去極化電極的電極電位在電解過(guò)程中始終保持恒定,不會(huì)隨外加電壓的變化而改變。這種特性使得去極化電極在一些特定的電化學(xué)應(yīng)用中具有重要價(jià)值,比如在某些需要穩(wěn)定電位環(huán)境的電化學(xué)反應(yīng)中,去極化電極能夠提供穩(wěn)定的電位條件,保證反應(yīng)的順利進(jìn)行和產(chǎn)物的一致性。在一些精密的電化學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,去極化電極也可用于消除電極極化對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
極化電極處于可逆電池的情況下,整個(gè)電池處于電化學(xué)平衡狀態(tài),電極電位由能斯特方程決定,此時(shí)通過(guò)電極的電流為零,電極反應(yīng)速率也為零。然而,當(dāng)有不為零的電流通過(guò)電極時(shí),電極電位就會(huì)偏離平衡電極電位的值,這種電極便稱為極化電極。極化現(xiàn)象在許多電化學(xué)反應(yīng)中普遍存在,它會(huì)影響電極反應(yīng)的速率和方向,例如在電池放電過(guò)程中,隨著電流的輸出,電極逐漸發(fā)生極化,導(dǎo)致電池的實(shí)際輸出電壓低于其理論電動(dòng)勢(shì)。 電化學(xué)-生物耦合工藝COD負(fù)荷提升至3kg/(m3·d)。山東數(shù)據(jù)中心電極設(shè)施
PFAS(如PFOA、PFOS)因C-F鍵能高(~116 kcal/mol),常規(guī)方法幾乎無(wú)法降解。電氧化技術(shù)通過(guò)陽(yáng)極生成的·OH和空穴(h?)攻擊PFAS的羧基或磺酸基,逐步脫氟并縮短碳鏈。BDD電極在10 mA/cm2下處理PFOA 4小時(shí),脫氟率>95%,且無(wú)短鏈PFAS積累。優(yōu)化方向包括:①提高電極對(duì)PFAS的吸附能力(如碳納米管修飾);②添加助催化劑(如Ce3?)促進(jìn)C-F鍵斷裂;③開(kāi)發(fā)電流密度(<2 mA/cm2)的長(zhǎng)周期運(yùn)行模式以降低能耗。該技術(shù)已被美國(guó)EPA列為PFAS處理推薦技術(shù)之一。
鈦電極作為一種重要的電極材料,憑借其優(yōu)異的耐腐蝕性、高催化活性和穩(wěn)定性,在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從氯堿工業(yè)到新能源領(lǐng)域,從水處理到生物醫(yī)學(xué),鈦電極不斷推動(dòng)著相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。然而,面對(duì)未來(lái)更加復(fù)雜和多樣化的需求,鈦電極仍需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展。通過(guò)持續(xù)的研究和技術(shù)改進(jìn),相信鈦電極將在性能上實(shí)現(xiàn)更大的突破,在應(yīng)用領(lǐng)域上得到進(jìn)一步拓展,為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
工業(yè)廢水成分復(fù)雜,常含有毒、難降解有機(jī)物(如酚類、染料、農(nóng)藥),而電氧化技術(shù)對(duì)此類污染物表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如,在焦化廢水處理中,采用Ti/SnO?-Sb?O?電極可將苯酚濃度從500 mg/L降至5 mg/L以下,COD去除率達(dá)85%。對(duì)于印染廢水,電氧化能同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫色(降解偶氮鍵)和COD削減,如使用Ti/Pt陽(yáng)極時(shí),活性艷紅X-3B的脫色率在60分鐘內(nèi)達(dá)99%。該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用需解決電極壽命(如涂層剝落問(wèn)題)和能耗優(yōu)化(如采用脈沖電流),目前已有模塊化電氧化反應(yīng)器用于電鍍、制藥等行業(yè)的中試案例。三維電極處理苯酚廢水效率提高50%。
循環(huán)水pH值的穩(wěn)定對(duì)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(guò)電解水反應(yīng)(陽(yáng)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(yáng)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(guò)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。電化學(xué)技術(shù)處理循環(huán)水見(jiàn)效快。吉林?jǐn)?shù)據(jù)中心電極
電化學(xué)除垢技術(shù)使結(jié)垢速率降低80%以上。山東數(shù)據(jù)中心電極設(shè)施
循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學(xué)除垢技術(shù)通過(guò)陰極反應(yīng)(2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?)提高局部pH,促使成垢離子(Ca2?、Mg2?)以疏松形式析出并隨排污水排除。采用網(wǎng)狀不銹鋼陰極時(shí),垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過(guò)自動(dòng)刮垢裝置清洗。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時(shí)間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時(shí)節(jié)水15%(減少排污量)。該技術(shù)的瓶頸在于高硬度水質(zhì)(>500 mg/L CaCO?)時(shí)能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預(yù)處理。山東數(shù)據(jù)中心電極設(shè)施