活性碳纤维阴极电芬顿反应降解微囊藻毒素研究_王爱民

Vo.l26高等学校化学学报No.92005年9月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES1669～1672活性碳纤维阴极电芬顿反应降解微囊藻毒素研究王爱民,曲久辉,史红星,茹加,刘会娟,雷鹏举(中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室,北京100085)摘要以具有高比表面积的活性碳纤维作为阴极,通过电芬顿反应降解水中微囊藻毒素(MCRR,MCLR)的电化学方法系统考察了电流密度、pH值和Fe2+浓度等因素对微囊藻毒素降解效果的影响.实验结果表明,在Fe2+浓度为1.0mmol/L和电流密度为6.6mA/cm2条件下,电化学处理60min,MCRR(8.81mg/L)去除率为75%,MCLR(6.36mg/L)去除率为94%.证明过氧化氢可以通过电化学还原在活性碳纤维阴极表面高效产生,微囊藻毒素可被高效降解去除.关键词活性碳纤维阴极;电芬顿反应;降解;微囊藻毒素中图分类号O646.5;X524文献标识码A文章编号0251-0790(2005)09-1669-04收稿日期:2004-07-05.基金项目:国家自然科学基金(批准号:50478115,20337020)和国家杰出青年基金(批准号:50225824)资助.联系人简介:曲久辉(1957年出生),男,研究员,博士生导师,主要从事水质净化研究.E-mail:jhqu@mai.lrcees.ac.cn由于工农业的污染,各类水体接纳了过量的氮磷等物质,引起水体富营养化,致使藻类和其它水生生物大量繁殖,引发藻华.藻华的频繁发生,严重恶化了水质,许多有害藻类还会产生并向水体释放毒素.其中微囊藻毒素(MCs)是一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的藻毒素种类[1].饮用水中的微量MCs会在肝、肾和肺等器官积累,最终导致肝溢血和肝癌等疾病[2].因此,有效去除水中藻毒素已成为水污染控制与水质净化的研究热点[3].电化学方法因具有易于控制,操作简便和无二次污染等优点而备受关注,其中间接电化学氧化是利用电化学产生强氧化性物质降解水中有机物,如利用O2在阴极还原生成的H2O2氧化有机污染物.在酸性介质和有Fe2+存在时,电化学产生的H2O2便会与Fe2+发生反应产生羟基自由基,利用这些自由基氧化有机物的反应被称为电芬顿反应[4].目前,电芬顿反应已被广泛用于降解水中硝基苯酚[5]、苯胺[6]和五氯酚[7]等多种有机物.本文利用电芬顿反应降解水中微囊藻毒素,取得了较好的结果.1实验部分1.1藻毒素溶液的制备取一定体积的毒藻细胞浓缩液,在连续搅拌下加入一定量甲醇,调节pH值,用超声细胞破碎机在40～400W的条件下超声处理5～30min,使藻细胞破碎完全释放毒素之后,在高速冷冻离心机上进行固液分离,将分离出来的沉淀再用少量体积分数为50%的甲醇水溶液超声提取,合并所得上清液,并在65～80℃的水浴中直接蒸发去除全部甲醇,将上清液过0.45μm滤膜,即得到含有一定量藻毒素的水溶液.1.2藻毒素的测定提取的微囊藻毒素通过高效液相色谱与标准品对照进行定性、定量分析.MCLR和MCRR标准品购自AlexisCorporation(USA).岛津公司LC-10A高效液相色谱仪,采用SPD-M10A二极管列阵检测器;色谱柱:ZorbaxExtend-C18色谱柱(5μm,250mm×4.6mm.id.,AgilentTechnologies,美国);流动相为V(乙腈)∶V(水)=40∶60,加入体积分数为0.05%的三氟乙酸;流速为1.0mL/min;进样量为20μL;柱温为40℃;检测波长为238nm.1.3电化学反应过程中H2O2浓度的测定参照文献[8]方法,采用Hitachi3010紫外-可见光谱仪测定在一定电流密度下溶液中生成的H2O2浓度[εI3-=26400L/(molcm)],检出限为10-6mol/L.1.4反应装置与试验方法实验装置容积为50mL,阳极采用RuO2/Ti网状电极,阴极为缚在钛网表面的活性碳纤维毡,电极面积均为3cm×3cm.反应过程中在阴极表面通入氧气(流速40mL/min)以保持溶液中氧气饱和.将50.0mLpH约为3的含一定浓度藻毒素原水注入到反应器中,加入一定量的支持电解质,用磁力搅拌器搅拌.通过调节直流稳压电源使电化学反应在一定的电流密度下进行.电解过程中每隔一段时间取样0.50mL,经0.45μm滤膜过滤后用HPLC对藻毒素进行定量分析.2结果与讨论2.1活性碳纤维强化电芬顿反应机制活性碳纤维可从两个方面强化电芬顿反应:(1)活性碳纤维具有巨大的比表面积,氧分子可更加有效地在阴极表面还原,从而增加了生成H2O2的浓度;(2)活性碳纤维在电解过程中可吸附溶液中的有机物,将其浓缩到电极表面,从而提高羟基