铁系搀杂改性的PbO2电极对对硝基苯酚污水电催化降解研究

仝玉树++潘献晓++丁宏伟++吴欣超++孟凡磊++张诚

摘 要：该文研究了铁系搀杂改性的PbO2电极对对硝基苯酚污水电催化降解，对硝基苯酚在铁系搀杂改性PbO2电极上的电催化研究表明，在室温下进行电磁搅拌，溶液pH值为5.5，对硝基苯酚初始浓度为60mg/L，槽电压为5V，电解时间为100min，对硝基苯酚的降解效果最好，去除率达到96%。进一步的研究表明，对硝基苯酚在铁系搀杂改性的PbO2电极上的电催化降解接近于一级动力学反应。

关键词：铁系搀杂 PbO2电极 对硝基苯酚 电催化降解

中图分类号：X788 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0060-01

对硝基苯酚是一种重要的化工原料，是合成农药、油漆和炸药等的重要中间体。同时对硝基苯酚也是生产使用过程中产生的污水中的主要污染物。对硝基苯酚是对人类危害较大的有毒性有机化合物，其降解一直为人们所关注。目前降解对硝基苯酚的方法主要有生化法、氧化法等。由于苯环上硝基基团的存在和对硝基苯酚的毒性，一般采用生化降解法需要很长的接种培养期和降解周期；而氧化法中的电催化高级氧化技术是最近发展起来的处理难生化降解且有毒的污染物的新型有效技术，其机理是溶液中产生以羟基自由基HO·为主要的强氧化性自由基，快速分解难降解有机物，并显著提高有机污水的可生化降解性。可以使难生化降解的有机物转化为可以生化降解的有机物种，或使难生化降解的有机物“燃烧”而生成CO2和H2O。但长期以来，电极氧化技术受电极材料的限制，使得该工艺降解有机物的电流效率低，能耗高，难以实现工业化。因此，开发高活性的无机电极材料成了近年来研究的热点。该文通过制备的铁系搀杂改性的PbO2电极对对硝基苯酚进行电化学催化降解研究，用因素轮换法研究了溶液pH值、初始浓度、槽电压、电解时间等对对硝基苯酚电化学降解的影响，提出了对硝基苯酚电化学降解的最佳条件。

1 仪器和试剂

仪器：恒电位仪、电解槽、液相色谱仪、电解槽、电磁搅拌器。

试剂：对硝基苯酚、铁系搀杂的PbO2电极、铂片、硝酸钠、硫酸、氢氧化钠。

2 实验

在实验室配置一定浓度的对硝基苯酚污水，用制备的铁系搀杂改性的PbO2电极为阳极，铂片为阴极，电极面积10cm2，电极间距2cm，在一定的电流密度下，处理80mL的模拟污水，用因素轮换法研究对硝基苯酚的降解效果。

3 结果与讨论

3.1 溶液pH值对对硝基苯酚降解的影响

配制对硝基苯酚的初始浓度为90mg/L的酸（0.08mol/L H2SO4）、中性（0.1mol/L硝酸钠）、碱性（0.1mol/L NaOH）等几种模拟对硝基苯酚污水，取不同反应溶液各80mL，在室温下搅拌，使反应进行100 min，测定对硝基苯酚去除效果，不同的溶液pH值对对硝基苯酚去除率的影响。在碱性和中性溶液中，对硝基苯酚的电化学降解效果差不多，在酸性反应溶液里对硝基苯酚的降解效果最佳。表明对硝基苯酚的电化学降解受到溶液pH值的影响。综合研究表明，溶液的pH值为5.5时，对硝基苯酚的电化学降解效果最佳。

3.2 初始浓度对对硝基苯酚的降解的影响

污染物的浓度是所处理水体的一个重要参数，对采用何种水处理技术、化学试剂（氧化剂）的用量及所需处理时间长短有着重要影响。为考察不同对硝基苯酚初始浓度对其电催化氧化降解的影响，向反应溶液中加入不同浓度的对硝基苯酚，进行降解实验。

实验制备浓度分别为40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L的对硝基苯酚的三种碱性模拟废水，取不同浓度的反应溶液各80mL，槽电压5V进行电化学降解，在室温下搅拌，使反应进行100min，研究对硝基苯酚的初始浓度对电催化氧化降解的影响。不同初始浓度下的对硝基苯酚浓度均是随时间而下降的，当对硝基苯酚初始浓度为60mg/L时，去除率的变化略高于其它的几种。

3.3 槽电压对对硝基苯酚的降解的影响

槽电压是影响电化学反应速度的主要因素。配制初始浓度为60mg/L碱性对硝基苯酚溶液80mL，在室温的条件下，使槽电压分别1.5V、3V、3.5V、5V、6.5V，反应进行100min，测定槽电压对对硝基苯酚的去除效果的影响。对硝基苯酚在不同槽电压下的浓度都是随时间而降低的，但是当槽电压为5V和6.5V时曲线下降的趋势有所相同，其他情况下随着槽电压的增加，对硝基苯酚的降解效果随槽电压的增加效果明显。综合能耗可见，当槽电压为5V时，对硝基苯酚的电化学降解效果最佳。

3.4 反应时间对对硝基苯酚降解的影响

配制初始浓度为60mg/L的对硝基苯酚和0.1mol/L的氢氧化钠模拟污水，槽电压为5V，在室温下用电磁搅拌器进行搅拌，研究不同降解时间对电催化氧化降解的影响。

混合污水中对硝基苯酚的浓度随电解时间的延长，电化学降解越来越好，当降解100min时去除率就达到96%，前50min内对硝基苯酚的去除率随时间的延长而迅速上升，而后变化趋于平缓，时间更长，基本没有明显的变化。可见，反应时间直接影响到对硝基苯酚的去除效果，氧化时间越长，有机物降解越彻底，但是通过的电量越多，消耗的电能也就越多。

进一步的研究表明，对硝基苯酚在铁系搀杂改性的PbO2电极上的电催化降解接近于一级动力学反应。

4 结语

对硝基苯酚在铁系搀杂改性PbO2电极上的电催化实验表明，在室温下进行电磁搅拌下，溶液pH值为5.5，对硝基苯酚初始浓度为60mg/L，槽电压为5V，电解时间为100min，对硝基苯酚的降解效果最好，去除率达到96%。进一步的研究表明，对硝基苯酚在铁系搀杂改性的PbO2电极上的电催化降解接近于一级动力学反应。

参考文献

[1] 单治国，汪家权，吕剑，等.锰矿掺杂β-PbO2电极电催化氧化对硝基苯酚及其动力学研究[J].工业水处理，2010，30（1）：49-52.

[2] 操剑川，夏传俊，杨周生.基于PbO2电极电化学降解对硝基苯酚的研究[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2012，35（2）：150-153，157.endprint