摻雜二氧化錫電極降解對硝基苯酚研究

摘 要：以不同量摻銻二氧化錫電極為陽極，鈦板為陰極，對對硝基苯酚電催化降解的TOC和電流效率進行了研究。研究結果表明：隨著摻銻量的增加，電極的電催化活性呈先增加后減小的趨勢，其中摻銻量最低和最高的電極的催化活性最差，而電催化活性最好的電極摻銻量在4.517%和6.450%之間，且在低通電量時這兩電極對對硝基苯酚的礦化效率較高，與TOC去除率結論一致。

關鍵詞：二氧化錫；對硝基苯酚；催化氧化；降解

引言

對硝基苯酚是工業生產中廣泛使用的一種有機物質，但是因其硝基和羥基與苯環的共軛作用，該物質屬于難降解有機物之一，不易被好氧生物所降解，同時生物降解產生的亞硝基和羥胺也是致癌物，因此含有對硝基苯酚的廢水處理一直是一個難點[1-4]。電催化氧化法用于處理難降解有機物具有很好的效果，文章采用改進的熱氧化工藝制備了不同摻銻量二氧化錫電極，對對硝基苯酚在電極上的電催化降解TOC和電流效率進行了研究。

1 實驗

1.1 電極制備

將SnCl4·5H2O的乙醇溶液和和SbCl3乙醇溶液按不同摻銻原子比進行混合得到不同摻銻量的溶液；將用10%草酸煮后蒸餾水沖洗干凈的鈦片浸泡于溶液中取出后于酒精燈上烘干，第一次重復浸泡和烘干十次，放入450℃恒溫馬弗爐中熱分解10min，再冷卻至室溫；其余的浸泡和烘干采取遞減的次數進行，使涂層最終的質量保證在5mg/cm2，最后放入馬弗爐中于500℃下恒溫焙燒1h，則得到不同摻銻二氧化錫涂層電極。將制備好的電極片用導電銀膠與一根銅導線連接，留下工作面積后再把多余的電極面用硅橡膠或AB膠密封。

1.2 不同摻銻二氧化錫電極對對硝基苯酚溶液的電催化氧化降解實驗

不同摻銻二氧化錫電極對對硝基苯酚溶液的電催化氧化降解實驗在CHI660B電化學工作站上進行，采用恒電流方式。所得不同時間電解的溶液在TOC測試儀上進行測試。

2 結果與討論

2.1 不同摻銻量二氧化錫電極對對硝基苯酚溶液降解的TOC測試結果

電催化氧化降解實驗是在室溫下對硝基苯酚溶液濃度為100mg/L，電解液的體積為200ml，支持電解質Na2SO4的濃度為0.1M，電流密度20mA/cm2，陽極電極面積均為7cm2，陰極均為14cm2鈦板，陰陽極間距為1.5cm攪拌條件下進行的。由圖1可見，隨著降解時間的延長，所有電極降解后溶液的TOC去除率都呈現出逐漸升高的趨勢，這說明不同摻銻量電極對對硝基苯酚皆表示出良好的電催化氧化活性，其中摻銻量最低2.357%和最高12.000%的電極開始時TOC的去除率較低，而6.450%的電極TOC去除率明顯高于其它電極的TOC去除率。由圖中曲線變化趨勢來看，摻銻量為6.450%和4.517%的電極降解3h后，溶液中的TOC去除率已經達到50%，其它電極隨著電解時間的延長溶液的TOC去除率也增加但增加的速度變緩。

2.2 不同摻銻量二氧化錫電極電催化氧化對硝基苯酚電流效率的比較分析

電催化氧化方法工業化的關鍵在于降低操作費用，而操作費用與降解有機污染物所需能量有關，這就要求提高電流效率。為了進一步比較不同摻銻量二氧化錫電極對對硝基苯酚的電催化氧化降解能力和效果，以TOC去除為指標表征對硝基苯酚礦化過程中電極的電流效率，計算公式見（1），式中η為有機物礦化的電流效率，Qt1和Qt2為不同電解時間所通過的電量，TOCt1和TOCt2為相應時間溶液中的總有機碳。

（1）

圖2為不同摻銻量二氧化錫電極的電流效率對比圖。圖中橫坐標為通電量，縱坐標為在每個時段單位通電量對TOC的平均去除率。從圖中可看出在通電量為2000C之前（降解時間約4h），摻銻量為4.517%和6.450%的電極上對硝基苯酚的礦化效率較高，而兩電極中摻銻量為6.450%電極的電流效率更高；其次是摻銻量為5.580%和10.500%的電極，而摻銻量為12.000%的電極上對硝基苯酚的礦化效率最差，這結論與TOC去除率結論一致。隨著通電量的增加到4000C-5000C，即降解時間約為8-10h時，所有電極的礦化效率均下降，其中電流效率最低的恰好是摻銻量為4.517%、6.450%和10.500%的電極，與TOC去除率曲線比較可知，TOC去除率較高的電極越到降解后期有機物的礦化效率就越低，這是因為隨著反應的進行，溶液中有機物的濃度已經下降，因而可降解的有機物已經很少，按上述公式計算所以電流效率是下降的。從圖中還可以看出，摻銻量為7.300%的電極在通電量為1000C時，出現了一個低谷，分析其原因可能是此階段有難降解中間產物的積累，隨后在通電量為1500C左右出現了峰值，說明此階段出現了較易降解的中間產物，因而電流效率較高。

3 結論

不同摻銻量二氧化錫電極對對硝基苯酚溶液TOC去除率結果表明，所制備的不同摻銻量的Sb-SnO2/Ti電極的電催化活性有區別，隨著摻銻量的增加，電極的電催化活性呈先增加后減小的趨勢，其中摻銻量為2.357%和12.00%的電極的催化活性最差，而電催化活性最好的電極摻銻量在4.517%和6.450%之間，而且這兩電極對對硝基苯酚的礦化效率在低通電量時也是最好的。

參考文獻

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