活性艳蓝X-BR的电化学行为及机理研究

活性艳蓝X2BR的电化学行为及机理研究俞杰飞贾金平3李飞潘海东(上海交通大学环境科学与工程学院环境工程系,上海,200240)摘要采用循环伏安法、线性扫描伏安法及微分脉冲伏安法研究了活性艳蓝X2BR在011mol·l-1KCl2HCl溶液中的电化学行为.研究发现,在-0145V—110VvsSCE电压范围内的循环过程中出现两对氧化还原电流峰,通过考察峰电压随溶液pH值的变化,提出了可能的电极反应机理:阳极区的电极反应是属于失1质子和2电子的氧化反应,而阴极区的电极反应则是蒽醌基团被还原加氢成为氢醌基团的反应.关键词活性艳蓝X2BR,电化学,蒽醌基团.电化学分析是目前研究和分析有机物分子性质的有效手段之一,具有良好的选择性和较高的灵敏度.其中采用极谱方法来分析染料和染料中间体尤为突出[1—4].本文以活性艳蓝X2BR作为研究对象,以玻碳电极作为工作电极,采用电化学测试手段来分析该分子的氧化还原性质及其电化学动力过程.1电化学分析方法活性艳蓝X2BR是一种应用较广的活性(蒽醌类)染料,其分子结构中包含一个蒽醌基、芳环上的氨基及活性二氯三嗪基团等.以三电极体系:饱和甘汞电极(SCE)为参比电极、铂丝为辅助电极、玻碳电极为工作电极,采用KCl2HCl为支持电解质,对活性艳蓝X2BR模拟染料废水进行电化学性质测试.(1)循环伏安(CV)-0145—110V(相对饱和甘汞电极SCE)进行循环扫描(扫描速度为100mV·s-1),记录不同pH值缓冲溶液中对应的电流峰(Ip)和峰电压(Ep)及Ep-Ep/2.(2)线性扫描伏安(LSV)改变电压扫描速率,在0—1VvsSCE范围进行扫描,记录Ip和相对应的Ep.(3)微分脉冲伏安(DPV)脉冲振幅为50mV·s-1,扫描速度为10mV·s-1,扫描范围为-015—019V.2活性艳蓝X2BR的氧化还原行为活性艳蓝X2BR染料在011mol·l-1KCl2HCl溶液中的循环伏安图如图1A所示.在2003年9月10日收稿.3通讯作者:email:jpjia@sjtu.edu.cn.第23卷第4期2004年7月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.23,No.4July2004Ep=01783V有一明显的阳极电流峰,逆向反扫过程中,在E=01690V外呈现微弱的还原电流峰.而在负电势区的扫描过程中,则出现了一对可逆性较好的氧化还原电流峰Epa=-01225V,Epc=-01290V,ΔEp=65mV,且Ipa≈Ipc.可见活性艳蓝分子的氧化过程是一个不可逆过程,而还原反应较为可逆.由于DPV不能进行循环扫描,所以分两次进行,见图1B,上支从电压-015V开始扫到019V的DPV图,下支为相反方向扫描的结果.由图1B可以看出,DPV和CV结果基本一致,在E>0V时,有一对不可逆的氧化还原电流峰(Ipa>>Ipc),而E<0V的氧化还原峰相差不大,说明可逆性较好.而且,微分脉冲伏安相对循环伏安灵敏度更高些,且峰形尖锐.图1活性艳蓝X2BR在KCl2HCl缓冲液中的循环伏安曲线和微分脉冲伏安曲线Fig.1CyclicvoltammogramanddifferentialpulsevoltammogramofreactivebrilliantblueX2BRinKCl2HClsolution3扫描速度的影响在同一体系中,改变扫描速度(100—500mV·s-1),在0—1V范围进行循环扫描,记录不同扫描速度对应的Ip和Ep,如图2A所示.随着扫描速度的增加,阳极氧化电流峰峰位正移,表现出不可逆反应的特征,且峰电流Ip与扫描速度的平方根v1/2呈很好的线性关系,这表明该电极的反应过程主要受扩散控制.图2B为-014—-011V范围内的电极反应随扫描速度变化的循环伏安图,由此可以看出,峰电位与扫描速度无关,且Ipa≈Ipc.进一步证实了反应的可逆性.图2不同扫描速度下的循环伏安图染料浓度:5×10-4mol·l-1Fig.2Cyclicvoltammogramforanodicandcathodicreactionatdifferentscanningspeed004环境化学23卷4电化学反应机理研究对于含有蒽醌基团和氢醌基团的互变早已有人提出和研究[4,5],而本实验的研究对象中恰好包含蒽醌基,所以在负电位区产生的还原峰有可能就是蒽醌基被还原的结果,另外,由循环伏安法得Ep-Ep/2=0103(平均值),由可逆反应电化学原理[6]公式:Ep-Ep/2=212RT/nF,推得n≈2.考察峰电压与缓冲溶液pH值的关系,发现氧化还原峰对随pH值的增大而负移,当溶液pH值较小时,氧化还原电流峰对可逆性较好,但随着pH值增大,可逆性变差,峰形变宽,变得不明显,这有可能是在负移时被析氢还原电流掩盖,