电极的制备工艺对其电化学性能至关重要。以钛基涂层电极为例,典型制备流程包括基体预处理(喷砂、酸蚀)、涂层溶液配制(如RuCl₃和IrCl₃的混合溶液)和热分解氧化(多次涂覆-烧结循环)。溶胶-凝胶法可制备均匀的纳米氧化物涂层,而电沉积法则适合精确控制贵金属(如Pt)的负载量。关键挑战在于涂层与基体的结合力不足导致的剥落问题,可通过引入中间层(如Ta₂O₅)或等离子喷涂技术改善。此外,新兴的原子层沉积(ALD)技术能实现单原子级精度,用于制备超薄、高活性电极涂层。电化学除硅技术解决地热系统硅垢难题。河南吸收塔电极
在实际应用中,被研究的电极被称作工作电极(W),在电化学分析法中也称为指示电极。为了测量工作电极的电势,通常会将其与参比电极(R)组成二电极测量电池。当需要使工作电极发生极化时,则需额外引入一个辅助电极(C),组成三电极测量电池系统。为降低电液中欧姆电位降(IR)对工作电极电势测量的误差,参比电极与电解液连接处常采用毛细管,即鲁金毛细管,使其尽可能靠近工作电极,以提高测量的精度。
多重电极与单一电极不同,其电极界面上存在多种电极反应。当不太纯的锌浸入硫酸中时,【Zn|H₂SO₄】电极上就可能同时发生锌原子失去电子生成锌离子的反应,以及氢离子得到电子生成氢气的反应,且这两个反应的速率都较快,因此该电极属于二重电极。金属腐蚀体系常常呈现出多重电极的特性,由于存在多种反应,多重电极的静态电势需根据不同反应的极化曲线和极化规律来综合判断,其电化学反应过程相对复杂,给研究和应用带来了一定挑战。 湖北电极除硬阴极保护技术延长管道寿命至15年。
臭氧氧化可高效降解循环水中的难降解有机物,电化学臭氧发生器(EOG)通过质子交换膜电解水产生高浓度臭氧(50-200 g O₃/kWh)。以PbO₂阳极为例,臭氧产率比传统电晕法高30%,且无需空气预处理。某印染厂将EOG集成至循环水系统,色度去除率>95%,并减少了污泥产量。
循环水中的Cu、Zn等重金属可通过电化学沉积在阴极回收。采用旋转阴极(转速50 rpm)和脉冲电流(占空比20%)时,铜回收纯度达99.5%,电流效率>80%。某电镀厂循环水处理案例显示,年回收铜2.5吨,经济效益与环境效益明显。
电镀法也是制备钛电极的重要手段。在电镀过程中,将钛基体作为阴极,浸入含有活性金属离子的电镀液中,通过施加合适的电流密度,使活性金属离子在钛基体表面还原沉积,形成活性涂层。例如,在制备钛基贵金属电极时,可以采用电镀法将金、铂等贵金属沉积在钛基体表面。电镀法能够精确控制涂层的厚度和成分,制备出具有均匀涂层的钛电极。同时,通过调整电镀液的配方和电镀工艺参数,还可以制备出具有特殊结构和性能的涂层,满足不同的应用需求 。太阳能驱动电解系统藻类控制率95%。
PFAS(如PFOA、PFOS)因C-F键能高(~116 kcal/mol),常规方法几乎无法降解。电氧化技术通过阳极生成的·OH和空穴(h⁺)攻击PFAS的羧基或磺酸基,逐步脱氟并缩短碳链。BDD电极在10 mA/cm²下处理PFOA 4小时,脱氟率>95%,且无短链PFAS积累。优化方向包括:①提高电极对PFAS的吸附能力(如碳纳米管修饰);②添加助催化剂(如Ce³⁺)促进C-F键断裂;③开发电流密度(<2 mA/cm²)的长周期运行模式以降低能耗。该技术已被美国EPA列为PFAS处理推荐技术之一。
电化学活化水技术年运行费用降低55%。河南吸收塔电极
循环水管道和换热器的电化学阴极保护可通过外加电流或牺牲阳极实现。以Impressed Current Cathodic Protection(ICCP)为例,钛镀铂阳极(寿命>20年)输出电流使碳钢管道电位极化至-850 mV(vs. CSE),腐蚀速率降低90%。设计需考虑:①阳极分布(每50米一组);②参比电极监控(Ag/AgCl);③绝缘法兰(防杂散电流)。某海水循环冷却系统中,ICCP技术使管道寿命从5年延长至15年以上。
循环水排污水的回用是节水关键,电化学-超滤(EC-UF)组合工艺可同步去除悬浮物、有机物和微生物。铝电极电解产生的Al³⁺水解后形成絮体(如Al(OH)₃),通过吸附和电中和作用强化UF膜污染控制,通量衰减率降低60%。典型操作条件:电流密度20 A/m²,膜通量50 L/(m²·h)。某热电厂的零排放项目中,EC-UF使反渗透进水SDI<3,回用率从70%提升至90%。 河南吸收塔电极