時間：2022-04-11 14:56:15
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電化學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
不開刀，也能使癌腫消退，這就是癌腫電化學治療儀的獨特之處。
過去，有些病人患了腫瘤，因為心肺功能不全等原因而不宜作手術等治療，結果只好眼睜睜地看著癌細胞擴散。有些轉移性腫瘤或體表腫瘤復發后，因為傷口經常難以愈合，醫務人員也只能“望瘤興嘆”。醫務界對上述狀況束手無策多年，近來一種解決上述難題的癌腫電化學治療儀在國內應運而生，并正在逐步推上臨床。
癌腫電化學醫療技術是瑞典著名放射等家陸登斯如門教授經過20余年探索，利用生物閉合原理研究出的治療癌腫的新方法。近年來，我國有關醫學專家以及研究人員對此進行了開發，并且在治療儀上配了電腦，使之居于國際領先地位。經臨床驗證，此類儀器治療癌腫的總有效率達97％。其中癌腫全消率為46％，縮小一半率為36％。
癌腫電化學治療儀是通過什么機理達到治療腫瘤的目的呢?原來，人體是由細胞等組成。細胞必須在各種合適的條件下才得以生存并發揮各自的功能。這個合適的條件當然也包括細胞內外正常的酸堿值。一旦改變了細胞內外的任何條件，細胞就會失去或改變它的功能。甚至發生破裂。正常情況下，人體會自動調節以適應環境的變化。而人為地破壞這些條件，細胞就會遭受破壞。癌腫電化學治療儀正是通過外接電源，人為地使腫瘤局部組織產生化學反應，從而改變細胞正常的生存條件，以達到治療腫瘤的目的。在治療時，這種人為的干預通過一組或多種正負電極針，沿腫瘤基底周邊刺進腫瘤深部。在直流電電場作用下，腫瘤細胞組織的酸堿值發生劇烈變化，陽極區的酸堿值呈強酸性，陰極區的酸堿值呈強堿性。此時，癌細胞就會發生破裂。并導致蛋白凝固壞死，發生液化。這些壞死的腫瘤組織經過近一個月的自然排斥，脫痂，從而使癌腫逐步縮小，以致于完全消除。這樣既不存在傷口愈合的問題，又達到了治療的日的。此儀器對可直視的癌腫以及不宜手術的癌腫提供了一種新的治療手段。
當然，任何事物都不可能盡善盡美。尤其對癌腫的治療，目前更沒有絕對完善的手段。因此，癌腫電化學治療儀盡管有癌腫縮小明顯、病人痛苦小、無副作用、方便經濟等優點，然而它畢竟只能對腫瘤的實體部分進行直接干預。腫瘤是一種全身性的疾病，如果體表的癌腫是身體其它部位轉移來的，只治其標不治其本，還是不能從根本上解決問題。所以說，癌腫電化學治療儀只能有選擇地因人因病施用，切不可把它當作治癌的萬能儀。當今醫學界一致認為，綜合治療是攻克腫瘤的最佳手段，因為只有這樣方可取長補短，相得益彰。
一、 原電池的分析
在進行分析之時,必須明確下列觀點:
1 每一個能自發進行的氧化還原反應都可設計成原電池;同理,每一個原電池都對應一個能自發進行的氧化還原反應。
2 任何氧化劑均可制成氧化劑電極,任何還原劑均可制成還原劑電極:將固體物質溥在惰性電極材料上,或將惰性電極材料浸沒在含有參與電極反應的離子的溶液中,或將氣體通到惰性電極材料上可分別形成固體電極、離子(或液體)電極、氣體電極。參與反應的金屬本身可做直接用作電極。
3 原電池是一種將氧化還原反應中的氧化過程和還原過程分開在兩個電極上同時進行的裝置。氧化還原反應中的電子通過外電路轉移,內電流通過電解質溶液的離子遷移連通電池的兩個電極。
一個原電池的各種關系可用上頁所示的圖示進行描述,這也是分析原電池的思維原型。
如圖,只要分析了一個電池反應中物質化合價的變化關系,按上圖所示流程就可得出該電池的電極極性,書寫電極方程式、判斷電流方向、電子流向以及電解質溶液中的離子遷移方向等。在書寫電極反應式時,可將其當做離子方程式進行配平。式中的“n”由化合價總變化數確定,正負極電極反應中得失電子不一定要求相等,但一個式子中電荷必須守恒,若不能守恒,則用H+、OH-找平電荷,用H2O找平H和O,同時考慮電解質溶液中的某些離子可能也會參加電極反應,這時也一并加入到電極反應式中。
例1 用鎂片、鋁片、NaOH溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U型管)構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是( )
① 在外電路中,電子由鎂電極流向鋁電極
② 由于Mg比Al活潑,所以Mg為負極,鋁為正極。
③ 實驗過程中取出鹽橋,由于不能形成閉合回路,原電池不能繼續工作
④ 電池的負極反應式為Al―3e-+ 4OH―=AlO-2+2H2O
A. ①②
B. ②③
C. ②④
D. ③④
解析:該原電池對應的電池反應為2Al+2NaOH+6H2O2NaAlO2+3H2+4H2O,分析該反應還原劑為Al,失電子,該電極是電子流出極,就是電流流入極,為電池的負極。氧化劑為H2O,得電子,Mg與水形成液體電極應為電池的正極;在該電池中,雖然Mg比Al更活潑,但Mg不能和NaOH溶液反應,在反應中沒有失去電子,因而不是負極。①②錯。而③④正確,本題答案D。通過分析電池反應不會產生Mg為負極的錯誤,避免了機械記憶產生的思維遷移錯位。
另外,書寫原電池的電極反應式是學生感覺最為困難的,特別是燃料電池的電極反應式。采用電池反應分析之后,學生只要能將氧化還原反應拆寫成兩個半反應,就知道如何書寫電極反應式。看下面的例子:
例2 一種燃料電池中發生的化學反應為:在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發生的反應是 。
解析:電池負極應是還原劑電極:
(還原劑)C-2H3OH-[4-(-2)]e-=(氧化產物)CO+42
酸性環境中用“H+”找平電荷,在式子的右邊加“6H+”,“H、O”守恒,在式子左邊加“H2O”
即得CH3OH - 6e-+ H2OCO2+6H+,C正確。
二、 電解池的分析
電解池分析的關鍵在于:
1 明確粒子放電的本質就粒子與電極之間發生電子轉移。當有多個粒子可以在同一電極放電時,存在放電的先后順序――氧化性、還原性愈強的粒子愈先放電。
2 電源的作用是將不易失電子的粒子強行奪取其電子,再通過電源本身轉移到不易得電子的粒子中,從而使不能自發進行的氧化還原反應得以進行,使不易進行的氧化還原反應更易進行。在電解池中電源的作用可用“電子泵”形象描述。(如下圖)
關鍵詞： 有毒有機污染物 電化學法 前景
近年來電化學處理廢水的技術得到了飛速發展，給廢水處理帶來了新的活力，但目前該技術在國內外仍處于開拓階段，需要改進的方面很多。其重點在于對電極材料的改性[1，2]，在早期的電化學技術中，人們多用金屬做陽極，這類電極在處理廢水的過程中容易發生溶出現象（如CuCu2+）[3]，使得陽極損耗，并且向水中引入雜質。而不溶性的惰性電極（如Pt等）的催化活性不高，處理廢水的效果不甚理想。DSA電極不會發生溶出，并且具有較高的催化活性[4-8]，因而受到研究者的關注，并迅速發展成熟起來。現在對于陽極材料的研究主要集中在DSA陽極的性能改進上，重點在于如何延長電極壽命，提高電催化的活性。
電化學反應是在電解池中進行的，因此電解池的結構對廢水處理的效果有很大影響。在發生直接電氧化時，污染物只有傳質到電極表面，才能對其進行降解。而間接電氧化時，高效率的處理只有在污染物與電化學產生的強氧化劑充分混合才能實現。因此用電化學方法處理廢水必須提高污染物的傳質過程，加速污染物與氧化劑的混合，這就需要有高效的反應器。由于污染物的電化學氧化發生在陽極表面，因此增大陽極表面積可提高降解效率，有助于提高時空產率。充分考慮各方面的影響因素，設計出高效合理的化學反應器，最大限度地提高電解反應速度，增大單位電解槽的反應量是該領域工業化的緊迫任務。
盡管國外電化學處理廢水已有了很大的發展，其中不少已達到了工業化應用的水平，但電化學作為一門在凈化環境中有所作為的學科，還處在不斷發展中。我國電化學處理廢水進展緩慢，特別是在加強電化學技術與其他物理、化學、生物等其他環境處理方法聯用方面[9，10]，如把電化學與聲、光、磁技術相結合，使其發揮各自的優勢形成協同效應，降低處理成本，提高工藝的經濟性和實用性，拓寬電化學應用領域。
目前電化學實驗的主要處理對象為模擬廢水、單一污染物質的廢水或者染料廢水，對于其他成分復雜的實際工業廢水因其pH值、含鹽量等變化較大而缺乏較多的研究[11，12]。筆者認為，隨著電極材料的結構和形態，電極反應活性和選擇性，電化學催化反應技術及反應器結構，供電方式和電極材料的優化組合，以及多種技術的聯合使用等方面的改善。電化學方法處理難生物降解、成分復雜的廢水將會有較好的應用前景。這一研究領域的突破，對提高電化學處理工藝的效率、降低處理成本具有非常重要的意義，可以為治理廢水中的污染物提供一種經濟實用的新技術。
參考文獻：
[1]劉漢水，余夙，童少平，馬淳安.電化學氧化和臭氧化預處理酸性化工廢水的效能研究[J].電化學，2013（05）.
[2]張壘，王麗娜，付本全，吳高明.三維電極電化學反應器深度處理焦化廢水[J].環境工程學報，2013（09）.
[3]徐文英，樊金紅.高廷耀.硝基苯類化合物在銅電極上的電還原特性和還原機理[J].環境化學，2005，VOL24（01）.
[4]Shao-Ping Tong.Chun-An Ma.Hui Feng.A novel PbO2 electrode preparation and its application in organic degradation[J].Electrochimica Acta 53（2008）3002-3006.
[5]Peidong Yao.Xueming Chen.Hao Wu.Dahui Wang.Active Ti/SnO2 anodes for pollutants oxidation prepared using chemical vapor deposition[J].Surface & Coatings Technology 202（2008）3850-3855.
[6]GuangYu Zhao.HuLin Li.Electrochemical oxidation of methanol on Pt nanoparticles composited MnO2 nanowire arrayed electrode Applied[J].Surface Science 254（2008）3232-3235.
[7]Guohua Zhao.Yiting Tang.Rui Chen.Rong Geng.Dongming Li.Potential and current oscillations during formaldehyde oxidation on platinum particles dispersed in three-dimensional pore networks of TiOx/Ti[J].Electrochimica Acta 53（2008）5186-5194.
[8]Jiefei Yu.Margaret J.Kupfer le.Two-stage Sequential Electrochemical Treatment of Nitrate Brine [J].Wastes Water Air Soil Pollut：Focus（2008）8：379-385.
[9]高俊俠.新型兩段式超聲強化電化學方法降解染料廢水[J].水處理技術，2013（09）.
[10]李媚，王克之，李雪蓮.吸附-電化學氧化耦合處理對氯苯酚廢水及動力學[J].環境工程學報，2013（09）.
關鍵詞：高中化學；化學教學；電化學原理
中圖分類號：G633.8 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0240-02
歷年高考化學考試大綱中，對原電池、電解池原理的要求都是理解層次。因此電化學原理考查一直是高考卷中的常考點。本文通過對近幾年高考卷中該考點試題的解析與反思，望同學們能對電化學試題分析有一個清晰的思路。縱觀近年高考電化學的命題方向，主要有以下三種類型。
一、結合裝置單一考查原電池原理
例1.（2010廣東理綜卷-23）銅鋅原電池（如圖）工作時，下列敘述正確的是
A.正極反應為：Zn—2e-=Zn2+
B.電池反應為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C.在外電路中，電子從負極流向正極
D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液
答案：B、C
解析：本題以教材中經典的含鹽橋原電池命題，考查電極反應、閉合回路外電路中電子流向及內電路中離子定向移動方向。首先判斷出Zn是負極；電池總反應即活潑金屬Zn置換出Cu的離子反應；閉合回路外電路中負極失去電子流向正極，導致正極積累負電荷；電池內電路電解質溶液中，陽離子定向移動向正極。
例2.（2009福建卷-11）控制適合的條件，將反應2Fe3++2I-？葑2Fe2++I2設計成如右圖所示的原電池。下列判斷不正確的是
A.反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應
B.反應開始時，甲中石墨電極上Fe3+被還原
C.電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態
D.電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固定，乙中石墨電極為負極
答案：D
解析：本題將一個可逆的氧化還原反應設計成帶鹽橋的原電池裝置，考查電化學和化學平衡。分析甲乙燒杯中起始電解質溶液，可知反應開始向正向進行，甲中電極反應為Fe3++e-=Fe2+，則甲中石墨電極得電子，Fe3+被還原；乙中電極反應2I--2e-=I2，乙中石墨電極失電子發生氧化反應；當靈敏電流計為零時，說明電路中沒有電子發生轉移，反應達到平衡狀態。當靈敏電流計為零（即反應平衡）后，再加入Fe2+，平衡逆向移動，此時視逆反應為原電池反應，乙中正反應產物I2反過來得電子放電，其中的石墨電極作正極。
二、綜合原電池、電解池原理考查
例3.（2012福建卷-9）將右圖所示實驗裝置的K閉合，下列判斷正確的是
A.Cu電極上發生還原反應
B.電子沿ZnabCu路徑流動
C.片刻后甲池中c（SO42—）增大
D.片刻后可觀察到濾紙b點變紅色
答案：A
解析：本題將帶鹽橋的Zn—Cu原電池裝置和濾紙型電解池串聯起來。對原電池來說，Zn作負極，Cu作正極，Cu電極上發生還原反應。B選項電子流向ab是內電路溶液環境，溶液中不可能通過電子；C選項中硫酸根離子不會放電，濃度應基本保持不變。D選項中濾紙a點連接負極Zn，作電解池陰極，水中的氫離子放電，溶液中氫氧根有剩余，顯堿性變紅色。反思：近幾年無論江蘇、廣東、上海化學單
科卷，還是大綱和新課標理綜卷，不斷出現將原電池、電解池綜合設計在一個題中綜合考查。分析時，緊抓“氧化還原反應”根，構造如左圖的思維模型，理清分析思路。
總之，電化學反應分析時，可抓住以下四點：
1.自發的（不通電可反應）且放熱的氧化還原反應可設計為原電池反應；受迫的（通電才反應）氧化還原反應可設計為電解池反應
2.無論原電池、電解池，抓住“負極恒為電子流出的一極”為起點進行分析。
電化學在生活中的應用，就是把電化學應用到各種生產技術中，如工業、農業、醫藥業等領域。在金屬腐蝕的應用方面，電解質溶液中，作為陽極的金屬比陰極的金屬更易失去電子，所以形成電子的轉移，同時陽極被氧化，陰極就被保護起來了。例如在輪船上，為了防止船體的鋼鐵銹蝕，所以在輪船體下方焊接一些鋅塊；在工業上，許多金屬的冶煉和精煉，如鋰、鈉、鈹、鎂、鋁和希土金屬等的冶煉，鎳、銅、鋅、鎘、鉛等的精煉或提純，都可以用電解的方法來實現。利用電解的方法還可以制備許多基本化工產品，如氫氧化鈉、氯酸鉀、過氧化氫等。電化學方法在機械制造部門也得到重要應用，如電鍍、電解加工、電拋光、電泳涂漆等。電化學工業已經成為國民經濟中的重要組成部分同時還和各個學科有著密切的聯系，我深深地感受到電化學與物理化學、無機化學、熱力學有著密切的聯系。
一、電氧化處理污水
在脈沖電流作用下，電氧化反應器里的特殊電極會產生的羥基自由基和活化氧自由基。由于這兩種自由基有超強的氧化能力，因此當廢水流經電氧化器時，水中的有機污染物將會被氧化降解直到變成無機物（如二氧化碳和水）。這個方法的缺點是：電耗大，完全氧化去除1公斤的COD需要耗電15-25度，平均20度。顯然，這對電能緊張地區，很難被企業所接受。針對這個問題，英國一家環境公司對電氧化法進行改良，通過電極的排列，電流的密度及水力停留時間的控制：讓電氧化只分解破壞有機物分子結構（如對雜環類多環芳香族化合物開環和破鏈，提高它們的生化性），而不是把它們完全氧化成成無機物。換句話說，電氧化只做預處理，處理后，廢水再進行生化。這樣可使難降解的有機污染物得到經濟有效的去除。
二、電催化——氧化
這個方法是：用鐵片做電極，鐵片之間填充活性碳顆粒作催化劑，在電場作用下，槽內電極材料在高梯度電場的作用下復極化，形成復極粒子。通過鼓入空氣，經復極粒子催化產生過氧化氫（見反應式1），H2O2和從陽極溶解下來的亞鐵離子生成羥基自由基（見反應式2）分化降解水中有機污染物分子。（1）O2+2H2O+2e=>H2O2+2OH-…………；（2）H2O2+Fe2+=>OH.+OH-+Fe3+……………。近期試驗研究表明，為了促進有機污染物的降解，在活性碳顆粒表面涂上一層氧化鈰波膜，可提高催化效果。目前國內正在開發“三維三相電極處理污水”，就是這種技術。它的優點是投資成本小，占地面積少。缺點是電耗特大，去除1公斤的COD需要耗電40多度。另外，活性碳顆粒經常要更換，而且要求不是酸性的廢水，一般要調到酸性（pH
三、電絮凝氣浮法處理污水
用鐵片或鋁片做陽極，石墨做陰極在電場作用下，利用產生的鐵或鋁離子絮凝水中膠體或懸浮物。它的原理和鐵碳床內電解相似，不同的是內電解不需外加電場但需水是酸性的，而電絮凝需外加電場，但對酸堿度沒特別要求。電絮凝處理污水如果設計得當，要比直接加聚合鐵或鋁混凝處理污水便宜多了。此方法在國內已開始火熱起來，用于預處理負荷高的廢水，但它對有機污染物分子降解氧化能力有限。也就是說，如果水中膠體或懸浮物很少的話，它對COD的去除能力有限應用電化學涉及到的研究領域非常多，我對其在生物和醫學中的應用領域比較感興趣，尤其是生物體的電現象，如1791年伽伐尼的青蛙實驗就證明了動物組織與電的互相作用，生物體內的信息傳導大多依靠電信號來進行，如聽覺、視覺、觸覺、動作、思考，可以說，人的正常活動離不開電信號，而電信號是可以通過儀器來測定的，如人的心電波，通過電位的高低來判斷人的心臟是否正常，這就是電化學的應用。而對人死亡的判斷，是靠測定腦波的電位，一旦腦部的電信號消失，就能確認此人已死。由此引出了我多年來都思考的一個問題——人是否有“靈魂”，在常人看來“靈魂”是迷信的說法，但我認為，肯定有一種東西離開人體后才會導致人的死亡，這就是電信號，至于離開的電信號是否會到另一個生命的身上，我們都不得而知。
關鍵詞：氨氣；電化學傳感器；銥催化劑；電化學活性物質；二氯化鈷
Abstract: Using the Ir catalyst prepared with a new complex reduction method using NH4F as the complexing reagent for Electrode catalyst of the electrochemical ammonia sensor, Select special neutral electrolyte cobalt dichloride worked as support medium of the sensor, which is an electrochemical active substances, by measuring its redox current Indirectly response to the concentration of ammonia. And by the improvement of technology and addition of new materials ammonia gas sensor exhibits good characteristics in stability ,accuracy ,recurrence sensitivity, response and recovery and linearity.
Keywords: Ammonia; Electrochemical sensor; Iridium catalyst; Electrochemical active material; cobalt dichloride
中圖分類號：G436文獻標識碼：A 文章編號：
0前言
氨是無色而有刺激氣味的堿性氣體，但作為一種重要的化工原料，應用廣泛，主要用于制造硝酸、炸藥、合成纖維，大量用于制尿素，銨態氮肥，也可用作制冷劑。
氨氣對環境有嚴重危害，對水體、土壤和大氣可造成污染。對人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。濃度過高時除腐蝕作用外，還可通過三叉神經末梢的反射作用而引起心臟停搏和呼吸停止。
室內空氣質量國家標準（標準號：GB/T18883-2002）中規定：氨的濃度標準為0.20mg/每立方米。
目前對氨氣常用的監測方法，有納氏試劑比色法、光學分析儀器法以及應用氣體傳感器等。但這些方法往往由于或者檢測精度不高，或者由于檢測不方便、費用高，或者由于不能快速實時的檢測，近年屢屢發生氨氣泄漏給人們帶來的巨大生命財產損失。
現今商品化的控制電位電解型電化學傳感器具有檢測范圍寬、測量精度高、價格低廉、 可用于現場監測等優點，備受人們的重視[1—3]。但是由于氨氣通常很穩定，NH3 在電極表面氧化機理比較復雜，中間產物較多，并且傳感器電解質的選擇與工藝的變化會對傳感器實際應用性能產生根本性的影響，這在一定程度上限制了該傳感器的發展和應用。[4]國外相關產品存在靈敏度較低、噪聲過大、壽命短、需要外加偏壓等缺點。本文擬從催化劑、電解質選擇等方面入手，制造出高水平的電流型NH3 傳感器。
1 實驗
1.1電化學測量
1.1.1催化劑制備
催化劑的制備采用一種新型的、以 NH4F作絡合劑的絡合還原法制備Ir 催化劑，這種催化劑在中性電解液中對氨還原有很好的電催化性能。[5]
1.1.2控制電位電化學氣體傳感器結構和工作原理
1.1.2.1結構
定電位電化學氨氣氣體傳感器是由三電極構成，它的結構如圖1所示。
透氣孔
殼體
工作電極 透氣膜
電解液
對電極 參比電極
管腳
圖1 電化學氨氣氣體傳感器結構示意圖
1.1.2.2工作原理
由傳感器的結構可見，工作電極與對電極組成一電極對，當這對電極浸入電解液中，兩電極間加上電壓時會產生極化。若工作電極為正，對電極為負，則電解液中的負離子移向工作電極，而正離子移向對電極，此時被測氣體擴散到工作電極上，在催化劑作用下會產生電化學反應釋放出電荷。當電極電位一定時，反應電流與氣體濃度和擴散系數成正比，與擴散電極厚度成反比。
I=nFADC/δ
式中：I—反應電流；n—反應中1摩爾氣體釋放的電子數；F—法拉第常數；A—反應界面面積；D—氣體擴散系數；C—氣體濃度；δ—氣體擴散電極厚度。
1.2傳感器測試系統
氨氣傳感器測試系統采用鄭州煒盛電子科技有限公司的ZD-03電化學電腦測試系統；
氨氣為國家標準物質中心標準氣體。
2 結果與討論
2.1電解液的選擇
由于氨氣屬于堿性氣體，所以傳統的酸性電解質由于能和氨氣反應而不適合做電解液，只能選取偏中性或堿性電解質，除此之外，作為傳感器電解質的選取應該遵循電導率大、蒸汽壓小、溶解度隨溫度的影響小、性質穩定，不易變質等原則。
依據以上原則，可供選擇的電解質少子又少，經過優化，選擇了乙酸鉀作為電解質，配合上催化性能優越的銥催化電極，確實可以達到檢測氨氣的目的，但是這樣的氨氣傳感器有很多缺陷，例如靈敏度低等。
造成上述缺陷的原因主要是因為氨氣的化學性質相對比較穩定，常溫下很難被氧化。在電解液中加入一種電化學活性物質，通過這種活性物質的氧化還原反應來反映氨氣的濃度。這種物質在氨氣的加入能表現出電化學活性，這種物質反應中產生的電荷與氨氣濃度在量上呈線性關系，優選鈷的二價鹽，反應機理為：
工作電極：NH3+H2ONH4++OH-
2CO2++ OH- CO2O3+H++2e-
對電極：O2/2+ 2H++2e- H2O
2.2 以Ir 作為電極、CoCl2作為支持電解質的控制電位電解型氨氣傳感器性能測試
傳感器內充滿40%的CoCl2為主的電解質溶液，添加保水材料，平行組裝兩只傳感器(1，2)對一系列濃度范圍的標氣進行測試，結果見表1。
表1 傳感器性能測試數據
2.2.1 傳感器線性的測定
圖2為氨氣傳感器輸出信號與氣體濃度線性曲線，通過數據圖形分析，在選定的濃度測試范圍內，傳感器的響應電流與氣體濃度表現出良好的線性關系。
圖2傳感器輸出信號與氣體濃度線性曲線
關鍵詞：A3鋼；腐蝕；方法；分析
中圖分類號：TG265 文獻標識碼：A
1 前言
線性極化法根據Stern-Geary方程式，活化極化控制腐蝕體系，線性極化電阻Rp與腐蝕速度成反比，即Rp越大，腐蝕速度越小。
采用電位掃描法測量金屬在腐蝕介質中的穩態陰、陽極極化曲線，作φ～lgi圖確定強極化區內陽極和陰極Tafel直線的電位范圍，分別對陽極和陰極Tafel直線進行線性擬合，確定擬合直線的斜率。
動電位掃描法在弱極化區測量穩態極化曲線，運用Corr View數據擬合中的Tafel法對所測極化曲線進行非線性曲線擬合，并對所測極化曲線腐蝕電位附近的線性區進行線性擬合來近似計算極化電阻Rp。
用上述方法研究A3鋼在0.5mol/L稀硫酸中的腐蝕動力學參數，為A3鋼在酸性介質中的應用提供了理論參考。
2 結果與討論
2.1 三種測量的數據及處理
采用動電位掃描測量極化曲線，分析得出Tafel直線法測量動力學參數見表2。
數據分析得出電流掃描法的所測得的動力學參數見表3。
通過動電位掃描法利用所測極化曲線進行非線性曲線，如圖1所示，數據分析得出弱極化法測量的動力學參數見表4。
幾種測量方法中的腐蝕電位相差不多。說明，不同的方法對腐蝕電位的測量不會造成嚴重的影響。
2.2 對三種穩態測量方法的討論分析
線性極化法對腐蝕體系的干擾小、測量時間短、重現性好。且對腐蝕的變化響應快，能夠獲得瞬間腐蝕速率。但線性極化電阻法本身不能判別緩蝕劑對陰、陽極過程的抑制程度。此外，該法只適用于均勻腐蝕，不能提供局部腐蝕的信息。
測量金屬的極化曲線可以采用控制電位法或控制電流法，在測量金屬的陽極鈍化曲線時必須采用控制電位法，對于活化極化控制的腐蝕體系的強極化測量時采用控制電流法時控制信號的微小偏差對響應信號的影響較小。主要缺點是對腐蝕體系極化強、電極電勢偏離自腐蝕電勢較遠，對腐蝕體系的干擾太大；由于極化到Tafel直線所需的電流較大，易引起電極表面的狀態、真實表面積和周圍介質的顯著變化；在大電流作用下，可能使Tafel直線變短，也可能使本來彎曲的極化曲線部分變直，用外推法作圖時對測得的icorr帶來誤差。
弱極化區的測試，對金屬腐蝕的動力學方程式未作任何近似處理，利用此方法測得的腐蝕速度的準確度較高極化電位范圍也較為適中，因此理論上此法的腐蝕速度應更接近腐蝕金屬電極的實際腐蝕情況。
3 結論
（1）線性極化法快速靈敏，適用于均勻腐蝕。
（2）Tafel直線法簡單方便，但對擬合要求較高。
（3）弱極化法接近腐蝕的實際情況。
（4）對于不同的腐蝕體系和腐蝕情況，應該參考資料和經驗確定合適的研究實驗方法。掌握電化學原理發展起來的電化學測試技術的原理及應用領域的進步，將有助于對腐性與防護技術的深入研究和開發。
參考文獻
[1]聶立軍，譚澄宇. A3 鋼在硫酸溶液中的電化學腐蝕行為特征[J].腐蝕與防護，2005（10）.
[2]蔡榮秋，林整.用線性極化法研究碳鋼在幾種酸性介質中的腐蝕行為[J].化學工程與裝備，2007：4-7.
一、筆者的想法
想法一：教師必須能夠從電化學若干紛亂繁雜的知識中抽象出最核心的知識內容。
想法二：在核心知識的教學過程中，教師必須舍得投入，尤其是時間上的投入。
想法三：最終達到讓學生學會利用核心原理對各種復雜的表面現象進行分析、抽象、概括、應用的目的。
二、筆者的教學行為
（一）電解復習
電解復習第一課時，筆者提了三個問題，用這三個問題組織復習課的教學。
1.請你設計一個電能轉化為化學能的裝置，并以它為例研究在能量轉化過程中，各種微觀粒子是如何運動與變化的？
2.什么是惰性電極與活性電極？你是如何理解的？請舉例說明。利用電能能否讓反應“Cu+H2SO4=CuSO4+H2”發生？如果能夠發生，則應如何設計其裝置？原理是什么？
3.應如何設計銅的精煉及電鍍裝置的整體設計方案？微觀過程是怎樣的？請畫出裝置解析過程。
上課后，老師給學生15分鐘時間，讓學生對著上述三個問題，查閱相關資料，做出回答。15分鐘之后，老師組織學生進行分組交流討論。課堂最后15分鐘，老師根據學生的整體情況，做最后的點撥解析。
第二課時：
在第一節課的學生自思、同伴交流、教師點撥的基礎上，再次引導學生分析電解各種類型電解質溶液時的微粒運動與變化情況。整節課，筆者一直與學生一起分析電解過程中各種相關微粒的運動與變化。然后，筆者讓學生根據這兩節課的復習，在大腦中想象一個電解過程的“動態的微粒運動變化圖”，結果學生都能想象得到。（運動：電子從電源負極流到陰極，從陽極流回電源正極；溶液中陽離子向陰極運動，陰離子向陽極移動。變化：陽離子在陰極得到電子，化合價降低，發生還原反應；陰離子在陽極失去電子，化合價升高，發生氧化反應。）到課堂最后，筆者告訴學生，電解過程的“動態的微粒運動變化圖”是解所有電解相關習題的一把萬能鑰匙，有了這把鑰匙，所有的電解問題便可迎刃而解。
（二）原電池的復習
對于原電池的復習教學，筆者基本采用了同樣的教學策略。
第一課時，筆者設計兩個問題來組織復習課的教學。
1.設計一個“化學能轉化為電能”的裝置。在能量轉化過程中，各種微粒在內外電路中是如何運動與變化的？
2.體驗課本中出現的各種電池電極反應的書寫原理，總結電池電極反應的書寫思路。
教學組織過程仍然是學生自己思考15分鐘，同伴相互交流15分鐘，教師根據前兩個環節中當堂捕獲的相關信息，進行15分鐘的點撥。
第二課時：
根據學生對原電池電極反應書寫較困難的實際情況，筆者在第二課時和學生一起把相關練習冊中出現過的所有原電池的電極反應都寫了一遍。筆者先告訴學生書寫電池電極反應的四步曲（以電池負極反應為例）：第一步，標出電極名稱和變化情況。第二步，找出化合價升高的元素，寫出反應的骨架。第三步，找出“核心元素”對應的物質，對“骨架”進行填充。第四步，研究電池環境，根據電荷及物質守恒，寫出完整的電極反應。按筆者所提出的“電池書寫四步曲”，本節課筆者把所有教學資料中能見到的電池反應都和學生一起寫了一遍，并且每寫一個反應都敘述一遍該電池放電時的各種相關微粒的運動與變化情況。（運動：電子在外電路從負極運動到正極，陽離子在內電路運動到正極，陰離子在內電路運動到負極。變化：負極化合價升高，失電子，發生氧化反應；正極化合價降低，得電子，發生還原反應。）筆者告訴學生，化學能轉化為電能的“動態的微粒運動變化圖”也是解所有原電池相關習題的一把萬能鑰匙，結合電解鑰匙，如果能夠靈活應用，所有電化學相關習題自然都能迎刃而解。
三、反思
第一，要善于抓主要矛盾，并把這種思路強化傳導給學生。
關鍵詞：超聲；對位取代苯酚；氧化；影響
一、引言
苯酚是典型的有機污染物，他們具有毒性和生物難降解性，許多工業生產過程產生的廢水包含苯酚混合物，處理這一類混合物的傳統生物方法并未證明其有效性，而電化學氧化的方法因其干凈整潔、容易控制和結構簡單，提供了一種很有前途的解決生物難降解廢水的處理技術[1-3]。陽極材料在電化學氧化技術中是一個很重要的部分。不同的陽極材料導致不同的電化學氧化機理、影響和效率。總的來說，在一個活躍的陽極上，例如Pt、IrO2和RuO2，通過水的分解產生的羥基自由基與氧化物陽極相互作用，同時被轉移到氧化物陽極的晶格用以形成化學吸附的”活性氧”（氧氣在氧化物的晶格中，Mox+1）[4-8]。相反，羥基自由基不與沒有活性的陽極反應，例如PbO2，SnO2，BDD（摻硼金剛石），因此有機化合物替代羥基自由基（?OH）在沒有活性的陽極上反應。因為羥基自由基是一個很強的氧化劑，PbO2，SnO2，BDD展示出對于有機污染物很高的氧化能力。在正常的操作條件下，電化學氧化過程是在傳質下控制的。結果是，傳質的增強似乎是優化電化學氧化過程的一個非常重要的因素。低頻率的超聲通常是在20-40kHz范圍之間，并且它們易實現和使用。低頻率的超聲可以清潔電極表面，提高傳質。因此，電化學氧化和超聲的聯合使用很合理，故作者想研究一下超聲對電化學氧化的影響以及不同陽極間的區別。
二、實驗與討論
1.實驗方法
對位羥基自由基（對硝基苯酚、對羥基苯甲醛，苯酚，對甲酚和對甲氧基苯酚）的電化學氧化在恒電流密度（20mA?cm-2），室溫（25℃）下進行的。電解液（1mM基質+0.2M硫酸鈉）體積是250mL。在不使用超聲時，電解質在電解過程中通過磁力攪拌棒攪拌。在使用超聲時，電解池放在沒有磁力攪拌棒的超聲沖洗槽中（40kHz，150W）。為了保持室溫恒定，自來水不斷流過沖洗槽。陽極由一個BDD或一個PbO2電極組成，暴露的電極面積為4cm2。BDD電極來自德國的CONDIAS GmbH。PbO2是通過電沉積技術制得。一個同樣大小的不銹鋼片被用作陰極。電極間距離為10mm。從電解池中收集的樣品在規定期限內進行化學測試。
對位取代苯酚的濃度通過使用Agilent的HP1100高效液相色譜進行測量。使用的是ZORBAX SB-C18色譜柱和二極管陣列檢測器。流動相是甲醇/水（50/50），流速1.0mL?min-1。紫外檢測器檢測對硝基苯酚時，設定波長是314nm，其他對位取代苯酚時設定波長是280nm。化學需氧量（COD）使用滴定法測量，在酸性溶液中，150℃時，使用重鉻酸鹽作為氧化劑氧化2h（Hachi，USA）。
2.實驗結果與討論
對位取代苯酚（對硝基苯酚、對羥基苯甲醛，苯酚，對甲酚和對甲氧基苯酚）分別在使用超聲和不使用超聲時，在BDD電極和PbO2電極上進行電化學氧化。圖1表示在電解期間基質的濃度和化學需氧量（COD）的變化。我們可以觀察到，通過超聲作用基質和化學需氧量（COD）的去除率有提高。但是這種加強作用，根據不同的對位取代苯酚和特定的陽極選擇不同而不同。
陽極上的變化，（C）、（D）基質濃度和化學需氧量（COD）在PbO2陽極上的變化。進行大量電解實驗，使用或不使用超聲輔助， 對硝基苯酚， 對羥基苯甲醛 苯酚 對甲基苯酚和 對甲氧基苯甲醛。
表1列出在BDD電極和PbO2電極上不使用超聲（kele）和使用超聲（ksonel）時，對位取代苯酚和化學需氧量（COD）去除的速率常數。這些速率常數是通過把濃度數據代入下述動力學一級反應公式得到的。
其中，C（t）是在時間t時的濃度，C0是初始濃度，k是速率常數（以h-1為單位）。
表1注：在BDD和PbO2陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時對位取代基苯酚和化學需氧量（COD）的去除反應速率常數
在目前的研究的條件下，超聲本身不能降解對位取代苯酚，這可能是因為使用的超聲具有相對低的頻率和小的能量密度。因此，基質的去除的提高主要歸因于通過使用超聲使傳質增強。我們使用下述公式估算增加的范圍：
圖2是一個表示增長百分比水平的柱狀圖，是根據五種對位取代苯酚在BDD和PbO2陽極上的對位取代苯酚的去除和化學需氧量（COD）降低。
圖2注： （A）和（B）分別為五種對位取代苯酚在BDD陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時對位取代基苯酚和化學需氧量（COD）的去除反應速率常數的去除增長百分比，（C）和（D）分別為五種對位取代苯酚在PbO2陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時對位取代基苯酚和化學需氧量（COD）的去除反應速率常數的去除增長百分比.
在BDD陽極上，對于對位取代苯酚的消除率的提高百分比在73%-83%范圍，化學需氧量（COD）的去除率的提高百分比在60%-70%范圍。但是，在PbO2陽極上，相應的對位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學需氧量（COD）的去除率的提高百分比僅為5%-25%。在BDD電極和PbO2電極上，化學需氧量（COD）的去除的增長百分比較對位取代苯酚的去除的增長百分比小，這是因為中間體化合物的形成。同樣一種對位取代苯酚在BDD電極和PbO2電極上增長百分比不同是因為在這兩種電極上不同的反應機理。在下一章，我們對超聲在BDD電極和PbO2電極上的電化學氧化進行全面的研究。
三、結論
超聲使對位取代苯酚在BDD電極和PbO2電極上的電化學氧化都明顯增強。同時，我們發現，在BDD電極上的增強程度比在PbO2上的增強程度更明顯。在BDD陽極上，對于對位取代苯酚的消除率的提高百分比在73%-83%范圍，化學需氧量（COD）的去除率的提高百分比在60%-70%范圍。但是，在PbO2陽極上，相應的對位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學需氧量（COD）的去除率的提高百分比僅為5%-25%。這是因為羥基自由基在BDD電極上主要以自由形式存在，具有較大的反應區域，相反在PbO2電極上被吸收，具有較小的反應區域，超聲使這種增強在BDD電極上比在PbO2電極上更強。
參考文獻：
[1] P. Ca? nizares， J. Lobato， R. Paz， M.A. Rodrigo， C. Sáez， Water Res. 39 （2005） 2687.
[2] A. Mor， A. Lopes， M.T.P. de Amorim， I.C. Gonc？ alves， Electrochim. Acta 49（2004） 1587.
[3] X.P. Zhu， S.Y. Shi， J.J. Wei， F.X. Lv， H.Z. Zhao， J.T. Kong， Q. He， J.R. Ni， Environ. Sci.Technol. 41 （2007） 6541.
[4] M. Gattrell， D.W. Kirk， J. Electrochem. Soc. 140 （1993） 1534.
[5] M. Gattrell， D.W. Kirk， J. Electrochem. Soc. 140 （1993） 903.
[6] R.A. Torres， W. Torres， P. Peringer， C. Pulgarin， Chemosphere 50 （2003） 97.
關鍵詞：電化學；圖像；電解
G633.8
現代化學在今天的飛速發展使得其成為當今社會物質文明和生產力發展的風向標。現代基礎科學教育中的高中化學是其重要組成部分之一，而且電化學是中學化學內容別重要的一個分支，在生活中也是處處可以接觸到電化學知識。此外，歷年高考的考查內容都會包含一定量的電化學知識，比例相對較高。對此，在電化學圖像問題的處理上探索出更高效的解題方法是一項十分艱巨的任務。
一、明確電化學的教學要求
一般對于電化學教學的要求有：第一，對氧化還原反應的本質進行理解，并熟悉生活中的常見氧化還原反應；第二，對電解池和原電池的工作原理進行理解，記憶并能夠書寫常見電池反應和電極反應方程式；第三，對常見化學電源進行學習，并進一步學習化學能與電能相互轉化的重要意義和應用；第四，對金屬腐蝕的危害進行了解，并學習金屬腐蝕中的電化學原因；第五，對新型化學電源的研制進行學習，并認識到電化學在能源問題中的重要地位。
二、培養電化學的建模思想
在化學學習和解題中建模思想占著十分重要的地位，尤其是在電化學圖像問題的解答過程中，可以優化解題方法，使其更加程序化，能夠幫助學生對題目有一個更快速的理解和印象。下邊是常見電化學圖像問題的建模解法。首先，明確原電池的自發氧化還原反應，也就是電解質溶液與電極材料之間的氧化還原反應，并寫出此氧化還原放映的離子方程式；其次，拆分一個氧化還原反應為兩個化學反應：一個是氧化反應，另一個是還原反應，這兩個反應也就是原電池兩級的化學反應，其中一個口訣是：負升失氧，正降得還。
例1，原電池與氧化還原的關系
在化學反應中要使 產生電流，可以通過下列組合實現此目的的是（ ）
A.負極- ；正極- ；電解質溶液-
B.負極- ；正極- ；電解質溶液-
C. 負極- ；正極- ；電解質溶液-
D.負極- ；正極- ；電解質溶液-
解析：在本反應中，鐵本身是導體而且充當還原劑，所以原電池反應中鐵是負極；正極材料失去電子的能力又都比鐵弱，所以三價鐵離子是氧化劑。因此，在原電池中，電解質應當是溶于水的鐵鹽。故選項B為正確答案。
三、熟練電化學的原理運用
下面我們通過例題來體會一下這種解題方法。
例2，電解原理實際應用
根據下面的圖像進行解答， 是一種易氧化的化學物質，因此我們的實驗室中想要利用燒堿與亞鐵鹽的溶液反應來獲取純凈的氫氧化亞鐵是很難實現的。但是利用下圖所示裝置就可以得到氫氧化亞鐵的沉淀物，其中兩極的材料分別是石墨與鐵。
（1）電極a的材料是_____，該處的電極反應方程式為：
（2）容器中的電解質d可以由_____來充當，那么白色沉淀物就會在電極上產生；d也可以是_____，那么白色沉淀物會在容器中的溶液中產生。
A.純水
B.氯化鈉溶液
C.氫氧化鈉溶液
D.氯化銅溶液
（3）如果溶液c是苯，那么它的作用是_____，在將苯加進去之前需要對溶液d進行加熱，這樣做的目的是_____。
（4）如果將溶液d替換成硫酸鈉溶液，經過一段時間的電解之后，會生成白色沉淀；然后將電源正負極反接，繼續進行電解會發生的現象：電極上有氣泡產生，另外一個明顯的現象是：_____。
通過對題目進行思考，我們可以得出這樣的結論來：
（1）如果想生成氫氧化亞鐵，首先得有亞鐵離子，因此鐵在反應中做陽極。電極反應方程式是： 。
（2）當氫氧化鈉溶液做電解質的時候，整個溶液呈堿性，陽極上產生的也鐵離子會氫氧根例離子結合生成白色沉淀；當氯化鈉溶液做電解質的時候，陰極附近的氫氧根離子在電場作用下向陽極移動，同時陽極附近的亞鐵離子也向陰極移動，二者在相遇處結合生成沉淀；當另外兩種物質溶液作為電解質的時候則沒有辦法形成堿性溶液，因此答案為C，B。
（3）苯的作用是隔絕空氣，防止生成物被氧化；加熱d溶液的目的是為了趕盡溶液中的氧氣，同樣也是為了防止氧化。
（4）當電解在電極反接之后發生的另一明顯現象是白色沉淀物迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。
通過以上結論我們可以知道，單質鐵在電極上發生反應的時候，不管它是作為電解池的陽極還是死原電池的負極，都只能夠失掉兩個電子變成亞鐵離子。
四、規范電化學的解題順序
解答比較復雜的電化學圖像問題的時候，要想做到較高的正確率就要對題目有一個清晰地分析思路。這就要求學生要在教師的引導下養成良好的解題模式，講究一定的解題順序。第一，電解反應中要出電源的正負極，分辨電解池的陰陽極；第二，書寫陽極反應方程式先看清電極物質，如果會非惰性物質，那么就是該電極放電；否則就是溶液中的陰離子放電。其中離子的放電順序是： >含氧酸根離子。然后找出放電的陰離子并寫出陽極的反應方程式；第三，根據溶液中的陽離子寫出陰極反應方程式，判斷出是什么陽離子放電，并寫出陰極的電極反應方程式；第四，寫出總反應方程式，并注明反應條件；第五，按照電解反應繼續完成題目。
根據這樣的解題順序再去解答電化學圖像問題，就會有一定的規律可循。
例3，如圖，利用直流電源電解硫酸鈉溶液，電源接通后在兩個電極a和b（均為石墨）附近滴幾滴石蕊溶液，會出現以下現象（ ）
A.在a極逸出的氣體體積小于b極逸出的氣體體積
B.其中一個電極產生的是無味氣體，而另一個電極產生刺激性氣味氣體
C.a極附近呈現紅色，b極附近藍色
D.a極附近呈現藍色，b極附近紅色
按照上述順序對題目進行解答，電解硫酸鈉溶液本質就是電解水，其中a極是陰極，b極是陽極。在a極產生的氣體是氫氣，b極產生的氣體是氧氣，體積是氫氣的一半。在a極附近氫離子得到電子導致其附近氫氧根離子濃度上升，滴入石蕊溶液變藍。B極氫氧根離子失去電子導致氫離子濃度上升，滴入石蕊變紅。通過這樣的分析，可以確定選項D是正確的。
綜上所述，由于電化學圖像問題是電化學問題中的重點學習內容，也是高中化學的重點內容之一。在高考中電化學圖像問題的分量也很重，因此在高中的化學教學過程中教師要重視電化學圖像問題的解題教學，從思路和方法上進行教學，將概念通過多種途徑滲透給學生，幫助學生提高化學素質。
參考文獻：
[1] 李桂花.高中化學原電池與電解池的教學分析[J].中國教育技術裝備，2014，（13：134-135.
關鍵詞：電化學氧化法；作用機理；影響因素
中圖分類號：C33 文獻標識碼：A 文章編號：
1 試驗裝置
試驗用水為制藥廢水經生化處理后的二沉池出水，COD初始濃度為2500mg/L左右，電解槽為10×10×15cm的有機玻璃槽，陽極板采用鈦涂釕氧化電極，陰極采用石墨電極，電源采用電源使用MPS702 直流電源( 最大電壓36 V,
最大電流30.7 A)，試驗裝置如圖2所示。
圖2 試驗裝置圖
2 檢測方法
試驗中COD濃度的檢測采用K2CrO6氧化還原滴定法，采用的儀器為COD微波消解儀。本試驗采用單因素理論，通過對其他試驗條件的控制，達到對原水COD初始濃度重要性的考察。
3 試驗結果與討論
3.1 初始濃度對COD去除效果的影響
本試驗通過原水不同稀釋倍時的控制，達到對處理水質COD濃度的有效控制，分別采用稀釋0倍（COD濃度2000mg/L）、稀釋1倍（COD濃度1000mg/L）、稀釋兩倍稀釋2倍（COD濃度670mg/L）。
試驗條件：電流：4A；初始pH：8.0；電解質：0.01mol/L的Na2SO4；極板間距：10cm
試驗結果如圖3所示：
圖3 初始濃度對COD去除效果的影響
圖3顯示了在不同初始濃度下，溶液中COD濃度與反應時間的變化關系，從中我們可以發現： 45min處為曲線拐點，即為最佳處理時間，出水COD濃度為483.43mg/L，COD去除率為75.75%。通過對試驗數據的分析可得：電化學氧化法對COD的去處效果不隨初始COD濃度的變化而變化,這是由于電化學電解過程中所產生的氧化劑的量是控制COD氧化速率的決定因素。
3.2 電流密度對COD去除效果的影響
電流密度是影響電化學氧化法反應速度的主要因素，電極表面積恒定時，單位面積提供的電量隨電流強度的增大而增大，電化學氧化法反應速度也隨之增大[3]。但試驗中的電流密度不能無限增大, 當電流密度超過某一電流閾值后, 電路中過量的電子不經過電極反應而直接流進溶液,使電流效率下降[4]。
本試驗通過電源電流的恒定控制，達到對試驗條件中的電流密度的有效控制，本試驗將電流強度先后分別控制在1A、2A、3A、4A、5A、6A。
試驗條件：采用制藥廠出水作為試驗用水（COD濃度為2000mg/L）；初始pH：8.0；電解質：0.01mol/L的Na2SO4；處理時間：45min；極板間距：10cm；極板表面積：10cm×10cm。
試驗結果如圖4所示：
圖4 電流密度對COD去除效果的影響
圖4中可以發現：試驗電流強度從1A逐級上升到4A過程中，原水中COD隨電流強度的增大而大幅度地降低，及相應的COD處理效果出現大幅度提高，分析其原因是由于在極板面積一定的情況下，隨著電流強度的增大，電子在極板與原水中COD之間的轉移速率加快，原水中氧化性極強的H2O2和HO·自由基反應速率也大幅度增加，從而在相同的水力停留時間內所產生的具有氧化作用的活性中間產物越多, 原水中COD的去除效果也明顯提高；但在電流強度從4A上升到6A的變化過程中，出水中COD濃度雖有下降，但已接衡，COD去除率僅略有提高，分析其原因是電化學氧化法機制受到原水中COD初始濃度的限制。本試驗的最佳電流強度為4A。
3.3 初始pH對COD去除效果的影響
本試驗將初始pH先后分別控制在2、4、6、8、10、12。
試驗條件：采用制藥廠出水作為試驗用水（COD濃度為2000mg/L）；電流強度：4A；電解質：0.01mol/L的Na2SO4；處理時間：45min；極板間距：10cm；極板表面積：10cm×10cm。
試驗結果如圖5所示：
圖5 初始pH對COD去除效果的影響
圖5顯示了在處理時間45min的條件下，原水中COD處理效果與初始pH的變化關系，從中我們可以發現：在相同的操作條件下，試驗pH從2逐級上升到8過程中，出水中COD隨pH的增大而大幅度地降低，即相應的COD處理效果出現大幅度提高，分析其原因是由于在間接氧化時陰極生成的H2O2與Fe2+構成Fenton試劑氧化體系,作為OH·的主要來源，而過低的pH對H2O2的產生有明顯的抑制作用，不利于OH·的產生[7]，隨著pH升高，抑制作用得以解除，電化學氧化法機制得以正常進行，COD去除率得到顯著提高；但在pH從8上升到12的變化過程中，出水中COD濃度又有顯著上升，分析其原因是堿性條件下, 陰極還原析出H2,與Fe3+形成Fe(OH)3沉淀, 體系中Fe2+的再生受到抑制, 對HO·的產生再次造成負面影響，使得COD去除率顯著降低，考慮COD去除效果，本試驗確定最佳初始pH為8，且在該初始pH下，經45min的電化學氧化法處理后，出水COD濃度為405mg/L，COD去除率為79.75%。
3.4 鐵試劑(Fe2+)對COD去除效果的影響
鐵試劑(Fe2+)不僅具有催化Fenton 氧化反應的作用, 而且同時可作為絮凝膠團的前體，對COD的去除具有顯著影響,鐵試劑(Fe2+)的加入使得整個COD去除過程成為電絮凝與電化學氧化作用的耦合體。為考察鐵試劑(Fe2+)對電化學氧化法處理效果的影響，本試驗采用單因素理論，在其他因素不變的情況下，通過鐵試劑(Fe2+)加入前后COD去除效果的對比，達到鐵試劑(Fe2+)對電化學氧化法處理效果的驗證。
本試驗先后控制鐵試劑(Fe2+)的有無，達到考察鐵試劑(Fe2+)對電化學氧化法處理效果驗證的目的。
試驗條件：采用制藥廠出水作為試驗用水（COD濃度為2000mg/L）；電流強度：4A；電解質：0.01mol/L的Na2SO4；處理時間：45min；初始pH：10；極板間距：10cm。
試驗結果如圖6所示：
圖5 鐵試劑對COD去除效果的影響
圖6顯示了鐵試劑(Fe2+)加入前后，原水中COD處理效果與時間的變化關系，從中可以發現：在相同的操作條件下，鐵試劑加入前后，COD處理效果與時間的變化關系保持一致，即在試驗開始的0min到45min內，溶液中COD隨電化學氧化法處理時間的延長而相應地線性減少；在45min到60min內，溶液中COD隨電化學氧化法處理時間的延長而出現COD濃度上升的現象；在60min到90min內，溶液中COD隨電化學氧化法處理時間的延長而COD濃度又開始線性減少，45min處為曲線拐點，即為最佳處理時間。分析其原因是由于向原水中投加一定量的鐵試劑(Fe2+)后， Fe2+將會與陰極生成的H2O2構成Fenton反應體系，作為OH·的主要來源[10]，同時伴隨OH·產生的Fe3+相比O2具有較大的初始還原電位，可在陰極上與O2 發生氧化還原反應再生為Fe2+。Fenton氧化體系生成·OH氧化電位可達2.8V，具有很強的氧化能力，·OH作為親電基團，具有較強的進攻有機污染物的能力，并最終將它們氧化成CO2、H2O以及簡單的有機物。
4 試驗結論
本試驗采用單因素理論，通過對其他相關因素的有效控制，得出的試驗結論如下：
1）通過對其他試驗條件（初始電壓、初始pH、電解質、極板間距）的有效控制，電化學氧化法處理時間45min處為COD去除曲線的拐點，為最佳的處理時間。
2）從考慮到COD去除效果及節約能耗，本試驗的最佳電流強度為4A。
3）本試驗確定最佳初始pH為8。
4）鐵試劑加入前后，COD處理效果與時間的變化關系保持一致，電化學氧化法處理45min處為COD去除曲線的拐點，即為最佳處理時間，即鐵試劑(Fe2+)對COD去除效果有一定的促進作用。
參考文獻
[1] 肖羽堂，張飛白.電化學氧化技術去除有機物的研究進展[J].江蘇化工，2007,35（1）：6-10.
[2] 王靜，馮玉潔，崔玉虹. 電化學水處理技術的研究應用進展[J].工程與技術，2003,12：19-22.
蛋白質直接電化學是生物化學的主要組成部分，其主要是通過在電極界面對蛋白質定向組裝、層層吸附、共價鍵合、分子包埋、聚合摻雜等技術手段，獲得蛋白質直接或間接的電化學響應，從而完成相關的生物學乃至其他方面的功能[1]。同時可通過酶催化及電化學催化所獲得的信號，以及在電極界面或測試體系引入的信號標記物，并采用一些信號放大策略，在生物傳感與通訊中獲得很好的效果。本文為此具體探討了蛋白質直接電化學的總體研究進展。現報告如下。
一、蛋白質-納米修飾電極
當前碳納米管直徑在5-50nm，由于具有特殊的機械性能和電性質已成為一種廣為重視的新材料。納米粒子hrp固定于金納米粒子表面，制得hrp.au膠粒修飾電極，不需媒介體便能催化還原h202，說明金微粒與hrp作用，縮短了酶活性中心與電極表面的距離，實現了直接電子傳遞過程。用納米憎水au顆粒、親水au顆粒、憎水si02顆粒以及au和si02顆粒混合與聚乙烯醇縮丁醛（pvb）構成復合固定酶膜基質，用溶膠-凝膠法固定god制備納米增強型葡萄糖傳感器。實驗表明，納米顆粒可以大幅度提高固定化酶的催化活性，認為是通過au顆粒的作用，葡萄糖氧化酶的輔基fad與鉑電極間直接進行電子傳遞。而納米ti02膜電極不僅具有生物親和性和相容性，而且能加快氧化還原蛋白質的電子傳遞速度。而利用hb/ti02電極的光電特性，可研究蛋白質光氧化還原現象，檢測水溶液中微量的一氧化碳。在磁性納米粒子表面修飾媒介體，可作為酶與電極之間電子傳遞的開關，制備由磁場控制的生物電化學傳感器。
二、蛋白質膜修飾電極
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蛋白質膜伏安法（pfv）具有許多優點：蛋白質膜電極的制備簡單，需用蛋白質的量較小；克服了溶液體系中蛋白質的擴散系數較小的限制；能使用快速掃描伏安法研究電子傳遞過程；通過電化學數據分析可獲得豐富的生物化學信息。
在制備中，經過拋光的棱面裂解石墨電極表面產生較多的親水含氧基團。在低溫、低離子強度和共吸附劑）的存在下，通過靜電吸附作用，在電極表面形成一層蛋白質膜。共吸附劑在荷電的蛋白質和電極之間起著促進電子傳遞的作用。蛋白質中的鐵-硫簇是電子傳遞中心，但鐵-硫簇缺乏特征光譜，難以實時監測氧化還原過程中鐵-硫簇組成和結構的變化。
三、蛋白質-雙層類脂膜修飾電極
雙層類脂膜在結構上與天然生物膜相似，能將生物分子嵌入其中同時保持其生物活性。利用各種固相載體支撐的自組裝雙層類脂膜或混合層類脂膜的高度有序且穩定性良好的特點，作為仿生膜，可以模擬氧化還原蛋白質生物代謝過程的特性。將cyt-c氧化酶固定在雙層類脂膜中，與金電極之間直接傳遞電子，且能氧化溶液中的cyt-c；將hrp固定于鹽橋支撐的雙層類脂膜中，實現了直接電化學反應及對h202的催化還原。
四、蛋白質-dna膜修飾電極
dna和氧化還原蛋白質同存在于線粒體內，研究氧化還原蛋白質與dna的作用，對理解生物呼吸鏈能量轉換具有極其重要的意義。dna在金電極和碳電極表面能形成穩定的薄膜，可用于基因雜交指示劑的選擇和dna損傷檢測。有學者采用逐層組裝的方法，將dna-mb和dna-cyt p450固定在電極表面，得到fe（iii）/fe（ii）電對的可逆電化學反應，應用于環境污染物的檢測與轉化。用dna固定hrp于石墨電極表面，加快了hrp與電極的直接電子傳遞速度，用于h202的檢測。表面活性劑膜、雙層類脂膜和dna膜具有獨特的類生物結構和生物相容性，為電化學模擬氧化還原蛋白質的生物功能創造了條件。尋找適當的載體和基體電極以形成穩定的蛋白質膜層應該是今后努力的方向。而當前的自組裝單層膜固定蛋白質技術的主要優點有易制作，性能穩定，有統一的固定化界面；能阻止生物物質與電極表面的直接接觸，防止其失活；可以避免電極表面的沾污對分析測定的影響；末端基團可以根據需要裁剪、組合，為修飾電極功能的多樣化、檢測靈敏度和選擇性的提高、活性基團的再生等提供可能。自組裝單層膜固定蛋白質技術的種類繁多，其中含硫化合物如硫醇、巰基化合物在金表面的sam非常成熟，是最有代表性和研究最多的體系。
五、蛋白質-表面活性劑修飾電極
近年來，模擬生物膜修飾電極的出現為蛋白質的直接電化學研究開辟了一個新的方向。從仿生的角度看，如果使蛋白質處于制備蛋白質-表面活性劑修飾電極有兩種方法：在電極表面蘸涂含表面活性劑的氯仿溶液，氯仿揮發后，形成表面活性劑膜電極，該電極可從溶液中吸附蛋白質；將蛋白質與表面活性劑的微囊分散混合，取混合液蘸涂到電極表面，自然晾干。基體電極以棱面裂解石墨、金、鉑電極為佳，而膜在摻錫氧化銦和銀電極上的穩定性較差。在表面活性劑膜中，蛋白質保持著原始構象不變，與電極之間的電子傳遞速度大大加快。蛋白質-表面活性劑復合膜易于制備，且十分穩定，是研究蛋白質與電極之間電子傳遞和催化機理的一種較通用的方法，但僅限于一些小分子蛋白質，進一步的研究仍在進行中。當前的hiv-1型蛋白酶的電化學檢測方法是利用自己合成的二茂鐵-抑肽素加合物為探針構建了基于印刷電極的傳感器，成功實現了hiv-1型蛋白酶的快速、方便的電化學檢測。
六、氧化還原蛋白質修飾電極
對于大多數蛋白質而言，由于電化學活性中心深埋于非導電性的肽鏈結構中，電子隧道距離相當大，因而電子轉移速率常數非常小，在通常條件下，難以觀察到蛋白質與電極之間的直接電子轉移。，氧化還原蛋白質結構復雜且各向異性，它們的活性中心并不正好位于蛋白的中心，而且蛋白質分子表面電荷分布不均勻。在生物體系中，一些氧化還原蛋白質之間具有較大的電子傳遞速度，這歸功于圍繞電子傳遞活性中心的氫基酸殘基的作用，這些氨基酸殘基能夠調節蛋白質的相對位置，使蛋白質的氧化還原中心之間的距離盡可能地縮短，從而提高電子傳遞速率。
