工作電極主要用于研究電化學反應的實驗,研究人員期望在該電極上發(fā)生所關注的特定電化學反應。對于工作電極,有諸多要求。它可以是固體,也可以是液體,各類能導電的固體材料基本都能作為工作電極。同時,所研究的電化學反應不能受電極自身其他反應的干擾,并且要能在較寬的電位區(qū)域內(nèi)進行測定,還必須保證電極不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應。常見的 “惰性” 固體電極材料如玻碳、鉑、金等常被選用,以滿足實驗需求。
醫(yī)用電極在醫(yī)療領域發(fā)揮著重要作用,以心電圖機為例,電極需要被準確放置在患者皮膚上,用于檢測心臟的電活動。心臟在跳動過程中會產(chǎn)生微弱的電信號,這些信號通過皮膚傳導到電極上,電極將其收集并傳輸?shù)叫碾妶D機中,經(jīng)過處理后形成心電圖,醫(yī)生依據(jù)心電圖的波形特征,能夠判斷患者心臟的健康狀況,檢測是否存在心律失常、心肌缺血等心臟疾病,為臨床診斷提供關鍵依據(jù),在心血管疾病的診斷中具有不可替代的地位。 電化學處理循環(huán)水滿足地表水Ⅲ類標準。湖北工業(yè)電極設施
隨著人們對水質要求的不斷提高,鈦電極在水處理領域發(fā)揮著越來越重要的作用。在電解法水處理中,鈦電極可用于降解水中的有機污染物、去除重金屬離子等。通過選擇合適的鈦電極材料和涂層,能夠產(chǎn)生具有強氧化性的活性物質,如羥基自由基等,這些活性物質可以將水中的有機污染物氧化分解為無害的二氧化碳和水。例如,在處理印染廢水、制藥廢水等高濃度有機廢水時,鈦電極電解法具有處理效率高、無二次污染等優(yōu)點。同時,鈦電極還可用于消毒殺菌,通過電解產(chǎn)生的氯氣、次氯酸等物質殺滅水中的細菌和病毒,保障飲用水的安全。湖北工業(yè)電極設施電化學方法處理不改變水體pH值。
在實際應用中,被研究的電極被稱作工作電極(W),在電化學分析法中也稱為指示電極。為了測量工作電極的電勢,通常會將其與參比電極(R)組成二電極測量電池。當需要使工作電極發(fā)生極化時,則需額外引入一個輔助電極(C),組成三電極測量電池系統(tǒng)。為降低電液中歐姆電位降(IR)對工作電極電勢測量的誤差,參比電極與電解液連接處常采用毛細管,即魯金毛細管,使其盡可能靠近工作電極,以提高測量的精度。
多重電極與單一電極不同,其電極界面上存在多種電極反應。當不太純的鋅浸入硫酸中時,【Zn|H?SO?】電極上就可能同時發(fā)生鋅原子失去電子生成鋅離子的反應,以及氫離子得到電子生成氫氣的反應,且這兩個反應的速率都較快,因此該電極屬于二重電極。金屬腐蝕體系常常呈現(xiàn)出多重電極的特性,由于存在多種反應,多重電極的靜態(tài)電勢需根據(jù)不同反應的極化曲線和極化規(guī)律來綜合判斷,其電化學反應過程相對復雜,給研究和應用帶來了一定挑戰(zhàn)。
電極材料是電氧化技術的重要部分,其催化活性、穩(wěn)定性和成本直接決定應用可行性。目前研究較多的包括金屬氧化物電極(如Ti/RuO?、Ti/PbO?)、BDD電極及碳基電極(如石墨、碳氈)。Ti/RuO?電極具有高析氧電位(1.6 V vs. SHE),適合處理含氯廢水,但易發(fā)生析氧副反應;Ti/PbO?電極成本較低且催化活性強,但長期運行后Pb溶出可能造成二次污染。BDD電極因其化學惰性和超高氧析出電位(>2.3 V)成為難降解有機物處理的理想選擇,但制備成本限制了大規(guī)模應用。未來趨勢是開發(fā)復合涂層電極(如SnO?-Sb/Ti)或非貴金屬催化劑,以兼顧性能與經(jīng)濟性。新型電極材料耐腐蝕性能優(yōu)異。
含油廢水常見于石化、食品加工等行業(yè),其高COD和乳化特性使傳統(tǒng)處理方法效率低下。電氧化技術可通過陽極產(chǎn)生的·OH和活性氧物種(如O??)破壞油滴表面的乳化劑,實現(xiàn)破乳和有機物降解。例如,采用Ti/SnO?-Sb電極處理乳化油廢水時,COD去除率可達80%以上,且油滴粒徑從10 μm降至1 μm以下。關鍵挑戰(zhàn)在于電極污染(油膜覆蓋導致活性位點失活),需通過脈沖電流或周期性極性反轉(PRS技術)緩解。此外,耦合氣浮工藝可提升油污分離效率,而低溫等離子體輔助電氧化能進一步降低能耗。未來需開發(fā)疏油-親水雙功能電極材料以增強抗污性。電化學阻垢劑再生復用次數(shù)達10次。湖北工業(yè)電極設施
智能電極自動報警故障。湖北工業(yè)電極設施
循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結垢往往并存,電化學方法可通過調控水質穩(wěn)定性指數(shù)(LSI)實現(xiàn)雙重控制。陽極生成氧化性物質(如ClO?)抑制腐蝕菌,而陰極反應生成的OH?與HCO??結合生成CO?2?,優(yōu)先與Ca2?形成可排垢層。采用Ti/Pt陽極與316L不銹鋼陰極組合時,碳鋼掛片的腐蝕速率從0.2 mm/年降至0.02 mm/年,同時結垢傾向指數(shù)(PSI)從8降至4。智能控制系統(tǒng)可根據(jù)在線pH、ORP和電導率數(shù)據(jù)動態(tài)調節(jié)電流(0.5-5 A),適用于水質波動大的工況。某化工廠應用后,設備壽命延長3倍,且年節(jié)水效益達200萬元。湖北工業(yè)電極設施