醌基修饰电极强化偶氮染料电解特性研究

王向宁

（邢台市环境监测站河北邢台054000）

醌基修饰电极强化偶氮染料电解特性研究

王向宁

（邢台市环境监测站河北邢台054000）

本研究以具有典型偶氮结构的单偶氮染料酸性橙Ⅱ为研究对象，以电解技术为核心，在经优化的电解工艺条件下，探索不同醌类化合物修饰电极对偶氮染料的加速降解作用，并初步探讨运用电解方法降解染料的降解机理。

酸性橙Ⅱ；修饰电极；降解机理

1　前言

醌类化合物对偶氮染料的降解有加速作用［1］，这在以醌类化合物为氧化还原介体的生化研究中得到了证实［2］，但是这些研究集中在水溶性的醌类化合物，在实际应用中会造成二次污染和增加成本问题［3］，而电化学以其化学修饰电极的优越性可以将非溶性的物质固定在电极表面。本实验采用修饰电极的方法以醌类化合物为氧化还原介体，把醌类化合物固定在电极表面，研究醌类化合物修饰电极对染料降解加速作用，并探讨偶氮染料降解原理。

2　实验部分

2.1实验装置

恒电位仪、铂电极、反应器

2.2酸性橙Ⅱ结构及特性

偶氮染料酸性橙Ⅱ电解液呈橙黄色，发色基团偶氮键的特征吸收峰处吸收波长为484nm，萘环结构和苯环结构的特征吸收峰吸收波长分别为310nm和229nm。酸性橙Ⅱ的分子结构见图1。

图1　酸性橙Ⅱ的分子结构

2.3实验方法

导电胶由导电树脂和固化剂按质量比2：1组成，加入一定量醌类化合物混匀后，均匀涂布于极片表面，在室温下放置24h，完成电极修饰。以不加醌类化合物为空白。

实验是在酸性橙Ⅱ溶液浓度为20mg/L，溶液体积为50mL，电解质（Na2SO4）浓度为0.1mol/L，极板间距为30mm，电流密度为50m A/cm2的条件下，用不同醌类化合物修饰电极降解染料溶液，在恒电流状态下调节电流密度，每隔0.5h取样测溶液的吸光度记录数据，并采用气质联用方法对降解中间产物进行分析。

3　结果与讨论

3.1不同醌类化合物修饰电极对酸性橙Ⅱ降解效果影响

分别以相同摩尔浓度、不同种类的醌类化合物修饰电极与空白导电胶修饰电极和裸电极降解染料，通过脱色率和紫外可见光谱图进行对比，见表1和图2。

表1　脱色率和紫外可见光谱图对比

图2醌类化合物修饰电极与空白导电胶、裸电极降解酸性橙Ⅱ溶液脱色率。

图2　修饰电极与未修饰电极降解染料UV-Vis图

以上图说明以醌类化合物修饰电极只是加速了染料的降解，在反应过程中并未产生新的物质，以蒽醌和分散紫H FRL修饰电极对染料的脱色效果更好。染料各官能团都在电解过程中得到不同程度的降解，偶氮键结构的降解效果比萘环结构和苯环结构降解效果好。

3.2染料降解机理探讨

3.2.1直接或间接电解

染料降解脱色的原因有两方面，一是直接氧化，染料酸性橙Ⅱ分子在电极表面被氧化转化成其它物质，另外是电极的间接氧化过程，它是靠生成活性高或氧化能力强的中间物质来降解污染物的，如活性氧原子等。

3.2.2色谱图和质谱图分析

通过分析气相色谱图和质谱图对染料酸性橙Ⅱ降解的中间产物及降解途径进行初步探讨，气相色谱图见图3和图4。

图3　酸性橙Ⅱ溶液的气相色谱图

图4　修饰电极电解酸性橙Ⅱ3h的气相色谱图

由图可知，未修饰电极和修饰电极降解染料32.605min、33.736min的峰是降解染料中间产物产生的新峰，并且降解途径和降解的中间产物大致是相同的。

对酸性橙Ⅱ降解中间产物用质谱图来进行初步推测，见图5和图6。

图5　出峰时间为32.487min物质的质谱图

图6　出峰时间为33.736min物质的质谱图

由质谱图库这两种中间物质可能是硝基苯和苯丙酸。

因此初步推断酸性橙Ⅱ的降解途径为染料酸性橙Ⅱ首先在有H的作用下加氢还原偶氮键断裂生成芳香胺类化合物，芳香胺类化合物再被氧化开环降解，生成苯丙酸和硝基苯类的小分子有机物质，再随着电解的进行，苯丙酸和硝基苯类的物质在继续被开环氧化，甚至部分被矿化为CO2和H2O。

4　结语

（1）醌类化合物修饰电极与空白导电胶修饰电极相比对偶氮染料酸性橙Ⅱ降解有加速作用。（2）通过气相色谱图与质谱图分析，可以初步染料分子的偶氮键断裂生成芳香胺类化合物，芳香胺类物质被氧化为硝基苯和苯丙酸等物质，然后这些中间产物再部分被矿化为CO2和H2O。

［1］侯士峰，杨可盛，方惠群，等.四氯苯醒自组装膜电子传递机制的研究.物理化学学报，1998，14（7）：640-644.

［2］孙红文，黄国兰.藻类对偶氮染料的降解及定量结构-生物降解性研究.中国环境科学，1999，19（4）：289-292.

［3］冯玉杰.电化学技术在环境工程中的应用.北京：化学工业出版社，2002.