环境电化学

环境电化学

错误经不起失败，但是真理却不怕失败。

——泰戈尔

环境电化学分析

与气相色谱、原子吸收光谱相比，电位法、库仑法、电流法、电导法等技术测定污染物应用虽然较少，但是优势在于和其他技术的联用。例如，电化学检测器与毛细管电泳、离子色谱组成的仪器已取得很好的应用，电化学检测器与流动注射分析体系联用在分析大批量样品方面则具有很大的优势。实验表明，电化学法在测定重度污染水质中的氧化还原组分时的灵敏度和选择性也远远优于UV。

环境污染物电化学分析方法主要有以下几种：

1．电位分析法

电位法在衡量金属形态分析方面最为有效、常用的技术有循环伏安法、微分脉冲阳极溶出伏安法和离子选择性电极等。

饮用水

离子选择性电极常用于测定饮用水、河水、江口、污水、锅炉水、冷凝水和海水中的F－、、氰化物、亚硫酸盐、氨、铵盐及金属离子等。电位测定法与FIA技术联用可处理大批的环境样品，常用于测定饮用水和天然水中的硝酸根、氮、钙和硫酸根。电位法还可以测定气态污染物，如As、SO₂、和CO₂等。

2．电流分析法

电流法是在工作电极和辅助电极之间加一定的电位差，利用待测物在电极表面上进行的氧化还原反应记录与待测物有关的电流信号而进行的定量分析。流动安培检测器的应用是当前电化学分析中很活跃的领域，可用于检测一些重要的有机污染物，如抗氧化剂、邻苯二酚、氯酚、氯代羟基联苯、酚、甲氧基酚、苯胺和氯代苯胺等。

3．溶出分析法

溶出法是电化学方法中很重要的一种衡量分析方法。它对某些物质的测定有很高的灵敏度，较好的精密度和准确度，仪器设备简单易得。大约有40多种元素可以用溶出伏安法进行测定，检测限可达10^－11 mol/L。

究竟有多少水被污染

4．库仑分析法

主要应用于自动连续测定大气和水质污染物方面。

电化学水处理技术

1．电化学水处理技术的发展概况

电化学水处理技术兴起于20世纪60年代初期，那时随着电力工业的迅速发展，电解法已经引起人们广泛的关注。传统的电解反应器采用的是二维平板电极，这种反应器有效电极面积很小，传质问题不能很好地解决，而在工业生产中，要求有高的电极反应速度，所以客观上需要开发新型、高效的电解反应器。

1969年，流化床电极的设计方案提出。这种电极与平板电极不同，它有一定的立体构型，比表面积是平板电极的几十倍甚至上百倍，电解液在孔道内流动，电解反应器内的传质过程得到很大的改善。

1973年，古德里奇与合作者研制成功了双极性固定床电极。内电极材料在高梯度电场的作用下复极化，形成双极粒子，分别在小颗粒两端发生氧化还原反应，每一个颗粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小，迁移就容易实现。同时，由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成，因此效率大大提高。

2．电化学水处理技术

电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化，即直接电解和间接电解。

水的污染现场情况

直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收。

间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程是指氧化还原物在电解过程中的电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H₂O₂和O₃等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体。

另外根据具体的使用方法还可分为：

1．电凝聚电气浮法

在外电压作用下，可溶性阳极被氧化产生大量阳离子继而形成胶体使废水中的污物凝聚，同时在阴极上产生大量氢气形成微气泡与絮粒黏附在一起上浮，这种方法称为电凝聚电气浮。在电凝聚中，常常用铁铝做阳极材料。

2．电沉积法

利用电解液中不同金属组分的电势差，使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键，无论金属处于何种状态，均可根据溶液中离子活度的大小，由能斯脱方程确定电势的高低，同时溶液组成、温度、超电势和电极材料等也会影响电沉积过程。

3．电化学氧化

电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种，属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质。间接氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应，使被处理污染物氧化，最终转化为无害物质。对于阳极直接氧化而言，如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制；对于间接氧化，则不存在这种限制。在直接或间接氧化过程中，一般都伴有析出H₂或O₂的副反应，但通过电极材料的选择和电势控制可使副反应得到抑制。

半导体材料

4．光电化学氧化

通过半导体材料吸收可见光和紫外光的能量，产生电子空穴对，并储存多余的能量，使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障，作为催化剂使用，进行一些催化反应。

5．电渗析

依靠在电场作用下选择性透过膜的独特功能，使离子从一种溶液进入另一种溶液中，达到对离子化污染物的分离和浓缩。利用电渗析处理金属离子时并不能直接回收到固体金属，但能得到浓缩的盐溶液，并使出水水质得到明显改善。目前研究最多的是单阳膜电渗析法。

6．电化学膜分离

利用膜两侧的电势差进行的分离过程，常用于气态污染物的分离。

气态污染

电化学水处理技术的优点

1．在进行水处理的过程中产生的OH－自由基可以直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染，是一种环境改善技术。

2．能量效率高，电化学过程一般在常温常压下就可进行。

3．电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性。

4．电解设备及其操作一般比较简单，费用较低。

让生态保持平衡