[科普中国]-电化学反应

简介

电化学反应过程中常伴随着电极表面析氢、析氧和析氯的电极反应，这些析出的气体会以气泡形式吸附于电极表面，从而造成电极活性面积减少、电极表面电位和电流密度的微观分布不均，产生电极极化。电极表面吸附的气泡较多时会在电极表面形成气膜，造成电极钝化失活。电极表面析出的气体也会以气泡形式分散于电解液中，使电解液成为气液混合体系，导致实际的导电率下降。要想保证反应顺利进行，需提高槽电压，这样势必增加过程能耗。

同时，电极表面吸附的气泡也会与电极的主反应产生竞争，从而导致电化学反应效率降低。气泡对电化学反应过程能耗及反应效率的影响，使得电化学技术的工业化广泛应用受到限制。因此，寻求一种能消除电化学反应过程中气泡影响的技术尤为重要1。

理论分析在超重力技术所营造的超重力环境下，相间会具有较大的相间浮力因子和较高的相间滑移速率。因此，超重力环境下，电化学反应过程中产生的气泡的形核半径变小，气泡所受到的浮力增大，气泡与电解液以及固相电极间的相间滑移速率也增大，这样以来可促使气泡从电极表面脱离或从电解液中溢出，防止电极活性面积减小和电极表面电流分布不均，同时电极表面更新速度加快，可防止超电势的产生以及溶液欧姆压降和槽电压升高，避免电极表面吸附的气泡与电极主反应产生竞争，从而达到提高电化学反应效率和降低能耗的目的。

电极表面气泡富集行为阴阳电极相对装置外壳静止不动，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min。转速800 r/min，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min。超重力因子为100，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口敞开，过程呈连续操作，电解10min。

电化学法处理含酚废水过程中，重力环境下和重力搅拌环境下电极表面均有气泡富集，而超重力环境下电极表面几乎无气泡富集。

说明超重力技术可有效促使电化学反应过程中产生的气泡脱离电极表面，这是由于超重力技术可使电化学反应过程中产生的气泡的形核半径变小，气泡所受到浮力增大，这样以来气泡与电极间的相间滑移速率也增大，从而促使气泡从电极表面脱离2。

废水中气泡分散行为研究阴阳电极相对装置外壳静止不动，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解30min。转速800 r/min，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解30min。超重力因子为100，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口敞开，过程呈连续操作，电解30min。电化学法处理含酚废水过程中，重力环境下和重力搅拌环境下废水中均有气泡分散于其中，而超重力环境下废水中并无气泡分散。

说明超重力技术可有效促使电化学反应过程中产生的气泡从电解液中溢出，分析原因是因为超重力技术可使气泡与废水的相间具有较大的相间浮力因子和较高的相间滑移速率，从而促使气泡从电解液中溢出。

反应装置端盖上气泡聚集行为研究阴阳电极相对装置外壳静止不动，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min。转速800 r/min，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min。超重力因子为100，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口敞开，过程呈连续操作，电解10min。

超重力技术可促使气泡脱离电极表面和从电解液中溢出。当反应装置气相出口关闭时，脱离的和溢出的气泡会聚集于反应装置端盖上。而重力环境下和重力搅拌环境下气泡主要吸附在电极表面和分散于电解液中，装置端盖上几乎没有气泡聚集，仅仅笼罩一层雾气3。

气泡溢出行为研究阴阳电极相对装置外壳静止不动，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min。转速800r/min，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口关闭，过程呈间歇操作，电解10min； 超重力因子为100，阳极相对装置外壳旋转，阴极相对装置外壳静止，气相出口关闭，液相出口敞开，过程呈连续操作，电解10min。

电化学法处理含酚废水过程中，向废水中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠。重力环境下水面上富集的泡沫较多，泡沫层较厚，说明重力环境下气泡从废水中溢出的速率较慢。重力搅拌的环境下水面上的泡沫量次之，但泡沫直径较大，说明气泡从废水中溢出的速率较慢导致气泡发生了聚合从而变大。而超重力环境下水面上的泡沫较少，泡沫层较薄，泡沫直径较小，说明超重力环境下气泡从废水中溢出的速率较快。

总结电化学法处理含酚废水过程中，重力环境下和重力搅拌环境下电极表面均有气泡富集、废水中均有气泡分散于其中。而超重力环境下电极表面无明显气泡富集、废水中无气泡分散于其中。在装置气相出口关闭的情况下，电极表面脱离的气泡和废水中溢出的气泡聚集于反应装置端盖上。这表明超重力技术对电化学反应过程中气泡影响的消除体现在促使气泡脱离电极表面以及从电解液中溢出。通过向废水中加入表面活性剂，从形成泡沫的多少以及泡沫层的厚薄进一步反映出超重力技术可突破重力搅拌的传质极限，使得气泡从废水中溢出的速率较快1。