流化床電極

1、為了解決和改善這兒個(gè)課題最直接的途徑它將構(gòu)成當(dāng)前電化學(xué)工程中最為突出的研究?jī)?nèi)容。當(dāng)然這些課題的妥善解決必須借助電化學(xué)理論、化工原理、電極材料、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的共同協(xié)作。電化學(xué)工程將在解決與電化學(xué)生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)際問題中得到發(fā)展。參考文淆丸〔門J.D.Brooksetol.《第7回一夕‘工業(yè)技術(shù)討論會(huì)講演要旨集》17(1983)〔2」張國(guó)衡廣西民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)幻(1953).〔3」吉澤四郎電氣化學(xué)及擠工業(yè)物理化學(xué)5150(10

2、53).〔連1J.Newman《Eleetroehemiealsystem3》prentie。Hal一Ine.Englewoodcliff540一352(1073)〔5〕J.Newman.J.Eleetroehem.Soe.1131235(1。名e)〔c」J.NownanC.ToLiasJ.Eleetroe子、en‘50“109559(1962).〔門J.R.BaekhurstetalJEleetroanaly、ibalChem二292

3、41(1071)[s〕YKawaseJJUlbreeltElectrochimicaActa28643(1053).[。]NIblEleetroelimieaAeta22405(1077)流化床電極哀權(quán)楊波(中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研完所)流化床電極是六十年代末出現(xiàn)的一種新型三維電極。工業(yè)的電化生產(chǎn)過程一般是比較緩慢的。因?yàn)殡娀a(chǎn)通常是在較低的溫度下在溶液中進(jìn)行受緩慢的液相擴(kuò)散所限制常規(guī)的電極不論其真實(shí)的形狀如何反應(yīng)都是在外表面上進(jìn)行比

4、表面積小。流化床電極在這兩方而有很大的改進(jìn)一般認(rèn)為它在金屬電沉積、含重金屬離子的廢水處理、電有機(jī)合成等方面都有應(yīng)用的價(jià)值。電解準(zhǔn)電解液癮手飽解液圖1流化床電極結(jié)構(gòu)一、流化床電機(jī)的特點(diǎn)流化床電極是在一個(gè)由流動(dòng)的導(dǎo)電液體和固體顆粒組成的流化床中插人集流器而構(gòu)成的電極。接通電路后電流經(jīng)集流器導(dǎo)人(或?qū)С?導(dǎo)電顆粒在顆粒表面上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)后流向?qū)﹄姌O。流化床電極的結(jié)構(gòu)可分成兩種基本形式(圖1夕。圖1a是流向平行型。電流流向與液體流向平行一般用

5、于實(shí)驗(yàn)研究。圖1b是流向垂直型電流流向與液體流向垂直有較高的單程轉(zhuǎn)化率易放大適于生產(chǎn)應(yīng)用。如果在流化床f一卜兩端或兩側(cè)都插人集流器分別接電源的正負(fù)極由于流化使顆?；旧媳３址指羲灶w粒上就出現(xiàn)了陰極圖2雙極流化床電極和陽極兩側(cè)這種電極稱為雙極流化床電極主要川于電合成(月2)。流化床電極中固體顆粒一般、產(chǎn)很小可提供3500米’米“的比表面積而平板電極的比表面積床高增加而增加超過某一有效床高后不再隨床高增加而增加。有效床高對(duì)各種反應(yīng)都在1厘

6、米左右而在與電流流向垂直的方向上總電流隨床長(zhǎng)度增加而線性增加【51。因此只有流向垂直型流化床電極才宜于大量生產(chǎn)之用。隨著液體流速的增加總電流先增大而后減少其最大值出現(xiàn)在越過流化點(diǎn)之后不遠(yuǎn)處(圖4)。共共三靈不宜注2勺0.黔訃淤10001500ZOQO25姐c嘆濃度(pp沉)架悶閃一報(bào)(撇沐汁洋?圖5流化床電極的屯流效率1一200安米”P二13腸:2一1000安米Zp=25腸3一1000安米Zp40腸4一2150安米Zp二15帕5一435

7、0~6450安米么P二一5呱口一54。安米2O一108。安米2n腳匕1上八U(粼?璐密‘360毫伏。280皂伏50100電解液流量(升八寸)圖4流化床電極的電流與電解液流量的關(guān)系3.電流效率電流效率反映了副反應(yīng)影響的程度。文獻(xiàn)中不同作者的結(jié)果由于各人所研究的反應(yīng)及測(cè)定的條件并不相同很難直接加以比較。圖5中繪出了被研究得最多的Cu十沉積的結(jié)果電流效率可達(dá)90%。當(dāng)然Cu十濃度過低HZ的析出電流密度過小氧化物F“十十、02等的存在都使電流效

8、率降低。三、流化床電極的電極過程流化床電極上的反應(yīng)是一個(gè)多相反應(yīng)。流化床電極中的動(dòng)量和質(zhì)量傳遞與非電極反應(yīng)過程無多大區(qū)別。下面介紹流化床中電荷的傳遞及電極反應(yīng)模型。1.電荷傳遞電荷在固液兩相的導(dǎo)電介質(zhì)中的傳遞綜合文獻(xiàn)中的結(jié)果可以歸納為四種可能的機(jī)理。a.離子導(dǎo)電機(jī)理[6’電解液中的離子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)而引起的單純離子導(dǎo)電。由于流化床電極中液相是連續(xù)相離子導(dǎo)電與沒有顆粒存在時(shí)相.比沒有本質(zhì)的區(qū)別只需對(duì)由顆粒而使電流通道發(fā)生的變化加以校正

9、。b.短路機(jī)理[7.a〕.(見圖6a)電解液中由離子傳導(dǎo)的電荷通過在顆粒的靠陽極側(cè)進(jìn)行陰極反應(yīng)及在顆粒的陰極側(cè)進(jìn)行陽極反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為通過顆粒相的傳導(dǎo)。這種機(jī)理只有當(dāng)電解液中的歐姆壓降足夠大使一個(gè)顆粒的兩端能分別進(jìn)行陽極和陰極反應(yīng)時(shí)刁‘有可有琶。c.電子導(dǎo)電機(jī)理[9](見圖6b)電子導(dǎo)電一直從集流器繼續(xù)進(jìn)行到成串成團(tuán)的顆粒的盡頭然后與溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。d.碰撞機(jī)理[l0〕(見圖6“)顆粒與集流器或其他帶電顆粒(團(tuán))碰撞而充電再通過與其他顆