鐵系攙雜改性的PbO2電極對對硝基苯酚污水電催化降解研究

仝玉樹++潘獻曉++丁宏偉++吳欣超++孟凡磊++張誠

摘 要：該文研究了鐵系攙雜改性的PbO2電極對對硝基苯酚污水電催化降解，對硝基苯酚在鐵系攙雜改性PbO2電極上的電催化研究表明，在室溫下進行電磁攪拌，溶液pH值為5.5，對硝基苯酚初始濃度為60mg/L，槽電壓為5V，電解時間為100min，對硝基苯酚的降解效果最好，去除率達到96%。進一步的研究表明，對硝基苯酚在鐵系攙雜改性的PbO2電極上的電催化降解接近于一級動力學(xué)反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：鐵系攙雜 PbO2電極 對硝基苯酚 電催化降解

中圖分類號：X788 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0060-01

對硝基苯酚是一種重要的化工原料，是合成農(nóng)藥、油漆和炸藥等的重要中間體。同時對硝基苯酚也是生產(chǎn)使用過程中產(chǎn)生的污水中的主要污染物。對硝基苯酚是對人類危害較大的有毒性有機化合物，其降解一直為人們所關(guān)注。目前降解對硝基苯酚的方法主要有生化法、氧化法等。由于苯環(huán)上硝基基團的存在和對硝基苯酚的毒性，一般采用生化降解法需要很長的接種培養(yǎng)期和降解周期；而氧化法中的電催化高級氧化技術(shù)是最近發(fā)展起來的處理難生化降解且有毒的污染物的新型有效技術(shù)，其機理是溶液中產(chǎn)生以羥基自由基HO·為主要的強氧化性自由基，快速分解難降解有機物，并顯著提高有機污水的可生化降解性。可以使難生化降解的有機物轉(zhuǎn)化為可以生化降解的有機物種，或使難生化降解的有機物“燃燒”而生成CO2和H2O。但長期以來，電極氧化技術(shù)受電極材料的限制，使得該工藝降解有機物的電流效率低，能耗高，難以實現(xiàn)工業(yè)化。因此，開發(fā)高活性的無機電極材料成了近年來研究的熱點。該文通過制備的鐵系攙雜改性的PbO2電極對對硝基苯酚進行電化學(xué)催化降解研究，用因素輪換法研究了溶液pH值、初始濃度、槽電壓、電解時間等對對硝基苯酚電化學(xué)降解的影響，提出了對硝基苯酚電化學(xué)降解的最佳條件。

1 儀器和試劑

儀器：恒電位儀、電解槽、液相色譜儀、電解槽、電磁攪拌器。

試劑：對硝基苯酚、鐵系攙雜的PbO2電極、鉑片、硝酸鈉、硫酸、氫氧化鈉。

2 實驗

在實驗室配置一定濃度的對硝基苯酚污水，用制備的鐵系攙雜改性的PbO2電極為陽極，鉑片為陰極，電極面積10cm2，電極間距2cm，在一定的電流密度下，處理80mL的模擬污水，用因素輪換法研究對硝基苯酚的降解效果。

3 結(jié)果與討論

3.1 溶液pH值對對硝基苯酚降解的影響

配制對硝基苯酚的初始濃度為90mg/L的酸（0.08mol/L H2SO4）、中性（0.1mol/L硝酸鈉）、堿性（0.1mol/L NaOH）等幾種模擬對硝基苯酚污水，取不同反應(yīng)溶液各80mL，在室溫下攪拌，使反應(yīng)進行100 min，測定對硝基苯酚去除效果，不同的溶液pH值對對硝基苯酚去除率的影響。在堿性和中性溶液中，對硝基苯酚的電化學(xué)降解效果差不多，在酸性反應(yīng)溶液里對硝基苯酚的降解效果最佳。表明對硝基苯酚的電化學(xué)降解受到溶液pH值的影響。綜合研究表明，溶液的pH值為5.5時，對硝基苯酚的電化學(xué)降解效果最佳。

3.2 初始濃度對對硝基苯酚的降解的影響

污染物的濃度是所處理水體的一個重要參數(shù)，對采用何種水處理技術(shù)、化學(xué)試劑（氧化劑）的用量及所需處理時間長短有著重要影響。為考察不同對硝基苯酚初始濃度對其電催化氧化降解的影響，向反應(yīng)溶液中加入不同濃度的對硝基苯酚，進行降解實驗。

實驗制備濃度分別為40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L的對硝基苯酚的三種堿性模擬廢水，取不同濃度的反應(yīng)溶液各80mL，槽電壓5V進行電化學(xué)降解，在室溫下攪拌，使反應(yīng)進行100min，研究對硝基苯酚的初始濃度對電催化氧化降解的影響。不同初始濃度下的對硝基苯酚濃度均是隨時間而下降的，當對硝基苯酚初始濃度為60mg/L時，去除率的變化略高于其它的幾種。

3.3 槽電壓對對硝基苯酚的降解的影響

槽電壓是影響電化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素。配制初始濃度為60mg/L堿性對硝基苯酚溶液80mL，在室溫的條件下，使槽電壓分別1.5V、3V、3.5V、5V、6.5V，反應(yīng)進行100min，測定槽電壓對對硝基苯酚的去除效果的影響。對硝基苯酚在不同槽電壓下的濃度都是隨時間而降低的，但是當槽電壓為5V和6.5V時曲線下降的趨勢有所相同，其他情況下隨著槽電壓的增加，對硝基苯酚的降解效果隨槽電壓的增加效果明顯。綜合能耗可見，當槽電壓為5V時，對硝基苯酚的電化學(xué)降解效果最佳。

3.4 反應(yīng)時間對對硝基苯酚降解的影響

配制初始濃度為60mg/L的對硝基苯酚和0.1mol/L的氫氧化鈉模擬污水，槽電壓為5V，在室溫下用電磁攪拌器進行攪拌，研究不同降解時間對電催化氧化降解的影響。

混合污水中對硝基苯酚的濃度隨電解時間的延長，電化學(xué)降解越來越好，當降解100min時去除率就達到96%，前50min內(nèi)對硝基苯酚的去除率隨時間的延長而迅速上升，而后變化趨于平緩，時間更長，基本沒有明顯的變化。可見，反應(yīng)時間直接影響到對硝基苯酚的去除效果，氧化時間越長，有機物降解越徹底，但是通過的電量越多，消耗的電能也就越多。

進一步的研究表明，對硝基苯酚在鐵系攙雜改性的PbO2電極上的電催化降解接近于一級動力學(xué)反應(yīng)。

4 結(jié)語

對硝基苯酚在鐵系攙雜改性PbO2電極上的電催化實驗表明，在室溫下進行電磁攪拌下，溶液pH值為5.5，對硝基苯酚初始濃度為60mg/L，槽電壓為5V，電解時間為100min，對硝基苯酚的降解效果最好，去除率達到96%。進一步的研究表明，對硝基苯酚在鐵系攙雜改性的PbO2電極上的電催化降解接近于一級動力學(xué)反應(yīng)。

參考文獻

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