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(dú)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(jī)廢水。此外,電氧化與膜過濾結(jié)合(如電化學(xué)膜生物反應(yīng)器)能同步實(shí)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(shè)計(jì)問題。電極技術(shù)處理不影響水體透明度。青海工業(yè)電極設(shè)備
氯離子對電極氧化的影響主要體現(xiàn)在:①競爭吸附破壞鈍化膜(Cl?與O2?競爭金屬表面位點(diǎn));②形成可溶性金屬氯配合物(如FeCl?);③形成酸性微環(huán)境。當(dāng)Cl?濃度超過300mg/L時(shí),316不銹鋼的點(diǎn)蝕電位會(huì)從+0.35V驟降至+0.05V。值得注意的是,Cl?/SO?2?比值超過0.5時(shí),協(xié)同效應(yīng)會(huì)明顯加劇腐蝕,這解釋了為何海水冷卻系統(tǒng)需要特種合金電極。
硫酸鹽還原菌(SRB)等微生物可通過獨(dú)特機(jī)制加速電極氧化:①分泌酸性代謝物;②形成差異通氣電池;③直接參與電子轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)SRB存在時(shí),碳鋼腐蝕速率可達(dá)無菌環(huán)境的5-10倍。更復(fù)雜的是,微生物生物膜會(huì)導(dǎo)致電極表面pH梯度變化,某些區(qū)域pH可低至2-3,這種微區(qū)酸化現(xiàn)象常規(guī)探頭難以檢測,需借助微電極陣列進(jìn)行空間分辨測量。 青海工業(yè)電極設(shè)備電化學(xué)方法使碳鋼腐蝕速率降至0.02mm/a。
保護(hù)層對于電極的長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義,它能夠阻止環(huán)境因素對電極的不利影響。在實(shí)際應(yīng)用中,電極可能會(huì)面臨濕度、溫度變化、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等多種環(huán)境因素的挑戰(zhàn)。保護(hù)層可以防止電極表面被氧化、腐蝕,避免活性物質(zhì)與外界雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而維持電極的性能穩(wěn)定。例如在戶外使用的電化學(xué)傳感器電極,其保護(hù)層需要具備良好的防水、防紫外線性能;在化工生產(chǎn)中的電極,保護(hù)層則要能抵御強(qiáng)酸堿等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
選擇電極材料時(shí),導(dǎo)電性是一個(gè)極為關(guān)鍵的參數(shù)。不同的應(yīng)用場景對導(dǎo)電性的要求差異很大,在電力傳輸領(lǐng)域,用于輸送大量電能的電極,必須具備極高的導(dǎo)電率,以減少電能在傳輸過程中的損耗。像銅這種常見的導(dǎo)電材料,其導(dǎo)電率較高,廣泛應(yīng)用于一般的電力傳輸電極。而在一些對導(dǎo)電性能要求更為苛刻的電子器件中,如芯片中的電極,可能會(huì)選用導(dǎo)電率更高的銀或其他特殊材料,以滿足高速、高效的數(shù)據(jù)傳輸需求。
PPCPs(如防曬劑)在水體中持續(xù)積累,傳統(tǒng)工藝難以有效去除。電氧化技術(shù)可通過自由基攻擊實(shí)現(xiàn)PPCPs的分子結(jié)構(gòu)破壞。以磺胺甲惡唑(SMX)為例,BDD電極在10 mA/cm2電流密度下處理2小時(shí),SMX降解率>95%,且毒性評估顯示中間產(chǎn)物無生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于PPCPs的低濃度(ng/L~μg/L)和高背景有機(jī)物干擾,需通過提高電極選擇性(如分子印跡改性)或耦合前置吸附工藝來增強(qiáng)靶向降解。此外,實(shí)際水體中碳酸鹽等自由基淬滅劑會(huì)降低效率,需優(yōu)化反應(yīng)條件以抑制副反應(yīng)。電化學(xué)技術(shù)處理循環(huán)水見效快。
鈦電極突出的特性之一便是明顯的耐腐蝕性。鈦在空氣中極易與氧結(jié)合,形成一層致密且穩(wěn)定的氧化膜,這層氧化膜能有效阻止鈦基體進(jìn)一步被腐蝕。在多種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中,如鹽酸、硫酸、硝酸等,普通金屬電極可能迅速被腐蝕破壞,而鈦電極憑借其表面的氧化膜,能夠長時(shí)間穩(wěn)定工作。即使在高濃度、高溫的腐蝕性溶液中,鈦電極依然能保持良好的物理和化學(xué)性能。例如,在濕法冶金領(lǐng)域,鈦電極可用于處理含大量酸、堿和重金屬離子的溶液,其耐腐蝕性使得電極壽命大幅延長,減少了設(shè)備維護(hù)和更換成本,提高了生產(chǎn)效率。電化學(xué)技術(shù)節(jié)水效益達(dá)200萬元/年。黑龍江工業(yè)電極設(shè)備
電化學(xué)處理使換熱效率恢復(fù)至95%。青海工業(yè)電極設(shè)備
循環(huán)水pH值的穩(wěn)定對抑制腐蝕和結(jié)垢至關(guān)重要。電化學(xué)pH調(diào)節(jié)技術(shù)通過電解水反應(yīng)(陽極:2H?O→4H?+O?+4e?;陰極:2H?O+2e?→2OH?+H?)實(shí)現(xiàn)酸堿的精細(xì)調(diào)控。采用分隔式電解槽時(shí),陰極室pH可升至10-11用于防垢,陽極室pH降至2-3用于酸性清洗。某化工廠采用鈦基銥鉭電極系統(tǒng),通過PLC控制電流密度(5-15 mA/cm2)將循環(huán)水pH穩(wěn)定在8.5±0.3,相比傳統(tǒng)酸堿加藥減少藥劑消耗60%。該技術(shù)特別適用于高堿度水質(zhì)(M-alk>300 mg/L),但需注意陰極室可能生成Ca(OH)?沉淀,需配置超聲波防垢裝置。青海工業(yè)電極設(shè)備