《現(xiàn)代電化學工程》共分10章,涵蓋了化學電源、氯堿工業(yè)、無機電合成、有機電合成、電化學冶金、電化學加工、電化學法合成納米材料以及復(fù)合電沉積等電化學技術(shù)的理論、實際應(yīng)用和發(fā)展前沿。本書從實際應(yīng)用的電化學工程的角度出發(fā),結(jié)合相關(guān)的電化學理論,全面翔實地介紹了目前電化學工程包括的內(nèi)容及應(yīng)用。
《現(xiàn)代電化學工程》可作為化學化工類專業(yè)、材料類專業(yè)、能源類專業(yè)學生的教材,也可作為相關(guān)行業(yè)人員的參考書。
電化學是研究化學能與電能相互轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)現(xiàn)象和規(guī)律的科學。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,電化學的基本理論不斷完善和深化,其應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛。目前電化學不僅涉及民用、工農(nóng)醫(yī)、國防和尖端科學技術(shù),還滲透到生物學、環(huán)境科學、金屬工業(yè)等領(lǐng)域,形成了許多交叉學科。
本書主要從應(yīng)用出發(fā),全面介紹了現(xiàn)代電化學工程所包含的基本內(nèi)容。在編寫中力爭以教學需要組織全書,同時根據(jù)現(xiàn)代電化學技術(shù)的發(fā)展,擴展傳統(tǒng)電化學工程內(nèi)容,以便于學生閱讀和工程技術(shù)人員參考。本書一方面介紹了氯堿工業(yè)、無機電合成、有機電合成、電化學冶金、電化學加工等電解工程技術(shù);另一方面介紹了化學電源發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)進展、電化學合成納米材料以及復(fù)合電沉積等現(xiàn)代電化學的最新應(yīng)用。每一部分內(nèi)容均結(jié)合有關(guān)電化學原理和基本概念,討論實際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的影響因素,同時兼顧了其發(fā)展和展望。
參加本書編寫工作的有鄭州輕工業(yè)大學的王利霞(第2章、第10章)、閆繼(第4章和第8章的8.1~8.4節(jié))、賈曉東(第3章和第6章)、王恒(第1章、第5章和第9章)、李臻(第7章和第8章的8.5節(jié))。
由于編者水平有限,書中難免存在不妥之處,懇請讀者提出寶貴意見和建議。
編者
2019年3月
王利霞,鄭州輕工業(yè)學院,副教授,王利霞,博士研究生。承擔鄭州輕工業(yè)學院,電化學專業(yè)必修課程《電鍍工藝學》;專業(yè)選修課《現(xiàn)代電化學技術(shù)》、《電鍍車間設(shè)計》、《專業(yè)英語》、《近代測試技術(shù)》;新能源材料與器件專業(yè)選修課《電化學工程》、《近代測試技術(shù)》以及全校選修課《汽車與新能源》、《汽車文化》等課程的講授,具有豐富的教學經(jīng)驗。
研究方向為燃料電池雙極板表面改性以及碳基材料及其能量儲存裝換裝置,目前主持國家自然科學基金一項,高等學校重點項目一項,橫向合作兩項(經(jīng)費230萬)。迄今共在國內(nèi)外學術(shù)期刊發(fā)表一作論文20余篇,其中包括SCI收錄 10余篇,JCR 1區(qū)論文 8篇,JCR 2區(qū)論文 4篇,F(xiàn)擔任Nanoscale, Electrochem. Commun., J. Hydrogen Energy等學術(shù)期刊審稿人。
第1章緒論/ 1
1.1概述1
1.1.1電化學定義1
1.1.2電化學發(fā)展簡史1
1.1.3電化學的特點2
1.1.4現(xiàn)代電化學的發(fā)展趨勢2
1.2電化學工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域簡介3
第2章電化學工業(yè)體系/ 6
2.1電化學工程基本單元6
2.1.1電極與電極材料6
2.1.2隔膜8
2.1.3電解質(zhì)10
2.2電化學反應(yīng)器及質(zhì)量技術(shù)指標11
2.2.1電化學反應(yīng)器11
2.2.2電解工藝的質(zhì)量指標12
第3章化學電源發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)進展/ 15
3.1化學電源發(fā)展概述15
3.1.1化學電源發(fā)展現(xiàn)狀15
3.1.2化學電源的發(fā)展前景16
3.2鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)進展17
3.2.1鋰離子電池正極材料17
3.2.2鋰離子電池負極材料19
第4章氯堿工業(yè)/ 23
4.1概述23
4.1.1氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位23
4.1.2氯堿工業(yè)的發(fā)展24
4.1.3氯堿工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展25
4.2氯化鈉溶液電解的理論基礎(chǔ)27
4.2.1陽極過程27
4.2.2陰極過程28
4.2.3理論分解電壓和槽電壓28
4.2.4氯堿工業(yè)中溶液的次級反應(yīng)30
4.3金屬陽極與選擇性電催化現(xiàn)象31
4.3.1金屬陽極31
4.3.2DSA電極的研制與發(fā)展31
4.3.3DSA電極的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝與性能32
4.3.4陰極材料33
4.4氯堿工業(yè)電解方法34
4.4.1隔膜電解法34
4.4.2離子膜電解法39
4.4.3水銀電解法42
第5章無機電合成/ 45
5.1概述45
5.1.1無機電合成電極過程45
5.1.2無機電合成特點46
5.2電解二氧化錳47
5.2.1電解二氧化錳的性質(zhì)與用途47
5.2.2電解二氧化錳的制備方法49
5.3電解制備氯酸鹽50
5.3.1電解法制備氯酸鈉50
5.3.2電解制備次氯酸鈉53
5.4氯化法處理含氰廢水55
5.4.1有效氯的概念55
5.4.2堿性氯化法56
5.4.3電解法57
第6章有機電合成/ 59
6.1有機電合成的發(fā)展59
6.1.1概述59
6.1.2有機電合成的特點60
6.1.3有機電合成反應(yīng)機理61
6.1.4有機電合成的若干發(fā)展方向62
6.2電化學催化65
6.2.1概述65
6.2.2影響電催化劑電催化性能的因素66
6.2.3評價電催化性能的方法68
6.2.4電催化反應(yīng)案例介紹70
6.3有機電合成的反應(yīng)類型74
6.3.1電化學氧化74
6.3.2電化學還原76
6.3.3電化學氟化78
6.4有機電合成技術(shù)79
6.4.1恒電流電解法79
6.4.2恒電位法79
6.4.3恒電流法和恒電位法比較80
6.4.4影響有機電合成的因素80
6.5電化學有機合成工業(yè)化實例81
6.5.1己二腈的電合成81
6.5.2四乙基鉛的電合成83
6.5.3有機氟化物的電合成84
6.5.4癸二酸的電合成86
第7章電化學冶金/ 87
7.1概述87
7.1.1金屬的分類87
7.1.2金屬的存在87
7.1.3金屬的性質(zhì)88
7.2金屬材料的制備冶金90
7.2.1冶金工藝概述90
7.2.2火法冶金90
7.2.3濕法冶金93
7.2.4電化學冶金93
7.3電解水溶液提取金屬94
7.3.1電解水溶液提取金屬的基本原理94
7.3.2鋅的電解提取95
7.4電解熔融鹽提取金屬99
7.4.1熔融鹽電解理論100
7.4.2鋁的電解提取103
7.5金屬的電解精煉107
7.5.1概述107
7.5.2銅的電解精煉108
7.5.3鋁的電解精煉109
第8章電化學加工/ 110
8.1概述110
8.1.1電化學加工分類110
8.1.2電化學加工的特點111
8.2電解加工111
8.2.1概述111
8.2.2電解加工的電極電位113
8.2.3電解液116
8.2.4電解加工的基本工藝規(guī)律118
8.2.5電解加工的應(yīng)用120
8.3電解磨削123
8.3.1電解磨削基本原理123
8.3.2電解磨削的特點124
8.3.3電解磨削的主要設(shè)備124
8.3.4電解磨削的應(yīng)用126
8.4電鑄126
8.4.1電鑄原理126
8.4.2電鑄特點127
8.4.3電鑄加工的設(shè)備和工藝127
8.4.4電鑄應(yīng)用128
8.5電刷鍍128
8.5.1電刷鍍的原理128
8.5.2電刷鍍特點128
8.5.3電刷鍍設(shè)備及鍍液129
8.5.4電刷鍍的應(yīng)用129
第9章電化學法合成納米材料/ 131
9.1納米材料概述131
9.1.1納米材料概念131
9.1.2納米材料組成131
9.1.3納米材料特征132
9.1.4納米材料的制備方法134
9.2納米材料電化學合成134
9.2.1電化學方法制備納米材料的優(yōu)點134
9.2.2電化學方法的原理與制備方法135
9.2.3電化學方法合成納米材料的影響因素136
9.3納米材料電化學合成工藝及特性137
9.3.1電化學法制備納米鎳137
9.3.2電化學法制備納米鈷140
9.3.3電化學法制備納米銅142
9.3.4電化學法制備納米銀143
9.3.5電化學法制備Cu-Ni合金144
9.3.6電化學法制備Co-Ni合金145
9.4模板電化學法制備納米材料147
第10章復(fù)合電沉積/ 150
10.1復(fù)合電沉積概述150
10.1.1復(fù)合電沉積基本概念150
10.1.2復(fù)合電沉積的特點151
10.1.3復(fù)合電沉積與普通電鍍的區(qū)別152
10.1.4復(fù)合鍍層的分類及應(yīng)用153
10.1.5復(fù)合鍍層及其中微粒含量的表示方法154
10.1.6復(fù)合電沉積的歷史及發(fā)展趨勢155
10.2復(fù)合電沉積工藝及機理155
10.2.1固體微粒的特性155
10.2.2鍍液的攪拌方式156
10.2.3復(fù)合電沉積的影響因素156
10.2.4復(fù)合電沉積機理160
10.3鎳基復(fù)合鍍層162
10.3.1鎳復(fù)合鍍鍍液組成及工藝條件163
10.3.2鎳復(fù)合鍍工藝參數(shù)的影響163
10.3.3鎳復(fù)合鍍鍍層的性能166
10.4復(fù)合化學鍍鍍層167
10.4.1復(fù)合化學鍍鍍液的穩(wěn)定性168
10.4.2復(fù)合化學鍍機理168
10.4.3復(fù)合化學鍍?nèi)芤航M成168
10.4.4鍍液中各成分的作用168
10.4.5化學復(fù)合鍍層的影響因素170
10.4.6化學復(fù)合鍍層的特性及應(yīng)用173
10.5幾種復(fù)合電沉積新工藝174
10.5.1納米復(fù)合電沉積174
10.5.2梯度復(fù)合電沉積178
10.5.3脈沖復(fù)合電沉積180
10.5.4電刷復(fù)合鍍180
10.5.5流鍍復(fù)合鍍181
參考文獻/ 182