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合肥研究院研发纳米原电池系统为重金属污染修复提供新途径
来源:合肥物质科学研究院        2022-01-20 09:23:42        阅读:374
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       重金属原义是指比重大于5的金属(密度大于4.5 克每立方厘米的金属),包括金、银、铜、铁、铅等。重金属污染由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化,使有害性降低或解除。而重金属具有富集性,很难在环境中降解。

       水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质,而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态,即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性,使动植物中毒,甚至死亡。

       合肥研究院智能所与东华大学合作,采用碳导电胶与零价纳米铁复合制备出一种球状的纳米原电池系统。可快速去除水体中二价镉,控制其迁移,阻滞其被植物吸收。为重金属污染修复提供了新途径。

       原电池是通过氧化还原反应而产生电流的装置。也可以说是将化学能转变成电能的装置。有的原电池可以构成可逆电池,有的原电池则不属于可逆电池。原电池放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。例如铜锌原电池又称丹尼尔电池,其正极是铜极,浸在硫酸铜溶液中;负极是锌板,浸在硫酸锌溶液中。两种电解质溶液用盐桥连接,两极用导线相连就组成原电池。平时使用的干电池,是根据原电池原理制成的。原电池、电解池都以发生在电子导体(如金属)与离子导体(如电解质溶液)接触界面上的氧化还原反应为基础。

       原电池反应属于放热的反应,一般是氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路,使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移过程,产生电流,实现化学能向电能的转化。

       但是,需要注意,非氧化还原反应一样可以设计成原电池。从能量转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。

       原电池的电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成。电解质存在,两电极之间有导线连接,形成闭合回路。发生的反应是自发的氧化还原反应。只要具备前三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流,所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外,还要求有自发进行的化学反应。也就是说,化学电源必须是原电池,但原电池不一定都能做化学电池。

       导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性的胶粘剂。它可以将多种导电材料连接在一起,使被连接材料间形成电的通路。在电子工业中,导电胶已成为一种必不可少的新材料。导电胶的品种繁多,从应用角度可以将导电胶分成一般型导电胶和特种导电胶两类。一般型导电胶只对导电胶的导电性能和胶接强度有一定要求,特种导电胶除对导电性能和胶接强度有一定要求外,还有某种特殊要求。如耐高温、耐超低温、瞬间固化、各向异性和透明性等。按导电胶中导电粒子的种类不同,可将导电胶分为银系导电胶、金系导电胶、铜系导电胶和炭系导电胶等,应用最广的是银系导电胶。

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