电化学技术与环境保

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1、电化学技术与环境保文档来自网络，是本人收藏整理的，如有遗漏，差错，还请大家指正！　　　电化学技术与环境保护　　　　　　环境保护是人们十分关心的问题电化学技术在环境保护技术开发中发挥着极其重要的作用其在环境保护过程中所体现出的优越性主要为以下几点(1)环境兼容性高　电化学技术中使用清洁、有效的电子作为强氧化还原试剂是一种基本对环境无污染的"绿色"生产技术由于界面电场中存在着极高的电位梯度电极相当于异相反应的催化剂因而减少了有可能因加催化剂而带来的环境污染同时电化学过程有较高的选择性可防止副产物的生成减少污染物(2)多功能

2、性　电化学过程具有直接或间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能能处理微升到1×106L的气、液体和固体污染物(3)能量高利用率　与其他一些过程相比电化学过程可在较低温度下进行它不受卡诺循环的限制能量利用率高通过控制电位、合理设计电极与电解池减小能量损失(4)经济实用　设备、操作简单费用低电化学技术对于环境保护的贡献是多方面的本文作者从电化学技术对环境污染的防范、对环境污染的治理和对环境监测的角度做全面综述1电化学技术与环境污染防范1.1化学电源化学电源是按电化学方式直接将化学能转化为电能的一种装置人类转化能

3、量的传统方式是热机过程然而热机过程受卡诺循环的限制不但能量转化效率低造成能源浪费而且产生大量的粉尘、二氧化碳、氮的氧化物和硫的氧化物等有害物质以及噪声造成大气、水质、土壤等污染是环境保护所要解决的重要部分与热机过程相比化学电源具有高效、清洁、经济、安全的优点在经历了100多年的发展后化学电源已被广泛应用于航空航天、机动车辆、大型电站、移动通讯、家用电器等领域因此化学电源为保护环境、减轻污染治理的压力做出了重大贡献化学电源按活性物质的保存方式可分为3种主要类型:一次电池、二次电池(蓄电池)和燃料电池由于一次电池不易回收随

4、着环保和节约地球有限资源的要求近年来人们将研究重点置于二次电池和燃料电池的研究原有的一次电池也向二次电池转换铅酸蓄电池是人们长期使用的传统二次电池目前它虽然有比能低、充电速度慢、寿命不长的缺点但它的成本低廉人们正在对铅酸蓄电池的改进做深入研究同时新型蓄电池已得到快速发展新型蓄电池向着比功率、比能大、寿命长、安全、成本低的方向发展例如Cd/Ni电池、MH/Ni电池、Na/S电池、Li/Ion电池、Li/Polymer电池、Zn/空气电池等各种电池体系的性能见表1　燃料电池具有高效、环境友好、安静、可靠性高的优点燃料电池按

5、电解质可分为5类:碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、硫酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)性能见表2燃料电池应用广泛既适用于集中发电也可以用于各种规格的分散电源和可移动电源质子交换膜燃料电池可在室温下几秒钟快速启动其工作电流密度可达1～4A?cm-2比功率011～012kW?kg-1能量转化率可达40%～50%因此它是电动汽车、潜艇动力源和各种可移动电源的最佳选择目前对质子交换膜燃料电池的研究已成为燃料电池研究的主流尤其是对直接以甲醇为燃料的质

6、子交换膜燃料电池的研究固体燃料电池特别适于建造大、中型电站其燃料的总发电效率可达70%～80%熔融碳酸盐燃料电池应用于建造区域性分散电站燃料的总发电效率可达60%～70%20世纪汽车工业的发展使得全球的车辆数目激增至约6亿辆因此基于无污染、零排放电动汽车的开发与研究更促使二次电池和燃料电池飞速发展有人预测以化学电源为基础的人类文明社会即将到来化学电源必将为可持续发展和保护环境做出更大贡献1.2　电化学清洁工艺电化学过程对反应条件要求不高且具有高选择性不仅减少了副反应产物还使一些特殊的化学反应成为可能它可以实现有用原料的

7、循环使用减少污染物的产生和排放1.2.1有机电合成有机电合成法就是借助电极传递电子使有机物氧化或还原而不采用化学品直接氧化或还原有机物它是电化学、有机化学和化学反应工程的交叉学科有机电合成具有反应条件温和(可在常温常压下进行)、工艺流程简单、易于实现自动控制、产物选择性高、副产物少、污染少甚至无污染等优点是绿色合成的必要途径之一被称为绿色工业基于有机电合成的这些优点和传统化学合成的三废污染严重的现状有机电合成取得了高速发展电合成方法生产的有机产品已经超过了100多种世界上有机电合成的产品产量由过去的几吨增加到10万多吨

8、有机电合成法生产重要化工原料己二腈早已被人们所熟知以Ce4+/Ce3+或Mn3+/Mn2+为氧化还原媒质间接电氧化法合成氟代苯甲醛母液可循环使用整个工艺基本无污染物产生再如可采用阴极间接电氧化的方法以各种氧化媒质对烯酸进行间接环氧化;用成对电解合成重要生化试剂L-磺基丙氨酸以及环氧化合物、12-二醇化合物、邻卤代醇等重要有机化合物