探讨电化学混凝之电流效率、pH变化及用电量估算-朝阳科技大学机构
电沉积制备W-Co合金镀层及其耐蚀性能研究
第43卷第6期2020年12月V ol.43No.6Dec.2020辽宁科技大学学报Journal of University of Science and Technology Liaoning 电沉积制备W-Co 合金镀层及其耐蚀性能研究赵海瀛，翁夺，路金林，陈书文（辽宁科技大学材料与冶金学院，辽宁鞍山114051）摘要：为了缓解腐蚀，增强基体的使用寿命，以钛金属为基体，采用电沉积法制备了W-Co 合金镀层。
使用扫描电镜对镀层的晶粒尺寸和微观形貌进行表征，利用Autolab 电化学工作站测试镀层在3.5%的NaCl 溶液中的腐蚀电流密度。
研究了不同电流密度、主盐浓度及pH 值对合金镀层性能的影响规律。
结果表明，电镀液中钨盐质量浓度为0.08mg/mL 时，镀液温度为65℃，pH 值为6，钴盐浓度为0.1mol/L ，电流密度为50mA/cm 2，腐蚀电流密度为7.294×10-5A/cm 2时，W-Co 合金镀层表现出良好的耐腐蚀性。
关键词：W-Co 合金镀层；钨酸钠；共沉积；耐腐蚀性；电沉积中图分类号：TQ153.2文献标识码：A 文章编号：1674-1048（2020）06-0401-05DOI ：10.13988/tl.2020.06.001表面处理技术可以有效提高金属的物理化学性能。
电沉积法制备合金镀层具有工艺流程短、原料损失小、能耗低、可大规模生产等优点［1］，是最有效的表面处理方法之一。
传统的铬镀层虽然具有良好的装饰性和功能性，但含铬的镀液有毒且严重污染环境，从而限制了它的应用［2］。
研究发现，Ni-Co 、Ni-W 、W-Co 等合金镀层可代替含铬镀层［3-4］，其中W-Co 合金镀层具有优良的耐蚀性、耐热性、耐磨性、耐疲劳和抗氧化性，常被应用在航天、国防和海洋大气腐蚀环境中［5-6］。
早在2002年，陈颢等［7］就提出用恒电流法制备W-Co 合金镀层，镀层外观和色泽与含铬镀层相近，且镀液的分散能力和覆盖能力较好，但镀层的硬度较低［8］。
科技成果——电化学法循环冷却水处理技术
科技成果——电化学法循环冷却水处理技术适用范围节水及水资源循环回用成果简介电化学设备主要原理可分为为电解氧化反应、电解还原反应、酸碱中和、离子平衡及极性水分子反应。
电解槽的阴极区内的水会形成一个碱性环境（pH>9.5）。
在强碱性环境中，在这种离子溶液中，Ca2+（aq）\Mg2+（aq）就会形成氢氧化钙Ca（OH）2↓（垢）、碳酸钙:CaCO3↓（垢）、氢氧化镁Mg（OH）2↓（垢）；并吸附在阴极上或掉落在反应室底部。
当水垢在阴极上析出到一定厚度时，自动刮垢套件可将吸附在阴极上的水垢刮下来，沉落在电解槽底部。
定时打开排污阀，将存留在电解槽底部的污垢排出到水垢沉淀池。
定期将水垢沉淀池中的上清液排回到系统，下部的固态物人工捞出并收集到水垢存放箱，每年集中无害化处理。
图1 电化学法循环冷却水处理原理图电解槽的阳极区内的水会形成一个酸性环境（pH＜3.5），阳极附近反应产生的Cl2、Cl·、O3、HO·、H2O2、活性氧原子等强效杀菌物质，尤其是水和氯气结合后产生大量的次氯酸，可迅速杀灭水中的菌藻（包括军团菌），并有效控制微生物生长。
◆阴极附近的反应：2H2O（l）+2e¯→H2（g）+2OH¯（aq）CO2（g）+OH¯（aq）→HCO3¯（aq）HCO3¯（aq）+OH¯（aq）→CO32-（aq）+H20（l）CO32-（aq）+Ca2+（aq）→CaCO3↓（垢）2OH¯（aq）+Ca2+（aq）→Ca（OH）2↓（垢）2OH¯（aq）+Mg2+（aq）→Mg（OH）2↓（垢）◆阳极的反应：4OH¯（aq）→O2（g）+2H20（l）+4e-2Cl¯（aq）→Cl2（g）+2e¯O2（g）+2OH¯（aq）–2e¯→O3（g）+H2O（l）OH¯（aq）–e¯→HO·（aq）2H2O（l）–2e¯→H2O2（l）+2H+（aq）H2O（l）–2e¯→O（aq）+2H+（aq）工艺流程将电解水处理器连接到主循环冷却水系统，待处理水经水泵加压后通过过滤器并引入布水箱，完成布水后流入电解水处理器，电解过程中在阳极区域发生氧化反应，产生大量的强氧化性和酸性物质并储存在酸性储水箱，在酸性水泵定时启动下冲击式进入循环水，对整个循环系统进行除垢和杀菌灭藻。
IrO2-pH微电极的研制及钢筋混凝土界面pH的测量
国家自然科学基金资助项目(资助号:59871043)收到初稿:2001202224;收到修改稿:2001207222作者简介:黄若双,1978年生,女,硕士生 导师:林昌健教授Tel :0592-******* E -mail :cjlin @IrO 2-p H 微电极的研制及钢筋/混凝土界面p H 的测量黄若双 胡融刚 杜荣归 谭建光 林昌健(厦门大学材料科学与工程系,化学系,固体表面物理化学国家重点实验室厦门361005)摘要 采用电化学阳极氧化和高温碳酸盐氧化两种方法制备IrO 2-p H 微电极,其特点是对氢离子响应快、线性范围宽、机械性能好、具有长期稳定性.考察了该电极的p H 响应特性、化学成分、机械性能等.结果表明,这种IrO 2-p H 微电极适用于钢筋/混凝土界面p H 值的原位测量.关键词 IrO 2电极 p H 钢筋/混凝土 原位测量 腐蚀破坏中图分类号 TG 174.42 文献标识码 A 文章编号 100226495(2002)0520305204FABRICATION OF IrO 2-pH MICR OE L ECTR ODE AN D ITSAPPL ICATION IN STU DY OF CHEMICALMICR O -ENVIR ONMENT AT STEE L/CONCRETE INTERFACEHUAN G Ruoshuang ,HU Ronggang ,DU Ronggui ,TAN Jianguang ,L IN Changjian(Depart ment of M aterial Science and Engineering ,Depart ment of Chemist ry ,S tate Key L aboratory f or Physical Chemist ry of Solid S urf aces ,Xiamen U niversity ,Xiamen 361005)ABSTRACT The corrosion behavior of the reinforcing steel has a close dependence on the chemical micro -environment at the steel/concrete interface.In this paper ,a kind of IrO 2-p H microelectrode was prepared by anodic electrochemical oxidation and thermal oxidation in carbonate.In the latter case ,IrO 2electrode showed fast linear response ,wide linear range (p H 0～14),satisfying mechanical proper 2ty and long -term stability.The formation of IrO 2electrode was characterized and the potential re 2sponse to H +was tested to explore the optimum condition of fabrication of the IrO 2electrode.The IrO 2-p H electrode was applied for the in -situ measurement of p H at the steel/concrete interface.KE Y WOR DS IrO 2electrode ,p H ,steel/concrete ,interface ,corrosion 钢筋在混凝土中腐蚀的本质过程是一种特殊的电化学传荷反应,其特点是:(1)钢筋表面的腐蚀过程是在相当闭塞(occlusion )的条件下进行.(2)钢筋/混凝土界面化学环境独特,主要为强碱性和多种盐溶液的介质环境.目前绝大部分研究仅局限于混凝土模拟孔溶液p H 的测量,钢筋/混凝土界面p H 的原位测量难度大,已成为探索钢筋在混凝土中腐蚀破坏机理的重要一环.通常采用传统的玻璃p H 电极,已不能满足测量钢筋/混凝土界面化学环境变化的要求[1].近年来,金属氧化物p H 电极由于具有制作方便,刚性好,体积小等特点而引起关注.金属氧化物作为氢离子敏感电极是基于金属/金属氧化物或低价金属氧化物/高价金属氧化物之间的氧化还原反应在水溶液中具有良好的可逆性,使得金属氧化物对氢离子具有线性敏感响应,且在待测溶液之间转移时具有良好的可逆性.Ives 等[2]指出,用作氢离子敏感材料的金属氧化物必须在所测定的溶液中具有极强的耐蚀性且电位响应曲线稳定.目前,研究较多的具有p H 响应的金属氧化物有Sb 、Pd [3]和Ir 等的氧化物,其中Ir/IrO 2-p H 电极具有测量精度高、线性范围宽等优点.IrO 2的制备方法有电化学氧化、溅射、热氧化等方法.K i 2noshita [4]等人用电位循环法制得的IrO 2-p H 电极在p H 2.5～8.5范围内呈线性响应.Hitchman [5]等人对电位循环法制备IrO 2-p H 电极作了进一步研第14卷第5期2002年9月 腐蚀科学与防护技术CORR OSION SCIENCE AN D PR OTECTION TECHN OLOG Y Vol 114No 15Sep 12002究,获得在p H2～12呈良好响应的p H电极.范宏斌[6]采用热氧化方法制备的IrO2-p H电极,在p H 2～12范围内有良好的Nernst响应.本文在原有工作基础上[7,8],采用电化学阳极氧化和高温碳酸盐氧化两种方法来制备IrO2-p H电极,探索制备方法,研制线性范围宽,敏感性能好和高稳定性的氧化铱p H电极,并将研制的IrO2-p H电极用于钢筋/混凝土实际体系的界面p H的原位跟踪测量.1实验方法111电化学阳极沉积法制备IrO2用H2C2O4络合含IrCl4的电解液,以避免其在碱性下产生IrO2沉淀.在碱性(p H=1015)条件下,铱络合离子阳极氧化生成IrO2:[Ir(COO)2(OH)4]2-=IrO2+2CO2+2H2O+2e-沉积IrO2的电解液组成:115g/L IrCl4·H2O,10 ml H2O2(30mass%),5g/L H2C2O4·2H2O,适量K2CO3(调节pH=1015),室温.沉积时先控制铂丝电位-1100V(vs1SCE),阴极极化5min,再将铂丝电位控制在1100V,阳极极化30min～60min,在铂丝表面沉积一定厚度的IrO2层,形成Pt/IrO2电极.112高温碳酸盐氧化法制备IrO2长约1cm的金属铱丝,依次用无水乙醇、去离子水清洗,擦干.将铱丝放入装有适量碳酸盐的氧化铝坩埚,置于高温炉中,控制炉温700℃和恒温时间1h,高温环境可使铱丝表面充分氧化,生成一定厚度的致密IrO2膜,形成Ir/IrO2电极.用去离子水清洗,与铜丝点焊连接,环氧胶包封.113IrO2-pH电极性能考察刚制备好的IrO2-p H电极需经老化才能使用,将新鲜的IrO2电极浸泡在混凝土模拟孔溶液(016mol/L KOH+012mol/L NaOH+01001mol/ L Ca(OH)2)中老化28天.在一系列已知p H值的缓冲溶液、HCl溶液和NaOH溶液中测定IrO2-p H电极对p H的响应工作曲线.为了考察IrO2电极的长期稳定性,用自行研制的“多路数据采集系统”对IrO2电极电位进行长时间跟踪考察.114钢筋/混凝土试样制备钢筋为建筑用碳钢,加工成尺寸为70mm×70 mm×2mm的钢板,中间钻一个<2mm的小孔,钢板表面依次用320#水磨砂纸、6#金相砂纸仔细打磨,无水乙醇脱脂,去离子水清洗,擦干.混凝土所用骨料为福建九龙江河砂,使用前先用去离子水浸洗两遍,凉干待用.水泥为紫金牌P1O1425#R早强型普通硅酸盐水泥.本文所用混凝土试样分为两种.(1)新拌制:用石蜡将规格为<47mm×50mm的PVC套管固定于钢板上;混凝土按水泥、砂、水的质量配合比1∶3∶016拌制;从套管内浇铸于钢板上,厚度为5mm.将IrO2-p H电极从钢板小孔中插入到钢筋/混凝土界面,钢板和IrO2电极之间用环氧胶封装.制备好的钢筋/混凝土试样在室温下养护约一周.(2)已经固化并养护过的干混凝土试样,尺寸为<47mm×5 mm,同样放置于PVC套管内,下底面与钢板紧密接触.钢板和混凝土的边及套管之间用环氧胶封住. 115钢筋/混凝土界面pH值的测量图1为应用IrO2-p H电极测量钢筋/混凝土界面p H值的实验装置示意图.IrO2电极从钢板中间的小孔插入到钢筋/混凝土界面处,混凝土样品上装有电解池,加入不同浓度的氯化钠溶液,参比电极采用饱和甘汞电极,用腐蚀数据采集系统(FSCS)记录钢筋/混凝土界面处的电位值.Fig11Arrangement for measuring p H at the interface of rein2 forced steel/concrete by IrO2electrodeFig12Potential-p H diagram for a fresh Pt/IrO2electrode pre2 pared by anodic electrodeposition603腐蚀科学与防护技术第14卷Fig 13Potential -p H diagram for a fresh Ir/IrO 2electrode treat 2ed by carbonate at hightemperatureFig 14Potential -p H diagram for an aged Ir/IrO 2electrodetreated by carbonate (aged for 28and 35days )117腐蚀数据采集系统自制联机控制的多路腐蚀数据采集系统是由ADC 数据采集板和数据处理软件等部分组成.ADC数据采集有16个通道,可同时采集16个样品的腐蚀数据.系统主模块功能是:设置实验参数、采集腐蚀数据模式和数据图形显示(如电压-时间关系等).腐蚀数据采集系统设有简单方便的操作界面,可实时将采集的数据用图形表示.数据还可转化成ORIGIN 软件的数据格式,利用ORIGIN 软件处理实验结果.2结果与讨论211电化学沉积法制备的IrO 2的性能用电化学阳极沉积法制备的Pt/IrO 2电极测量一系列已知p H 的标准缓冲溶液,考察Pt/IrO 2电极对氢离子线性敏感性,结果表明,Pt/IrO 2电极对氢离子具有良好的响应特性(图2),而且Pt/IrO 2电极的电位-p H 响应具有良好的重现性.实验发现,当铂丝上沉积的IrO 2量不足时,响应电位呈不稳定.用电化学阳极沉积法制备的IrO 2-p H 电极不够致密,容易脱落,只能短暂时间使用.而钢筋/混凝土体系的p H 测量要求电极必须具备较好的机械性能和长期稳定性.因此,用电化学阳极沉积法制备的Pt/IrO 2电极不适宜长期埋入钢筋/混凝土体系进行原位跟踪测量.212高温碳酸盐氧化法制备的IrO 2的性能采用碳酸盐高温氧化法制备的IrO 2结构致密,结合牢固.未经老化的IrO 2电极响应电位较不稳定,而经过老化后,IrO 2电极的响应电位相当稳定.由图3可见,电位-p H 值线性关系良好,且在p H 0～14之间均有良好的线性响应关系.刚制备好的新鲜IrO 2-p H 电极浸泡于混凝土模拟孔隙液(SPS )中进行老化,老化过程IrO 2电极电位会发生漂移.开始电位变化较快,14天后电位漂移量逐渐减少,老化28天后IrO 2-p H 电极电位趋于稳定.经老化后的IrO 2电极的电位漂移量在1mV/d 范围内,具有相当好的时间稳定性.图4结果表明,经充分老化后,IrO 2电极的电位-p H 线性行为可持续7天,仍基本不变.实验发现,新鲜IrO 2-p H 电极响应斜率为65mV/p H ～75mV/p H ,随老化过程响应斜率逐渐减小,完全老化后,电极电位趋于稳定,响应斜率为59mV/p H ～65mV/p H ,基本接近斜率理论值.在电极老化过程,IrO 2可发生水合作用,生成不稳定的水合羟基氧化物,导致电位的漂移.不同的水合羟基氧化物带电量不同,对氢离子的响应也就不一样,其Nernst 响应斜率呈不断变化的趋势.直到水合过程达到平衡,电极的响应斜率稳定,电位漂移停止,电极才完全稳定.对碳酸盐氧化法制备的IrO 2进行Raman 光谱表征(图5),结果表明,经过碳酸盐高温氧化后铱丝表面主要成分为IrO 2.213钢筋/混凝土界面pH 值的测量实验采用(a )新拌制的混凝土;(b )已经过固化和养护的混凝土.从IrO 2电极测得的钢筋/混凝土界面p H 值对时间的变化曲线(图6)看,钢筋/新制混凝土界面p H 明显高于钢筋/预先固化混凝土界面p H ,表明新拌制混凝土随着的固化和养护过程发生的水合反应,碱性的反应产物可在混凝土微孔内和金属/混凝土界面积累,从而使得钢筋/混凝土界面p H 提高,界面p H 甚至可高达13,充分碱性的界面化学环境有利于金属表面稳定钝化膜的形成.对于已经过固化和养护的混凝土,由于混凝土固化过程的水合反应已基本完成,样品制备过程混凝土表7035期黄若双等:IrO 2-p H 微电极的研制及钢筋/混凝土界面p H 的测量 Fig 15Raman spectrum for an iridium oxide electrode treated bycarbonateFig 16Time dependence of p H at the steel/concrete interface in3%NaCl.IrO 2-p H sensor was installed at the interface (a )before the cement paste was hardened ,and (b )for the hardenedpasteFig 17Time dependence of p H at steel/concrete interface in Na 2Cl solution with different concentration.(a )011%,and (b )015%面的大部分碱性产物流失,样品制备好后混凝土微孔内的碱性产物可部分扩散到界面,仍可使得钢筋/混凝土界面呈碱性,但p H 值却较低,因此,金属表面钝化膜不稳定,在环境作用下易发生腐蚀破坏.图7是用IrO 2-p H 电极测量不同的介质环境对钢筋/混凝土界面p H 的影响.在早期阶段,不同氯离子浓度的环境介质对钢筋/混凝土界面p H 值的影响不大,测量界面p H 较不稳定.这是由于(1)外部介质中的氯离子通常需要较长的时间才能通过混凝土层渗透到钢筋/混凝土界面,这主要决定于混凝土的状态及厚度.(2)到达钢筋/混凝土界面的氯离子并不能直接影响界面的p H ,当钢筋/混凝土界面保持充分碱性,少量的氯离子也难以破坏金属表面的钝性.实验结果(图7)表明,随着浸渍时间的延长,(1)外部介质中的氯离子通过混凝土层渗透到钢筋/混凝土界面,促使界面p H 降低.(2)环境介质中氯离子浓度大小对钢筋/混凝土界面p H 值的下降程度具有一定影响,氯离子浓度越大,界面p H 值降得越低.在环境的作用下(如孔溶液的碳酸化等),若达到临界的界面化学环境,就有可能发生金属的溶解破坏,腐蚀反应可进一步促使界面p H 的降低,导致钢筋的腐蚀破坏.在钢筋腐蚀破坏过程中,界面的氯离子和p H 扮演着关键性和协同作用.3结论1 制备了性能良好的IrO 2-p H 电极,该电极线性响应范围宽(p H0-14),响应速度快,机械性能良好,且经过老化后具有长期稳定性,适合长期原位跟踪测量钢筋/混凝土界面的p H 值及变化.2 建立一种适合于原位测量钢筋/混凝土界面的p H 值的实验方法,研究表明采用IrO 2-p H 电极测量钢筋/混凝土界面的p H 值是可行的.3 初步在原位测量了不同条件下钢筋/混凝土界面的p H 值及其动态变化行为.参考文献:〔1〕Lewandowsk Z ,Lee W S ,Characklis W G ,et al.Corrosion ,1989,45:92〔2〕Ives D J G ,Janz G J.Academic ,New Y ork ,1961〔3〕Grubb W T ,K ing L H.Analytical chemistry ,1980,52(2):270〔4〕K inoshita K ,Madou M J.J.Electrochem.Soc.1984,131(5):1089〔5〕Hitchman M.L.,Ramanathan.S.Analyst ,1988,113:35〔6〕范宏斌.化学传感器,1996,2(16):99〔7〕林昌健,孙海燕,杜荣归等.电化学,1996(2):372〔8〕张建民.厦门大学理学博士学位论文,1998.88803腐蚀科学与防护技术第14卷。
电化学除铁用于建筑物的供水系统
水世界-中国城镇水网h tt p://w w w .c h i n a c i t y w a t e r .o rg电化学除铁用于建筑物的供水系统吴星五, 高廷耀(同济大学城市污染控制国家工程研究中心，上海200092)摘 要：提出一种利用电化学除铁的水处理新技术，不需添加化学药剂且无二次污染，其作用机理是利用阳极(不溶性)反应产生的新生态氧和溶解氧将Fe 2+氧化成Fe 3+，进而水解形成氢氧化铁胶体，再通过砂滤去除。
阴极反应生成的OH-引起pH 值上升，提高了氧化速度；产生的微气泡促使高铁胶体集聚成较大的颗粒，改善了过滤条件。
电流密度越高除铁能力越强，但电流效率下降。
试验采用的电流密度为4.0mA/cm 2、通电率为50C/L ，水流通 过单程处理，含铁量由4.0mg/L 降至0.3mg/L 以下。
采用循环处理方法可有效清除水箱黄锈水，其耗电量≤0.02(kW·h)/m3，适用于城市建筑物的供水系统。
关键词：水处理；除铁；电化学 中图分类号：TU991 文献标识码：A文章编号：1000-4602(2002)06-0010-04Iron Removal by Electrochemical Method for Water Supply System of Buildings WU Xing wu , GAO Ting yao (National Engineering Research Center for Urban Pollution Control,Tongji Universi ty,Shanghai 200092,China) Abstract ：A new electrochemical technology of water treatment for iron removal was propose d,which did not need any chemical agent and had no secondary pollution.The perfo rmance mechanism was electrolysis. Fe 2+ was oxidized to Fe 3+ by nascent oxygen and dissolved oxygen produced by anodic reaction (with dimensionally stable anodes),the Fe 3+ was hydrolyzed to ferric hydroxide,and then the hyd rolysate was filtrated off by sand-bed filter.As pH increased due to the increas e of OH - formed by cathode reaction, the oxidation rate was increased.The ferr ic hydrocolloid particles were flocculated into much bigger flocs by small bubbl es produced duringelectrolysis process,so that the condition of filtration was improved.The higher the electrical charge passed perlitter of water the high er the ability of iron removal,but the lower the current efficiency.The total ir on content was decreased from 4.0 mg/L to ≤0.3mg/L,under the test conditions of current density 4.0mA/cm 2,electrical charge per litter of water ≥50 C/L (H 2O),and single-pass operation,with quartz sand media adopted.Through circulating treatment,the rusty brown water in tank was cleaned efficiently,and the electri c power consumption was ≤0.02(kW·h)/m 3 (H 2O).The test result showed that the circulating treatment is applicable to water supply system of urban buildings.Keywords : water treatment; iron removal; electrochemistry目前，城市建筑物中的供水系统由于管道锈蚀等原因，流出的自来水往往因含铁量高而发黄、发浑且带铁腥味，给人们的生活和工作带来极大的困扰，即使采用市售的各类净水器也难以解决问题，其中滤芯会很快失效；若拆除旧管道重新安装则费用高且施工困难。
2011年(环境工程学实验)3个实验讲义解析
环境工程实验指导书赵文霞，李再兴主编河北科技大学环境科学与工程学院二零零七年六月前言环境污染治理实验是环境工程专业的一门实践性必修课，是环境工程专业教学的一个重要环节。
其主要任务是：通过实验使学生初步掌握有关水、气、固废处理技术的基本实践方法、手段和操作技能，巩固和加深学生对所学理论知识的理解，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，并树立实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
实验的基本要求是：掌握实验的基本原理和操作方法；能独立进行实验的全过程；实验过程中，要实事求是，严肃认真，细致整洁，爱护仪器设备；初步掌握测试技术及试验数据的分析处理技术，独立完成实验报告。
本实验指导书由河北科技大学环境科学与工程学院多年从事教学、科研及实验指导的教师赵文霞、李再兴、周保华、任爱玲、侯永江、国洁等编写。
赵文霞和李再兴负责文字、绘图及校对。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中错误和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
编者2007年6月目录第一篇水污染控制工程实验实验一化学混凝实验一、实验目的分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀方法去除。
向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中分离出来。
由于各种废水差别很大，混凝效果不尽相同。
混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂种类、投加量，同时还取决于水的pH、水温、浊度、水流速度梯度等影响。
通过本次实验，希望达到以下目的：1、加深对混凝沉淀原理的理解；2、掌握化学混凝工艺最佳混凝剂的筛选方法；3、掌握化学混凝工艺最佳工艺条件的确定方法。
二、实验原理化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。
根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电解质、相反电荷的胶体或高分子物质等方法破坏胶体的稳定性，使胶体颗粒凝聚在一起形成大颗粒，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。
关于化学混凝的机理主要有以下四种解释。
物理化学习题解答(十)
物理化学习题解答(十)习题p150~1531、要在面积为100cm2的薄铁片上两面都镀上厚度为0.05mm的均匀镍层，计算所需的时间。
已知所用电流为 2.0A，电流效率为96%，ρ(Ni,s)=8.9g.cm-3水M Ni=58.7g.mol-1。
解：V Ni=2×100×0.05×10-1=1cm3m Ni=ρV=8.9 g.cm-3×1 cm3=8.9gn Ni=m/M=8.9/58.7=0.1516molNi2+(aq) + 2e-→Ni(s)ξ=0.1516molQ理=zξF=2×0.1516×96484.5=29257.651CQ实=Q理/η电泳效率=29257.651/0.96=30476.72Ct= Q实/I=30476.72/2=15238.36s=4.23h2、在298K和标准压力下，试写出下列电解池在两极上所发生的反应，并计算其理论分解电压：(1)Pt(s)∣NaOH(1.0mol.kg-1,r±=0.68)∣Pt(s)(2) Pt(s)∣HBr(0.05mol.kg-1,r±=0.860)∣Pt(s)(3) Ag(s)∣AgNO3(0.01mol.kg-1,r±=0.902)‖AgNO3 (0.5mol.kg-1,r±=0.526)∣Ag(s) 解：(1) 阴极：4H2O(l) + 4e-→2H2(pө) + 4OH-(aq)φH2O/H2=φөH2O/H2–RT/F ln a OH-2H+(aq) + 2e-→H2(pө)H2O(l)==2H+(aq) + OH-(aq)φөH2O/H2=φH+/H2=φөH+/H2+ RT/F ln a H+=φөH+/H2+ RT/F ln Kөw =0.025678ln10-14= –0.828V 阳极：4OH-(aq) – 4e-→O2(pө) + 2H2O(l)φO2/OH-=φөO2 /OH-–RT/F ln a OH-电解反应：2H 2O(l)== 2H 2(p ө) + O 2(p ө)E=φO 2/OH -–φH 2O/H 2=φөO 2/OH -–φөH 2O/H 2= 0.401+0.828=1.229V(2) 阴极：2H +(aq ) + 2e -→H 2(p ө)φH +/H 2 =φөH +/H 2+ RT/F ln a H +阳极：2Br -(aq ) –2e - →Br 2(l)φBr 2/Br -= φөBr 2/Br -–RT/F ln a Br - 电解反应：2HBr(aq )== H 2(p ө) + Br 2(l)E=φBr 2/Br -–φH +/H 2 =φөBr 2/Br - –φөH +/H 2–RT/Fln a H + a Br -=1.065–0.025678ln (r ±m ±/m ө)2=1.065–0.025678×2ln(0.860×0.05)=1.227V(3) 阴极：Ag +(a 1) + e -→Ag(s)φAg +/Ag = φөAg +/Ag + RT/F ln a 1阳极：Ag(s) –e -→ Ag +(a 2)φAg +/Ag = φөAg +/Ag + RT/F ln a 2电解反应：Ag +(a 1)== Ag +(a 2)E=RT/Fln (a 2/a 1)= 2RT/Fln {(r ±,2m 2/m ө)/( r ±,1m 1/m ө)}= 2×0.025678ln { (0.902×0.01) /(0.526×0.5) }= –0.173V实际上电解池是原电池。
分析化学习题
5．根据如下极谱数据，计算Ni2+的浓度，结果以mg/L表示。(参考答案：1156mg/L)
6．用指示离子法测量铅离子浓度。已知镉对铅的扩散电流常数比为 0.924。对未知浓度的铅 离子溶液和浓度为 1.4x10-3mol/L的镉离子溶液进行极谱测量，测得扩散电流分别为：铅离子 4.40μA，镉离子 6.20μA。计算未知溶液中铅的浓度。(参考答案：9.2x10-4mol/L)
极谱分析习题
1．某金属离子因接受两个电子而得到还原。0.000200mol/L的这种金属离子溶液的平均极限 扩散电流为 12.0μA，毛细管的m2/3．τ1/6值为 1.60。试计算该金属离子在此溶液中的扩散系 数。(参考答案：D=9.55x10-4cm2/s)
2. 某一物质在滴汞电极上还原为一可逆波。当汞柱高度为 64.7cm时，测得平均扩散电流为 1.71μA。如果汞校高度为 83.1Байду номын сангаасm，那么平均扩散电流为多少? (参考答案：i d =1.93μA)
Eθ (Ag+/Ag) = 0.7995V。 8 一自动电位滴定仪以 0.1mL/s 的恒定速度滴加滴定剂。按设计要求，当二次微分滴定 曲线为零时，仪器自动关闭滴液装置，但由于机械延迟，使关闭时间晚了 2s。如果用这台 滴定仪以 0.1mol/L 的 Ce(IV) 来滴定 50mL 0.1mol/L 的 Fe(II)，由于延迟将引起多大的百 分误差？当滴定仪关闭时，电位将是多少？ 已知(Eθ [Ce(IV)/Ce(III)] = 1.28V ) 在用 Cu2+ 离子电极测定如下组成的电池时，得电动势值为 0.113V， Cu2+离子电极│Cu(1.5×10-4 mol/L)溶液体积 20mL || SCE 向溶液中加入 5mL NH 3 溶液,使待测液中 NH 3 浓度保持为 0.1mol/L，这时测得电动势值为 0.593V，试求铜氨配离子 [Cu(NH 3 ) 3 2+] 的不稳定常数。 9 10 如用饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为指示电极，以KMnO 4 滴定 Mn2+(计量点 。为进行自动电位滴定，请算出计量点时应控制终点电位值为多 时[H+]= 1.00×10-8 mol/L） 少?(vs.SCE) MnO 4 - + 4H++ 3e-＝ MnO 2 + 2H 2 O Eθ 1 =1.695V + 2+ MnO 2 + 4H + 2e ＝ Mn + 2H 2 O Eθ 2 =1.23V
水环境累类实验指导书
第八章水质工程实验实验一混凝实验一、实验目的1.掌握混凝实验的操作过程，加深对混凝机理的理解；2.了解水样pH值对混凝的影响及最佳投药量的确定方法。
二、实验原理地表水中含有一些粒径在0.001～1μm的颗粒，这些颗粒称作胶体，它在重力作用下难以沉降，虽然它们之间存在着布朗运动，但由于胶体表面带有电荷而长期处于分散而稳定的状态，它的存在使水具有一定的浓度，向水中投加一些化学药品，减少其胶体表面的带电量，破坏其稳定性，使分散的颗粒聚集增大，从水中分离出来，以除去水中的浊度，这个过程叫混凝，投加的化学药品叫混凝剂，混凝效果与混凝剂种类、投加量及水样的pH值密切相关。
三、实验仪器DC-506智能搅拌器、SZD-2智能浊度仪、Sension酸度计实验搅拌机示意图1.电机；2.搅拌杯；3.搅拌桨；4.传动齿轮。
四、实验步骤1.用高岭土配制一定浊度的水样，并准确测定其浊度（NTU）温度（℃）。
2.将上述水样分为三份，用酸、碱调节其PH值为酸性、中性、碱性并准确测定。
3.每个水样取6份（每份1000mL）于搅拌杯中并置于搅拌器上。
4.设置搅拌器的工作状态：① 混合阶段：转速300 r/min，时间1min；② 反应阶段：转速50 r/min，时间10 min；③ 沉降阶段：转速0 r/min，时间20 min。
5.取混凝剂[2%的Al2(SO4)3]1，3，5，7，9，11mL于加药管内，启动搅拌器并加入混凝剂，观察水样变化情况。
6.沉降结果后取水样上清液测定其残留浊度。
五、实验结果记录表原水浊度NTU 原水温度℃六、绘制投药量——残留浊度曲线并确定每个水样的最佳投药量七、回答问题1、根据在实验中所观察到的现象及实验结果，简述影响混凝的几个因素。
2、在最佳投药量出现后再增大投药量混凝效果为什么会变差？实验二 软化与除碱实验一、实验目的地下水中含有Ca 2+、Mg 2+、HCO 3—等离子，Ca 2+、Mg 2+称为硬度，HCO 3—称为碱度。
电絮凝技术在水处理中的应用
电絮凝技术在水处理中的应用发表时间：2018-10-18T11:54:47.247Z 来源：《防护工程》2018年第12期作者：张晨[导读] 逐渐受到研究者的关注。
将电絮凝技术应用到废水处理中，可利用废水的含盐特性，降低电絮凝所需的电量消耗，从而在较低能耗下达到废水处理的目的。
因此，电絮凝在废水处理中的研究与应用逐渐增多。
张晨无锡新吴环保科技有限公司江苏无锡 214028摘要：由于工业废水中含有大量的盐类对微生物有一定的抑制作用，采用常规生化方法处理废水较难达到处理需求，电絮凝技术因具有去除污染物效率高、操作简单和占地面积小等优点，逐渐受到研究者的关注。
将电絮凝技术应用到废水处理中，可利用废水的含盐特性，降低电絮凝所需的电量消耗，从而在较低能耗下达到废水处理的目的。
因此，电絮凝在废水处理中的研究与应用逐渐增多。
关键词：废水；电絮凝；污水处理1前言随着社会经济的发展，水资源需求量迅速增加，水资源污染等问题日益严重。
人们对于环境的关注度越来越高，为了更好实现对于环境的有效防治，有必要加强废水处理的管理，本文中，主要介绍了电絮凝技术的技术原理，以及其在废水处理中的应用。
2电絮凝技术2.1技术原理电絮凝技术，又称电混凝技术，该技术的作用原理是：对或多对金属电极(铝或铁)，在每对电极中加入电压，此时成对的金属阴阳极会发生一系列电化学反应，并在水溶液中形成电流，溶出Al3+或Fe2+等离子。
这些离子在水中进一步水解，通过类似于无机絮凝剂的反应过程和机理后，产生混凝或絮凝作用。
其中发生的主要反应如下：阳极主要是Al电解生成Al3+反应：在不同的pH条件下，金属离子及其水解聚合产物会与絮凝剂一样，具有吸附电中和、压缩双电子层、及沉淀网捕等作用。
电极表面释放出的微小气泡起到了搅拌的作用，加速了胶体颗粒的碰撞几率，产生的絮体密度小于水时就会上浮至水面，密度大于水时则下沉到水底，从而达到分离、去除的目的，能够有效地去除水中悬浮物、胶体、不溶性COD等化合物。
155-174 第八章电解质溶液
=
a++
a − −
=+ +−
1
=
+ +
− −
1
1
m
=
m + +
m − −
=
+
+
−
−
mB
a
=
m m
aB
=
a + +
a − −
= a
离子强度： I
=1 2
B
mB zB2
德拜—休克尔极限公式
lg = − A z+ z− I 在 298K 时，使用简化公式时，A 值取
0.509(
mol kg
在。摩尔电导率随浓度的变化与电导率不同，浓度降低，粒子之间相互作用减弱，正、负讘
的运动速率因而增加，故摩尔电导率增加。
4．怎样分别求强电解质和弱电解质的无限稀释摩尔电导率？为什么要用不同的方法？
答：在低浓度下，强电解质溶液的摩尔电导率与 c 成线性关系。
( ) m = m 1− c
在一定温度下，一定电解质溶液来说， 是定值，通过作图，直线与纵坐标的交点即
B
= B
(T
)
+
RTInγm,B
mB mB
= B
(T ) + RTInam,B
电解质
B
=
B
(T ) + RTInaB
=
B
(T ) + RTIna+ν+
aν− −
活度因子表示式：非电解质
am,B
=
ν m,B
mB mB
电解质
aB
=
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1 探討電化學混凝之電流效率、pH變化及用電量估算 ---以鋁極板為例
黃建宏，開南大學通識教育中心助理教授 章日行，朝陽科技大學環境工程與管理系副教授
摘要 在固定電流條件下操作電混凝，水溶液中添加氯化鈉除了可以增加溶液導電度降低所頇電壓進而減少電能之消耗外，其氯離子對極板具孔蝕作用有助於電流產生。由於電溶解及化學溶解之雙重作用，鋁離子實際溶出量較法拉第定律之理論值還高，電流效率皆大於100%。鋁之溶解量與電流密度成正比與氯化鈉之添加量無關，其溶出量亦與操作時間成正比，電流密度較高時其線性方程式斜率較大，鋁離子溶出之速度較快，代表可在較短時間獲得混凝所頇之膠羽，但消耗之電量亦較大。酸性溶液起始pH若達2.5以上，經5分鐘操作後其pH即可趨於穩定然後維持在9左右，有利於形成氫氧化鋁膠羽。電混凝法可以有效去除印刷電路板製程產生之含銅、鎳廢水，在三分鐘內其濃度即可降至管制標準以下，處理每噸廢水之用電量約為0.894 KWh。
關鍵字：電混凝、電流效率、銅、鎳
一、 前言 在環境工程之廢水處理技術領域中，以化學加藥﹙例如：明礬﹚混凝沈澱去除污染物是一個傳統上經常使用並且具有一定效率之方法，但目前有很多的研究﹝1, 2﹞期望以電化學混凝法﹙或稱電混凝法﹚取代傳統之化學混凝法，主要原因為其方法簡單、快速且有效。電混凝技術直接利用反應槽中犧牲陽極（常使用鋁或鐵）所產生之金屬離子與陰極所產生之氫氧根離子形成膠羽而達到混凝沈澱 2
去除污染物之目的，而且電混凝過程中可藉由陽極產生之氧氣氣泡及陰極產生之氫氣氣泡達到攪拌或浮除之效果，因此不需加入化學藥品及機械攪拌即可達到混凝之目的。電混凝法可去除各類有機及無機污染物﹝1- 6﹞，且反應速度極快，在短時間內﹙通常僅需數分鐘﹚即可見其成效。但是，由於電混凝法之操作成本因其消耗電量而可能相對較高，故要使其與傳統之化學混凝法具競爭力，仍需投 入更多的研究，以掌握更有效率的操作參數。 在以電化學方法處理污染物之應用上，為順利操控各項化學反應，電壓或電流的控制為相當重要之操作參數。一般而言，電混凝法要在電極板間產生電流所需克服之電位包括平衡電位、濃度過電位、活化過電位及歐姆過電位等﹝2, 7﹞。因此，為降低反應所需電壓以節省能源並令反應順利發生，即應避免濃度、活性及電阻等各類極化（polarization）現象產生。以電混凝法去除污染物，在廢水溶液中添加電解質可以增加導電度以降低電壓進而達到節能之目的，常見使用之電解質包括氯化鉀﹙KCl﹚、氯化鈉﹙NaCl﹚、硝酸鈉﹙3NaNO﹚...等鹽類物質。
氯離子或硝酸根離子在反應過程中會對金屬陽極板產生孔蝕﹙pitting﹚作用，可避免陽極板表面生成惰性層﹙passivation﹚而導致電阻極化﹝8-11﹞。依先前之研究，在固定電壓之操作條件下，添加硝酸鹽雖具有孔蝕功能，能令電解槽維持穩定之電流，使陽極溶出鋁離子、陰極產生OH-，但由於pH上升過高，導致4)(OHAl成為主要物種，無法形成膠羽，但在氯鹽溶液中，氯離子提供較高之導
電度並令電解槽維持相對較高之電流，鋁離子溶出、溶液pH隨時間呈現先升高後下降然後維持在9〜10之間，故可形成並觀察到明顯之氫氧化鋁膠羽、進而迅速且有效的將重金屬鎘從溶液中移除﹝10﹞。含重金屬廢水多為酸性且其存在水溶液中之形態與pH具有很大之關係，而以電混凝法去除重金屬污染物更頇注意溶液在操作過程中pH變化情形﹝9, 10﹞。 本研究選擇於溶液中添加不同濃度之氯化鈉，並調配不同之溶液起始pH值以進行一系列之實驗，探討在不同電流密度下，電混凝反應之電流效率、鋁離子釋放量、電壓變化及估算其所消耗電量，再以國內某工廠印刷電路板製程中產生之含重金屬銅、鎳廢水進行試驗。
二、實驗材料與方法 2.1 實驗材料及設備 本研究於溶液中添加之氯化鈉﹙Riedel-de-Haën, USA﹚，純度99.6 %，係採購自友和貿易股份有限公司。若頇調整溶液之酸、鹼性則以硫酸及氫氧化鈉調配。進行電化學混凝實驗之電解反應槽為自製，PVC材質，陽極為金屬鋁板，
陰極為石墨板，其規格說明如下： 3
極板面積：82 cm2 極板間距：1.0 cm 反應槽總容積：250 cm3 (含循環管線50 cm3)
反應槽外接直流電供應器以提供所需電流。直流電供應器為茂迪股份有限公司 （MOTECH INDUSTRIES INC）出產，型號為PPS1002F/CE/MT（0 to 18 V, 0 to 4 A），可自動讀取電壓值。反應前後之溶液重金屬濃度以ICP量測。實驗設置如圖1所示。
圖1 實驗設置示意圖 2.2 試驗方法 本研究採固定電流的方式進行實驗，使用之電流包括0.5安培、1.0安培、1.5安培及2.0安培，其電流密度﹙current density﹚分別為60.98 A/m2、121.95 A/m2、
182.93 A/m2及243.90 A/m2，為了便於理解，後續之部分圖表中其電流密度以60
A/m2、120 A/m2、180 A/m2及240 A/m2等整數值表示之。試驗過程大致上可分
三個部份，第一部份於去離子水溶液中添加不同濃度之氯化鈉，分別為1.00 g/L、1.75 g/L及2.5 g/L，搭配上述之四種不同電流操作10分鐘，探討在不同添加量﹙即導電度﹚下對電壓造成之影響，並詳細記錄每分鐘之電壓變化以計算消耗之電量。於反應前後量測陽極鋁板之重量損失，以獲得鋁離子之釋放量，並用以計
算及探討電流效率。第二部分依前部分之實驗結果挑選出一適當氯化鈉添加量後，再分別進行5、10、15及20分鐘電混凝反應，紀錄鋁離子溶出量，以獲得 4
操作電流下與鋁離子隨反應時間釋出量的關係，可用以建立電混凝系統的操作曲線。由於氫氧化鋁之化學形態與溶液pH值有很大的關係，故亦針對不同的溶液起始pH值進行混凝試驗以了解其pH隨不同操作條件之變化情形。第三部分，採一實廠﹙印刷電路板製程﹚產生之含重金屬銅、鎳水洗廢水進行試驗，瞭解其 處理效果並計算其所需之耗電量。 操作上述各部分之電混凝實驗時，反應槽內溶液以蠕動幫浦﹙調整速率至250 cm3/min﹚進行內部循環用以確保所有溶液均充分混合並通過極板。操作時間內，每分鐘紀錄電壓及pH值變化﹙酸鹼度計，Suntex，SP-701﹚。若需採樣，每次採樣10 cm3，採樣後立即補入同體積之原實驗溶液。採樣之溶液儲了量測pH值外，並量測其導電度﹙導電度計，Suntex，SC-170﹚，約沉澱30分鐘後採其上澄液量測重金屬濃度﹙感應耦合電漿放射光譜儀，Thermo，IRIS Intrepid II XSP﹚。
三、結果與討論 當使用金屬鋁作為電化學混凝的陽極，石墨作為陰極時，反應槽中會產生之主要反應如下： (a) 陽極之氧化反應：
eAlAls33)( (1)
eHOOHg442
)(22 (2)
(b) 陰極之還原反應： OHHeOHg222
)(22 (3)
(c) 陽極產生之3Al與陰極產生之OH在溶液中形成氫氧化鋁膠羽： )(33)(3sOHAlOHAl (4)
當然，隨著溶液pH之變化，鋁離子會有不同之水解形態，如2)(OHAl、
2)(OHAl、4)(OHAl等。事實上，亦會產生422)(OHAl、543)(OHAl、3156)(OHAl、
4177)(OHAl、4208)(OHAl、524413)(OHOAl及53413)(OHAl等之鋁多聚體形式之水解
產物﹝12, 13﹞。
3.1 氯化鈉添加量對電壓、耗電量之影響 本實驗於每升溶液中分別添加1.00、1.75及2.50 g之氯化鈉，並以0.5、1.0、 5
1.5及2.0安培之固定電流操作10分鐘，探討氯化鈉添加量對電壓及電流效率之影響。實驗結果如表1所示，表中之Vavg 為操作10分鐘之平均電壓、mAl(R)為陽極鋁反應後之實際重量損失、Φ為電流效率。本研究中之電流效率Φ，定義如 式(5)，式(5)中mAl(R)為鋁板經反應後之實際重量損失，mAl(T)則為理論重量損失。 mAl(T)由式(6)法拉第定律計算之，式中之I為電流、t為反應時間、M為原子量、
n為鋁之價數3、F為法拉第常數96500庫倫。
()()Φ100%AlRAlT
m
m (5)
()AlTItMmnF (6)
表1不同操作電流及氯化鈉濃度，經10分鐘電混凝反應後鋁溶出量與電流效率 Current (A) NaCl (g/L) Vavg(V) mAl(R)(mg) Φ(%) 0.5 (60 A/m2) 1.00 5.24 28 100 1.75 3.82 35 125 2.50 3.05 33 118 1.0 (120 A/m2) 1.00 9.27 66 118 1.75 6.15 75 134 2.50 4.89 71 127 1.5 (180 A/m2) 1.00 13.10 102 122 1.75 9.06 98 117 2.50 6.73 93 111 2.0 (240 A/m2) 1.00 16.70 138 123 1.75 12.03 144 129 2.50 8.81 141 126
探討表1中之平均電壓變化情形，依照歐姆定律： IRV (7) V為電壓（伏特）、I為電流（安培）、R為電阻（歐姆）。在固定電流I之操作條件下，電壓與電阻成正比，而導電度為電阻之倒數，故電壓與導電度成反比。一般而言，溶液之導電度與所含電解質濃度有關，電解質濃度越高其導電度越
高。進一步來看，要令電化學反應槽中電流產生，其電壓必頇克服包括平衡電位、活化過電位、極板惰性過電位、濃度過電位及溶液歐姆過電位等項目﹝2﹞。考量本實驗溶液成分單純、氯離子對陽極鋁板會產生孔蝕作用、反應槽間距小且槽