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来源：职称驿站所属分类：环境科学论文 发布时间：2014-05-24浏览：34次
论文摘要：光电化学是将光化学与电化学方法合并使用,以研究分子离子基态或激发态的氧化还原反应现象、规律及应用的化学分支。光电化学的基础是光伏电池光解(光能转换成电能)、光电合成(光能转换成化学能)和光电催化(光能改变电极反应速度和选择性)。光电化学技术与环境科学相结合,形成了光电化学在环境污染治理中的研究领域,在环境监测、污染治理、清洁生产、清洁能源等方面的应用研究快速发展。
1电化学及其技术的应用
由于在计算机技术下控制电极电势的便捷性,实现物质的氧化或还原易如反掌,电化学技术可以方便地用于工业产品的生产,这种技术对环境基本上无污染,当然可应用于环境污染物治理,通过氧化或还原反应去除对环境有害的物质。该技术在环境污染物监测、废水废气处理、土壤再生、气态污染物处理、环境监测、以及开发化学新能源等诸多方面有着广泛的应用,在环境保护和物质再生中也有着广泛的应用前景。它在环境保护过程中所表现出的优越性主要为:(1)环境兼容性高,(2)多功能性,(3)能量利用率高,(4)经济实用。当下处理环境污染物对该技术的主要运用有:电吸附、电凝聚、电渗析、电沉积、电化学氧化、电化学还原、光电化学氧化、电化学膜分离等。
1.1废水处理中电化学技术的作用
水污染是危害人类生存环境最主要的杀手,福岛核污染引起的水污染至今让日本人谈水色变,有数据称,水中的有害元素经水草、鱼虾生物链的富集,进入人体时有害元素含量是水体本身的数百倍,水污染造成的危害由此可见一斑。在电镀工业中生成含氰废水,如采用具有良好抗腐蚀性能的镍电极,在碱性电解液中氧化处理氰化物,当CN-质量浓度较高时(≥1g/cm3),不仅不会产生HCN气体,而且成本更低。处理的氰化物质量浓度可以从1000~2000g/cm3降到不超过1g/cm3,残余的CN-再用氯酸盐进一步氧化,可防止产生HCN气体危害。运用电化学技术处理含酚废水,水被氧化为OH自由基,这些自由基吸附在电极表面与酚反应生成CO2;或是通过间接电氧化的方式破坏有毒物,如Ag+在阳极氧化为Ag2+,在30~60℃下,Ag2+可破坏有机物并可重复使用。有文献报道,对于染料行业中的有机污染物如蒽醌、三苯甲烷以及其他含氮染料等,在有氯离子存在的条件下进行电化学氧化,印染废水的脱色率可达99%,此法还可用于处理含酚、含油、含菌的废水。含铬的废水中以六价形式存在的Cr6+,毒性很高,运用电化学技术使溶液中的Cr6+被还原为Cr3+,毒性随之消解,反应式为:有文献报道利用电化学还原技术处理甲醇-水混合液中的六氯代酚,电流效率可达60%。
1.2土壤再生中电化学技术的作用
清除土壤泥浆中放射性物质、重金属、某些有机化合物或无机化合物,电化学方法是最便捷的方法之一。它的原理是:先在电流的作用下,在阳极区产生酸,酸液穿越土层,从土壤颗粒表面解附污染物;后通过电流促使土壤间隙中的相关物质和电极区人为引入的处理液发生电迁移;最后利用电流产生电势差,进而通过电渗作用,清除土壤中的污染物。电化学方法清除污染物的过程包括(1)电迁移(2)电渗(3)电泳三种机制。使用该法时只需将通以直流电的电极插入土壤里,形成离子的对流、扩散和电迁移运动,即可获得满意的效果[23]。利用电化学技术可以去除土壤中的无机重金属离子和有机污染物。据报道,已有人采用电化学方法去除土壤中的多种重金属、甲苯、二甲苯、酚类化合物和含氯有机化合物等。
1.3废气处理中电化学技术的作用
炼钢厂、化肥厂、化工厂、热电厂等众多厂家在生产中都会排放出许多含有毒、有害的气体(如Cl2,H2S,SO2,NOx,CO2等)。这些污染物大多是电活性的,因此可以采用电化学技术处理。电化学技术处理废气的原理是:溶解和反应转化。即使有害气体溶解在液体中,然后用电解法将其转化为无害的物质。如将Cl2直接在电极上发生氧化或还原反应,或是通过间接电氧化(还原)使Cl2还原成Cl-,N2O则通过电化学技术还原为NH3,SO2可通过多种电化学手段氧化为H2SO4或还原S。其中最成功的方法是ISPRAMARK过程,其原理是利用阳极氧化将HBr氧化成Br2,然后Br2与SO2和水反应制得硫酸。还可以Ce4+为均相氧化还原媒介辅助工艺,将SO2和氮氧化物同时分别转化为硫酸和硝酸;PbO2、连二亚硫酸盐工艺也可有效处理SO2和氮氧化物废气。反应如下。1.4电化学技术在环境监测领域的应用环境保护的前提是环境监测,电化学技术通过选择不同的电极和电解池,设计和制造为传感器、监控器、控制器,可用于环境监测控制。在计算机技术的支持下,电化学技术在环境监测领域已经实现了监测和控制的高灵敏性、快速和自动化,已在环境监测中获得广泛应用。如许多工业部门将电化学技术用于H2、O2、CO2、SO2、NO2、NH3、乙醇、麻醉剂、神经性气体、金属离子等的分析和控制,军工领域自动装甲监测车对战争中化学武器和核子武器爆留物的取样分析等。
2光电化学技术的应用
光电化学是将光化学与电化学方法合并使用,以研究分子离子基态或激发态的氧化还原反应现象、规律及应用的化学分支。光电化学的基础是光伏电池光解(光能转换成电能)、光电合成(光能转换成化学能)和光电催化(光能改变电极反应速度和选择性)。光电化学技术与环境科学相结合,形成了光电化学在环境污染治理中的研究领域,在环境监测、污染治理、清洁生产、清洁能源等方面的应用研究快速发展。半导体光电催化技术在常温常压下进行快速反应,对难降解有机物污染物治理彻底、无二次污染而成为国际环境净化处理研究的前沿领域之一。利用光电化学原理可以富集稀有金属和贵金属、记录和保存信息、还可用简单的方法随时消去信息,这都是发展科学技术所必需的手段。例如,采用光电化学技术可对铜合金在不同介质中的腐蚀行为、自组装膜对金属的防护效果和将具有光响应的TiO2薄膜涂覆于金属表面进行防腐蚀等方面的研究。
3地球化学工程在改善环境中的应用
核工业化的迅速发展给环境也造成了危害。美国、俄罗斯等核大国的核武器数量巨大,严重的威胁着人类生存,除此之外,广泛应用的核电站也令人类喜忧参半,如切尔诺贝利核事故阴云未散,福岛核泄漏又让人谈核色变。因此,处理和如何处理放射性废物是人类必须要重视的问题。起初,人们是通过就地填埋方式,后来逐渐转变为严格选址、包裹深埋厚盖。荷兰地球化学家Schuiling首次提出地球化学工程学概念,其定义为:“应用地球化学过程来改善环境”。在这个理论指导的前提下,人们利用化学和化学技术这个武器去处理放射性废物。因为在地球各圈层中化学元素的分离、迁移、富集、固定、循环都服从地球化学规律,所以处理高中低放射物的也是有规律可循的。短寿命低中放射废物采取近地表处置,在具有几米厚的防护覆盖层的地表上或地表下,或者在地表下几十米的岩洞中,单工程屏障或无工程屏障的废物处置;高放的废物一般采用深地质处置,把高放废物储存在废物容器中,外面包裹回填材料,再向外为围岩多重屏障系统,埋藏在距地表500~1000m的地下深处,使之永久与人类生存环境隔离。地球化学工程学依自然固有的规律保护和治理环境,是对常规的环保产业的补充和完善,对于延缓和阻滞放射性废物迁移到生态环境可起到一定的积极作用。但是,地球化学工程处理净化放射性元素是有限度的。
4结论与展望
环境保护的路也是被环境污染逼出来的,随着科技的进步和工业化的高度发展,污染物在不断的翻新,治理污染的方法手段也在不断创新,不论是运用物理的技术、化学的技术、还是生物的技术,都要对症下药,因污制宜,有时要单兵独进,有时要分进合击,有时要聚而歼之,正如辩证法所讲的:“具体问题,具体分析”。治理环境污染是科学,环境保护更是科学,只要人类以科学的态度,运用科学的方法和技术,把环保的理念植入心田,治理污染的办法和技术就会源源不断推陈出新,物理、化学、生物等众多学科在环境污染治理中的作用会越来越大,水清地净气新、天蓝地绿风清的人类生活环境一定能够再现,建设环境友好型社会的目标也一定能够实现。
《环境监测职称范例论正确认识化学工业对环境污染的影响》
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