醌基修飾電極強化偶氮染料電解特性研究

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（邢臺市環(huán)境監(jiān)測站河北邢臺054000）

醌基修飾電極強化偶氮染料電解特性研究

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本研究以具有典型偶氮結構的單偶氮染料酸性橙Ⅱ為研究對象，以電解技術為核心，在經(jīng)優(yōu)化的電解工藝條件下，探索不同醌類化合物修飾電極對偶氮染料的加速降解作用，并初步探討運用電解方法降解染料的降解機理。

酸性橙Ⅱ；修飾電極；降解機理

1　前言

醌類化合物對偶氮染料的降解有加速作用［1］，這在以醌類化合物為氧化還原介體的生化研究中得到了證實［2］，但是這些研究集中在水溶性的醌類化合物，在實際應用中會造成二次污染和增加成本問題［3］，而電化學以其化學修飾電極的優(yōu)越性可以將非溶性的物質(zhì)固定在電極表面。本實驗采用修飾電極的方法以醌類化合物為氧化還原介體，把醌類化合物固定在電極表面，研究醌類化合物修飾電極對染料降解加速作用，并探討偶氮染料降解原理。

2　實驗部分

2.1實驗裝置

恒電位儀、鉑電極、反應器

2.2酸性橙Ⅱ結構及特性

偶氮染料酸性橙Ⅱ電解液呈橙黃色，發(fā)色基團偶氮鍵的特征吸收峰處吸收波長為484nm，萘環(huán)結構和苯環(huán)結構的特征吸收峰吸收波長分別為310nm和229nm。酸性橙Ⅱ的分子結構見圖1。

圖1　酸性橙Ⅱ的分子結構

2.3實驗方法

導電膠由導電樹脂和固化劑按質(zhì)量比2：1組成，加入一定量醌類化合物混勻后，均勻涂布于極片表面，在室溫下放置24h，完成電極修飾。以不加醌類化合物為空白。

實驗是在酸性橙Ⅱ溶液濃度為20mg/L，溶液體積為50mL，電解質(zhì)（Na2SO4）濃度為0.1mol/L，極板間距為30mm，電流密度為50m A/cm2的條件下，用不同醌類化合物修飾電極降解染料溶液，在恒電流狀態(tài)下調(diào)節(jié)電流密度，每隔0.5h取樣測溶液的吸光度記錄數(shù)據(jù)，并采用氣質(zhì)聯(lián)用方法對降解中間產(chǎn)物進行分析。

3　結果與討論

3.1不同醌類化合物修飾電極對酸性橙Ⅱ降解效果影響

分別以相同摩爾濃度、不同種類的醌類化合物修飾電極與空白導電膠修飾電極和裸電極降解染料，通過脫色率和紫外可見光譜圖進行對比，見表1和圖2。

表1　脫色率和紫外可見光譜圖對比

圖2醌類化合物修飾電極與空白導電膠、裸電極降解酸性橙Ⅱ溶液脫色率。

圖2　修飾電極與未修飾電極降解染料UV-Vis圖

以上圖說明以醌類化合物修飾電極只是加速了染料的降解，在反應過程中并未產(chǎn)生新的物質(zhì)，以蒽醌和分散紫H FRL修飾電極對染料的脫色效果更好。染料各官能團都在電解過程中得到不同程度的降解，偶氮鍵結構的降解效果比萘環(huán)結構和苯環(huán)結構降解效果好。

3.2染料降解機理探討

3.2.1直接或間接電解

染料降解脫色的原因有兩方面，一是直接氧化，染料酸性橙Ⅱ分子在電極表面被氧化轉(zhuǎn)化成其它物質(zhì)，另外是電極的間接氧化過程，它是靠生成活性高或氧化能力強的中間物質(zhì)來降解污染物的，如活性氧原子等。

3.2.2色譜圖和質(zhì)譜圖分析

通過分析氣相色譜圖和質(zhì)譜圖對染料酸性橙Ⅱ降解的中間產(chǎn)物及降解途徑進行初步探討，氣相色譜圖見圖3和圖4。

圖3　酸性橙Ⅱ溶液的氣相色譜圖

圖4　修飾電極電解酸性橙Ⅱ3h的氣相色譜圖

由圖可知，未修飾電極和修飾電極降解染料32.605min、33.736min的峰是降解染料中間產(chǎn)物產(chǎn)生的新峰，并且降解途徑和降解的中間產(chǎn)物大致是相同的。

對酸性橙Ⅱ降解中間產(chǎn)物用質(zhì)譜圖來進行初步推測，見圖5和圖6。

圖5　出峰時間為32.487min物質(zhì)的質(zhì)譜圖

圖6　出峰時間為33.736min物質(zhì)的質(zhì)譜圖

由質(zhì)譜圖庫這兩種中間物質(zhì)可能是硝基苯和苯丙酸。

因此初步推斷酸性橙Ⅱ的降解途徑為染料酸性橙Ⅱ首先在有H的作用下加氫還原偶氮鍵斷裂生成芳香胺類化合物，芳香胺類化合物再被氧化開環(huán)降解，生成苯丙酸和硝基苯類的小分子有機物質(zhì)，再隨著電解的進行，苯丙酸和硝基苯類的物質(zhì)在繼續(xù)被開環(huán)氧化，甚至部分被礦化為CO2和H2O。

4　結語

（1）醌類化合物修飾電極與空白導電膠修飾電極相比對偶氮染料酸性橙Ⅱ降解有加速作用。（2）通過氣相色譜圖與質(zhì)譜圖分析，可以初步染料分子的偶氮鍵斷裂生成芳香胺類化合物，芳香胺類物質(zhì)被氧化為硝基苯和苯丙酸等物質(zhì)，然后這些中間產(chǎn)物再部分被礦化為CO2和H2O。

［1］侯士峰，楊可盛，方惠群，等.四氯苯醒自組裝膜電子傳遞機制的研究.物理化學學報，1998，14（7）：640-644.

［2］孫紅文，黃國蘭.藻類對偶氮染料的降解及定量結構-生物降解性研究.中國環(huán)境科學，1999，19（4）：289-292.

［3］馮玉杰.電化學技術在環(huán)境工程中的應用.北京：化學工業(yè)出版社，2002.