為克服單一電氧化的局限性,常將其與光催化、臭氧氧化或生物處理聯(lián)用。例如,電氧化-光催化(EO-PC)系統(tǒng)中,TiO?光陽極在紫外光激發(fā)下產(chǎn)生電子-空穴對,與電生成的·OH協(xié)同降解污染物,對雙酚A的礦化率比單獨電氧化提高40%。電氧化-生物耦合工藝(如前置電氧化提高廢水可生化性)可降低能耗,適用于高濃度有機廢水。此外,電氧化與膜過濾結合(如電化學膜生物反應器)能同步實現(xiàn)污染物降解和固液分離,但需解決膜污染和電極-膜模塊集成設計問題。電化學方法使碳鋼腐蝕速率降至0.02mm/a。河南吸收塔電極設備
污染土壤淋洗液常含高濃度重金屬和有機污染物(如PAHs),電極氧化還原反應可以協(xié)同去除兩類污染物。以Pb-芘復合污染淋洗液為例,Ti/PbO?陽極降解芘的同時,陰極還原Pb2?為Pb?實現(xiàn)回收。關鍵參數(shù)為淋洗劑選擇(檸檬酸優(yōu)于EDTA,避免絡合競爭)和pH控制(酸性條件利于重金屬還原)。技術瓶頸在于土壤淋洗液的高顆粒物含量易堵塞電極,需前置過濾或采用旋轉(zhuǎn)陰極設計?,F(xiàn)場試驗顯示,處理成本比焚燒法降低50%以上,且無二次污染風險。河北海水淡化電極設施電化學沉積回收銅純度達99.5%。
含油廢水常見于石化、食品加工等行業(yè),其高COD和乳化特性使傳統(tǒng)處理方法效率低下。電氧化技術可通過陽極產(chǎn)生的·OH和活性氧物種(如O??)破壞油滴表面的乳化劑,實現(xiàn)破乳和有機物降解。例如,采用Ti/SnO?-Sb電極處理乳化油廢水時,COD去除率可達80%以上,且油滴粒徑從10 μm降至1 μm以下。關鍵挑戰(zhàn)在于電極污染(油膜覆蓋導致活性位點失活),需通過脈沖電流或周期性極性反轉(zhuǎn)(PRS技術)緩解。此外,耦合氣浮工藝可提升油污分離效率,而低溫等離子體輔助電氧化能進一步降低能耗。未來需開發(fā)疏油-親水雙功能電極材料以增強抗污性。
在實際應用中,被研究的電極被稱作工作電極(W),在電化學分析法中也稱為指示電極。為了測量工作電極的電勢,通常會將其與參比電極(R)組成二電極測量電池。當需要使工作電極發(fā)生極化時,則需額外引入一個輔助電極(C),組成三電極測量電池系統(tǒng)。為降低電液中歐姆電位降(IR)對工作電極電勢測量的誤差,參比電極與電解液連接處常采用毛細管,即魯金毛細管,使其盡可能靠近工作電極,以提高測量的精度。
多重電極與單一電極不同,其電極界面上存在多種電極反應。當不太純的鋅浸入硫酸中時,【Zn|H?SO?】電極上就可能同時發(fā)生鋅原子失去電子生成鋅離子的反應,以及氫離子得到電子生成氫氣的反應,且這兩個反應的速率都較快,因此該電極屬于二重電極。金屬腐蝕體系常常呈現(xiàn)出多重電極的特性,由于存在多種反應,多重電極的靜態(tài)電勢需根據(jù)不同反應的極化曲線和極化規(guī)律來綜合判斷,其電化學反應過程相對復雜,給研究和應用帶來了一定挑戰(zhàn)。 電化學技術使生物膜厚度從500μm降至50μm。
金屬氧化生成的腐蝕產(chǎn)物(如Fe?O?、γ-FeOOH)本身具有半導體特性,其禁帶寬度影響電子轉(zhuǎn)移效率。例如α-Fe?O?(Eg=2.2eV)比γ-Fe?O?(Eg=2.0eV)更穩(wěn)定。這些氧化物還可能參與光電化學反應,在光照條件下產(chǎn)生額外光電流,導致傳統(tǒng)電位測量出現(xiàn)偏差。現(xiàn)在研究正嘗試利用這種特性開發(fā)自供能監(jiān)測傳感器。
在拉伸應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下,電極材料會發(fā)生SCC。以奧氏體不銹鋼在Cl?環(huán)境為例,其裂紋擴展速率可達10??-10??mm/s。電化學噪聲檢測發(fā)現(xiàn),SCC過程中會出現(xiàn)特征性的電流/電位突跳信號,這些瞬態(tài)響應與位錯滑移、膜破裂等微觀事件直接相關,為早期預警提供了新思路。 電化學防垢涂層使結垢誘導期延長10倍。河北海水淡化電極設施
電化學方法處理不改變水體pH值。河南吸收塔電極設備
電極氧化反應遵循電化學熱力學原理,可用能斯特方程描述電極電位與反應物濃度的關系。以鐵電極為例,其氧化反應Fe→Fe2?+2e?的標準電極電位為-0.44V(vs SHE)。當系統(tǒng)電位超過該值,熱力學上即可發(fā)生自發(fā)氧化。在實際水系統(tǒng)中,溶解氧的存在會顯著提高氧化電位,例如O?+2H?O+4e?→4OH?反應的標準電位達+0.40V,二者耦合構成腐蝕電池。溫度每升高10℃,氧化反應速率通常提高1.5-2倍,這對高溫循環(huán)水系統(tǒng)的電極選材提出更高要求。河南吸收塔電極設備