導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電化學(xué)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、原電池

原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.從理論上看，任何一個氧化還原反應(yīng)都發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，如果能夠設(shè)法使轉(zhuǎn)移的電子在導(dǎo)線中定向移動，就成為原電池.有些原電池是一次性的，如普通的干電池，當(dāng)電池中所發(fā)生的反應(yīng)在通電情況下又能逆向進(jìn)行，這個電池又可重復(fù)使用，稱為二次電池或蓄電池，如鉛蓄電池和手機(jī)中的充電電池.原電池由三部分構(gòu)成，兩個不同的電極，電解質(zhì)溶液（或熔融液）和導(dǎo)線（或直接接觸）.對于一個電池我們首先關(guān)注的是使用時電路中電流的方向，規(guī)定電流由正極流向負(fù)極，電子則由負(fù)極流到正極.因此原電池的負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，以兩種不同的金屬為電極時，活潑金屬為負(fù)極，較不活潑的金屬為正極.個別例外，如Mg-Al-NaOH電池，高考不做要求.

一個使用著的電池必然構(gòu)成電流的回路.下面我們從化學(xué)的視角看電池中內(nèi)電路的變化，由于電子從外電路流向正極，所以在正極上聚集了負(fù)電荷，溶液中的陽離子流向正極，與此相反，溶液中的陰離子流向負(fù)極，所以從離子移動方向來看，在原電池中，正極又是陰極，負(fù)極又是陽極.正、負(fù)極和陰、陽極的稱謂是從不同角度來劃分的，所以這句話表面上“不通順”，但結(jié)論上是正確的，對解相關(guān)試題十分有用.

例1 （2013年江蘇-9）Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動無人駕駛的潛航器.該電池以海水為電解質(zhì)溶液.示意圖如下.該電池工作時，下列說法正確的是（ ）.

A.Mg電極是該電池的正極

B.H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

C.石墨電極附近溶液的pH增大

D.溶液中Cl-向正極移動

解析 根據(jù)前面的分析，Mg電極應(yīng)是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故選項(xiàng)A、B均錯誤.石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)H2O2+2e-2OH-，電極附近溶液的pH增大，C項(xiàng)正確，最后一項(xiàng)，溶液中Cl-應(yīng)向陽極移動，而原電池的正極從電解質(zhì)溶液的角度來看出是陰極，故D項(xiàng)錯，本題應(yīng)選C.

二、電解池

電解池與原電池恰好相反，在通直流電的條件下發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置.對于一個電解池我們更關(guān)心的是池內(nèi)發(fā)生什么反應(yīng)，電極上生成什么物質(zhì)，所以電解池中的電極根據(jù)陰、陽離子的移動方向，劃分為陰極和陽極，陽離子移向陰極并在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，因此陰極與電源的負(fù)極相連；陰離子移向陽極并在陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，失去的電子通過外電路回到電源的正極.簡單地說，與電池正極相連的極是陽極，與電池負(fù)極相連的是陰極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生還原反應(yīng).

例2 （2013年北京-9）用石墨電極電解CuCl2溶液（見右圖）.下列分析正確的是（ ）.

A.a端是直流電源的負(fù)極

B.通電使CuCl2發(fā)生電離

C.陽極上發(fā)生反應(yīng)：Cu2++2e-Cu

D.通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體

解析 電解過程中陽離子移向陰極，陰極與電源負(fù)極相連，故A正確.電解與電離是兩個不同的概念，電解質(zhì)只要溶于水就發(fā)生電離，而電解是在電流的作用下發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，B項(xiàng)錯.陽極上應(yīng)發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，C項(xiàng)錯.通電過程中Cl-移向陽極并放電生成氯氣，D也錯，本題應(yīng)選A.

三、電極反應(yīng)與總反應(yīng)

電極上發(fā)生什么反應(yīng)，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式是高考電化學(xué)部分的重點(diǎn).無論是原電池還是電解池電極上發(fā)生的反應(yīng)都是“半反應(yīng)”，總反應(yīng)才是完整的氧化還原反應(yīng).判斷電極反應(yīng)，只需記住“陽極氧化”即可，由陽極氧化，可知陰極還原，對原電池，電極分正、負(fù)，但從內(nèi)電路來看，正極是陰極，負(fù)極是陽極，則“陽極氧化”的判斷依據(jù)同樣適用.

原電池的負(fù)極或電解池的陽極如果是非惰性的金屬電極，則電極本身發(fā)生氧化，電解質(zhì)溶液中的陰離子不放電.原電池或電解池的總反應(yīng)是兩個電極反應(yīng)的總和，總反應(yīng)式也是兩個電極反應(yīng)式的加合，在加合過程中需調(diào)整化學(xué)計(jì)量數(shù)使氧化和還原過程中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，以保持得失電子守恒.如果在電解質(zhì)溶液中還存在其它相關(guān)反應(yīng)，那么這個反應(yīng)也應(yīng)包括在總反應(yīng)方程式中，總之，通過加合可得總反應(yīng)式，通過相減可得某一電極反應(yīng)式.

例3 （2013年浙江-11）電解裝置如圖所示，電解槽內(nèi)裝有KI淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開.在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色，一段時間后藍(lán)色逐漸變淺.

已知：3I2+6OH-IO+5I-+3H2O

下列說法不正確的是（ ）.

A.右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式：

2H2O+2e-H2+2OH-

B.電解結(jié)束時，右側(cè)溶液中含有IO-3

C.電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式：

KI+3H2O通電KIO3+3H2

D.如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變

解析 左側(cè)變藍(lán)，說明左側(cè)生成I2，電極反應(yīng)式為2I--2e-=I2……①，則左側(cè)Pt電極為陽極，右側(cè)為陰極，發(fā)生2H2O+2e-H2+2OH-……②，A項(xiàng)正確.陰極生成的OH-穿過交換膜向陽極移動，由“藍(lán)色變淺”知又發(fā)生了題干中的已知反應(yīng)3I2+6OH-IO-3+5I-+3H2O……③生成IO-3，電極結(jié)束時IO-3可通過陰離子交換膜擴(kuò)散至右側(cè)，故選項(xiàng)B正確.由①×3+②×3+③可得總反應(yīng)式，C項(xiàng)也正確.若換用陽離子交換膜，則OH-不能通過交換膜抵達(dá)左側(cè)，反應(yīng)③不能發(fā)生，電解槽中總反應(yīng)肯定也會發(fā)生變化，D項(xiàng)錯誤，應(yīng)選D.

四、新型電池

近些年來，高考時電化學(xué)的考查常采用信息給予題的形式，以新型電池為載體，這類試題情景新、陌生度高，要求考生有較高的心理素質(zhì)和較強(qiáng)的自學(xué)能力.事實(shí)上，這類試題的考點(diǎn)依然是電極名稱、電極反應(yīng)和總反應(yīng)等基礎(chǔ)知識，大部分試題起點(diǎn)雖高，落點(diǎn)并不高，只要認(rèn)真審題，明確題意就不難作答.復(fù)習(xí)時應(yīng)重在鞏固基礎(chǔ)知識和提高能力上，不可以也不應(yīng)該采用擴(kuò)大知識面，羅列各種新型電池的方法，因?yàn)楦呖济}貴在創(chuàng)新，不會照搬往年的試題.

例4 （2013年安徽-10）熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源.一種熱激電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物熔融后，電池即可瞬間輸出電能.該反應(yīng)的總反應(yīng)為PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb，下列有關(guān)說法正確的是（ ）.

A.正極反應(yīng)式：

Ca+2Cl--2e-CaCl2

B.放電過程中，Li+向負(fù)極移動

C.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7 g Pb

篇2

原電池部分 原電池反應(yīng)都是自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)

1、電極名稱：只要是直流電源，電極名稱是正、負(fù)極（不管是教材中的原電池，還是實(shí)際生活中應(yīng)用的電源）。

2、外電路的電子移動方向：（以Cu-Zn原電池原理為例子理解）從負(fù)極出發(fā)到正極。導(dǎo)致正極表面有大量的電子（負(fù)電荷），而使電解質(zhì)溶液中的溶液中帶正電和的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。原電池內(nèi)部離子的移動：因是正極表面由負(fù)極沿外接導(dǎo)線傳遞過來的電子，所以電解質(zhì)中的陽離子受正負(fù)電荷吸引只能向正極移動，陰離子向陽極移動。

3、原電池的正、負(fù)極的判斷與我們常說的金屬活潑性沒有必然的聯(lián)系，這里所說“金屬活潑性強(qiáng)是“負(fù)極”中的“活潑性”，我們應(yīng)這樣理解：電極材料在指定電解質(zhì)中的活潑性。如：鎂、鋁單質(zhì)材料為電極，電解質(zhì)為NaOH液構(gòu)成原電池時，就是鋁電極做負(fù)極；鐵、銅材料為電極，濃HNO3為電解液構(gòu)成原電池時，也不能武斷的判斷Fe為負(fù)極。（原電池的正負(fù)極，其實(shí)就是：誰提供電子誰就是負(fù)極，引伸到燃料電池，就是：充燃料的一極為負(fù)極，因燃料是還原劑，提供電子。）

4、原電池的兩個電極本身變化：①一個電極消耗，一個不消耗，如：教材上的Cu-Zn稀硫酸原電池。②兩個電極都消耗，如：生活中的鉛蓄電池。③兩個電極都不消耗，如：燃料電池。

5、書寫電極反應(yīng)方程式時：①產(chǎn)物要符合實(shí)際，如：電解質(zhì)是酸的，不能在方程式中有OH-出現(xiàn)；電解質(zhì)是堿的，不能有H+出現(xiàn)在電極反應(yīng)方程式中，是CH4燃料電池也不能出現(xiàn)CO2形式。②如果兩個電極反應(yīng)方程式都要求寫出時，一般說兩個式中的電子數(shù)目要相等；大多數(shù)原電池是一個電極消耗某粒子，另一極就生成該粒子，但不具代表性，如Cu-Zn原電池就不是。

6、若原電池的電解液是中性或堿性，大都是發(fā)生吸氧的電化學(xué)腐蝕原理。

電解原理部分 所有因電解發(fā)生的反應(yīng)，是依靠外接電源強(qiáng)制發(fā)生的氧化還原反應(yīng)

1、教材中的電解知識，一般是學(xué)習(xí)電解相應(yīng)的電解質(zhì)的水溶液，制取像NaOH等許多化工原料、精煉必要的一些金屬。也有少量工業(yè)討論電解熔融的電解質(zhì)，如電解法制取自然界不存在的如Na、K、Al、Mg、F2等單質(zhì)。

2、電解的裝置叫電解池，與電源正極相連的一極叫陽極，與電池負(fù)極相連的一極叫陰極。

3、兩個電極材料的選擇一般有兩類：惰性電極、活性電極。惰性電極常有石墨電極和鉑電極，在電解時電極本身不發(fā)生變化，但有可能陰極表面沉積金屬會使它增重。除惰性電極外，都是活性電極，在電解的過程中，陽極材料都參與反應(yīng)，被外接電源的正極奪走電子變成金屬陽離子，進(jìn)入溶液（注意：常見的Fe作陽極材料時，是變成Fe2+離子進(jìn)入溶液的，不是說電源正既然有很強(qiáng)的奪電子能力，而會變成Fe3+，因?yàn)槭撬芤?，涉及到“電極電勢”知識）。

4、電解過程中電解質(zhì)和溶劑的變化：①僅消耗電解質(zhì)，如電解氯化銅溶液，陰極析出銅單質(zhì)，陽極放出氯氣（即：活動性較差的金屬陽離子的非含氧酸鹽） ②電解質(zhì)和溶劑水都消耗，如：電解硫酸銅溶液，陰極析出銅單質(zhì)，陽極是水電離出的OH-放電生成氧氣（即：活動性較強(qiáng)的金屬陽離子的含氧酸鹽）③僅消耗溶劑，如電解H2SO4 、NaOH等含氧酸鹽、強(qiáng)堿。

5、溶液中離子的移動方向：而電解池的陰極是與外接電源的負(fù)極相接的，所以通俗的說就是陰極帶負(fù)電，只有溶液中的陽離子向它移動，能放電的離子在這里發(fā)生反應(yīng)，陰離子向陽極移動，至發(fā)生氧化反應(yīng)。

篇3

一、原電池

我們在電化學(xué)教學(xué)中，老師應(yīng)明確告訴學(xué)生：原電池反應(yīng)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。在滿足形成原電池的條件（兩電極、電解質(zhì)溶液、閉合）下，先正確地寫出自發(fā)的氧化還原反應(yīng)方程式（原電池反應(yīng)）并確定氧化劑和還原劑。還原劑一定在負(fù)極上反應(yīng)，氧化劑一定在正極上反應(yīng)。如果還原劑是金屬，則該金屬是原電池的負(fù)極，且正極與該金屬不同，如果還原劑不是金屬，則正負(fù)電極由其他電極代替且可相同。這樣，既可以根據(jù)原電池反應(yīng)判斷正負(fù)極和書寫電極反應(yīng)，也可以將自發(fā)的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池。

1.規(guī)律

負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（一般是負(fù)極本身失電子，除外界不斷補(bǔ)充的燃料電池）。

正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（一般是溶液中陽離子在正極上得電子，也可能是O2在正極上得電子如吸氧腐蝕或燃料電池，或正極本身得電子）。

2.分類

（1）一般原電池

①兩個活潑性不同的電極（金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬氧化物）；

②電解質(zhì)溶液，至少能與一個電極發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)，一般是置換反應(yīng)；

③兩電極插入電解質(zhì)溶液中且用導(dǎo)線連接，且形成閉合回路。

方法點(diǎn)睛：先分析兩電極材料相對活潑性，相對活潑的金屬作負(fù)極，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，形成陽離子進(jìn)入溶液；較不活潑的金屬作正極，溶液中的陽離子按放電強(qiáng)弱順序在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應(yīng)。如金屬Fe、Cu、稀鹽酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Fe。

但是具體情況還應(yīng)具體分析，如金屬Fe、Cu、濃硝酸構(gòu)成的原電池中，由于Fe比Cu活潑，但負(fù)極卻是Cu（Fe、Al在濃硝酸中鈍化，不能繼續(xù)反應(yīng)，而Cu可以與濃硝酸反應(yīng)）。

（2）燃料電池

燃料電池大多數(shù)是由可燃性物質(zhì)（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質(zhì)溶液共同組成，雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的電極上反應(yīng)，但總方程式相當(dāng)于可燃物在氧氣中燃燒。因?yàn)樯婕半娊赓|(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物（一般為CO2）可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總方程式。

（3）鹽橋在原電池反應(yīng)中起到作用

在教學(xué)中常常有學(xué)生問，原電池中鹽橋到底起到什么樣的作用。對于此問題，很多老師怕增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，往往就會簡單地告訴學(xué)生，鹽橋是起到導(dǎo)電作用；鹽橋中的陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動。這樣回答的話，學(xué)生往往產(chǎn)生另外一個問題：溶液中的陰陽離子可以定向移動而導(dǎo)電，為什么偏偏要把兩個半反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行，中間加上鹽橋呢？其實(shí)鹽橋除了上面所說的導(dǎo)電作用外，還有個很重要的作用是，避免負(fù)極材料直接與正極的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，這樣原電池能持續(xù)穩(wěn)定的放電，從而使原電池具有實(shí)用價值。另外鹽橋的存在可以平衡兩個反應(yīng)容器內(nèi)的電荷，使得反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。其實(shí)上述三者的作用又不是孤立存在，而是相互依賴，相互影響的。

二、電解池

電解池反應(yīng)是強(qiáng)制的氧化還原反應(yīng)。在滿足形成電解池的條件（電解質(zhì)溶液導(dǎo)電）下，根據(jù)陽離子的氧化性順序、陽極活性及陰離子的還原性順序，正確的寫出電解池反應(yīng)并確定氧化劑和還原劑。還原劑一定在陽極上反應(yīng)，氧化劑一定在陰極上反應(yīng)。如果還原劑是金屬，則該金屬是電解池的陽極（陰極任選）；如果還原劑不是金屬，則陽極是惰性的。這樣，既可以根據(jù)電解池反應(yīng)判斷陰、陽極和書寫電極反應(yīng)，也可以將溶液中或離子晶體熔化時不能自發(fā)的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成電解池反應(yīng)。但要注意的是，惰性電極電解溶液時最后階段可能是電解水。

1.規(guī)律

陽極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)（可以是溶液中陰離子在陽極上失電子，也可以是陽極電極材料本身失去電子）。

陰極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（溶液中陽離子在陰極上得電子）

2.放電順序

（1）陽極為惰性電極如石墨或Pt時，只需考慮電解質(zhì)溶液中所有陰離子的放電，電極本身不參與放電。

（2）陽極為活性電極如Fe、Cu、Ag時，則活性電極本身失去電子生成相應(yīng)的陽離子。

陽極放電順序：活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-

（3）陰極的電極材料本身不參加反應(yīng)，溶液中所有陽離子的放電順序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（H+酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+（注意Fe的兩種離子和H+的位置）

3.電極反應(yīng)書寫

首先看是否有活潑電極做陽極；然后看溶液中有哪些陰離子和陽離子；最后看哪種離子先放電。

篇4

圍繞教學(xué)大綱，合理安排教學(xué)內(nèi)容

我校作為一個工科院校，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)自身的特點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃決定了《電化學(xué)分析》課程應(yīng)側(cè)重于分析方法在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，但側(cè)重于應(yīng)用不代表可以忽視課程的基本理論。有過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人都知道對一種分析方法使用的熟練程度和掌握的深度，與該方法的基本原理有著不可分割的關(guān)系，只有掌握了分析方法的基本原理和影響方法準(zhǔn)確性的因素等，在應(yīng)用過程中遇到問題時才能夠有資料可供參考，從而思考引起問題的原因和解決問題的辦法，才能夠得到準(zhǔn)確無誤、讓人信任的分析結(jié)果。因此，這門課程理論部分的學(xué)習(xí)要和實(shí)踐部分實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合。課程的內(nèi)容主要是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中經(jīng)常使用的電化學(xué)分析方法技術(shù)和相關(guān)的儀器設(shè)備的基本原理，以及影響電化學(xué)分析方法準(zhǔn)確度、精確度和靈敏度的因素，推測在使用過程中可能遇到的難題及解決的辦法等。[2]除了常用的分析方法外，還可以將科學(xué)發(fā)展過程中出現(xiàn)的電化學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)展和新技術(shù)安排到教學(xué)內(nèi)容中，結(jié)合科學(xué)研究前沿領(lǐng)域，開拓學(xué)生知識面和學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生注意與本專業(yè)應(yīng)用內(nèi)容相關(guān)的研究，增強(qiáng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

分析課程內(nèi)容特點(diǎn)，制定教學(xué)計(jì)劃

安排好教學(xué)內(nèi)容以后，經(jīng)過認(rèn)真研究教材，深入理解教材，多方參閱各種資料，以及在教學(xué)過程中不斷歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，總結(jié)出該課程的以下特點(diǎn)：（1）《電化學(xué)分析》課程為應(yīng)用化學(xué)質(zhì)量管理方向?qū)I(yè)課程，課程所安排內(nèi)容屬于在專業(yè)基礎(chǔ)課《儀器分析》和《電化學(xué)原理與應(yīng)用》基礎(chǔ)上向偏重于具體分析方法的更深一步的理論內(nèi)容，對于比較傳統(tǒng)的電化學(xué)分析方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)過上述兩門基礎(chǔ)課程以后，有了一定的理論基礎(chǔ)。（2）課程內(nèi)容為電化學(xué)分析方法的基本原理和理論，[3-4]如果不結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容授課或者與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不夠緊密，而是采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式把理論內(nèi)容灌輸給學(xué)生，使學(xué)生想象著實(shí)驗(yàn)裝置了解其理論，很難引起學(xué)生的興趣和達(dá)到預(yù)期的教學(xué)成果。（3）課程開設(shè)時間是第7個學(xué)期，即大學(xué)四年級的上學(xué)期。此時的學(xué)生主要面對的是畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的選題，查找和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案，撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行開題答辯。實(shí)驗(yàn)完成后還要撰寫畢業(yè)論文，進(jìn)行論文答辯等。

基于該課程的以上特點(diǎn)，對《電分析化學(xué)》理論課程教學(xué)進(jìn)行大膽改革嘗試，由傳統(tǒng)的老師講課為主，改變成教師講授部分較難理解的內(nèi)容，而部分較為容易理解，適合學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容，由老師布置相應(yīng)的問題，學(xué)生帶著問題課下自學(xué)，同時結(jié)合相關(guān)的電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生查閱電化學(xué)分析方法相關(guān)的中文和英文文獻(xiàn)，總結(jié)該分析方法在前沿科學(xué)研究中的發(fā)展和應(yīng)用，并按照科學(xué)學(xué)術(shù)論文的格式撰寫學(xué)習(xí)與文獻(xiàn)閱讀報(bào)告。并利用多媒體課件，制作PPT向老師和班級同學(xué)講述自己的學(xué)習(xí)過程、方法以及對所學(xué)部分內(nèi)容的理解與總結(jié)，講述過程可以占用部分課堂時間或者課余時間，同時老師對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和答疑。這種讓學(xué)生主動參與的方式有利于形成教師和學(xué)生互動，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種課程安排方式不但可以增強(qiáng)教學(xué)效果，還有利于鍛煉學(xué)生多方面的能力：（1）由學(xué)生帶著相應(yīng)的問題自主學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)，能夠訓(xùn)練學(xué)生思維能力和提取、加工、總結(jié)和歸納信息的能力，使學(xué)生感到學(xué)習(xí)的東西能夠?qū)W以致用，在一定程度上減少了學(xué)生對理論的排斥性和枯燥感覺。（2）查找和閱讀英文文獻(xiàn)過程中，能夠提高學(xué)生的專業(yè)英語水平。雖然很多院校都開設(shè)了專業(yè)英語課，但由于日常應(yīng)用的機(jī)會少，學(xué)習(xí)到的專業(yè)名詞等難以得到鞏固，顯得專業(yè)英語的難度比普通英語更大，這種現(xiàn)象在國內(nèi)的高校中普遍存在。本課程的安排迫使學(xué)生去在查閱文獻(xiàn)過程中學(xué)習(xí)電化學(xué)分析領(lǐng)域中常用的專業(yè)英語，并與學(xué)習(xí)的中文知識相對應(yīng)，能夠得到良好的鞏固。學(xué)生自身的專業(yè)英語水平得到了提高。（3）學(xué)生通過查找與講述所用電化學(xué)分析方法進(jìn)行科學(xué)研究的相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)文獻(xiàn)內(nèi)容，深入學(xué)習(xí)電化學(xué)分析方法的應(yīng)用，撰寫與科技論文或畢業(yè)論文相同格式的文獻(xiàn)閱讀報(bào)告，可以使學(xué)生進(jìn)一步提高文獻(xiàn)查找和閱讀的能力，熟練掌握文字處理軟件（如Microsoftword，WPS）的使用方法和技巧，初步鍛煉學(xué)生的科技論文寫作能力。（4）通過制作多媒體課件并在講臺上演示，可以鍛煉學(xué)生制作PowerPoint多媒體課件的能力和提高學(xué)生膽識及表達(dá)能力，促進(jìn)學(xué)生的思維。我校多數(shù)學(xué)生來自于農(nóng)村，且由于中學(xué)教學(xué)制度的問題，在校的學(xué)生中又有很大一部分沒有站在臺上面對多人進(jìn)行表演或者演講的經(jīng)驗(yàn)，特別是性格較內(nèi)向的學(xué)生，更沒有主動登上講臺表現(xiàn)自己的勇氣和自信。這些學(xué)生在畢業(yè)答辯及以后人生面對同樣的情況時，難免會影響其表現(xiàn)。課程安排學(xué)生上臺講述，給予學(xué)生鍛煉其表達(dá)能力、增強(qiáng)其信心的機(jī)會，對學(xué)生是一種很好的鍛煉。

教學(xué)效果評價

在本課程結(jié)束后，我們通過問卷調(diào)查的方式，向?qū)W生了解他們對本課程采取的教學(xué)方法的看法和效果評價。調(diào)查結(jié)果表明：通過教師和授課與學(xué)生自學(xué)講述相結(jié)合的教學(xué)方式，90%以上的同學(xué)認(rèn)為：這樣的教學(xué)方式能夠讓他們真正學(xué)到知識，特別是自己參與講述的內(nèi)容印象最深，掌握得最牢固；通過系列的鍛煉，自己的文獻(xiàn)檢索、閱讀能力、自主學(xué)習(xí)能力、分析、歸納和解決問題的能力、寫作表達(dá)能力和自信心都有不同程度的提高。這說明我們這種教學(xué)方法有其獨(dú)特的優(yōu)勢，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生的綜合能力。

存在的問題

該課程安排和教學(xué)方法能夠提高學(xué)生的綜合能力，但是，有部分學(xué)生反映，在自學(xué)和準(zhǔn)備自己講述內(nèi)容的過程中，查閱文獻(xiàn)、撰寫總結(jié)報(bào)告和制作多媒體課件，會花費(fèi)大量的時間，有可能影響到其他課程的學(xué)習(xí)；同時，由于學(xué)生自學(xué)水平的差異，個別同學(xué)自學(xué)時無法把握重點(diǎn)，耗費(fèi)大量精力和時間來追求面面俱到，反而會影響學(xué)習(xí)熱情。

篇5

關(guān)鍵詞電化學(xué)；水處理；技術(shù)應(yīng)用；工藝

Abstract: This paper analyzed and compared in detail according to the main water treatment technology, through the electrochemical water treatment technology and careful study of the characteristics and the main technological process, help of electrochemical water treatment technology has been more widely used in practice. According to the analysis of the main technical principle and scope of application, to strengthen its presence in the actual operation effect, so that this technology can get better development, better reasonable treatment of the polluted water resources, protection of environment and development will be placed in the most important position.

Key words electrochemistry; water treatment; application of technology; Technology

中圖分類號：TU45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號：2095-2104（2012）01-0020-02

水資源是人類賴以生存和發(fā)展的關(guān)鍵，如何很好的保護(hù)水資源，減少對其污染和危害，是現(xiàn)今一項(xiàng)比較被人們關(guān)注的話題。在實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用當(dāng)中，運(yùn)用多種水處理的技術(shù)，對水資源進(jìn)行合理的處理，不僅可以很好的保護(hù)環(huán)境，維持生態(tài)自然資源的可持續(xù)性發(fā)展，更是可以使人們的飲用水安全問題得到有效的解決。在我國的許多地區(qū)，尤其是南方的農(nóng)村地區(qū)，水資源的安全問題是一項(xiàng)比較嚴(yán)峻的問題，所以，大力的建設(shè)水處理設(shè)備工藝，有著多個方面的重要作用和意義。文章根據(jù)現(xiàn)今水處理的主要工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析，對電化學(xué)水處理技術(shù)進(jìn)行細(xì)致的探究，綜合的得出其主要的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，通過對主要的工藝流程進(jìn)行剖析，可以幫助進(jìn)一步的了解這項(xiàng)水水處理技術(shù)，加強(qiáng)其在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。下文將從多個方面對其進(jìn)行詳細(xì)的分析，為水處理技術(shù)工藝的發(fā)展做出微薄的貢獻(xiàn)。

水處理主要技術(shù)及電化學(xué)處理的分類

現(xiàn)今，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，社會的不斷進(jìn)步，人民物質(zhì)生活水平的不斷提升，水資源污染問題也是越來越嚴(yán)重，在我國的許多地區(qū)，都出現(xiàn)有不同程度的水資源安全不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況，嚴(yán)重的危害著自然環(huán)境安全和人民的身體健康，所以，很好的建設(shè)其水處理設(shè)備工藝，對水資源的污染情況進(jìn)行有效的解決，是現(xiàn)今的一項(xiàng)重點(diǎn)問題。一般的來講，水處理的技術(shù)分為多個方面的類型，其中較為常見及常用的有離子交換技術(shù)、膜滲透技術(shù)、電滲析技術(shù)以及復(fù)合多介質(zhì)過濾技術(shù)和電絮凝技術(shù)，根據(jù)在實(shí)際中的操作情況來看，離子交換技術(shù)和膜滲透技術(shù)雖然有著較為顯著的使用效果，但是其對成本的控制不是非常的到位，對于一些較為貧困的地區(qū)，這樣的方式顯然不是最佳的水處理方式。所以，在水處理的方式選擇上，既要考慮實(shí)際的使用操作效果，也要考慮管理的簡易性，同時還要兼顧對環(huán)境的保護(hù)和友好程度，合理的控制工藝技術(shù)的成本，這對于維持當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)效益，維護(hù)社會環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展有著至關(guān)重要的作用和意義，所以，在選擇水處理技術(shù)方面，需要進(jìn)行實(shí)際的探究和慎重的考慮。一般的來講，電化學(xué)水處理技術(shù)是現(xiàn)今使用比較廣泛的技術(shù)之一，其中，還分為多個種類，包括有電滲析技術(shù)、電絮凝技術(shù)和電催化氧化技術(shù)，本文將詳細(xì)的探究和分析電滲析技術(shù)和電絮凝技術(shù)的工作原理和工藝流程，對其主要的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的解析，使電化學(xué)水處理技術(shù)在實(shí)際當(dāng)中得到更加廣泛的應(yīng)用，更好的對污染的水資源進(jìn)行合理的處理。

電滲析技術(shù)原理及過程

電滲析技術(shù)，是屬于膜分離技術(shù)的一個種類，電滲析技術(shù)利用其特殊的裝置設(shè)備，將陰陽離子交換膜交替的排列在正負(fù)的電極之間，使其進(jìn)行有序的排列，同時，利用特制的隔板，將其進(jìn)行隔開，組成兩個系統(tǒng)，即淡化系統(tǒng)和濃縮系統(tǒng)，通過直流電場的作用，將電位差作為其主要的推動力，依據(jù)離子交換膜的選擇通透性原理，將電解質(zhì)有效的從水源中分離出來，達(dá)到對其凈化的目的和效果。電滲析技術(shù)在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用比較的廣泛，有著多個方面的優(yōu)點(diǎn)，首先，這種水處理技術(shù)能量消耗較低，整個過程對能源的損耗量一直都處于比較低的狀態(tài)，有利于進(jìn)行能源的保護(hù)和節(jié)能利用；第二點(diǎn)，電滲析技術(shù)藥劑的消耗量比較的少，同時對環(huán)境的污染情況也是比較的小，所以是一項(xiàng)較為環(huán)保的水處理技術(shù)；第三點(diǎn)，電滲析技術(shù)操作較為便捷，可以很好的幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)械及設(shè)備的自動化處理及操作，管理起來也很容易；第四點(diǎn)，其主要的水處理設(shè)備較為耐用，可維護(hù)性較強(qiáng)，預(yù)處理等方面也很簡單。但是，電滲析技術(shù)也有著自身的劣勢所在，在實(shí)際的運(yùn)行和操作當(dāng)中，比較容易發(fā)生濃縮差化，從而結(jié)垢。所以，綜合以上分析，電滲析技術(shù)雖然有其特殊的優(yōu)勢所在，但是也有其劣勢正，在實(shí)際的操作和應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注意對這方面的重視，揚(yáng)長避短，用最佳的方式對水源進(jìn)行最合理的處理。

分析完電滲析技術(shù)的主要技術(shù)原理和特點(diǎn)，接下來對其主要的過程進(jìn)行細(xì)致的分析。電滲析技術(shù)的過程分為幾個種類，即倒極電滲析、填充電滲析、高溫電滲析和雙極性膜電滲析，下文將對這幾種電滲析的過程進(jìn)行詳細(xì)的分析和闡述。

第一，倒極電滲析，這種方式為電滲析的發(fā)展提供了一個極為重要的方向，通過多種技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用和LED原理，每隔一段時間，正負(fù)的電極極性相互之間進(jìn)行交換，較為頻繁的倒極，這樣的方式，可以非常有效的清洗離子交換膜之內(nèi)的污垢，同時對電極表面形成的污垢，也有非常好的清洗作用和效果，從這一方面來對離子交換膜的長期使用作出穩(wěn)定的保障，對其長期的使用穩(wěn)定性也堅(jiān)定了基礎(chǔ)。在實(shí)際的使用和操作當(dāng)中，有著極為顯著的效果，水的回收率往往可以達(dá)到百分之九十以上，同時，使用的壽命較長，管理起來較為簡易，和其他的技術(shù)方法相比，有著其特殊的優(yōu)勢所在。

第二，填充電滲析。這種方式是將電滲析的技術(shù)特點(diǎn)和離子交換的技術(shù)特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來的一種新的技術(shù)方式，綜合了這兩種技術(shù)的特點(diǎn)和長處，對其相應(yīng)的缺點(diǎn)進(jìn)行了有效的補(bǔ)充，所以，在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用效果比較的顯著，很好的提升了電流的密度以及電流效率的合理運(yùn)用。

第三，高溫電滲析和雙膜電滲析。高溫電滲析技術(shù)其主要的特點(diǎn)在于可以很好的使溶液密度下降，從而達(dá)到提升擴(kuò)散速度以及增加溶液導(dǎo)電性的效果，同時，還可以對膜的導(dǎo)電性進(jìn)行有效的增強(qiáng)，進(jìn)而提高允許的密度，將設(shè)備的生產(chǎn)能力進(jìn)行顯著的提高，或者對動力的消耗進(jìn)行合理的降低，減少處理的費(fèi)用，提高設(shè)備的使用壽命和性能，在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中效果比較的明顯。通過一系列的實(shí)現(xiàn)證明，高溫電滲析這項(xiàng)技術(shù)其在有余熱可以進(jìn)行利用的工廠，適用程度更高，可以達(dá)到更加合理的效果。最后一個，雙極性膜電滲析，這項(xiàng)技術(shù)由層壓在一起的陽離子交換膜以及陰離子的交換膜和兩層膜之間的中間層進(jìn)行構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較為緊密，在實(shí)際的使用和操作當(dāng)中，當(dāng)陽極和陰極之間施加一定的電壓時，電荷通過離子之間進(jìn)行有效的傳遞，達(dá)到分析溶液當(dāng)中的電解質(zhì)的目的，同時，如果當(dāng)中沒有離子存在，則電流由水解電力的氫離子以及氫氧根進(jìn)行很好的傳遞，所以，這項(xiàng)技術(shù)不受情況的局限性所影響，可以在很多情況下發(fā)揮自身應(yīng)有的功效，達(dá)到最佳的水處理效果，在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用也是比較的廣泛。

電絮凝技術(shù)原理及過程

通過對電滲析技術(shù)的主要原理及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，對常見的電滲析過程進(jìn)行簡要的探究，可以幫助對電化學(xué)的水處理技術(shù)有著一個較為初步的了解和掌握，有效的提升在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的操作效果。下文將對另外一種電化學(xué)水處理技術(shù)，即電絮凝技術(shù)進(jìn)行深入的探究，分析其特點(diǎn)和主要的技術(shù)過程，加強(qiáng)在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用。電絮凝技術(shù)通過對化學(xué)絮凝當(dāng)中的陽離子進(jìn)行凝集，與表面的電荷進(jìn)行中和反應(yīng)，涉及水污染的物質(zhì)以及電場的反應(yīng)，很好的運(yùn)用了電產(chǎn)生的氧化及還原反應(yīng)，進(jìn)行污染水源的處理和清潔。在目前的情況下，主要的設(shè)計(jì)工藝不能很好的滿足廢水處理場合，而通過電絮凝技術(shù)的應(yīng)用，可以在較低的經(jīng)濟(jì)投資之下，實(shí)現(xiàn)水之源的有效處理，對其中的污染物質(zhì)進(jìn)行合理的清除，達(dá)到應(yīng)有的目的和效果。通過電絮凝技術(shù)的采用，可以使水源當(dāng)中的絮體含水量減少，在實(shí)際的使用和操作過程當(dāng)中，比較的穩(wěn)定，管理比較的便捷，尤其對于較為貧困的地區(qū)來講，合理的利用電絮凝的水處理技術(shù)，對當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展和經(jīng)濟(jì)情況將有著重大的幫助作用。

電絮凝技術(shù)，是在電解質(zhì)溶液當(dāng)中，可溶性電極被氧化，從而形成金屬離子，隨著金屬離子的進(jìn)一步氧化，得出一系列的產(chǎn)物，通過多種不同的方式，有效的使污染物質(zhì)進(jìn)行聚集，達(dá)到處理水資源中污染物質(zhì)的效果和目的。并且這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中有著較為顯著的效果，可以很好的解決水資源當(dāng)中污染物質(zhì)較為嚴(yán)重的問題。在反應(yīng)的體系當(dāng)中，氫離子放電，釋放出氫氣，可以很好的起到還原的作用，在反應(yīng)過程當(dāng)中，有機(jī)物質(zhì)在電極的表面發(fā)生一系列的氧化作用，使原有的物質(zhì)結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步的破壞掉，達(dá)到降解的效果和作用，對于氫氧根等等，有著極強(qiáng)的氧化作用。

結(jié)束語

綜上所述，通過對電絮凝技術(shù)和電滲析技術(shù)的探究和分析，可以進(jìn)一步的加強(qiáng)電化學(xué)水處理技術(shù)在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用，有效的提高其使用性和操作性。通過對這兩項(xiàng)主要的電化學(xué)水處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，可以從多個方面多個角度對比其優(yōu)勢和劣勢，從而在實(shí)際的使用和操作當(dāng)中，加強(qiáng)效果，更好的進(jìn)行水源污染問題的解決，幫助解決人民群眾的飲水安全問題，同時通過對設(shè)備成本和管理的有效控制，可以很好的對經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展情況進(jìn)行把握，在維護(hù)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展的同時，維持經(jīng)濟(jì)效益，為水源的安全處理提供更為廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

楊定建.淺析水處理技術(shù)及工藝流程【J】.現(xiàn)代工業(yè)資訊，2005（7）

篇6

摘要:

采用二步電壓氧化法制備了兩組孔徑及孔密度不同的TiO2納米多孔薄膜，利用電化學(xué)測試方法對制備出的TiO2納米多孔薄膜的開路電位-時間曲線、交流阻抗譜圖以及計(jì)時電流曲線進(jìn)行了測試，研究了多孔薄膜材料的孔徑及孔密度對材料光電化學(xué)性能以及比表面積的影響。結(jié)果表明，制備出的具有不同孔徑和孔密度的試片在光照情況下的電化學(xué)反應(yīng)電阻均明顯下降，相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生;增大薄膜材料的比表面積有利于提高其光電性能，性能最佳的薄膜材料的孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2。

關(guān)鍵詞:

TiO2;納米多孔薄膜;陽極氧化;孔徑;孔密度

引言

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，能源危機(jī)日益臨近，環(huán)境污染問題及可再生新能源的開發(fā)越來越得到各國的重視。環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展已成為人類必須考慮的首要問題。而太陽能是一種無污染并且取之不盡的可持續(xù)使用的能源。為實(shí)現(xiàn)太陽能的高效利用，研究效率高的光催化劑、光電化學(xué)電池以及太陽能電池等成為目前科學(xué)研究界的前沿領(lǐng)域［1］。TiO2作為一種來源豐富、價格低廉、性能穩(wěn)定、對環(huán)境友好，并具有多種功能特性的半導(dǎo)體材料，一直以來在化工、電子、能源及環(huán)保等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值［2-5］。TiO2納米材料在眾多領(lǐng)域特別是作為高效催化劑和低成本染料敏化太陽能電池光陽極中廣泛應(yīng)用成為各大領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［6］。然而TiO2只能利用紫外光，導(dǎo)致材料本身在太陽能利用方面效率偏低。因此，如何擴(kuò)展TiO2的光譜響應(yīng)范圍，提高其光電性能一直以來被廣大學(xué)者所關(guān)注。本文采用二步電壓氧化法制備了具有不同孔徑及孔密度的TiO2納米多孔薄膜，通過測試TiO2納米多孔薄膜的開路電位-時間曲線，交流阻抗譜圖以及計(jì)時電流曲線研究了多孔薄膜材料的孔徑以及孔密度對材料光電化學(xué)性能以及比表面積的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1．1TiO2納米多孔薄膜制備方法首先對鈦片基體進(jìn)行封裝和預(yù)處理，去除試樣表面的氧化膜及油污層，封裝及預(yù)處理步驟如下:1)將TA2鈦片裁剪為80mm×20mm×0．15mm的試樣，利用AB膠以及載玻片將裁剪好的鈦箔進(jìn)行封裝，留出15mm×15mm的待氧化區(qū)以及適當(dāng)面積的導(dǎo)電連接區(qū)，如圖1所示;2)用浸有丙酮的脫脂棉球擦拭鈦片待氧化區(qū)表面，以去除封裝過程中表面殘留的AB膠以及部分油污;3)將封好的試片放入5%NaOH溶液中，在50℃下浸泡5min，蒸餾水清洗;4)將封好的試片放入0．5mol/L的硫酸溶液中室溫下浸泡10s，蒸餾水沖洗;5)以鈦基鍍鉑網(wǎng)為陽極，封好的試片為陰極，在電化學(xué)除油液中于10V電壓下對試片進(jìn)行陰極電解除油15s，蒸餾水沖洗干凈后備用。采用硫酸溶液為電解液，將預(yù)處理后的試片與電源正極相連接，將作為對電極的鈦基鍍鉑網(wǎng)與電源負(fù)極相連接，應(yīng)用二步電壓施加方式進(jìn)行陽極氧化制備TiO2納米多孔薄膜［7-8］。為研究孔徑、孔密度對光電化學(xué)性質(zhì)的影響，參考之前的制備條件［9-10］，分別氧化制備了兩組樣品，一組是孔徑大小相似但孔密度不同的樣品，另一組為孔密度大小相似但孔徑不同的樣品。

1．2TiO2納米多孔薄膜的性能表征采用CHI660E電化學(xué)工作站在室溫下進(jìn)行電化學(xué)測試。以制備的TiO2納米多孔薄膜試片為工作電極，鉑片為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，0．25mol/L的NaSO4溶液為電解液，組成三電極體系。電化學(xué)測試時將組裝好的三電極體系放置于光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的升降臺上，調(diào)整升降臺的高度以及三電極體系的位置，使反應(yīng)器中用于模擬太陽光的內(nèi)置氙燈光源(Solar-500)的光束能夠垂直照射到納米多孔薄膜表面。測試裝置如圖2所示。分別采用開路電位-時間曲線、計(jì)時電流-時間曲線以及交流阻抗譜圖的測試方法對試片的光電性能、比表面積等進(jìn)行表征。開路電位-時間曲線的測試在光照與非光照兩種情況下交替進(jìn)行，總的測試時間t為400s，光照與非光照的交替間隔t為100s。計(jì)時電流-時間曲線在非光照條件下測試，根據(jù)穩(wěn)定電位設(shè)置測量參數(shù)，其中初始電位和高電位均設(shè)置為開路電位，Δφ為10mV，設(shè)定低電位，選擇負(fù)向階躍，半周期為25ms。該方法測試比表面積的原理實(shí)質(zhì)是采用恒電位階躍法測試電極真實(shí)表面積。根據(jù)雙電層理論，當(dāng)電極浸入電解液時，電極與溶液界面之間總存在雙電層。在參比電極與研究電極之間施加小幅度的恒電位方波(方波幅值Δφ)，則流經(jīng)研究電極的電流全部用于雙電層充電，隨著時間推移，充電電流逐漸減小，并且呈現(xiàn)如圖3所示的變化規(guī)律。圖3中陰影部分的面積為雙電層電容器充電的電量Q，Δφ為電位階躍值，i為響應(yīng)電流，對i在響應(yīng)時間t內(nèi)進(jìn)行積分即可計(jì)算出充電電容Cd。以汞電極雙層充電電容值為標(biāo)準(zhǔn)值，記作CN，表示單位真實(shí)表面積上的電容值，從而可計(jì)算出研究電極的真實(shí)表面積S真，再手工測定研究電極的表觀表面積S表，就可算出研究電極的比表面積S比。交流阻抗譜圖的測試在光照及非光照兩種條件下進(jìn)行測試，測試電位為開路電位，電壓幅度為5mV，頻率范圍為10mHz～10kHz，測試所得的交流阻抗譜圖采用ZSimpWin軟件進(jìn)行模擬，等效電路圖如圖4所示。采用JEOLJSMΔφ6700F掃描電子顯微鏡測試氧化鈦薄膜的表面形貌，在測試圖片上任選5個微孔測量孔徑并求出孔徑平均值作為孔徑數(shù)據(jù);在測試圖片上數(shù)出單位標(biāo)尺面積內(nèi)的孔的個數(shù)，通過圖片標(biāo)尺數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，求出每平方厘米內(nèi)的孔的個數(shù)作為孔密度數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與討論

2．1孔密度對TiO2多孔薄膜光電特性的影響為研究孔密度對于制備的TiO2納米多孔薄膜光電特性的影響，根據(jù)之前的研究結(jié)果［9-10］，制備了一組孔徑大小相似，但是孔密度相差較大的TiO2納米多孔薄膜試片，并采用開路電位-時間曲線、計(jì)時電流-時間曲線以及交流阻抗圖譜對制備出的試片的光電化學(xué)性能進(jìn)行了分析。測試結(jié)果如圖5及表1所示。圖5為不同孔密度的TiO2納米多孔薄膜開路電位-時間曲線，表1為相應(yīng)的開路電位在光照和非光照下的變化值。由于光照能夠促使納米TiO2多孔薄膜表面產(chǎn)生光生電子及空穴對，生成的光生電子及空穴緊接著發(fā)生分離并擴(kuò)散至電極與溶液接觸面形成的雙電層界面，使雙電層的帶電狀況發(fā)生變化，進(jìn)而改變雙電層的結(jié)構(gòu)，雙電層結(jié)構(gòu)的變化最終導(dǎo)致電極開路電位即穩(wěn)定電位數(shù)值的改變。因此通過測試電極在光照及非光照兩種情況下的開路電位，計(jì)算出該電位數(shù)值的變化，即Δφ來評價材料對于光的敏感性，電極材料對光照越敏感，開路電位的變化值越大，即材料的光電性能越好。從圖5及表1的測試結(jié)果可以看出，當(dāng)孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2時，試片在光照和非光照時開路電壓的變化值Δφ最大，即該孔徑及孔密度的TiO2多孔薄膜對光照最敏感，具有最佳的光電化學(xué)特性。圖6、圖7分別為無光照及光照下不同孔密度的TiO2納米多孔薄膜的交流阻抗譜圖，表2為相應(yīng)的交流阻抗譜圖的模擬數(shù)據(jù)。由于阻抗譜圖中阻抗半圓直徑的大小對應(yīng)著電化學(xué)反應(yīng)電阻的大小，阻抗半圓直徑越大即阻抗半圓弧越大意味著電化學(xué)反應(yīng)電阻越大，即電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行越困難，因此可以通過測試光照及非光照下試片材料阻抗譜圖，比較阻抗半圓直徑的大小來評價材料的光電化學(xué)性能。從圖6、圖7及表2的測試及模擬結(jié)果可以看出，所有試片在光照情況下的電化學(xué)反應(yīng)電阻均較非光照條件下明顯下降，即所有試片均對光照具有敏感性，光照時相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生。且經(jīng)過進(jìn)一步對比發(fā)現(xiàn)孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2的試片在光照及非光照下均具有最小的電化學(xué)反應(yīng)電阻，即該條件下的試片對光照最敏感，具有最佳的光電化學(xué)特性。此結(jié)論與開路電位-時間曲線的分析相一致。圖8為不同孔密度的TiO2納米多孔薄膜的計(jì)時電流-時間曲線，表3為通過對計(jì)時電流-時間曲線積分計(jì)算所得的相應(yīng)的比表面積數(shù)值。通過表3的數(shù)據(jù)可以看出，孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2的試片的比表面積最大，數(shù)值為11．30，而比表面積越大，越有利于提高材料的光電性能，由此可見該條件下的試片的性能應(yīng)最佳，此結(jié)論與之前的開路電位-時間曲線以及交流阻抗譜圖的分析結(jié)果相一致。綜合以上分析可以看出，當(dāng)孔徑大小在103nm左右時，光電性能最佳的TiO2納米多孔薄膜的孔密度為10×108個/cm2。

2．2孔徑對TiO2多孔薄膜光電特性的影響為研究孔徑對制備的TiO2納米多孔薄膜光電特性的影響，根據(jù)之前的研究［9-10］，并結(jié)合2．1的分析結(jié)果，制備了一組孔密度為10×108個/cm2左右，但是孔徑相差較大的TiO2納米多孔薄膜試片，并采用開路電位-時間曲線、計(jì)時電流-時間曲線以及交流阻抗譜圖對制備出的試片材料的光電化學(xué)性能進(jìn)行了分析。圖9為不同孔徑的TiO2納米多孔薄膜開路電位-時間曲線，表4為相應(yīng)的開路電位在光照和非光照下的變化值。從圖9及表4可以看出，當(dāng)孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2時，試片在光照和非光照時開路電壓的變化值Δφ最大，即該孔徑及孔密度的TiO2多孔薄膜對光照最敏感，具有最佳的光電化學(xué)特性。圖10、圖11分別為無光照及光照下不同孔徑的TiO2納米多孔薄膜的交流阻抗譜圖，表5為相應(yīng)的交流阻抗的模擬數(shù)據(jù)。從圖10、圖11及表5可以看出，所有試片在光照情況下的電化學(xué)反應(yīng)電阻均較無光照條件下明顯下降，即所有試片均對光照具有敏感性，在光照情況下相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生。且經(jīng)過進(jìn)一步對比發(fā)現(xiàn)，孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2的試片在光照及非光照下均具有最小的電化學(xué)反應(yīng)電阻，即該條件下的試片對光照最敏感，具有最佳的光電化學(xué)特性。此結(jié)論與開路電位-時間曲線的分析相一致。圖12為不同孔徑的TiO2納米多孔薄膜的計(jì)時電流-時間曲線，表6為通過對計(jì)時電流-時間曲線積分計(jì)算所得的相應(yīng)的比表面積數(shù)值。通過表6的數(shù)據(jù)可以看出，孔徑為103nm，孔密度為10×108個/cm2的試片的比表面積最大，數(shù)值為11．30。比表面積越大，越有利于提高材料的光電性能。由此可見該條件下的試片的性能最佳，此結(jié)論與開路電位-時間曲線以及交流阻抗譜圖的分析結(jié)果相一致。綜上分析可以看出，當(dāng)孔密度在10×108個/cm2左右時，電性能最佳的TiO2納米多孔薄膜的孔徑為103nm。

3結(jié)論

采用二步電壓氧化法制備了兩組孔徑及孔密度大小不同的TiO2納米多孔薄膜，采用電化學(xué)測試方法對制備的TiO2納米多孔薄膜的開路電位-時間曲線、交流阻抗譜圖以及計(jì)時電流-時間曲線進(jìn)行了測試，研究了TiO2納米多孔薄膜結(jié)構(gòu)，包括多孔薄膜材料的孔密度和孔徑對于材料光電化學(xué)性能以及比表面積的影響。結(jié)果表明，制備出的具有不同孔徑和孔密度的試片在光照情況下的電化學(xué)反應(yīng)電阻均明顯下降，相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生;增大薄膜材料的比表面積有利于提高其光電性能。當(dāng)孔徑大小在103nm左右時，光電性能最佳的TiO2納米多孔薄膜的孔密度為10×108個/cm2;而當(dāng)孔密度大小在10×108個/cm2左右時，光電性能最佳的TiO2納米多孔薄膜的孔徑為103nm。說明性能最佳的薄膜材料結(jié)構(gòu)為孔徑103nm，孔密度為10×108個/cm2。

參考文獻(xiàn)

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篇7

電化學(xué)DNA傳感器主要由表面固定了ssD-NA(單鏈DNA)[4]探針的電極金電極、玻璃電極和碳糊電極等)和檢測用的電化學(xué)雜交指示劑(即標(biāo)識物)兩部分構(gòu)成(如圖1所示)。為了提高雜交的專一性,ssDN段長度范圍一般從十幾個堿基到幾十個堿基,通常采用人工合成的短鏈寡聚脫氧核苷酸,其堿基序列與樣品中的靶序列互補(bǔ)。在適當(dāng)?shù)臏囟取H和離子強(qiáng)度條件下,固定在電極上的ssDNA與雜交緩沖溶液中的靶基因發(fā)生選擇性雜交反應(yīng)。如果樣品中含有完全互補(bǔ)的DN段則在電極表面形成dsDNA(雙鏈DNA),從而引起電極上電流值的變化,利用微分脈沖或循環(huán)伏安法可檢測出dsDNA雜交信號。電化學(xué)雜交指示劑是一類能與ssDNA和dsDNA以不同方式相互作用的電活性化合物,其電活性可使檢測時的測量電流增大,提高檢測靈敏度,但電化學(xué)雜交指示劑的加入使電化學(xué)信號的本底加大,使檢測的分辨率降低。提高電極上ssDNA探針的靈敏度,一方面與雜交指示劑對dsDNA和ssDNA的選擇性結(jié)合能力的差異有關(guān),另一方面與電極表面特異性吸附有關(guān)[5]。目前選用的嵌合劑均為單嵌合劑,可以考慮選用雙嵌合劑和三嵌合劑。利用其“分子剪刀”的功能,改善其靈敏度和選擇性。選用磷酸緩沖底液進(jìn)行檢測,可避免對指示劑的非特性吸附[6]。在基因檢測方面采用計(jì)時電勢信號轉(zhuǎn)換模式(PSA)檢測,比伏安法靈敏度高,并能獲得有效的背景補(bǔ)償,可在5~20min短時間內(nèi)檢測納克(ng)的目標(biāo)DNA序列[7]。采用光刻沉積技術(shù)制備的金膜作為傳感電極[8],與巰基修飾的寡核苷酸探針自組裝成的電化學(xué)核酸傳感器,濃度檢測線性范圍為1.5~50nmol/L。以肽核酸[9](PNA)代替ssDNA作為探針分子修飾到電極表面,電極表面上的PNA仍能保持其在溶液中專一和有效的雜交特性,PNA識別層使傳感器具有更高的靈敏度和專一性,雜交速度快,并且不受離子強(qiáng)度的影響。

2電化學(xué)DNA傳感器的分類

DNA修飾電極是電化學(xué)DNA傳感器的重要部分,該類傳感器也多以此進(jìn)行分類。ssDNA修飾(或固定)到電極上的方法,現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在自組裝膜法、吸附結(jié)合法、表面富集法、共價鍵結(jié)合法、化學(xué)免疫法、組合法、生物素-親和素反應(yīng)法和LB膜法等。本文主要敘述以下幾種:

2.1吸附結(jié)合法

該方法是將碳糊電極放到含DNA探針分子的乙酸緩沖溶液中在一定電位下活化電極,然后在控制電位下吸附富集探針分子,最后用磷酸緩沖溶液淋洗后便可使用。其特點(diǎn)是簡單、靈活,但穩(wěn)定性不夠。Pang[3,10]等研究證明,ssDNA在汞電極上的吸附性質(zhì)為化學(xué)吸附,生成吸附化學(xué)鍵,質(zhì)子化的ssDNA分子通過嘌呤和嘧啶堿基上芳香雜環(huán)的π鍵鍵合而吸附到汞電極上。Hashimoto[11,12]等采用吸附法在平面熱解石墨電極上固定了DN段。他們[12]還通過化學(xué)吸附在金電極表面修飾了20mer的DNA探針,該探針與v-myc基因部分互補(bǔ)。Wang等[13]利用電化學(xué)富集方法將DNA修飾到碳糊電極(CPE)上,制成DNA探針修飾電極。

2.2自組裝膜法

即基于分子的自組作用,在固體表面自然形成高度有序的單分子層膜的方法。在DNA技術(shù)中,一般是利用帶巰基(—SH)的化合物在金電極表面上可以形成自組裝單分子膜的特性來固定核酸。其特點(diǎn)是表面結(jié)構(gòu)高度有序,穩(wěn)定性好,有利于雜交;但對巰基化合物修飾的DNA的純度要求較高,分離提純操作較煩瑣。白燕[14]等人利用自組裝單分子膜技術(shù),考察了ssDNA/Au電極、dsDNA/Au電極的指示劑氧化峰電流。研究表明,ssDNA/Au電極、dsDNA/Au電極的指示劑氧化峰電流響應(yīng)值之差與互補(bǔ)DNA濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,據(jù)此可以識別特定序列的DNA,并對其進(jìn)行定量。陸琪[15]等人采用先進(jìn)行—SH化合物自組裝,得到自組裝單分子層,再在其上共價鍵合或吸附固定DNA的方法,制備DNA修飾電極,克服了由于—SH修飾的DNA難以合成,并且需要分離提純,操作繁瑣的缺點(diǎn)。Xu[16]等先將4_巰基丁基膦酸(MBPA)在純乙醇中固定到硅晶片的金膜上,然后再與Al3+反應(yīng),形成一層包含Al3+的膜,再通過Al3+與DNA之間的靜電作用將ssDNA固定到電極上。

2.3共價鍵結(jié)合法

該法首先對電極進(jìn)行活化預(yù)處理,以引入活性鍵合基團(tuán),然后進(jìn)行表面的有機(jī)合成,通過共價鍵合反應(yīng)把探針分子修飾到電極表面。如在氧化的玻碳電極表面,以一種水溶液的乙基_(3_二甲基丙基)碳二亞胺鹽酸和N_羥基磺基琥珀酰亞胺作為偶聯(lián)活化劑,小牛胸腺DNA和多聚脫氧鳥苷酸、多聚脫氧胞苷酸片段通過與活化的電極表面(O_?；愲?形成磷酰胺鍵共價結(jié)合到電極表面。其特點(diǎn)是修飾層穩(wěn)定,易進(jìn)行分子雜交,但由于電極表面活性位點(diǎn)有限,表面合成又是異相反應(yīng),因而固定的DNA量有限,響應(yīng)信號小。S.Lin[17~19]采用共價鍵法,成功地在石墨電極上固定了DNA探針。趙元弟等[20]采用巰基化合物自組裝/共價鍵合反應(yīng)的逐層固定方法,將雙鏈DNA固定到金電極表面,得到DNA修飾電極,并對該電極表面進(jìn)行了電化學(xué)和X射線光電子能譜表征,研究了電極表面固定化小牛胸腺DNA和一種具有10堿基長度的寡聚核苷酸探針分別與溶液中DNA的表面分子雜交情況。

2.4化學(xué)免疫法

在免疫傳感器的研究及應(yīng)用方面,本課題組研究了多種Nafion膜修飾微鉑電極對溶液中NO的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究[21~24],并用自行設(shè)計(jì)合成的大環(huán)鎳制成了Nafion膜修飾電極,實(shí)現(xiàn)了對多巴胺和腎上腺素這兩種哺乳動物的重要神經(jīng)遞質(zhì)的同時測定[25];用PVC膜修飾的免疫電極采用流動注射分析了乙肝抗原[26];通過戊二醛偶聯(lián)乙肝表面抗體(抗-HBs),用自組裝的硫脲單分子層金免疫電極,檢測了乙肝表面抗原[27]。采用了溶膠-凝膠(sol-gel)技術(shù),成功將乙肝表面抗體(HBsAb)包埋于sol-gel中,此方法可用于檢測乙肝表面抗原HBsAg[28]。同時結(jié)合溶膠-凝膠(sol-gel)和交聯(lián)技術(shù),將乳腺癌抗體固定在鉑盤電極表面的氨基化sol-gel功能膜上,用于檢測乳腺癌抗原(CA15-3)的免疫傳感器[29]等。利用化學(xué)免疫法固定DNA首先在電極表面鍵合抗生蛋白(avidin),然后利用抗生蛋白與生物素之間的親和作用,使其與5′端標(biāo)記有生物素(biotin)的DNA結(jié)合,因而將DNA固定于電極表面。Yoshio[30]利用avidin與biotin的基本反應(yīng)通過多層分子組裝將dsDN段固定化,用以測定相對分子質(zhì)量小的有機(jī)物質(zhì)和氯代聯(lián)苯、氯代酚、雙酚A、溴化乙啶等。

2.5組合法

該法是將化學(xué)修飾劑與電極材料混合以制備組合修飾電極。Millan[31]將18_烷基胺或18_烷基酸混入碳糊中,得到修飾的碳糊電極。在DEC存在下,18_烷基胺的氨基與ssDNA5′末端的磷酸基形成磷酰氨鍵,并將其固定在電極上。

3電化學(xué)DNA傳感器中的標(biāo)示物

DNA傳感器對目標(biāo)基因的選擇性識別是靠核酸的雜交來完成的。為了檢測所發(fā)生的雜交信息,必須采用一種電活性物質(zhì)來指示,即電化學(xué)DNA傳感器的標(biāo)示物。本文主要介紹以下3種標(biāo)示物。

3.1具有電化學(xué)活性的雜交指示劑作為標(biāo)示物

許多具有電化學(xué)活性的小分子物質(zhì)能與DNA分子發(fā)生可逆性相互作用,其中一些物質(zhì)能夠?qū)Ｒ恍缘厍度雂sDNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的堿基對之間,這一類物質(zhì)稱為雜交指示劑。在雜交過程中雜交指示劑與電極表面的dsDNA形成復(fù)合物,根據(jù)雜交指示劑與ssDNA和dsDNA結(jié)合方式和結(jié)合能力的差異,通過測定其氧化還原峰電流和峰電位可以識別和測定DNA分子。能夠選擇性識別ssDNA和dsDNA而又不與DNA鏈發(fā)生不可逆的共價結(jié)合,同時又能給出電流或電勢識別信號的雜交指示劑是該類電化學(xué)DNA生物傳感器的關(guān)鍵。指示劑與DNA的結(jié)合方式主要有:(1)與DNA分子的帶負(fù)電荷的核糖/磷酸骨架之間的靜電作用;(2)與DNA溝槽的嵌入作用。雜交指示劑對dsDNA比對ssDNA有更高的特異性結(jié)合能力,這樣才能指示靈敏。一般地說,dsDNA與指示劑的相互作用為靜電作用和內(nèi)部疏水性作用,而ssDNA主要是靜電作用,可以從其電化學(xué)峰電位的移動來判斷,前者峰電位正移,后者峰電位負(fù)移[32]。Wang[33,34]等用肌苷代替DNA探針中的鳥嘌呤來消除探針中鳥嘌呤的氧化峰,然后利用探針和靶序列,對雜交后出現(xiàn)的鳥嘌呤的氧化峰進(jìn)行檢測。Hashimoto[35]等利用多種雜交指示劑進(jìn)行電化學(xué)基因檢測,發(fā)現(xiàn)電活性小分子道諾霉素(daunomycine)可以通過峰電位的移動,很好地區(qū)分dsDNA和ssDNA,并且其電流密度相當(dāng)高,在10μmol/L的溶液中達(dá)到6.5μA/c,可檢測到10-8g/mL的靶基因序列。Hoechst33258能專一性地作用于雙螺旋DNA的小溝槽的A-T堿基對,可以通過其陽極峰電流的變化來指示。而其它的指示劑,如丫啶黃(acridineorange)、米諾霉素(minocycline)、普匹碘銨(propidiumiodide)等,效果就不如前二者。

3.2寡聚核苷酸上修飾電化學(xué)活性的官能團(tuán)作為標(biāo)示物[2,3]

合成帶有電化學(xué)活性基團(tuán)的寡聚核苷酸與電極表面的靶基因選擇性地進(jìn)行雜交反應(yīng),在電極表面形成帶有電活性官能團(tuán)的雜交分子,通過測定其電信號可以識別和測定DNA分子。Takenka等人[2]成功地在寡聚核苷酸的5′端磷酸基上標(biāo)記具有電化學(xué)活性的羧基二茂鐵制成二茂鐵寡聚核苷酸,合成的二茂鐵寡聚核苷酸選擇性地與互補(bǔ)單鏈DNA形成復(fù)合物,采用電流檢測,檢測信號與復(fù)合物的量呈線性關(guān)系。

3.3利用酶的化學(xué)放大功能在DNA分子上標(biāo)記酶作為標(biāo)示物[2,3]

當(dāng)標(biāo)記了酶的ssDNA與電極表面的互補(bǔ)ssDNA發(fā)生雜交反應(yīng)后,相當(dāng)于在電極表面修飾了一層酶,酶具有很強(qiáng)的催化功能,通過測定反應(yīng)生成物的變化量可以間接測定DNA。

4電化學(xué)DNA傳感器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

4.1在細(xì)茵及病毒感染類疾病診斷

細(xì)菌及病毒感染是引起人類疾病的主要原因之一。歷史上許多災(zāi)難性的瘟疫,如霍亂、天花、麻疹等,都是由相應(yīng)的病菌或病毒所引起的,因此盡早診斷出病源微生物(細(xì)菌或病毒)的感染,是預(yù)防這類疾病的關(guān)鍵[1,36]。Wang[37]等人用陽極氧化法,將與結(jié)核桿菌(Mycobateriatuberculosis)基因DR區(qū)相對應(yīng)的兩個長度分別為27和36堿基的DNA探針,固定在碳糊電極表面,制成電化學(xué)DNA傳感器。利用計(jì)時電位分析法,以Co(Phen)33+作指示劑,進(jìn)行了DNA傳感器用于結(jié)核桿菌診斷的最初嘗試。武漢病毒研究所用化學(xué)免疫法固定乙型肝炎病毒(HBV)的DNA探針,用來與牛腸磷酸酶(CAP)標(biāo)記的互補(bǔ)探針雜交,利用光動力計(jì)測量雜交帶入的CAP釋放出的光強(qiáng)度,驗(yàn)證了DNA傳感器進(jìn)行HBV診斷的可行性[38]。日本的Hashimoto等人[39]將巰基標(biāo)記的HBV探針自組裝在金和鈦電極表面,用電化學(xué)方法檢測了血清HBVDNA的競爭性PCR擴(kuò)增產(chǎn)物,結(jié)果表明用DNA傳感器HBV的臨床診斷,不受血清中其它DNA成分的干擾,具有良好的特異性。近來,吳少慧等人[40]通過陽極氧化法,將HBV的DNA探針固定在鍍金的石英晶體表面,組裝成石英晶體傳感器[41~44]。用該石英晶體傳感器去檢測HBV的DNA時,作為檢測對象的DNA會與固定在石英晶體表面的DNA探針雜交,引起石英晶體的質(zhì)量改變,從而使石英晶體的振蕩頻率改變,產(chǎn)生檢測信號。用該傳感器檢測了6個HBV血清,證明其穩(wěn)定性能滿足臨床HBV的診斷要求。

4.2基因診斷

基因遺傳病是當(dāng)前威脅人類健康的天敵,許多基因遺傳病至今還沒有根治的方法,因此,基因診斷變得越來越重要,尤其對遺傳性疾病的產(chǎn)前和病前診斷顯得更為重要,而在基因與功能的研究以及其他許多方面,DNA序列分析均是必須完成的關(guān)鍵步驟,利用電化學(xué)DNA傳感器測定DNA序列效果較好。Millan等[31]在ssDNA修飾了碳糊電極,在較高離子強(qiáng)度下與靶基因快速雜交(<10min),用該傳感器測定了18個堿基長度的囊性纖維變性基因ΔF508序列,得到了令人滿意的結(jié)果。Wang等[7]報(bào)道了艾滋病人類免疫缺陷病毒型(HIV-Ⅰ)相關(guān)的短DNA序列測定的傳感器。他們將21和24個堿基與HIV-IU5LTR序列互補(bǔ)的單鏈寡核苷酸部分修飾在碳糊電極(CPE)上,以雜交指示劑Co(Phen)33+溶出峰來檢測雜交。靶基因片段檢出限為4×l0-9mol/L。Wang等[33]提出了以肽核酸(PNA)代替ssDNA作為探針修飾到電極表面,己證明PNA與互補(bǔ)核苷酸有很多的雜交特性,在許多方面顯示出優(yōu)于ssDNA的性能,有望被很好地用于基因診斷。

4.3藥物分析

許多藥物與核酸之間存在可逆作用,而且核酸是當(dāng)代新藥發(fā)展的首選目標(biāo)。電化學(xué)DNA生物傳感器除了可用于特定基因的檢測外,還可用于一些DNA結(jié)合藥物的檢測以及新型藥物分子的設(shè)計(jì)[32]。Wang等人[45]將修飾dsDNA的碳糊電極插入吩噻類藥物的醋酸緩沖溶液中富集,進(jìn)行計(jì)時電位分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在未修飾dsDNA的碳糊電極上,吩噻僅僅產(chǎn)生非常小的陽極峰,而在修飾電極上可以測得nmol/L級吩噻類藥物。羅濟(jì)文等人[46]研究了道諾霉素(DNM)在小牛胸腺DNA修飾石墨粉末微電極上的電化學(xué)行為,提出了測定微量DNM的方法,DNM濃度在1.0×10-7~1.0×10-5mol/L之間,其微分脈沖伏安(DPV)峰電流與濃度有良好的線性關(guān)系,檢出限為5.0×10-8mol/L,并以此為基礎(chǔ)提出了一種測定人尿中痕量DNM的方法。該方法簡單、快速、靈敏度較高。宋玉民等[47]用電化學(xué)方法和熒光方法研究了桑色素(Morin)和抗腫瘤活性較強(qiáng)的桑色素合銅(Ⅱ)、桑色素合鋅(Ⅱ)與DNA在生理?xiàng)l件下的相互作用,從分子水平探討桑色素及其配合物抗癌活性不同的存因以及DNA作用方式之間的聯(lián)系。Maeda等人[48]研究了抗瘧藥阿的平在DNA修飾電極上的電化學(xué)檢測。結(jié)果顯示,在1×10-7~5×10-7mol/L范圍內(nèi),阿的平的濃度與指示化合物鐵氰化鉀的陽極峰電流成正比,當(dāng)濃度在8×10-7mol/L時達(dá)到飽和。同時,用NaCl溶液做對比實(shí)驗(yàn),證實(shí)阿的平與DNA分子發(fā)生了強(qiáng)烈的特異性相互作用。這為今后研究某些藥物與DNA的相互作用機(jī)理及建立簡便的藥物篩選方法作了探索性的工作。

4.4DNA損傷研究

人類基因與其它物種基因的功能均是編碼遺傳信息從而保護(hù)其完整性[49]。DNA修復(fù)酶始終監(jiān)視染色體并修復(fù)基因和細(xì)胞化學(xué)物所致的核苷酸殘基的破壞,若沒有DNA修復(fù),那么由多種多樣的DNA損傷因素所引起的染色體不穩(wěn)定性將對細(xì)胞和生物體產(chǎn)生致命的影響[50~53]。利用電化學(xué)DNA傳感器對DNA損傷進(jìn)行測定取得了令人滿意的效果。孫星炎等[54]研究了不同致突變因素(紫外光照射、亞硝酸)的作用下,以石墨電極為基底電極,特定堿基序列的DNA在電極表面能否雜交及雜交程度的差異,對DNA突變情況及可能的突變機(jī)理進(jìn)行了探討。Wang等[55]直接固定dsDNA微型電化學(xué)傳感器,探討紫外光輻射引起的DNA中鳥嘌呤氧化峰信號的變化,來檢測DNA的損傷。Sue等[56]認(rèn)為,目前基因檢測在疾病診斷方面的原理,一般是用固定的抗原或抗體來探察和它們捆綁在一起的分子聚集時的生物流動性,而電化學(xué)DNA生物傳感器的微排列,是由數(shù)千被合成或被克隆的能在樣品中被察覺的連續(xù)互補(bǔ)DNA序列組成,臨床上通過傳感器的檢測能夠迅速找出哪種組織患病和是否帶有耐藥因子,為疾病的快速診斷提供了可能。

篇8

復(fù)習(xí)。

關(guān)鍵詞：高考；電化學(xué)；命題思想

高中電化學(xué)知識包括原電池原理和電解原理，以及兩者在化工生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。電化學(xué)是高中化學(xué)課程中重要的理論部分，該部分試題往往緊密聯(lián)系生活，與學(xué)科內(nèi)及學(xué)科外的知識點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，從而考查學(xué)生的能力，易于落實(shí)新課程理念，因此在歷年高考命題中占有重要地位。研究高考電化學(xué)命題的思想主要有：

一、試題拓展教材內(nèi)容，考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力

例1.（2011福建高考-11）研究人員研制出一種鋰水電池，可

作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。下列關(guān)于該電池的說法，不正確的是（ ）

A.水既是氧化劑，又是溶劑

B.放電時正極上有氫氣生成

C.放電時OH-向正極移動

D.總反應(yīng)為：2Li+2H2O■2LiOH+H2

此題的情境取材于書本外新的化學(xué)電源，知識落腳點(diǎn)是基礎(chǔ)。與原電池有關(guān)的試題都應(yīng)該從基礎(chǔ)知識入手分析：（1）判斷電極及分析電極反應(yīng)類型，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；（2）分析電子流向，電子由負(fù)極沿外線路流向正極，陰離子流向負(fù)極，陽離子流向正極；（3）書寫電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式一定要滿足得失電子守恒。本題考查學(xué)生利用原電池知識分析問題、解決問題的能力,考生若掌握了相關(guān)知識便可迅速選出C項(xiàng)是錯誤，因?yàn)樵姵胤烹姇rOH-是向負(fù)極移動的。

二、電化學(xué)與實(shí)驗(yàn)整合，考查學(xué)生的創(chuàng)新能力

例2.（2009上海卷-13）下圖裝置中U型管內(nèi)為紅墨水，a、b

試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。下列有關(guān)描述錯誤的是（ ）

■

A.生鐵塊中的碳是原電池的正極

B.紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?/p>

C.兩試管中相同的電極反應(yīng)式是：Fe－2e-Fe2+

D.a試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕

解析：激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提高學(xué)生的實(shí)踐能力是新課改的目標(biāo)。本題是學(xué)生熟悉的原電池設(shè)計(jì)的新型裝置，由于a為中性環(huán)境，發(fā)生吸氧腐蝕，氧氣被消耗，氣體壓強(qiáng)減??；b中酸性較強(qiáng)，發(fā)生析氫腐蝕，有氫氣放出，氣體壓強(qiáng)增大，所以紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟾哂业停蔅項(xiàng)說法錯誤。試題通過設(shè)計(jì)新裝置，不僅考查學(xué)生運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決問題的能力，同時也考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。

三、以陌生材料為素材，考查學(xué)生處理信息的能力

例3.（2010江蘇卷-11）下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是（ ）

A.該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化

B.裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-

C．裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生

D．裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化

解析：本題為信息遷移題，解題時要充分挖掘材料中的有用信息。A項(xiàng)，在該裝置系統(tǒng)中，有四種能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，即太陽能、電能、化學(xué)能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化；B項(xiàng)，裝置Y為氫氧燃料電池，負(fù)極電極反應(yīng)為H2-2e-+2OH-=2H2O；C項(xiàng)，相當(dāng)于用光能電解水，產(chǎn)生H2和O2，實(shí)現(xiàn)燃料（H2）和氧化劑（O2）的再生；D項(xiàng)，在反應(yīng)過程中，有能力的損耗和熱效應(yīng)的產(chǎn)生，不可能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能的完全轉(zhuǎn)化。綜上分析可知，本題選C項(xiàng)。試題要求學(xué)生能運(yùn)用已學(xué)的知識解決新情境中的問題，綜合考查學(xué)生接受新信息及應(yīng)用新信息解決問題的能力。

四、將綠色化學(xué)融入試題，強(qiáng)化學(xué)生的綠色化學(xué)理念

例4.（2009安徽卷-12）Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化

學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如下，電解總反應(yīng)為：2Cu+H2O■Cu2O+H2。下列說法正確的是（?。?/p>

A.石墨電極上產(chǎn)生氫氣

B.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)

C.銅電極接直流電源的負(fù)極

D.當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1 mol Cu2O生成。

解析：STS教育理念下的化學(xué)新課程改革強(qiáng)調(diào)課程要重視從社會實(shí)際問題出發(fā)組織學(xué)習(xí)，使學(xué)生從科學(xué)、技術(shù)和社會相互聯(lián)系的視角去認(rèn)識化學(xué)問題，思考社會問題。本題主要考查學(xué)生與原電池有關(guān)的知識，而將綠色化學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，有助于強(qiáng)化學(xué)生的綠色化學(xué)理念，讓學(xué)生關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會問題，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

五、利用電化學(xué)原理處理數(shù)據(jù)，考查學(xué)生的計(jì)算能力

例5.（2009重慶卷-26）工業(yè)上電解飽和食鹽水能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅。（1）略。（2）多晶硅主要采用SiHCl3還原工藝生產(chǎn)，其副產(chǎn)物SiCl4的綜合利用受到廣泛關(guān)注。②SiCl4可轉(zhuǎn)化為SiHCl3而循環(huán)使用。一定條件下，在20L恒容密閉容器中的反應(yīng)：3SiCl4（g）+2H2（g）+Si（s）■4SiHCl3（g）達(dá)平衡后，H2與SiHCl3物質(zhì)的量濃度分別為0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部來源于離子交換膜法的電解產(chǎn)物，理論上需消耗純NaCl的質(zhì)量為 kg。（3）采用無膜電解槽電解飽和食鹽水，可制取氯酸鈉，同時生成氫氣，現(xiàn)制得氯酸鈉213.0 kg，則生成氫氣m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

篇9

關(guān)鍵詞：水處理 電化學(xué) 殺菌 除鐵

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，城市居民對用水質(zhì)量的要求日益增高，但工業(yè)化生產(chǎn)排放的廢水對水源的污染也越來越大。按傳統(tǒng)的自來水處理方法，只有增大加氯的劑量。由于水中有機(jī)物含量增加，這樣做難免會產(chǎn)生“三致”物質(zhì)。而且，即使投入更多的氯，也難以保證在管道末梢的余氯值大于0.05mg/L，往往發(fā)現(xiàn)建筑物的供水管道和屋頂水箱中細(xì)菌和藻類滋生的現(xiàn)象。微生物分泌的粘液吸附水中雜質(zhì)，淤積在管壁上形成粘泥層，增加對水流的阻力；在粘泥覆蓋下，管道表面因貧氧形成濃差電池，引起管壁銹蝕，使流出的水發(fā)黃帶鐵腥味。對此，我們在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在建筑物的水箱處增加一級電化學(xué)水處理，可以起到殺菌、殺藻、除鐵的作用，有效地改善了水質(zhì)。該方法不需添加化學(xué)藥劑，無二次污染，可以根據(jù)水質(zhì)調(diào)節(jié)用電量。

1 殺菌[1][2][3]

1.1 作用機(jī)理

根據(jù)電解的原理，研制的陽極，以鈦板或鈦棒為基體，用高溫?zé)峤庋趸ㄔ诒砻嫔珊灥荣F金屬氧化物的涂層。該電極在電解過程中自身不溶解，催化產(chǎn)生具有極強(qiáng)殺生能力的活性物質(zhì)，如OH自由基、初生態(tài)O、H2O2和O3等活性氧；水中存在的氯離子，被激活成ClO2、HClO、ClO-等活性氯協(xié)同殺菌。微生物表面帶負(fù)電，在電場力的作用下向陽極遷移。電極與水的界面存在的雙電層電場強(qiáng)度較高，如微生物被電場吸引或隨水流沖進(jìn)雙電層，會因觸電致死，用電殺菌具有廣譜性的殺菌效果，不會產(chǎn)生耐藥性；產(chǎn)生的H2O2和余氯賦予水體持續(xù)抑菌的能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)上述工作機(jī)理，研制出殺菌滅藻電水處理器，有平板型和圓柱型兩種型式，結(jié)構(gòu)如圖1所示。陽極采用有表面涂層的鈦板或鈦棒，陰極采用不銹鋼。水流從處理器的下部流入，上部流出，額定流量為1m3/h。兩種形式處理器的陽極面積相同，平板型耗電量較低，圓柱型強(qiáng)度較高。檢驗(yàn)殺菌效果的組合實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，水箱容積1.0m3帶攪拌器；水流由離心式水泵提供，用流量計(jì)控制流量。

實(shí)驗(yàn)用水為配水，自來水經(jīng)活性炭過濾后流入水箱，加人自行培養(yǎng)的細(xì)菌并攪拌均勻，原水細(xì)菌總數(shù)在106個/mL左右。過濾水經(jīng)鄰聯(lián)甲苯胺方法比色確認(rèn)無余氯。培養(yǎng)菌種從自來水中采取。

水流一次通過處理器，在處理器進(jìn)、出口處用無菌瓶取水樣，立即檢測，用標(biāo)準(zhǔn)平皿法37℃培養(yǎng)48h后計(jì)算細(xì)菌總數(shù)。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

水流單程通過處理，消耗的電功率與殺菌效果的關(guān)系如圖3所示。由圖3可見，很小的電功率即可產(chǎn)生殺菌效果，隨著電功率的增大，殺菌率迅速提高，在電功率50W左右殺菌率達(dá)到99％以上，折合成每立方米水耗電0.05kWh。如果采用循環(huán)處理的方法，使處理器中沒有耗盡的殺菌性活性物質(zhì)在管道和水箱中繼續(xù)起作用，可以節(jié)約更多的電能或處理更多的水量。

2 殺藻[1][2]

殺藻實(shí)驗(yàn)用水取自池塘水，pH7，水中藻類總量約1.8×105個/mL，種類為綠藻（小球藻、柵列藻等），也有藍(lán)藻（螺旋藻、微囊藻等）。實(shí)驗(yàn)在圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，原水注入水箱后攪拌均勻。水流量0.5m3/h，電流密度2－6mA/cm2。水流單程通過處理器，在出水口處取水樣檢測處理效果。因?yàn)樘幚砗笏涝宓娜~綠素短期不褪色，顯微鏡下無法直接判斷藻體死活，所以采用監(jiān)測水中溶解氧濃度變化的方法判斷殺藻效果。藻類白天因光合作用產(chǎn)生氧氣使水中溶解氧含量增高，晚上則呼吸消耗溶解氧。

在處理器的出水口取水樣，分別盛于500mL的有塞廣口瓶中，靜置于室內(nèi)朝陽的桌上，定期測定水中溶解氧。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖中顯示，未經(jīng)處理的水樣溶解氧濃度晝夜波動大于3mg/L，而滅藻后的水樣溶解氧濃度不斷降低，之后趨于不再變化，這表明藻類因光合作用功能的喪失而逐漸死亡。死藻一方面不產(chǎn)生氧氣，另一方面殘存的呼吸作用消耗水中的氧。

3 除鐵[4][5]

3.1 作用機(jī)理

根據(jù)氧化加過濾的方法去除水中鐵離子。采用不溶性電極電解水時，陽極生成氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣。陽極反應(yīng)首先產(chǎn)生初生態(tài)O，然后結(jié)合成O2。電解水產(chǎn)生的初生態(tài)O具有較強(qiáng)的氧化能力，把陽極區(qū)內(nèi)的Fe2+迅速氧化成低溶解度的時；生成的O2使溶解氧增加，根據(jù)式（1）的反應(yīng)將水體中的Fe2+氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3；固體顆粒，可以通過過濾去除。

4Fe2+＋O2＋10H2O＝4Fe(OH)3＋8H+

（1）

每氧化1mg二價鐵約需0.14mg溶解氧。水中Fe2+的氧化反應(yīng)速度可由式（2）表示：

式中k1為反應(yīng)速度常數(shù)。陰極電解產(chǎn)生1mol氫氣的同時，會生成2mol的OH-，根據(jù)式（2）可以加快氧化速度。同時，用不溶性的陽極電解水，能產(chǎn)生大量直徑小于20μm的微氣泡。微氣泡具有較大的比表面能，能將水中膠體集聚成較大的絮狀顆粒，促使過濾過程順利進(jìn)行。

綜合上述，電化學(xué)方法具有強(qiáng)氧化能力，產(chǎn)生的氣泡能將分散的微粒集聚起來，改善后續(xù)過濾工藝的條件。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

采用圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置。過濾器的濾料為直徑0.5－1.0mm的石英砂，濾層厚700mm。實(shí)驗(yàn)用水為城市舊管道系統(tǒng)流出的自來水，總鐵含量平均4.0mg/L。水流從龍頭流出后，順次單程通過流量計(jì)、處理器和過濾器后排出。

在處理器進(jìn)水口和過濾器出水口處取水樣，采用二氮雜菲—分光光度法檢測水中總鐵。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

水流單程通過處理器，施加的電功率與除鐵率的關(guān)系如圖5所示。由圖可見，較小的電功率即有除鐵效果，隨著電功率增大殺菌率迅速提高，在功率80W左右殺菌率已經(jīng)達(dá)到99％以上，此時折合成每立方米水耗電0.88kWh。如果采用循環(huán)處理的方法，讓在處理器中沒有耗盡的溶解氧在水箱中繼續(xù)起作用，可以節(jié)約更多的電能或處理更大量的水。

4 實(shí)用實(shí)驗(yàn)

某大樓的20m3水箱，由于進(jìn)水管道被腐蝕引起水體發(fā)黃，為解決此問題實(shí)施了除鐵循環(huán)水處理，即用泵從水箱中抽水，送人處理裝置處理后，再返送回水箱。處理的水流量為1～2.5m3/h；電流6－16A；石英砂濾層的直徑500mm、厚度700mm。處理過程中，水箱的進(jìn)水和出水保持使用狀態(tài)，日用水量約60m3。在出水口取水樣檢測水質(zhì)，結(jié)果列于表1。

表1　水箱水處理結(jié)果 測試項(xiàng)目 6月1日初裝 6月3日 6月5日 Cl-/(mg·L-1) 40 42.1 40 pH 6.5 7.0 7.5 總鐵/(mg·L-1) 14.4 1.35 0.34 總硬度/(mg·L-1)(CaCO3) 247.2 217.2 219.2 電導(dǎo)率/(mS·cm-1) 0.750 0.732 0.729 HCO3-/(mg·L-1) 156 145 160 細(xì)菌總數(shù)/(個·L-1) 104 103 30

表中顯示，經(jīng)過5d的處理，水質(zhì)指標(biāo)中的硬度、堿度和Cl-等基本不變，pH值增高，而含鐵量大大降低，水中的細(xì)菌基本被殺滅。處理7d后乃至連續(xù)運(yùn)行數(shù)月，盡管水箱進(jìn)水口處水中總鐵含量＞4.5mg/L，出水已處的總鐵量保持低于0.3mg/L。出水透明清潔，取樣裝入玻璃瓶放在窗臺向陽處1星期無藻類繁殖。同時，水中的含錳量也被降低，與此有關(guān)的研究結(jié)果另行報(bào)道。同時，電化學(xué)處理殺滅了水中的微生物，將余氯提高到0.05mg/L以上，抑制了鐵細(xì)菌和硫磺菌的繁殖，因此減少了后續(xù)管道中的污垢，防止了管道被腐蝕。

經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，過濾器的濾層會被攔截下來的鐵泥堵塞，使出水流速降低，為此定期對過濾器進(jìn)行了反沖洗，以恢復(fù)正常使用。每立方米水處理的耗電量約0.02kWh。

5 消除尿垢

5.1 尿垢形成

公共洗手間的小便池，如果不及時沖洗會產(chǎn)生黃色的尿垢。取下垢片分析成分，發(fā)現(xiàn)其中主要含碳酸鈣、磷酸鈣等元機(jī)鹽和10％左右的有機(jī)物。圖6為小便池水中的細(xì)菌總數(shù)與pH的關(guān)系。

由圖6可見，便池水中細(xì)菌總數(shù)與pH值線性相關(guān)，細(xì)菌增加pH值上升。由此推斷，細(xì)菌的繁殖是產(chǎn)生垢的原因。在微生物作用下尿素分解反應(yīng)如式（3）和式（4）所示：

CO(NH2)＋H2O2NH3＋CO2（3）

NH3＋H2ONH4+＋OH-（4）

分解反應(yīng)產(chǎn)生的CO2和部分氨揮發(fā)到大氣中去，余下的氨水解生成NH4+和OH-。OH-使pH值上升，引起碳酸鹽和磷酸鹽沉淀，細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的粘性物質(zhì)將沉淀物粘附在池壁上，形成黃色的尿垢。已經(jīng)形成的垢層是微生物的良好棲身之地，自身加速增厚。

5.2 除垢實(shí)驗(yàn)

基于上述分析，進(jìn)行了消除尿垢的實(shí)驗(yàn)。某大樓中的洗手間有4個陶瓷的小便池，小便后人工按下龍頭上的開關(guān)放水沖洗。每天上下班和午休時用經(jīng)過電解法處理過的水，沖洗選定的兩個隔開的便池，每次每個便池用水5L左右，有加晚班的日子，晚上10時增加沖洗1次。為了加強(qiáng)作用效果，適當(dāng)選用了較大的電功率。當(dāng)?shù)刈詠硭衅骄?0mg/L左右的Cl-，經(jīng)過電處理約含活性氯1.5mg/L。1個月后，未用處理水沖洗的小便池池壁發(fā)黃，可以刮下一層尿垢，而經(jīng)過沖洗的小便池基本保持清潔。由此推想，如果將處理裝置安放在洗手間的小水箱處，定時處理沖洗水，可以提高洗凈效果；如果便后用處理水洗手，比用自來水消毒效果更好。

6 總結(jié)

進(jìn)行了用電化學(xué)方法殺滅微生物、消除黃水現(xiàn)象等提高水箱中自來水水質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，主要得到以下結(jié)果。

①水流單程通過處理，殺菌率＞99％，電耗≤0.1kWh/m3；

②水流單程通過處理，除鐵率＞99％，電耗≤0.08kWh/m3；

③通過檢測水中溶解氧含量的變化確認(rèn)殺藻效果；

④循環(huán)處理水箱水，使水中總鐵含量從14mg/L降至≤0.3mg/L，細(xì)菌總數(shù)從104個/mL降至≤30個/mL，電耗0.02kWh/m3；

⑤定時用處理水沖洗小便池，消除了尿垢。

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篇10

關(guān)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(jī)污染物，他們具有毒性和生物難降解性，許多工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水包含苯酚混合物，處理這一類混合物的傳統(tǒng)生物方法并未證明其有效性，而電化學(xué)氧化的方法因其干凈整潔、容易控制和結(jié)構(gòu)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(shù)[1-3]。陽極材料在電化學(xué)氧化技術(shù)中是一個很重要的部分。不同的陽極材料導(dǎo)致不同的電化學(xué)氧化機(jī)理、影響和效率?？偟膩碚f，在一個活躍的陽極上，例如Pt、IrO2和RuO2，通過水的分解產(chǎn)生的羥基自由基與氧化物陽極相互作用，同時被轉(zhuǎn)移到氧化物陽極的晶格用以形成化學(xué)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(yīng)，例如PbO2，SnO2，BDD（摻硼金剛石），因此有機(jī)化合物替代羥基自由基（?OH）在沒有活性的陽極上反應(yīng)。因?yàn)榱u基自由基是一個很強(qiáng)的氧化劑，PbO2，SnO2，BDD展示出對于有機(jī)污染物很高的氧化能力。在正常的操作條件下，電化學(xué)氧化過程是在傳質(zhì)下控制的。結(jié)果是，傳質(zhì)的增強(qiáng)似乎是優(yōu)化電化學(xué)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(shí)現(xiàn)和使用。低頻率的超聲可以清潔電極表面，提高傳質(zhì)。因此，電化學(xué)氧化和超聲的聯(lián)合使用很合理，故作者想研究一下超聲對電化學(xué)氧化的影響以及不同陽極間的區(qū)別。

二、實(shí)驗(yàn)與討論

1.實(shí)驗(yàn)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(xué)氧化在恒電流密度（20mA?cm-2），室溫（25℃）下進(jìn)行的。電解液（1mM基質(zhì)+0.2M硫酸鈉）體積是250mL。在不使用超聲時，電解質(zhì)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(shù)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(guī)定期限內(nèi)進(jìn)行化學(xué)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(jìn)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(shè)定波長是314nm，其他對位取代苯酚時設(shè)定波長是280nm?；瘜W(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)行電化學(xué)氧化。圖1表示在電解期間基質(zhì)的濃度和化學(xué)需氧量（COD）的變化。我們可以觀察到，通過超聲作用基質(zhì)和化學(xué)需氧量（COD）的去除率有提高。但是這種加強(qiáng)作用，根據(jù)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(zhì)濃度和化學(xué)需氧量（COD）在PbO2陽極上的變化。進(jìn)行大量電解實(shí)驗(yàn)，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(xué)需氧量（COD）去除的速率常數(shù)。這些速率常數(shù)是通過把濃度數(shù)據(jù)代入下述動力學(xué)一級反應(yīng)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(shù)（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(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)

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?yàn)槭褂玫某暰哂邢鄬Φ偷念l率和小的能量密度。因此，基質(zhì)的去除的提高主要?dú)w因于通過使用超聲使傳質(zhì)增強(qiáng)。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(jù)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(xué)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(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)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(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)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(xué)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(yīng)的對位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學(xué)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(xué)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?yàn)橹虚g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?yàn)樵谶@兩種電極上不同的反應(yīng)機(jī)理。在下一章，我們對超聲在BDD電極和PbO2電極上的電化學(xué)氧化進(jìn)行全面的研究。

三、結(jié)論

超聲使對位取代苯酚在BDD電極和PbO2電極上的電化學(xué)氧化都明顯增強(qiáng)。同時，我們發(fā)現(xiàn)，在BDD電極上的增強(qiáng)程度比在PbO2上的增強(qiáng)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(xué)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(yīng)的對位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學(xué)需氧量（COD）的去除率的提高百分比僅為5%-25%。這是因?yàn)榱u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(yīng)區(qū)域，相反在PbO2電極上被吸收，具有較小的反應(yīng)區(qū)域，超聲使這種增強(qiáng)在BDD電極上比在PbO2電極上更強(qiáng)。

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