电化学降解污染物（6）阴极还原

 

阴极还原过程与机理:阴极还原水处理方法是在适当电极和外加电压下,通过阴极的直接还原作用降解有机物(如还原脱卤)的过程;也可以利用阴极的还原作用,产生H₂O₂,再通过外加试剂发生Fenton 反应，从而产生39;OH降解有机物(电Fenton反应)。

 一、还原脱卤

卤代烃中的卤素可以在阴极被H取代而还原,其反应过程如下：  

水在阴极表面放电生成吸附态氢原子与吸附在阴极表面的卤代烃分子发生取代反应,使其脱卤。这种技术的意义在于可以减小有机物的毒性,提高可生化性，有利于进一步生化处理。Schmal 等用石墨纤维电极,增大了反应表面积,提高了析氢过电位,成功地脱除了有机物中的氯,降低了有机物毒性。

二、过程解释

电化学中的阴极还原脱卤过程是一种利用电化学反应去除有机化合物中卤素原子的方法。在这个过程中，有机卤化物作为底物，在阴极上接受电子，发生还原反应，从而实现脱卤。以下是阴极还原脱卤过程的原理、反应机制和影响因素的详细解释：

1.原理

电化学阴极还原脱卤的基本原理是通过外部电源提供电子，使有机卤化物在阴极上获得电子，发生还原反应，从而释放出卤素原子。这个过程通常涉及到电子转移和化学键的断裂与形成。

2.反应机制

（1）直接还原：有机卤化物直接在阴极上接受电子，发生还原反应，生成脱卤产物和卤素离子。例如，氯代有机物可以在阴极上被还原为相应的有机物和氯离子。

（2）间接还原：通过电化学介导的还原，使用氧化还原活性介体将电子从阴极间接转移到有机氯化物，导致还原性脱卤反应。介体在阴极上被还原，然后将电子传递给有机卤化物，使其脱卤。

3.影响因素

（1）电极材料：电极材料的选择会影响反应的效率和选择性。例如，使用碳基阴极可以有效地还原卤化有机污染物。

（2）电解质：电解质的种类和浓度会影响电极反应的动力学和电位。

（3）pH值：溶液的pH值会影响电极反应的平衡和速率。

（4）电流密度：电流密度会影响反应速率和产物分布。

（5）温度：温度会影响反应速率和热力学平衡。

（6）搅拌速度：搅拌可以提高电极表面的物质传递速率，从而影响反应速率。

4.应用实例

（1）环境污染物处理：电化学阴极还原脱卤可以用于处理含有有机卤化物的废水，如氯代有机污染物的去除。

（2）有机合成：在有机合成中，电化学阴极还原脱卤可以用于合成不含卤素的有机化合物，如通过电化学脱卤实现碳-碳偶联反应。

四、总结

电化学阴极还原脱卤是一种有效的去除有机卤化物中卤素的方法。它通过直接或间接的方式在阴极上提供电子，使有机卤化物发生还原反应，从而实现脱卤。该过程受到多种因素的影响，包括电极材料、电解质、pH值、电流密度、温度和搅拌速度。在环境污染物处理和有机合成领域，电化学阴极还原脱卤显示出了重要的应用价值。