电极作为电化学反应的关键部件,其工作原理基于与电解质或反应物间的相互作用。在电池里,电极通过与电解质中的离子进行氧化还原反应,实现电子的释放与接收,进而产生电能。像是常见的干电池,锌皮作为负极,发生氧化反应释放电子;碳棒为正极,接受电子促使还原反应发生。在电化学过程中,电极表面的活性位点能催化反应,极大地提升反应速率,降低反应所需的活化能,使原本难以发生的反应得以顺利进行。
电极的命名方式丰富多样。部分依据电极的金属部分来命名,如铜电极、银电极,简单直观地表明了电极的主要材质。有些根据电极活性的氧化还原对中的特征物质命名,像甘汞电极,因其氧化还原对涉及甘汞这一特征物质。还有根据电极金属部分形状命名的,例如滴汞电极,其电极金属部分呈液滴状,以及转盘电极,通过特定的旋转结构来影响电化学反应。此外,依据电极功能命名的也不少,比如参比电极,用于为其他电极提供稳定的电位参考。 钛基涂层电极电解产生次氯酸,杀菌率超99.9%。安徽海水淡化电极除硬
溶解氧(DO)在电极氧化中扮演复杂角色:一方面作为去极化剂加速金属溶解(如4Fe+3O?→2Fe?O?),另一方面在适当条件下促进保护性氧化膜形成。实验数据显示,当DO从0.1mg/L升至8mg/L时,碳钢腐蚀速率可从0.01mm/a增至0.15mm/a。但在pH>9的碱性环境中,DO会促进γ-Fe?O?致密膜生成,反而抑制腐蚀。这种浓度-效应的非线性关系要求在实际监测中必须精确控制DO水平。
氧化反应动力学受电荷转移、物质扩散等多因素控制。对于铁电极,在pH=7的中性水中,其氧化电流密度通常为10??-10??A/cm2。当形成钝化膜后,电流密度可降至10??A/cm2以下。值得注意的是,氯离子存在时会使钝化膜局部破裂,产生微米级的活性溶解点,此时电流密度呈现脉动特征,这种非线性动力学行为给电极寿命预测带来挑战。通过电化学阻抗谱(EIS)可有效表征这些动力学过程。 辽宁源力循坏水电极铜离子电解释放有效抑制藻类滋生。
氯离子对电极氧化的影响主要体现在:①竞争吸附破坏钝化膜(Cl?与O2?竞争金属表面位点);②形成可溶性金属氯配合物(如FeCl?);③形成酸性微环境。当Cl?浓度超过300mg/L时,316不锈钢的点蚀电位会从+0.35V骤降至+0.05V。值得注意的是,Cl?/SO?2?比值超过0.5时,协同效应会明显加剧腐蚀,这解释了为何海水冷却系统需要特种合金电极。
硫酸盐还原菌(SRB)等微生物可通过独特机制加速电极氧化:①分泌酸性代谢物;②形成差异通气电池;③直接参与电子转移。研究发现SRB存在时,碳钢腐蚀速率可达无菌环境的5-10倍。更复杂的是,微生物生物膜会导致电极表面pH梯度变化,某些区域pH可低至2-3,这种微区酸化现象常规探头难以检测,需借助微电极阵列进行空间分辨测量。
微电极的工作面积十分微小,其电极面积大小界限虽不十分严格,但这种小尺寸特性赋予了它独特优势。一方面,微电极实现了电极的微型化,在一些对空间要求极高的微纳器件或生物体内检测场景中,能轻松适配。另一方面,在电化学分析中,尽管整个电极并非微型化,但其极小的工作面积可使电极反应时发生明显的极化作用。通过微电极指示出的扩散电流与离子浓度存在线性关系,借此可精确测知溶液中离子的浓度,在痕量分析等方面表现出色。循环水电极处理系统运行稳定。
电极材料的选择至关重要,它直接影响电极的性能和应用范围。金属材料如铜、银、铂等,因具有良好的导电性,在许多电极应用中备受青睐。铜的导电性优良且成本相对较低,常用于一般的导电电极;银的导电率更高,在一些对导电性要求极高的电子器件电极中有所应用;铂则因其出色的化学稳定性和生物相容性,常用于医疗设备电极以及一些高精度的电化学检测电极。此外,碳材料如石墨,也因其独特的导电性能和化学稳定性,在电池电极等领域使用。新型电极材料耐腐蚀性能优异。吉林电极除硬
电极系统处理效果持久稳定。安徽海水淡化电极除硬
为克服单一电氧化的局限性,常将其与光催化、臭氧氧化或生物处理联用。例如,电氧化-光催化(EO-PC)系统中,TiO?光阳极在紫外光激发下产生电子-空穴对,与电生成的·OH协同降解污染物,对双酚A的矿化率比单独电氧化提高40%。电氧化-生物耦合工艺(如前置电氧化提高废水可生化性)可降低能耗,适用于高浓度有机废水。此外,电氧化与膜过滤结合(如电化学膜生物反应器)能同步实现污染物降解和固液分离,但需解决膜污染和电极-膜模块集成设计问题。安徽海水淡化电极除硬