IrO_2_Ta_2O_5_石墨电Fenton降解对硝基酚的研究_杨志新

IrO2T/a2O5-石墨电Fenton降解对硝基酚的研究杨志新,袁松虎,陆晓华(华中科技大学环境科学研究所,武汉430074)摘要:采用最高的电化学稳定性钛基镀IrO2/Ta2O5为阳极,以石墨为阴极,通过外加Fe2+,构成一种新的高效电Fenton体系对难降解有机物对硝基酚(4NP)废水进行了降解研究。在最佳工艺条件:恒电流0.3A,Na2SO4浓度3g/L,Fe2+浓度为1mmoL/L,曝气量40mL/min,初始pH为5.30对100mg/L的4NP电解2h,COD去除率达84%。并且钛基镀IrO2/Ta2O5阳极相对于目前常用的Pt、PbO2等阳极具有特有的优势,为废水处理中选择新型阳极材料和新的反应体系提供了新思路。关键词:钛基阳极IrO2/Ta2O5;电Fenton;对硝基酚中图分类号:X132文献标识码:A文章编号:1003-6504(2005)03-0022-03硝基酚废水主要来源于化工、染料中间体、医药等行业,是典型的有毒难降解有机废水。硝基酚对微生物具有毒性,难以用通常的生物技术处理,其他如化学法、萃取法、焚烧法等,也由于技术或经济原因,难以达到实际应用的水平。电Fenton法是Fenton试剂最为有前景的发展方向之一[1]。已报道的废水处理电化学体系中,阳极研究较多的是Pt、PbO2和不锈钢(或铁)等。自从1995年Beer首次开发出Ti基IrO2涂层阳极后,彻底改变了阳极材料选材的传统思路。目前Ti基贵金属涂层阳极广泛应用于卤碱工业和电镀工业中,在污水处理中的研究还刚刚开始[2]。该电极的析氧副反应在氯碱、电镀工业中是不利的,但O2在电Fenton体系中却是必须的,文献[3]还指出,在没有O2的情况下,通过Fenton反应使有机毒物完全降解是不可能达到的。为此,我们考虑将Ti基贵金属涂层阳极应用到电Fen-ton体系当中,充分利用析氧副反应生成的O2在阴极生成H2O2,变“不利”为“有利”,另外根据文献[4]介绍,IrO2/Ti阳极能够降解苯醌(苯醌是酚类等很多有机物降解的中间体),这一特点也可以被很好的在电Fenton中被加以应用。据此,我们用钛基镀IrO2/Ta2O5为阳极[2],以石墨为阴极,通过外加Fe2+离子,以Na2SO4为支持电解质构成新的电Fenton体系对4NP模拟废水进行了降解研究,降解效果很明显。这为废水处理中选择新型阳极材料和新的反应体系提供了新思路。1实验部分1.1主要仪器与试剂1.1.1主要仪器WT-1型便携式COD分析仪(武汉沃特环保公作者简介:杨志新(1976-),男,在读硕士,主要从事水污染治理方面的研究。司),WYK-5010B2恒流稳压电源,Cary50ProbeUV-VisibleSpectropho-tometer,78-1型磁力加热搅拌器,ACO系列电磁式空气压缩机,ShangPingFA2004型电子分析天平,pHS-25型pH计,有机玻璃电解槽,钛基镀IrO2/Ta2O5阳极(2.2cm×7.8cm),石墨阴极(2.5cm×5cm)。1.1.2主要试剂对硝基酚(A.R),硫酸亚铁(A.R),无水硫酸钠(A.R)。1.2模拟废水样品的配置称取1.0000g4NP,用蒸馏水定容于1000mL容量瓶中配成1000mg/L储备液,放入冰箱中保存。每次试验前取适量储备液并根据需要加入FeSO47H2O和Na2SO4。1.3实验方法量取125mL配置好的溶液倒入电解槽,用NaOH溶液和H2SO4溶液调节溶液初始pH值,然后打开恒流稳压电源,开始电解(电解过程中根据实验需要供氧或不供氧),每隔一定时间取5mL样品,并立即加入NaOH溶液调节pH>8终止反应,离心后取上清液进行分析。1.4分析方法COD:以基于铬法的WT-1型COD分析仪对体系中的COD进行检测。2结果与讨论2.1影响4NP降解的因素2.1.1Fe2+的影响为了构建电Fenton反应,在本实验体系下,外加Fe2+是必须的[5-6],初步确定电流条件为0.1A,4NP浓度100mg/L,Na2SO4浓度1g/L,曝气量40mL/min,pH=3.67,向体系中加入1mmoL/LFe2+和不加22环境科学与技术第28卷第3期2005年5月DOI:牨牥牨牴牰牱牪牤jcnki牨牥牥牫牠牰牭牥牬牪牥牥牭牥牫牥牨牥入的情况下比较COD的去除率,实验结果见图1。当加入Fe2+后,实验中观察到了明显的促进效果,大大提高了COD的去除率,结合文献[7-8],可以认为,在阴极反应产生了H2O2:O2+2H++2e-=H2O2ψΘ=0.6825V(1)产生的H2O2和加入的Fe2+进一步发生Fenton反应产生OH:Fe2++H2O2=OH+OH-+Fe3+(2)在OH的作用下使得有机分子得到进一步降解,从而提高了COD的去