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)。 電化學阻抗譜實時監(jiān)測腐蝕速率精度達0.001mm/a。河北源力循壞水電極
垃圾滲濾液成分復雜(含腐殖酸、氨氮、重金屬等),電氧化可同步實現(xiàn)有機物降解和脫氮。以Ti/RuO?-IrO?陽極為例,在Cl?存在下,氨氮通過間接氧化轉(zhuǎn)化為N?(選擇性>70%),同時COD去除率達60-80%。關(guān)鍵問題在于滲濾液的高鹽分(如Na?、K?)可能導致電極腐蝕,需采用耐鹽涂層(如Ti/Pt)或預處理脫鹽。此外,耦合生物處理(如前置厭氧消化)可降低電耗,而脈沖電源模式能減少電極鈍化。中試研究表明,處理成本約為8-12元/噸,具備規(guī)?;瘧脻摿?。河北源力循壞水電極電化學處理使軍團菌檢出率降為零。
電極材料的選擇至關(guān)重要,它直接影響電極的性能和應用范圍。金屬材料如銅、銀、鉑等,因具有良好的導電性,在許多電極應用中備受青睞。銅的導電性優(yōu)良且成本相對較低,常用于一般的導電電極;銀的導電率更高,在一些對導電性要求極高的電子器件電極中有所應用;鉑則因其出色的化學穩(wěn)定性和生物相容性,常用于醫(yī)療設備電極以及一些高精度的電化學檢測電極。此外,碳材料如石墨,也因其獨特的導電性能和化學穩(wěn)定性,在電池電極等領域使用。
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);②形成可溶性金屬氯配合物(如FeCl?);③形成酸性微環(huán)境。當Cl?濃度超過300mg/L時,316不銹鋼的點蝕電位會從+0.35V驟降至+0.05V。值得注意的是,Cl?/SO?2?比值超過0.5時,協(xié)同效應會明顯加劇腐蝕,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)等微生物可通過獨特機制加速電極氧化: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,碳鋼腐蝕速率可達無菌環(huán)境的5-10倍。更復雜的是,微生物生物膜會導致電極表面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行空間分辨測量。 電化學pH調(diào)控精度達±0.3。
循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學除垢技術(shù)通過陰極反應(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,垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過自動刮垢裝置。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時節(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?)時能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預處理。電化學處理使換熱效率恢復至95%。甘肅數(shù)據(jù)中心電極設施
電化學脫氮技術(shù)氨氮去除率>90%。河北源力循壞水電極
臭氧氧化可高效降解循環(huán)水中的難降解有機物,電化學臭氧發(fā)生器(EOG)通過質(zhì)子交換膜電解水產(chǎn)生高濃度臭氧(50-200 g O?/kWh)。以PbO?陽極為例,臭氧產(chǎn)率比傳統(tǒng)電暈法高30%,且無需空氣預處理。某印染廠將EOG集成至循環(huán)水系統(tǒng),色度去除率>95%,并減少了污泥產(chǎn)量。
循環(huán)水中的Cu、Zn等重金屬可通過電化學沉積在陰極回收。采用旋轉(zhuǎn)陰極(轉(zhuǎn)速50 rpm)和脈沖電流(占空比20%)時,銅回收純度達99.5%,電流效率>80%。某電鍍廠循環(huán)水處理案例顯示,年回收銅2.5噸,經(jīng)濟效益與環(huán)境效益明顯。 河北源力循壞水電極