正文
(a)
不考虑传质的一次和二次电流分布；
(b)
考虑传质的三次电流分布。
图
2
全面的展现了三种电流分布所涉及的控制条件和边界方程，以及各自的假设和结果。一次电流分布只考虑反应器几何形状，常应用于优化反应器结构。二次电流分布考虑了高电流密度带来的过电位和电化学极化的影响，增加了边界条件。三次电流分布还考虑了
EC
过程中存在的各种物质的传质过程，复杂但精确地描述了电场、浓度场和流场的耦合关系。迄今为止，传质模型只考虑了简单的流体流动特性，如层流或均匀速度分布。多相流对传质的影响尚未被全面地纳入现有的传质模型中。
图
3
：几种典型
EC
模型的计算结果。
(a)
一次电流分布模型：电势的分布；
(b)
二次电流分布模型：
t=1h
和
t=10h
生物阳极表面的电流密度分布、电流密度矢量
J
和电流密度的等势线和流线；
(c)
三次电流分布模型：电生
Al
3+
和
OH
-
以及
Al (OH)
3
（停留时间
RT = 10min ,
电流密度
J = 40A/m
2
，
pH=7
）的浓度分布。
图
3
总结了文献中分别使用一次、二次、三次电流分布所获得的结果。图
3a
利用一次电流分布模型进行大量实验，得出在阳极两端添加绝缘体可以有效优化电流分布。
Karla
等人建立的
3D
模型（图
3b
）表明，电极表面高电流密度主要源于过电位升高，同时电极间距和反应器几何结构也会影响电流分布。研究发现，电解液流速过慢会阻碍溶液更新，需合理控制压降和温升以提升效率。图
3c
则指出，在高电势和高导电条件下，气体体积增加会导致导电性下降，且部分电能会转化为热损耗。通过增大电极表面积可缓解该问题，从而提高系统整体能效。
图
4
：多相流对传质的影响。
(a)
流体速度剖面（
CFD
模型）和电流密度（部分电极法）：流体流动、电化学金属溶解和电流密度分布之间的关系；
(b)
电解池电堆内部混合物（
H
2
-H
2
O
）速度大小场；
(c)
不同类型絮体对电流载体电迁移的抑制作用。
为了探究多相流对传质的影响，查阅了大量的文献和研究。图
4
全面地展现了连续废水相、气泡相和絮体相对传质的影响。图
4a
研究了流体流动、金属电化学溶解与电流分布的关系。图
4b
表明电解池的几何设计与低氢气分散度可使电流沿电极长度均匀分布。图
4c
揭示了不同絮体对离子传质的阻碍机制：铝阳极主要生成无定形
Al(OH)
3
絮体，而铁阳极根据溶氧条件生成
GRs
、
Fe
3
O
4
和
FeOOH
。
GRs
层间允许阴离子通过扩散和电迁移穿透，类似阴离子交换膜；而
Al(OH)
3
、
Fe
3
O
4
等絮体迫使阴阳离子绕行，抑制离子迁移。该研究揭示了絮体结构与电解参数对离子传输路径的调控机理，为优化电极材料与电解条件提供理论依据。
图
5
：
(a)
针铁矿；
(b)
磁铁矿和
(c)GRs
的产生条件和晶体结构。
图
5
全面总结了铁电絮凝过程中三种絮体（
GRs
、
Fe
3
O
4
和
FeOOH
）的产生条件和晶体结构。绿锈极不稳定，在
DO
存在时会被氧化成
FeOOH
和
Fe
3
O
4
。绿锈（
GRs
）属于层状双氢氧化物（
LDHs
），由带正电的
Fe(OH)
6
八面体层与插层阴离子（如
F
⁻
、
CO
3
2-
等）及水分子构成。由于其独特的结构，使其拥有优异的污染物吸附去除能力，可去除重金属、有机物等
30
余种元素。相比之下，
Fe
3
O
4
因致密八面体结构，比表面积较低，对污染物的去除效果也会略低于
GRs
。
FeOOH
呈正交晶系且热力学稳定，凭借高表面羟基成为优良吸附剂。通过调控
DO
条件可优化污染物的去除效果。研究不同絮体结构差异及传质特性，对理解电絮凝（
EC
）机理、提升污染物去除效率及工艺设计具有重要意义。
图
6
：
(a)
高斯脉冲注入下连续
EC
反应器中示踪剂的浓度分布；
(b)
不同连续
EC
过程下示踪剂的
RTD
；
(c)CEC-VC
和
CEC-HC
絮体的
RTD
；
(d)CEC-VC
中絮体在电生气泡或和曝气气泡速率下的
RTD
；
(e)CEC-HC
中不同结构絮体的
RTD
；
(f)
不同结构絮体在
CEC-HC
中的可视化结果。
为了研究絮体运移对传质的影响，课题组展开了大量实验研究，
He
等人设计三种连续式电絮凝（
EC
）反应器并结合了数值模拟与示踪剂停留时间分布（
RTD
）曲线（图
6a-c
），来深入研究絮体的移动。研究发现，管式反应器入口区存在明显死区与示踪剂返混，偏离平推流模型；垂直通道反应器（
CEC-VC
）因絮体分布均匀，
RTD
曲线峰值高于水平通道反应器（
CEC-HC
），后者因絮体顶部
/
底部堆积形成死区。电生气泡因体积小、密度高更易被絮体吸附并快速上浮（图
6d
），缩短絮体停留时间（
RT
），其作用强于通气气泡扰动引起的湍流。高电流密度下，气泡引发类似连续搅拌釜（
CSTR
）的流体返混效应，进一步降低
RT
。不同絮体中，
GRs
因高比表面积易吸附阴极析氢气泡，分布均匀且
RT
最短（图
6e-f
）；
Fe
3
O
4
和
FeOOH
比表面积低、易团聚，导致
RT
延长。研究揭示了气泡类型、反应器构型及絮体特性对传质效率的协同影响，为优化
EC
反应器设计与运行参数提供了理论依据。
图
7
：电解产物在不同维度上的截面图。
(a)
阳极和阴极附近
Al
3+
，
H
+
和
OH
−
的一维截面图；
(b)
连续板式电化学反应器中
Al
3+
，
OH
−
，
Al(OH)
3
的二维截面；
(c)
不同处理时间的物质浓度等值面和等值线图（三维）。
图
7
展示了电解过程中阳极区域的离子分布与传质特性。如图
7a
所示，阳极扩散层内
Al
3+
浓度由阳极至阴极急剧下降，因其通过电迁移和扩散向阴极迁移，但流线方向上
Al
3+
浓度未随反应通道延长而累积，反而入口区浓度最高并逐渐递减（图
7b
