電化學工業
出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)
電化學工業(Electrochemistry Industry)
目錄 |
什麼是電化學工業[1]
電化學工業是指利用電化學的基本原理用於化學工業,冶金工業,電池工業和其他工業中解決物質的分離、化合、精製、濃縮、鍍制和塗裝提供電源等一系列化工生產過程的有關問題。由於它應用面廣,從而成為重要的工業部門。
電化學工業的應用[2]
電化學在工業上起著相當重要作用，包括電解、金屬加工與處理、電池和燃料電池、水和廢水處理等方面的應用。在可以選擇生產方法的條件下，電的價格和它應用的便利性影響著電化學在工業上的應用。出於這種原因，大規模、高能量電解過程，如金屬的冶煉只能在低成本電力地區發展起來。這種考慮要比考慮運輸礦石的造價更重要，因為傳送電能的過程中要有大量的能量損失。目前已經發現的超導材料的臨界溫度已經遠高於液氮沸點溫度，常溫超導材料的研究將可能在未來的幾十年裡，使這種無能量損失的超導電纜傳輸成為現實，這對電化學工業的發展無疑是非常有益的。
1.電解和電合成工業
氯鹼工業——這是世界上最大的電化學工業，它是通過電解食鹽水，從而獲得氯氣和苛性鈉的過程。氯氣用於製備氯乙烯，進而合成得到PVC，還可用作紙漿及紙的漂白劑和殺菌劑。工業中常用的有三種電解池: 汞電解池、隔板電解池、離子選擇性電解池。由於氯的腐蝕力和電極本身的氧化，傳統碳棒或石墨陽極已經被RuO2塗層的鈦電極所取代，RuO2塗層中含有一定量的過渡金屬氧化物，如 Co3O4等。這類陽極幾乎不被腐蝕，它的超電勢在4～5mV之間。還有一個優點是: 不希望出現的析氧副反應已被降到非常低的程度(1%～3%) 。
汞電解池，該電解池的生產能力較高，但最大的問題是汞的毒性。由於這種原因，這類電池在工業上已逐漸被淘汰。隔板電解池缺點是使用壽命短，阻力大，而且可以允許所有組分通過。且氫氧化鈉的濃度不能超過10%，否則將有大量的氫氧根離子擴散到陽極區而產生氯酸鹽，從而降低電解效率。選擇性膜電解池與隔板電解池類似。不同的是隔離物是具有選擇性的隔膜，它只允許特定離子通過，用它來代替隔板。用這種方法獲得的苛性鈉要比上一種機械膜電池濃度高的多。這種電解池消耗是這三種過程中最低的，產物純度也是最高的。目前在世界範圍內都傾向於使用選擇性隔膜電解池。
2.電化學水處理及廢水處理
該法不需要很多化學藥品，後處理簡單，占地面積小，管理方便。用於水及廢水處理的電解池設計的有利因素是電極錶面積/陰極電解液體積之比高。常見的方法有以下幾種: 電解回收———電化學方法可將溶液中的金屬離子逐步除去，因此常常可以使一些可以重新利用的金屬再生出來。電化學氧化，這是一種較成熟的水處理技術，並日益成為水處理的熱點，研究範圍涉及處理印染水、製藥廢水、製革廢水和造紙黑液等。
微電解法是近年來出現的一種較新的廢水處理方法。其工作原理是在含有酸性電解質的水溶液中，使鐵屑和碳粒之間形成無數個微小的原電池，併在其作用空間構成一個電場，利用反應生成的亞鐵離子具有較強的還原能力，使某些氧化態的有機物還原成還原態，並使部分有機物開環裂解，提高了廢水的可生化性，同時亞鐵離子具有良好的絮凝作用，新生態的氫也有較強的還原能力，對氧化態有機物有還原作用。因此其 COD、BOD去除效果好，適應性廣。此外，還有電解氣浮法和電滲析法。
有機電化學工業[3]
有機電化學在工業上的應用領域目前主要有以下幾個方面：
1．有機電解合成
電解合成某些有機物是目前有機電化學應用的主要方面，通過電解反應， 有機原料分子發生加成， 取代，二聚化、分解、轉位、偶合，聚合等多種類型的有機化學反應，得到相應的產品。
2．有機高分子材料的電解合成
通過有機電解聚合反應製備導電性有機高分子材料， 是有機電化學的一個新的領域。可用於有機電解聚合反應的單體是多種多樣的， 如含有羥基、氨基等芳香族化合物， 雜環化合物，苯和多環芳烴， 乙烯基化合物， 乙炔及其衍生物等。
3．能量轉換
航天、電子等工業的發展對電池提出了輕量化、微型化， 高能化的要求， 利用具有優良性能的有機電解質可以制得滿足上進要求的高能電池。其中鋰電池已實現商品化，有機物燃料電池，有機電池和塑料電池也在向實用化， 商品化發展。
4．顯示元件、敏感元件
(1)顯示元件： 某些電解聚合的具有電化學氧化還原活性的聚合物在摻雜物、脫摻雜物中伴隨著明顯的顏色變化，反應迅速， 重覆性高， 是製備電顯示元件的良好材料。
(2)敏感元件： 某些在電極上析出的有機聚合物對特定氣體有明顯的反應， 可作為氣體敏感元件。
5．物質變換
生物物質、天然物質的電化學變換具有重要的意義，如澱粉電化學變換為二醛澱粉，葡萄糖變換成醫用葡萄糖酸鈣等， 這種變換的原料是永不桔竭的。
有機電化學工業在許多領域上獲得了廣泛的應用， 特別是在某些方面有取代現行的有機合成反應的趨勢， 這是因為有機電化學反應具有如下特點：
(1)有些採用其它方法無法進行的反應，只要選擇合適的電極、電解液和溶劑， 就可以用電解反應來實現。
(2)電解反應是在常溫常壓下進行的， 較之其它方法的操作條件溫和。這對於製備那些具有不穩定的複雜分子結構的化台物非常有利。
(3)電解是較清潔的反應， 反應選擇性好， 能耗較小， 較易控制。
然而， 有機電化學工業也存在如下缺點
(1)有機電解反應只限於氧化還原反應。
(2)電解反應裝置較複雜，需加外部電源
(3)電能的成本是重要的。
(4)不容易實現連續化，工業放大受到限制。
