电极材料是电氧化技术的重要部分,其催化活性、稳定性和成本直接决定应用可行性。目前研究较多的包括金属氧化物电极(如Ti/RuO?、Ti/PbO?)、BDD电极及碳基电极(如石墨、碳毡)。Ti/RuO?电极具有高析氧电位(1.6 V vs. SHE),适合处理含氯废水,但易发生析氧副反应;Ti/PbO?电极成本较低且催化活性强,但长期运行后Pb溶出可能造成二次污染。BDD电极因其化学惰性和超高氧析出电位(>2.3 V)成为难降解有机物处理的理想选择,但制备成本限制了大规模应用。未来趋势是开发复合涂层电极(如SnO?-Sb/Ti)或非贵金属催化剂,以兼顾性能与经济性。电极系统处理效果可量化评估。循坏水电极需求
钛电极可以根据不同的标准进行分类。按照涂层材料的不同,可分为钛基二氧化钌电极、钛基二氧化铱电极等。钛基二氧化钌电极常用于氯碱工业电解制氯,其对析氯反应具有良好的电催化活性和稳定性;钛基二氧化铱电极则在酸性介质中表现出优异的析氧性能,常用于电镀、电合成等领域。依据电极的用途,又可分为阳极和阴极。阳极在电解过程中发生氧化反应,阴极则发生还原反应,不同的电极用途决定了其表面涂层和结构的设计差异,以满足特定的电化学需求 。广东源力循坏水电极设施电化学除重金属同步回收有价值金属。
金属氧化生成的腐蚀产物(如Fe?O?、γ-FeOOH)本身具有半导体特性,其禁带宽度影响电子转移效率。例如α-Fe?O?(Eg=2.2eV)比γ-Fe?O?(Eg=2.0eV)更稳定。这些氧化物还可能参与光电化学反应,在光照条件下产生额外光电流,导致传统电位测量出现偏差。现在研究正尝试利用这种特性开发自供能监测传感器。
在拉伸应力和腐蚀介质共同作用下,电极材料会发生SCC。以奥氏体不锈钢在Cl?环境为例,其裂纹扩展速率可达10??-10??mm/s。电化学噪声检测发现,SCC过程中会出现特征性的电流/电位突跳信号,这些瞬态响应与位错滑移、膜破裂等微观事件直接相关,为早期预警提供了新思路。
污染土壤淋洗液常含高浓度重金属和有机污染物(如PAHs),电极氧化还原反应可以协同去除两类污染物。以Pb-芘复合污染淋洗液为例,Ti/PbO?阳极降解芘的同时,阴极还原Pb2?为Pb?实现回收。关键参数为淋洗剂选择(柠檬酸优于EDTA,避免络合竞争)和pH控制(酸性条件利于重金属还原)。技术瓶颈在于土壤淋洗液的高颗粒物含量易堵塞电极,需前置过滤或采用旋转阴极设计。现场试验显示,处理成本比焚烧法降低50%以上,且无二次污染风险。电化学方法处理成本低于传统工艺。
循环水中的油类、缓蚀剂和工艺泄漏有机物会加速微生物繁殖,电化学高级氧化(EAOPs)技术可将其降解为小分子或矿化。以BDD电极为例,其产生的羟基自由基(·OH)能无选择性地攻击有机物,COD去除率可达70-90%。对于含聚丙烯酸类阻垢剂的循环水,在10 V电压下处理2小时,TOC降解率超过80%,且降解产物无生物毒性。系统需优化极板间距(<10 mm降低欧姆损耗)和流量分布(避免短流)。某钢铁厂案例中,电氧化单元使循环水COD稳定控制在30 mg/L以下,减少了生物粘泥导致的停机清洗频率。
电化学处理使换热效率恢复至95%。循坏水电极需求
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RuCl?和IrCl?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Ta?O?)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。循坏水电极需求