電化學反應

電化學反應過程中常伴隨著電極表面析氫、析氧和析氯的電極反應，這些析出的氣體會以氣泡形式吸附於電極表面，從而造成電極活性面積減少、電極表面電位和電流密度的微觀分佈不均，產生電極極化。電極表面吸附的氣泡較多時會在電極表面形成氣膜，造成電極鈍化失活。電極表面析出的氣體也會以氣泡形式分散於電解液中，使電解液成為氣液混合體系，導致實際的導電率下降。要想保證反應順利進行，需提高槽電壓，這樣勢必增加過程能耗。

同時，電極表面吸附的氣泡也會與電極的主反應產生競爭，從而導致電化學反應效率降低。氣泡對電化學反應過程能耗及反應效率的影響，使得電化學技術的工業化廣泛應用受到限制。因此，尋求一種能消除電化學反應過程中氣泡影響的技術尤為重要。

當代電化學領域已經比Bockris定義的範圍又拓寬了許多。實際上還有學者認為電化學領域更寬。如日本的學者小澤昭彌則認為，電化學涵蓋了電子、離子和量子的流動現象的所有領域，它橫跨了理學和工學兩大方面，從而可將光化學、磁學、電子學等收入版圖之中。若從宏觀和微觀兩個角度來理解的話，可以認為，宏觀電化學是研究電子、離子和量子的流動現象的科學。微觀電化學還可以有廣義的和狹義之分，廣義的微觀電化學是“研究物質的帶電界面上所發生現象的科學”，而狹義的微觀電化學則是“研究物質的化學性質或化學反應與電的關係的科學”。

在超重力技術所營造的超重力環境下，相間會具有較大的相間浮力因子和較高的相間滑移速率。因此，超重力環境下，電化學反應過程中產生的氣泡的形核半徑變小，氣泡所受到的浮力增大，氣泡與電解液以及固相電極間的相間滑移速率也增大，這樣以來可促使氣泡從電極表面脫離或從電解液中溢出，防止電極活性面積減小和電極表面電流分佈不均，同時電極表面更新速度加快，可防止超電勢的產生以及溶液歐姆壓降和槽電壓升高，避免電極表面吸附的氣泡與電極主反應產生競爭，從而達到提高電化學反應效率和降低能耗的目的。

陰陽電極相對裝置外殼靜止不動，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min。轉速800 r/min，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min。超重力因子為100，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口敞開，過程呈連續操作，電解10min。

電化學法處理含酚廢水過程中，重力環境下和重力攪拌環境下電極表面均有氣泡富集，而超重力環境下電極表面幾乎無氣泡富集。

說明超重力技術可有效促使電化學反應過程中產生的氣泡脫離電極表面，這是由於超重力技術可使電化學反應過程中產生的氣泡的形核半徑變小，氣泡所受到浮力增大，這樣以來氣泡與電極間的相間滑移速率也增大，從而促使氣泡從電極表面脫離。

陰陽電極相對裝置外殼靜止不動，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解30min。轉速800 r/min，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解30min。超重力因子為100，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口敞開，過程呈連續操作，電解30min。電化學法處理含酚廢水過程中，重力環境下和重力攪拌環境下廢水中均有氣泡分散於其中，而超重力環境下廢水中並無氣泡分散。

說明超重力技術可有效促使電化學反應過程中產生的氣泡從電解液中溢出，分析原因是因為超重力技術可使氣泡與廢水的相間具有較大的相間浮力因子和較高的相間滑移速率，從而促使氣泡從電解液中溢出。

陰陽電極相對裝置外殼靜止不動，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min。轉速800 r/min，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min。超重力因子為100，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口敞開，過程呈連續操作，電解10min。

超重力技術可促使氣泡脫離電極表面和從電解液中溢出。當反應裝置氣相出口關閉時，脫離的和溢出的氣泡會聚集於反應裝置端蓋上。而重力環境下和重力攪拌環境下氣泡主要吸附在電極表面和分散於電解液中，裝置端蓋上幾乎沒有氣泡聚集，僅僅籠罩一層霧氣。

陰陽電極相對裝置外殼靜止不動，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min。轉速800r/min，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口關閉，過程呈間歇操作，電解10min；超重力因子為100，陽極相對裝置外殼旋轉，陰極相對裝置外殼靜止，氣相出口關閉，液相出口敞開，過程呈連續操作，電解10min。

電化學法處理含酚廢水過程中，向廢水中加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉。重力環境下水面上富集的泡沫較多，泡沫層較厚，說明重力環境下氣泡從廢水中溢出的速率較慢。重力攪拌的環境下水面上的泡沫量次之，但泡沫直徑較大，說明氣泡從廢水中溢出的速率較慢導致氣泡發生了聚合從而變大。而超重力環境下水面上的泡沫較少，泡沫層較薄，泡沫直徑較小，說明超重力環境下氣泡從廢水中溢出的速率較快。

電化學法處理含酚廢水過程中，重力環境下和重力攪拌環境下電極表面均有氣泡富集、廢水中均有氣泡分散於其中。而超重力環境下電極表面無明顯氣泡富集、廢水中無氣泡分散於其中。在裝置氣相出口關閉的情況下，電極表面脫離的氣泡和廢水中溢出的氣泡聚集於反應裝置端蓋上。這表明超重力技術對電化學反應過程中氣泡影響的消除體現在促使氣泡脫離電極表面以及從電解液中溢出。通過向廢水中加入表面活性劑，從形成泡沫的多少以及泡沫層的厚薄進一步反映出超重力技術可突破重力攪拌的傳質極限，使得氣泡從廢水中溢出的速率較快。

參考資料

● 1. 高璟, 劉有智, 常凌飛. 超重力技術在電化學反應過程中的應用進展[J]. 化學工程, 2011, 39(6):12-15. ​

● 2. 高璟, 劉有智, 祁貴生，等. 超重力環境下電化學反應過程中的氣泡行為[J]. 化學工程, 2014, 42(4):1-6.

● 3. 貝建中, 錢人元. 在水溶液中電化學反應製備大面積聚吡咯膜[J]. 功能高分子學報, 1991(4):320-325.