4—氯苯酚氧化降解實驗與分析

孫艷麗

摘 要：近年來，隨著人們對環境污染尤其是水污染越來越重視，逐漸加大了對水污染的治理力度。電化學氧化技術以其環境友好性的特點，特別是可以直接或間接地將難生物降解有機物氧化降解等優點引起了人們的廣泛關注。

關鍵詞：電化學氧化；脈沖電沉積；SnO2/Ti電極；苯酚；4-氯苯酚

1、酚類廢水的危害

近年來伴隨著工業的發展，含有酚類的污水的排放量和排放水中酚的含量都是在逐年的增大。作為原型質有毒物質的酚類化合物，對包括人類在內的大多數生物都具較大的危害。酚類進入人體的途徑主要有皮膚、食用和呼吸系統；對人造成傷害主要是酚類要與人體內的一些物質發生化學反應從而導致細胞原漿中的蛋白質由可溶性的變成不溶性的，進一步的使細胞失活使人體產生一些疾病。

1.1苯酚對人體的危害

苯酚可造成急性中毒：當吸入較高濃度的苯酚蒸氣時，可致頭痛、頭暈、乏力、視物模糊、肺水腫等急癥等。服食含苯酚的污染水會引起消化道灼傷，消化道會出現燒灼痛，呼出的氣體帶有酚味，嘔吐物和大便可能帶有血液，造成胃腸穿孔的可能，也有可能出現休克、肺水腫、肝臟或者腎臟損害，出現急性腎功能衰竭，嚴重可能會死于呼吸衰竭。若眼睛直接接觸到苯酚，會引起灼傷。也有可能經過皮膚吸收，造成皮膚灼傷或者經過一定潛伏期后引起急性腎功能衰竭。

苯酚造成慢性中毒：主要的癥狀有頭痛、頭暈、咳嗽、食欲減退、惡心、嘔吐，嚴重者引起蛋白尿。苯酚對人體組織具有強烈的腐蝕作用，接觸皮膚后，如不迅速沖洗清除，輕者引起灼傷，嚴重苯酚迅速進入體內導致全身性中毒，出現急性腎功能衰竭、急性肝損傷和對心肌造成損害。當成人吞服0.3 g即有可能導致中毒，吞服3 g有可能導致死亡。

1.2氯酚的危害

氯酚類化合物苯環上氯原子的存在對微生物具有毒性，而且還會增加污染物的化學穩定性，使得這些物質在被自然降解時過程非常的緩慢。一旦進入環境中會對環境造成持續和長期的危害，特別是造成水體和土壤的破壞以及會對軟體動物、魚類和哺乳類動物造成嚴重的危害。

氯酚類物質還會對人體的眼睛、粘膜、呼吸道及皮膚等具有強烈的刺激作用。特別是當吸入這類物質時可能引起支氣管炎、水腫、化學性肺炎、肺水腫等疾病從而導致死亡。

2、電催化氧化降解4-氯苯酚的實驗研究

2.1初始pH對4-氯苯酚降解效果的影響

實驗條件：以Ti/SnO2電極作為降解體系的陽極，純Ti板作為降解體系的陰極，工作電極的有效工作面積均為6.0 cm2，電極間距為4.0 cm，電流密度為25 mA/cm2，電解質Na2SO4的濃度為0.05 mol/L，對氯苯酚廢水的初始濃度為200 mg/L，溶液的體積為100 mL，初始pH分別為3、4 、5、6、7、8、9、10，考察不同pH對4-氯苯酚處理效果的影響，由實驗結果可以得出，4-氯苯酚的降解在溶液呈中性時的去除率最差，而當溶液偏堿性時的降解效果有沒有溶液偏酸性時的降解效果好，其中當4-氯苯酚模擬廢水溶液的pH=4時實驗電極對目標物的去除率達到最高89.61 %，效果最差的是pH=7時的降解去除率僅僅只有71.09 %。產生這種現象的原因是：酸性條件有利于4-氯苯酚的氧化降解，溶液呈酸性時存在大量的氫離子，可以有效的抑制陽極——鈦基SnO2電極的析氧副反應的發生；但當pH過低時，電極有可能被腐蝕，且副反應嚴重不利于降解的進行，其最佳pH值是為4；當呈堿性時，溶液中存在大量的氫氧根離子，陽極表面發生嚴重的析氧副反應，使得羥基自由基與析氧副反應大量反應，從而降低了羥基自由基與4-氯苯酚反應的幾率，降低了目標物的降解去除效果。

同時，在降解的過程中，開始時溶液是無色透明，隨著降解的進行溶液的顏色變成黃綠色；這是因為在4-氯苯酚的降解過程中，C—Cl鍵持續斷裂，Cl被釋放出來，同時降解過程還有生成黃色中間產物的苯醌，這兩種物質的共同作用導致了溶液顏色的變化。

對于4-氯苯酚在2.0 h后的最佳降解去除率比苯酚的最佳降解去除率要高，可能是由于4-氯苯酚在降解過程中生成的Cl？使得電極的催化活性有所增加，生成的羥基自由基與目標物的反應更加容易。

2.2支持電解質濃度對4-氯苯酚降解效果的影響

實驗條件：以Ti/SnO2電極為電解體系陽極，以純Ti板為電解體系陰極，工作電極的影響工作面積均為6.0 cm2，電極間距為4.0 cm，4-氯苯酚的初始pH=4，電流密度為25 mA/cm2，溶液體積為100 mL，初始濃度為200 mg/L，電解質Na2SO4的濃度分別為0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L，考察不同投加電解質濃度對4-氯苯酚模擬廢水處理效果的影響，

從實驗可以得出，隨著電解質的濃度的增加4-氯苯酚的降解去除率先是增加，然后略有降低；達到0.05 mol/L后，目標物4-氯苯酚降解去除率的變化隨著支持電解質的濃度變化不是很大；這是可能當支持電解質Na2SO4濃度過高時，溶液中過多的硫酸根離子會吸附在陽極的表面，從而阻礙了羥基自由基的產生，進而降低目標物的去除效率；此外，從實驗結果還可以得出，支持電解質的濃度對4-氯苯酚的降解影響不是很大。

2.3 4-氯苯酚降解過程中化學需氧量的變化

實驗條件：以Ti/SnO2電極作為降解體系的陽極，純Ti板作為降解體系的陰極，電極的工作面積均為6.0 cm2，陰陽電極間距為4.0 cm，模擬4-氯苯酚廢水的初始pH=4，初始濃度為200 mg/L，降解液的體積250 mL，支持電解質Na2SO4的濃度為0.05 mol/L，電流密度為25 mA/cm2。

由實驗可以得出4-氯苯酚在降解過程中，開始時，COD值的下降速度較快，在15 min后變得比前面緩慢，在降解1.0 h后COD值的下降速度又有所增加，最后又變得比較緩慢。這是由于開始階段隨著4-氯苯酚大量的被降解，有機物被電化學燃燒的多；隨著降解的進行一方面4-氯苯酚的濃度下降使得其被降解的量減少，另一方面在降解過程中可能生成不利于降解進行的物質導致COD值下降變得緩慢。降解2.0 h后溶液的COD值為100.1 mg/L，基本達到國家工業廢水排放二級標準。

結論：

本文較系統的考察了該電極催化氧化降解苯酚和4-氯苯酚的工藝條件，對4-氯苯酚在不同條件下的降解，改變的降解條件有溶液的初始pH、降解時的電流密度、苯酚的初始濃度、支持電解質的濃度四個不同的條件；并對降解過程中顏色的變化進行了觀察；考察溶液降解前后的pH值的變化；降解過程溶液中化學需氧量的變化。

參考文獻：

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