氯离子对苯酚电化学氧化降解过程的影响分析

氯离子对苯酚电化学氧化降解过程的影响分析

作者：罗艺 熊江东

来源：《价值工程》2011年第27期

The Influence of Chloridion on the Phenol Degradation Process of Electrochemical Oxidation

Luo Yi； Xiong Jiangdong

（①贵州遵义师范学院，遵义563002；②云南省交通运输厅工程造价管理局，昆明 650031）

（①Zunyi Normal College，Zunyi 563002，China；②Yunnan Communication Department Project Cost Management Bureau，Kunming 650031，China）

摘要：高级氧化技术是有机污染物处理的重要技术，而电化学氧化法是有机物降解中最理想的方法之一。本文研究了氯离子的存在环境下，苯酚在不同氧化物涂层的阳极上所发生电化学降解过程的分析，深入探讨氧化法降解有机物质中氯离子的作用。

Abstract: Advanced oxidation treatment is an important technology of organic pollutants, and electrochemical oxidation method is one of the best in organic matter degradation. In this paper, under the presence of chloridion, the electrochemical degradation process of phenol in different anodic oxide coating is analyzed to investigate the discuss the role of chloridion in degradation of organic matter. 关键词：氯离子 苯酚电化学氧化 降解 影响

Key words: chloridion；phenol electrochemical oxidation；degradation；infulence 中图分类号：O6文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）27-0294-02 1电化学法降解概述

当前，处理生物降解有机污染物的重要方法是高级氧化技术，这其中电化学氧化法是最有效的有机物降解的方法之一，电化学氧化法具有操作简单和高效率的降解的特点，这使得电化学氧化降解在有机废水处理方面有着极为广阔的前景。在电化学氧化过程中，通过直接电氧化或间接电氧化降解污染物。其中，直接电氧化是指吸附在阳极表面的污染物通过电子转移发生

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氧化降解反应。而间接电解氧化则是指通过电生成活性氯等强氧化物质，使污染物在阳极表面或溶液中被氧化降解。

最近几年，间接电化学氧化法已经被成功的应用于多种废水处理过程中，但是，对于一些成分复杂的有机废水，特别是难生物降解的有机废水还是缺乏具体的了解。很多情况下，水中有机污染物的电化学降解的过程是很复杂的娥，通常是直接和间接电氧化同时发生，其处理的效果与电极材料、溶液组成以及电流的大小有着直接的关联。例如，金属氧化物电极的过电位通常是比金属电极高，尤其是一些半导体材料，它们具备良好的光电催化性能，十分有利于·OH自由基的产生。处理含酚废水时产生的大量的·OH自由基快速的攻击苯环，使得酚类通过间接氧化降解。基于此，目前在电化学处理含酚废水时一般采用PbO2，TiO2，RuO2和SbO2等电极。在酸性条件下，复合金属氧化物电极（如TiO2一RuO2一IrO2）为阳极电解工业含酚废水，以NaCl作为电解质时的处理效果很好，但在处理后期仍有部分有机氯化物残留。使用PbO2和Bi—PbO2电极处理高浓度含酚废水时，在高电流密度（100mA／cm2）、高NaCl浓度和碱性条件下，酚去除率基本接近100％，而且化学需氧量（COD）转化率业高达90％多。大多数工业废水中含有高浓度的氯离子，氯离子的存在对有机污染物氧化降解的影响越来越受到重视，然而当前却没有大规模的对其进行深入的研究，而主要是针对一些处理结果进行讨论。实际上，氯离子的影响与所存在的环境有关，包括电极材料、氯离子浓度和有机污染物种类等。下面通过研究氯离子存在条件下苯酚在Ti/SnO2-Sb2O5 /PbO2和Ti/Ru-Ti～Sn氧化物涂层阳极上的电化学降解过程，进一步了解氯离子对于氧化法降解有机物的作用。 2实验

2.1 仪器与试剂恒电流仪，光谱仪，化学需氧量分析仪。所用的试剂全都是分析纯，水为二次去离子水。 2.2 实验过程

2.2.1 涂液及电解液的配置

Sn—Sb氧化物涂液的配制：将SnCl2·2H2O和SbCl3按摩尔比9：1溶于正丁醇中，为防止水解在其中加入几滴浓盐酸。按10mg/cm2SnO2-Sb2O5进行涂液。

Ti/PbO2电极电镀液为0.5mol/LPb（NO3）2+0.05mol/LNaF+0.1mol/LHNO3的水溶液。 Ti/Ru-Ti-Sn氧化物涂液的配制：将RuCI3，·5H2O，Ti（OH）4和SnCI4·5H2O按摩尔比2：7：l加入正丁醇中，然后加入几滴浓盐酸。按3mg/cm2RuO2-TiO2-SnO2进行涂液。其中电解液为100mg/L苯酚+0．5mol/LNa2SO4的水溶液。

2.2.2 电极制备钛基体为TA2钛网，其规格为3.013/11×3.0cm/1×1.0mm。第一步用洗涤剂进行脱脂，第二步放在质量分数为20％盐酸水溶液中，煮沸2h，第三步用去离子水冲洗干

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净，备用。在已涂好的sn-sb氧化物中间的钛网上恒电位电沉积制得Ti/SnO2一Sb2O5/PbO2阳极（简称Ti/PbO2阳极）。

2.2.3 电化学氧化降解实验在250mL的无隔膜电解槽中进行实验。氧化物涂层电极是阳极，3.0cm×3.0cm×1.0mm的Ti网是阴极，溶液pH值为6～7之间，电极间距5mm，用恒压电流电解，电流密度为10mA/cm2。在电解一定时间（0．5，1，2，3和4h）后，取样，测定和分析COD、有机物、中间产物、电压、电量和pH值等各项参数值。要注意电解实验必须在室温下进行。

2.2.4 检测方法用光谱仪分析反应物和中间产物；COD根据重铬酸钾标准方法，用化学需氧量分析仪测定。 3结果

根据实验所测的结果如下：图1是氯离子对Ti/PbO2和Ti/Ru—Ti-Sn阳极电化学氧化降解苯酚溶液的影响。图2和图3分别为Ti/PbO2阳极和Ti/Ru-Ti-Sn阳极在有无氯离子存在条件下苯酚降解过程的光谱图。 4讨论

4.1 氯离子存在时苯酚在Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极上的电化学氧化

从图1中可知，当降解150min时，氯离子不存在的体系中COD去除率达66.1％，而有氯离子存在的溶液中COD去除率达98.1％。这说明氯离子的存在能够加速溶液COD的去除速度，因为氯离子在阳极被氧化，变成了活性氯，而活性氯是一种强氧化剂，能够有效氧化溶液中的有机物，使得在一样的时间内有机物在有氯离子存在的溶液中受到活性氯氧化和电化学氧化的双重作用，极大的加快了COD去除的速度[图1（A）]。对于Ti/Ru-Ti-Sn阳极体系，在没有氯离子存在时，COD去除效果很不理想，150min时去除率才是11.4％；然而当溶液中加人氯离子后，COD去除效果就得到了极大的改善，150min时达到65.6％。

在没有氯离子存在的情况下，150min时Ti/PbO2阳极的COD从237.12mg/L下降到了80.48mg/L，而Ti/Ru-Ti-Sn阳极的COD仅仅下降至210.08mg/L，说明Ti/PbO2阳极能够更好的降解该有机物。当加入氯离子后，一样的时间内Ti/PbO2阳极体系的COD去除效率加快了31.9％，而Ti/Ru-Ti-sn阳极体系的COD去除效率加快了了54.2％，表明对于电生成的活性氯，使用Ti/Ru-Ti-Sn阳极比Ti/PbO2阳极具有更好的作用。

4.2 在Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极上苯酚电化学氧化过程的光谱分析对于Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极体系，氯离子不存在时，图2（A）和图3（A）电解过程中苯酚的2个特征吸收峰（210，269nim）都是慢慢减弱的，但在210～225，230～263和280～310nim 3个波段又

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分别出现3个新的吸收峰，不一样的是，在Ti/Ru-Ti-Sn电极中，苯酚的2个特征吸收峰随着电解时间的增加变化很小，而其余的波段的吸收却是很弱。在有氯离子存在时，图2（B）和图3（B）也出现了类似的现象，吸收主要集中在280～330nm之间，这表明在不同的电极中，对于相同的电解液，生成的中间产物基本相同。但2种电极的电解过程中的成分随着电解时间的变化而不同，Ti/PbO2阳极中苯酚逐渐开始降解，其它的中间产物也伴随着电解时间变化而逐渐矿化，这其中氯离子的作用是加快降解速度；对于Ti/Ru-Ti-Sn电极，在没有氯离子存在的情况下，苯酚的降解较慢，当存在氯离子时，苯酚快速降解，但是其它中间产物降解仍较慢，苯酚在这其中发生了转化反应。对于相同的电极体系，不同的电解液的氧化降解过程中产生不同的中间产物。 参考文献：

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