓)下獲得較大的凈電流密度即較大的單向電極反應(yīng)速率。相反，如果交換電流密度很小，則只有電極在相當(dāng)大的極化電位(超電壓)下才能獲得較大的凈電流密度即較大的電極反應(yīng)速率。利用電極極化電位或超電壓與電流密度的關(guān)系來描述電極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，是電極過程動(dòng)力學(xué)的中心內(nèi)容。

電極，一般情況下，僅指電子導(dǎo)體或電于導(dǎo)體材料，如鉑電極、石墨電極。

有時(shí)候，說到某種電極時(shí)，指的是電極反應(yīng)或整個(gè)電極系統(tǒng)(包括離子導(dǎo)體)，而不只是指電子導(dǎo)體材料，如參比電極。

若按電位高低區(qū)分電極，則電位較高的電極稱為正極，電位較低的電極則稱為負(fù)極。若按電極上發(fā)生的反應(yīng)區(qū)分電極，則發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。在電解槽中，正極即陽極，負(fù)極即陰極，在化學(xué)電源中，在工作狀態(tài)下(放電時(shí))負(fù)極是陽極，正極則是陰極；而在充電時(shí)，正極成為陽極，負(fù)極則為陰極。為了避免混淆，化學(xué)電源的電極，宜分別稱為正極和負(fù)極。

在電化學(xué)體系中伴隨著兩個(gè)非同類導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移而在兩相界面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，稱為電極反應(yīng)。

電極反應(yīng)式的書寫

原則電極反應(yīng)基本上都是氧化還原反應(yīng)，要遵循質(zhì)量守恒、電子守恒及電荷守恒。除此之外還要遵循：

1．加和性原則：兩電極反應(yīng)式相加，消去電子后得電池總反應(yīng)式。利用此原則，電池總反應(yīng)式減去已知的一電極反應(yīng)式得另一電極反應(yīng)方程式。

2． 共存性原則：堿性溶液中CO₂不可能存在，也不會(huì)有H 參加反應(yīng)或生成；同樣酸性溶液，不會(huì)有OH參加反應(yīng)或生成也不會(huì)有碳酸根離子的存在。根據(jù)此原則，物質(zhì)得失電子后在不同的介質(zhì)環(huán)境中所存在的形式不同。我們可以根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性來書寫，確定H₂O，OH^-， H 在方程式的左邊還是右邊。

同時(shí)還有1.根據(jù)電池裝置圖書寫電極反應(yīng)2.根據(jù)電池總反應(yīng)書寫電極反應(yīng)3.二次電池電極反應(yīng)的書寫4.燃料電池電極反應(yīng)的書寫等。