浓差极化和电化学极化

一、极化曲线

1.绘制原理

铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：

Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)

当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：

(1)

I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。

图1 极化曲线

图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。

当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。

当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。同理，可获得阴极极化曲线rdc。

2.图形分析

图2 铜合金在海水中典型极化曲线

（1）斜率

斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。

斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。

（2）同一曲线上各各段形状变化

如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。

（3）曲线随时间的变动

图3

以 7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。 二、阻抗谱

1.测量原理

它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。

垂直极化、水平极化

电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化；在圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。

水平极化（H）：水平极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是水平方向。

垂直极化（V）：垂直极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。

所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，现在大量采用双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。

卫星接收天线上均装有极化器，它是完成线极化或圆极化变化的器件。在结构上，基本上有两种：一种是在波导内插入介质片，另一种是在圆波导中通过轴线的纵面内对称插入多颗螺钉构成，也称作移相器。

二、反渗透膜

★性能指标

脱盐率＝（C0－C）/C0×100％，一般高达90％以上。

透水率（L/m2.d）

★膜种类：

1）醋酸纤维素膜（CA）

2）芳香族聚酰胺膜

★结构：

表皮层、过渡层、多孔支撑层

★反渗透机理：

尚不十分清楚。

选择性吸附－毛细管流机理：由于膜表面的亲水性，优先吸附水分子而排斥盐分子，因此在膜表皮层形成两个水分子（1nm）的纯水层，施加压力，纯水层的分子不断通过毛细管流过反渗透膜。控制表皮层的孔径非常重要，影响脱盐效果和透水性，一般为纯水层厚度的一倍时，称为膜的临界孔径，可达到理想的脱盐和透水效果。

★膜组件：

板框式、管式（有内压和外压两种）、卷式：膜表面积大、透水量大、紊流效果好、中空纤维

三、应用

1）苦咸水、海水淡化

2）与离子交换联用，制取超纯水

3）处理重金属废水，回收重金属：如处理镀镍废水，镍回收率可达99％。

4）废水脱盐深度处理

美国加州21世纪水处理回用厂，就是将二级生物处理出水，经一定的预处理后经反渗透处理后回灌地下水。

第5节 超滤

一、原理

与反渗透一样是在压力差下工作，但由于膜孔较大，无渗透压，可在较低压力下工作。一般几公斤。

分离机理：小孔筛分作用。一般以截留分子量来表示孔径特征，此外也与物质形状和性质有关。

分离范围：截留分子量1000－1000000的物质，如细菌、蛋白质、颜料、油类等

膜组件形式与反渗透类似。但既有有机膜，也有无机膜。

一、 超滤过程中的浓差极化

在膜分离过程中，大分子溶质被膜所截留并不断累积在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度Cm高于主体溶液中的浓度Cb，从而形成浓度差Cm-Cb，并促使溶质的反向扩散。这种现象称为浓差极化。

Jw：水通量 K：传质系数 ＝D/m

当Cm增加到Cg时，膜面大分子物质生成凝胶层。一旦凝胶层形成，透水量并不因压力的增加而增加。

Rm:膜阻力； Rg：凝胶层阻力

文章编号:100123849(2008)0720029206 电极的极化和极化曲线(󰂫)①——极化曲线　覃奇贤,　刘淑兰(天津大学化工学院,天津　300072)　PolarizationofElectrodeandPolarizationCurve(󰂫)(theend)——PolarizationCurve　QINQi2xian,LIUShu2lan　3　电极电位的测量311　液体接界电位1)定义　两种组成不同、浓度不同或者组成及浓度均不相同的电解液相接触时,在界面上产生的电位差,叫做液体接界电位,以Ej表示。2)产生原因　当两种组成不同、浓度不同或者组成及浓度均不相同的电解液相接触时,由于两相中相同离子或不同离子存在浓度梯度,必然发生扩散,达稳态时,在两相界面间形成了双电层,双电层所具有的电位差就是液体接界电位。3)液体接界电位的消除　液体接界电位是不可逆成分,原电池中存在液体接界电位,使原电池电动势的数值丧失热力学意义。因此在电极电位的测量中必须设法消除或者是将其减到最小。最常用的方法是采用盐桥,将液体接界电位减到最小。盐桥实际上是将两种不同溶液隔开的中间溶液,该溶液的浓度很高(一般采用饱和溶液),而且所含正离子与负离子的迁移数比较接近,最常用的是饱和KCl溶液。当饱和的KCl溶液与两种不同溶液相接触时,接界处的电位差主要是由KCl的扩散产生的,在两个相界面形成的液体接界电位比原来的数值小得多,而且符号相反,因此总的数值将更小。值得注意的是,盐桥中的溶液不应与原电池中的电解液发生反应,例如待测溶液为AgNO3溶液,则不能选用KCl盐桥。通常用做盐桥的电解质还有KNO3和NH4NO3。312　电极电位的标度在电极电位的定义中规定,以标准氢电极为负极,待测电极为正极组成原电池,测得该原电池的电动势,叫做待测电极的电极电位,如手册中[1]给出的标准电极电位就是氢标电极电位。但是标准氢电极制做麻烦,使用也不方便,因此实际测量中都是采用另外几种参比电极,如甘汞电极、氧化汞电极、硫酸亚汞电极及氯化银电极等。根据被测电解液的组成可在上述几种参比电极中选择。由于测量时选用的参比电极不同,便得到了不同标度的电极电位,所以必须在测量结果中注明是相对哪种参比电极,在电极电位的单位之后用英文缩写标明,例如某待测电极相对于饱和甘汞电极的平衡电极电位应写成Ee󰃗V,vsSCE(VersusSaturatedCalomelElectrode)。如果为了与某文献的氢标电极电位数据做对比,则需要采用下式将相对于甘汞电极的电极电位换算成氢标电极电位。原电池的电动势E等于正极的电极电位减去负极的电极电位[2]。测量时若甘汞电极为正极,其电极电位为E甘汞,待测电极为负极,其电极电位为E研(待测电极常称做研究电极,其电极电位以E研表・92・2008年7月 电镀与精饰 第30卷第7期(总184期)