减小阳极和阴极之间的距离是光电催化（PEC）反应器中的关键设计优化，主要因为它最大限度地减小了电解质内的欧姆电阻。通过缩短此路径，系统可以显著降低 IR 压降，即使在施加较低的外部偏压时也能实现高效的电子传输。
最小化电极间隙具有双重目的：通过降低电阻来显著降低能耗，并通过提高传质效率来增强物理降解过程。
反应器效率的物理学
对抗欧姆电阻
电极之间的电解质充当电阻器。随着距离的增加，离子流动的电阻自然会增加。
缩短此距离可直接减小欧姆电阻（IR 压降）。这确保了提供给系统的电能用于驱动反应，而不是克服溶液的电阻。
降低能耗
由于内部电阻较低，反应器需要较小的外部力来移动电子。
这使得系统能够在较低的外部偏压下有效运行。对于工业应用，特别是废水处理，这意味着降低了功率要求和运营成本。
增强反应动力学
提高传质效率
PEC 反应器的效率不仅仅在于电力，还在于分子的物理运动。
较小的电极间距离可提高传质效率。这确保了反应物和催化剂在反应器体积内更频繁、更有效地相互作用。
快速污染物降解
这些反应器的最终目标通常是产生活性氧物质（ROS）来分解污染物。
通过优化距离，生成的 ROS 可以快速接触并降解污染物。这减少了污染物在反应器中未被处理的时间，从而提高了系统的整体处理量。
理解权衡
短路风险
虽然距离越近通常对电阻越好，但存在物理限制。
如果电极放置得太近而没有足够的隔离屏障，您将面临短路的风险。这将完全绕过电解质，停止反应，并可能损坏电源。
液压限制
在废水处理中，液体通常含有悬浮固体或粘性物质。
极窄的间隙会限制流体流动或导致堵塞。您必须确保距离足够，以允许废水通过而不会产生背压或污染电极表面。
优化您的反应器配置
要确定理想的电极距离，您必须平衡电气效率和液压实用性。
- 如果您的主要重点是最小化能源消耗：优先考虑尽可能小的间隙，以最小化 IR 压降并降低所需的偏压。
- 如果您的主要重点是处理高固体废水：保持稍宽的间隙以防止物理堵塞，接受电气电阻的轻微折衷。
设计您的反应器，使其尽可能靠近电极，同时保持流体流动的物理完整性。
总结表：
| 优化因素 | 缩短电极距离的影响 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 电阻 | 最小化 IR 压降（欧姆电阻） | 在较低的外部偏压下运行 |
| 能源效率 | 降低功率要求 | 降低运营和工业成本 |
| 传质 | 提高分子运动效率 | 更快的反应动力学和处理量 |
| 污染物降解 | 增强 ROS 与污染物的相互作用 | 快速有效的废水处理 |
| 物理设计 | 需要平衡以避免短路 | 优化的反应器占地面积和流量 |
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参考文献
- Laura Valenzuela, Marisol Faraldos. An Overview of the Advantages of Combining Photo- and Electrooxidation Processes in Actual Wastewater Treatment. DOI: 10.3390/catal15010014
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
