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反應。

關鍵詞：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，是合成農藥、油漆和炸藥等的重要中間體。同時對硝基苯酚也是生產使用過程中產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期和降解周期；而氧化法中的電催化高級氧化技術是最近發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，其機理是溶液中產生以羥基自由基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，難以實現工業化。因此，開發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降解的影響，提出了對硝基苯酚電化學降解的最佳條件。

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，取不同反應溶液各80mL，在室溫下攪拌，使反應進行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降解效果差不多，在酸性反應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，對采用何種水處理技術、化學試劑（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，取不同濃度的反應溶液各80mL，槽電壓5V進行電化學降解，在室溫下攪拌，使反應進行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反應速度的主要因素。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降解效果最佳。

3.4 反應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，電化學降解越來越好，當降解100min時去除率就達到96%，前50min內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反應。

4 結語

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反應。

參考文獻

[1] 單治國，汪家權，呂劍，等.錳礦摻雜β-PbO2電極電催化氧化對硝基苯酚及其動力學研究[J].工業水處理，2010，30（1）：49-52.

[2] 操劍川，夏傳俊，楊周生.基于PbO2電極電化學降解對硝基苯酚的研究[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2012，35（2）：150-153，157.endprint