1、电催化还原及应用电催化还原及应用小组成员：菅帅 201913327 郭建军 201913325主演人：李月飞 2019133164.电催化还原技术在不同方面的应用举例电催化还原技术在不同方面的应用举例3.影响电催化还原效率的因素影响电催化还原效率的因素电催化还原电催化还原及应用及应用1.电催化的定义及特点电催化的定义及特点2.电催化还原技术的原理电催化还原技术的原理5.电催化还原技术的优缺点展望电催化还原技术的优缺点展望1.电催化的定义及特点电催化的定义及特点在电场作用下，存在于电极表面或溶在电场作用下，存在于电极表面或溶液相中的修饰物能促进或抑制在电极上发生的液相中的修饰物能促进或抑制在电极
2、上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液相中的修饰电子转移反应，而电极表面或溶液相中的修饰物本身并不发生变化的一类化学作用。物本身并不发生变化的一类化学作用。特点：特点：电极作为一种非均相催化剂既是电极作为一种非均相催化剂既是反反应场所应场所，又是电子的供应场所，即电催化反，又是电子的供应场所，即电催化反应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双重功能。重功能。2.电催化还原技术的原理电催化还原技术的原理污染物直接在阴极上得到电子而发生还原。污染物直接在阴极上得到电子而发生还原。基本反应式为：基本反应式为：M2+2e-M。许多金属的回收即属于直接还原过程，同时许
3、多金属的回收即属于直接还原过程，同时该法可使多种含氯有机物转变成低毒性物质，提该法可使多种含氯有机物转变成低毒性物质，提高产物的可生物降解性。高产物的可生物降解性。如：如：R-Cl+H+2e-R-H+Cl-。利用电化学过程中生成的一些还原性物质如利用电化学过程中生成的一些还原性物质如Ti3+，V2+和和Cr2+将污染物还原去除，如二氧化硫的间将污染物还原去除，如二氧化硫的间接电化学还原可转化成单质硫：接电化学还原可转化成单质硫：SO2+4Cr2+4H+S+4Cr3+2H2O 3.影响电催化还原效率的因素影响电催化还原效率的因素 影响电催化还原效率的因素主要包括三影响电催化还原效率的因素主要包括
4、三个方面：个方面：电极材料电极材料、电解质溶液电解质溶液和和废水的理废水的理化性质化性质。a.电极材料选择的好坏，直接影响有机物降解效率的高低电极材料选择的好坏，直接影响有机物降解效率的高低（高电势）；（高电势）；b.尽量避免竞争副反应（析氧反应）；尽量避免竞争副反应（析氧反应）；c.不同的电极材料可引起电化学反应速度发生数量级上的不同的电极材料可引起电化学反应速度发生数量级上的变化。变化。为了提高电极的为了提高电极的催化活性催化活性，一般都对电极进行修饰，其方，一般都对电极进行修饰，其方法有：法有：在电解液中添加有催化作用的物质；将电极改为活性高在电解液中添加有催化作用的物质；将电极改为活性
5、高的材料；的材料；对电极材料表面进行修饰。对电极材料表面进行修饰。溶液浓度太低，电流小，降解速率低；随着电解质溶液溶液浓度太低，电流小，降解速率低；随着电解质溶液浓度的增加，溶液的导电能力增强，电压效率提高。但电解浓度的增加，溶液的导电能力增强，电压效率提高。但电解质浓度达到一定浓度后，电压效率的提高趋于平缓，若再加质浓度达到一定浓度后，电压效率的提高趋于平缓，若再加大投入量会增加处理费用。大投入量会增加处理费用。Na2S04：惰性电解质，电解过程中不参与反应，只起导：惰性电解质，电解过程中不参与反应，只起导电作用，电解效率的高低仅与其浓度有关。电作用，电解效率的高低仅与其浓度有关。a.同一电
6、极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效率；同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效率；b.废水体系的废水体系的pH值常常会影响电极的氧化效率，而这种值常常会影响电极的氧化效率，而这种影响不仅与电极的组成有关，也与被氧化物质的种类有关；影响不仅与电极的组成有关，也与被氧化物质的种类有关；c.添加支持电解质（如添加支持电解质（如NaCI、Na2S04）增加废水的电导）增加废水的电导率，可减少电能消耗，提高处理效率。率，可减少电能消耗，提高处理效率。4.电催化还原技术在不同方面的应用举例电催化还原技术在不同方面的应用举例 （a）电催化还原技术在废水处理中的应用电催化还原技术在废水处理中的应用（b
7、）电催化还原技术处理）电催化还原技术处理丙烯酸盐废水丙烯酸盐废水的研究的研究（c）纳米碳管电极上）纳米碳管电极上氧的电催化还原氧的电催化还原 的应用的应用国内状况国内状况国外状况国外状况（a）电催化技术在）电催化技术在废水处理废水处理中的应用中的应用（b）电催化还原技术处理）电催化还原技术处理丙烯酸盐废水丙烯酸盐废水的研究的研究 1.电催化还原的方法可将废水中微生物毒性较大的电催化还原的方法可将废水中微生物毒性较大的丙烯酸丙烯酸 (盐盐)还原还原为微生物为微生物毒性较小毒性较小的丙酸的丙酸(盐盐)2.采用电催化还原技术处理丙烯酸盐废水，在两极板间加采用电催化还原技术处理丙烯酸盐废水，在两极板间
8、加阳离子交换隔膜阳离子交换隔膜可有效可有效提高提高丙烯酸丙烯酸(盐盐)电催化还原的效率电催化还原的效率 3.阴极材料阴极材料对电催化还原丙烯酸对电催化还原丙烯酸(盐盐)具有显著影响，当阴具有显著影响，当阴极选用钯极选用钯/泡沫镍电极时还原效率较高泡沫镍电极时还原效率较高 （c）纳米碳管电极上）纳米碳管电极上氧的电催化还原氧的电催化还原的应用的应用 多壁纳米碳管电极具有比石墨电极更高的孔隙率和电多壁纳米碳管电极具有比石墨电极更高的孔隙率和电化学表面积；多壁纳米碳管电极上化学表面积；多壁纳米碳管电极上O2,还原成还原成HO2 的反应的反应为准可逆过程；在为准可逆过程；在5 50 mV s 1的扫描
9、速率范围内，阴极的扫描速率范围内，阴极峰电流与扫描速度成线性关系，表明多壁纳米碳管电极上峰电流与扫描速度成线性关系，表明多壁纳米碳管电极上O2还原成还原成HO2 的反应受吸附控制；对碱性溶液中的氧还原反的反应受吸附控制；对碱性溶液中的氧还原反应，多壁纳米碳管比石墨具有更高的催化活性。应，多壁纳米碳管比石墨具有更高的催化活性。5.电催化还原技术的优、缺点及展望电催化还原技术的优、缺点及展望（1）电子转移只在电极及废水组分之间进行，不需要另）电子转移只在电极及废水组分之间进行，不需要另外添加氧化还原试剂，同时也避免了由另外添加药剂而外添加氧化还原试剂，同时也避免了由另外添加药剂而引起的二次污染问题
10、；引起的二次污染问题；（2）可以通过改变外加电流、电压，随时间调节反应条）可以通过改变外加电流、电压，随时间调节反应条件，可控制性较强；件，可控制性较强；（3）能量效率高，反应条件较温和，电化学过程一般在常温）能量效率高，反应条件较温和，电化学过程一般在常温常压下即可进行；常压下即可进行；（4）当排污规模较小时，可以进行就地处理；）当排污规模较小时，可以进行就地处理；（5）当废水中含有金属离子时，阴、阳两极可同时起作用）当废水中含有金属离子时，阴、阳两极可同时起作用（阴极还原金属离子，阳极氧化有机物），使处理效率提高，（阴极还原金属离子，阳极氧化有机物），使处理效率提高，同时回收再利用有价值的
11、化学品或金属，避免了二次污染；同时回收再利用有价值的化学品或金属，避免了二次污染；2.缺点缺点（1）电解法处理有机污染物的机理探讨还很不充分，不能）电解法处理有机污染物的机理探讨还很不充分，不能对电极的选择、工艺的设计、工艺参数的确立起到具体的理对电极的选择、工艺的设计、工艺参数的确立起到具体的理论指导作用；论指导作用；（2）电流效率仍然很低，经济上不合理。现在研究的电极）电流效率仍然很低，经济上不合理。现在研究的电极价格偏高（主要指各种贵金属电极或钛基电极），处理过程价格偏高（主要指各种贵金属电极或钛基电极），处理过程耗电量很大，即实用化的电极材料不多，且寿命一般都不长，耗电量很大，即实用化
12、的电极材料不多，且寿命一般都不长，因此处理的成本比较高，不适合大规模推广，因此，制备出因此处理的成本比较高，不适合大规模推广，因此，制备出高效的复合型电极是将其工业化应用的前提；高效的复合型电极是将其工业化应用的前提；3.展望展望深入研究电化学氧化机理，以便针对特定污染物和处理深入研究电化学氧化机理，以便针对特定污染物和处理要求设计制造特性电极；要求设计制造特性电极；研制和筛选修饰电极的合适金属氧化物，以提高其电极研制和筛选修饰电极的合适金属氧化物，以提高其电极寿命；寿命；研制新型电极材料，以提高电流效率和催化活性，实现研制新型电极材料，以提高电流效率和催化活性，实现有机污染物低成本去除；有机污染物低成本去除；谢谢！
