第1章 绪论 1
1.1 电化学及其研究与应用内容 1
1.2 环境问题 3
1.2.1 环境污染物与治理 4
1.2.2 资源与环境问题 7
1.2.3 清洁生产 9
1.3 电化学工程与环境问题 10
参考文献 12
第2章 电化学基础理论 13
2.1 电化学体系的基本结构单元 13
2.1.1 电极 13
2.1.2 电解质溶液 15
2.1.3 隔膜 16
2.2 电化学中的几个基本概念 16
2.2.1 电化学反应及电子、电荷和电流 16
2.2.2 电位与电压 17
2.2.3 法拉第定律 24
2.2.4 电流效率 25
2.2.5 能耗 28
2.3 电极/溶液界面的特性--双电层 29
2.3.1 双电层的结构 29
2.3.2 双电层中剩余电荷的巨大作用 32
2.4 零电荷电势与表面吸附 33
2.5 电化学传质理论 34
2.5.1 扩散 34
2.5.2 电迁移 37
2.5.3 对流 41
2.6 电极反应动力学简介 42
参考文献 46
第3章 电极结构与电催化特性 47
3.1 电极对电化学过程的影响 47
3.1.1 电极材料的基本要求 47
3.1.2 电极材料对电极反应及电化学工程的影响 48
3.2 电催化及电催化电极 51
3.2.1 电极材料的发展 51
3.2.2 电极材料的种类 53
3.2.3 电催化反应与电催化电极 58
3.3 半导体电化学基础 63
3.3.1 半导体材料结构与导电机理 63
3.3.2 半导体材料的双电层结构 71
3.3.2 半导体的电催化过程 74
3.4 电极结构与难降解有机物的电催化降解 75
3.4.1 电极材料与有机物的电化学转化效率 77
3.4.2 电极表面状态与有机物的电化学转化 89
参考文献 92
第4章 环境污染物的电化学去除 94
4.1 电化学方法及特点 94
4.2 污染物的电化学处理方法及原理 96
4.2.1 电沉积--溶解性金属离子回收 96
4.2.2 电化学氧化 100
4.2.3 电化学还原 102
4.2.4 光电化学氧化 102
4.2.5 电吸附 103
4.2.6 电凝聚 103
4.2.7 其他电化学污染物处理方法 105
4.3 电化学技术在溶解性金属离子回收中的应用 106
4.3.1 溶解性金属离子回收与再利用方法简介 106
4.3.2 电沉积技术用电解槽基本结构 107
4.3.3 几种常用电沉积槽的电极结构 110
4.3.4 多种金属离子混合液中的金属沉积 116
4.3.5 电沉积与其他过程的结合的应用 118
4.3.6 粘固 124
4.3.7 电沉积与电合成的结合 125
4.4 电化学技术在水中无机污染物处理中的应用 126
4.4.1 氰化物的电化学去除 126
4.4.2 含铬溶液的电化学处理 128
4.4.3 其他无机化合物的电化学去除 130
4.5 水中有机污染物的电化学处理 131
4.5.1 水中有机污染物电化学氧化的类型 131
4.5.2 基本概念及公式 132
4.5.3 电化学去除有机污染物的原理 134
4.5.4 电化学去除有机污染物的应用 141
4.5.5 利用金属氧化还原媒质的间接氧化过程 150
4.6 气态污染物的电化学处理 152
4.6.1 二氧化硫的氧化 153
4.6.2 氮氧化物的电化学处理 162
4.6.3 硫化氢的处理 163
4.6.4 二氧化碳的电化学还原 167
4.6.5 氯气的去除和浓缩 168
4.6.6 电焚烧器简介 169
4.7 电化学在土壤原位修复中的应用 169
4.7.1 电化学法修复污染土壤的作用原理 170
4.7.2 电化学法对土壤污染物的去除 171
4.7.3 电动力学原位土壤修复应用过程的设计和运行 172
参考文献 174
第5章 电化学消毒 176
5.1 电化学消毒研究与应用发展概述 176
5.1.1 电化学消毒 176
5.1.2 电化学消毒技术的发展 177
5.2 电化学消毒原理 178
5.2.1 间接电化学氯消毒 178
5.2.2 直接电化学消毒原理 181
5.2.3 关于电场作用的相关研究 182
5.2.4 关于自由基作用的相关研究 184
5.3 污水氯消毒效率的主要影响因素 188
5.3.1 氯杀菌效率的表征 188
5.3.2 初始混合对杀菌效率的重要性 189
5.3.3 污水特性对杀菌效率的影响 189
5.4 间接电化学氯消毒法--在线消毒剂生产系统与应用 190
5.4.1 消毒剂在线生产类型 190
5.4.2 消毒剂在线生产设备 192
5.4.3 现场次氯酸钠的制备 195
5.4.4 在线消毒系统的设计与选择 207
5.5 单程反应式直接电化学消毒 209
5.5.1 有关原理研究 209
5.5.2 工作原理及运行参数 209
5.6 电化学消毒的应用 211
5.7 其他消毒技术的研究与应用 213
5.7.1 臭氧消毒 213
5.7.2 二氧化氯消毒 217
5.7.3 多种消毒方法的简单比较 220
参考文献 221
第6章 清洁生产与有机物的电化学合成 224
6.1 有机电合成简介 224
6.1.1 有机电合成的概念与特点 224
6.1.2 有机电合成的发展与应用 226
6.2 电有机合成反应概述 230
6.2.1 C=C双键的阴极还原反应 230
6.2.2 羰基化合物及其衍生物的电还原 231
6.2.3 硝基或氰基化合物的还原 232
6.2.4 电环化反应 233
6.2.5 烃类的电氧化 234
6.2.6 电消除反应 234
6.2.7 电置换反应 235
6.2.8 提高电合成效率的几项措施 235
6.3 间接电合成 236
6.3.1 间接电合成的概念和特点 236
6.3.2 间接电合成催化剂--媒质 237
6.3.3 均相间接电合成及机理 240
6.3.4 非均相间接电合成 243
6.4 直接电合成 244
6.5 电合成的应用实例 245
6.5.1 己二腈的电合成 245
6.5.2 对氟苯甲醛的间接电化学合成 250
6.6 电合成新技术与进展 250
6.6.1 成对电合成 250
6.6.2 固体聚合物电解质(SPE)的制备及应用 254
6.6.3 利用反应性电极进行电合成 256
6.6.4 利用三维电极进行电合成 257
6.6.5 采用修饰性电极进行有机电合成 258
参考文献 258
第7章 金属腐蚀与电化学防护 260
7.1 金属腐蚀与防护的基本概念 260
7.1.1 金属腐蚀与危害 260
7.1.2 金属腐蚀作用的分类 261
7.2 电化学腐蚀基础 262
7.2.1 电化学腐蚀及原理 262
7.2.2 电化学腐蚀热力学基础 265
7.2.3 电化学腐蚀动力学基础 273
7.3 金属腐蚀的电化学防护 277
7.3.1 阴极保护 277
7.3.2 阳极保护 280
7.3.3 阳极保护与阴极保护的比较 282
7.4 氧腐蚀及电化学除氧 282
7.4.1 电化学除氧原理 282
7.4.2 电化学除氧器结构 283
7.4.3 电化学除氧技术的发展 284
参考文献 284
第8章 环境中的电化学分析技术 285
8.1 电分析化学原理 285
8.1.1 电位分析 286
8.1.2 电解和库仑分析 288
8.1.3 伏安分析 294
8.2 电化学传感器 299
8.2.1 电位测量传感器 300
8.2.2 电导测量传感器 309
8.2.3 电流测量传感器 310
8.3 电化学生物传感器 316
8.3.1 电化学生物传感器原理 317
8.3.2 生物传感器在环境测量中的应用 322
8.4 环境监测中的电化学分析仪 326
8.4.1 空气质量监测仪器 326
8.4.2 水质监测仪器 334
参考文献 337
第9章 电化学清洁能源 338
9.1 环境问题与能源 338
9.1.1 电力生产与燃煤污染 338
9.1.2 汽车尾气污染 339
9.2 燃料电池发电 340
9.2.1 燃料电池的原理 341
9.2.2 燃料电池的特点与分类 342
9.2.3 燃料电池的发展与应用前景 345
9.3 碱性燃料电池 346
9.3.1 碱性燃料电池的结构原理 347
9.3.2 阿波罗登月飞船用碱性燃料电池 350
9.3.3 美国航天飞机用碱性氢氧燃料电池 352
9.3.4 我国研制的航天飞行用碱性燃料电池 354
9.4 磷酸型燃料电池 356
9.4.1 磷酸型燃料电池的原理与结构 356
9.4.2 磷酸型燃料电池发电装置 359
9.5 质子交换膜型燃料电池 362
9.5.1 质子交换膜型燃料电池的材料与制备工艺 364
9.5.2 质子交换膜燃料电池在牵引动力中的应用 368
9.5.3 直接甲醇燃料电池 372
9.6 熔融碳酸盐燃料电池 376
9.6.1 熔融碳酸盐燃料电池原理与结构 376
9.6.2 熔融碳酸盐燃料电池试验电站 380
9.7 固体氧化物燃料电池 382
9.7.1 固体氧化物燃料电池元件及所用材料 383
9.7.2 固体氧化物燃料电池的结构 388
9.7.3 中温固体氧化物燃料电池 391
9.7.4 固体氧化物燃料电池的电站试验 392
参考文献 394