Ti_SnO_2_Sb_2O_5电极催化电解含硝基苯酚废水的研究_姚红军

文章编号:0427-7104(2005)04-0614-05收稿日期:2005-01-11作者简介:姚红军(1977—),男,硕士研究生,通讯联系人郑志竖副教授;硕士生导师.E-mail:zjzheng@fudan.edu.cn.Ti/SnO2-Sb2O5电极催化电解含硝基苯酚废水的研究姚红军,郑志坚,何阿弟(复旦大学环境科学与工程系,上海200433)摘要:用Ti/SnO2-Sb2O5电极研究了含2-,3-,4-硝基苯酚、2,4-二硝基苯酚及2,4,6-三硝基苯酚模拟废水的电催化降解.研究了初始浓度、Cl离子对降解效率的影响并初步分析了电解中间产物.结果表明用Ti/SnO2-Sb2O5电极催化电解处理含硝基苯酚的有机废水是一种有效的方法.关键词:硝基苯酚;催化降解;SnO2电极中图分类号:O661.1文献标识码:A催化电解作为高级氧化技术的一种,可将复杂的有机物降解为二氧化碳、水和简单有机物,将生物难降解的有机物变为微生物易分解的有机物,因此也可以结合生物法,使污染物最终得以处理.电化学方法由于具有容易控制、处理费用低廉等优点,近些年来已引起众多环保工作者的研究兴趣.据有关文献报道,含氰化物[1]、苯酚、[2,3]氯酚[4]、苯[5]、氯苯以及各种印染废水[6,7]已经可以用电化学氧化法处理,应用的电极有Ti/SnO2[5,8],Ti/RuO2[6],Ti/Pt[7,8],Ti/SnO2-Sb2O5[10]及PbO2[11]等种类.Ti/SnO2-Sb2O5电极是DSA类电极的一种,它具有良好的电催化性能,耐腐蚀,使用寿命长,并有较高的析氧过电位等优点.本文中用Ti/SnO2-Sb2O5电极降解各种硝基苯酚模拟废水.研究了硝基苯酚浓度、溶液中Cl离子浓度对降解效率的影响并初步分析了电解产物的生成情况,探索了可能的降解途径.1实验方法及材料1.1实验材料及仪器HPLC(Waters公司).88-1型恒温磁力搅拌器.PHS-3X型精密pH计.乙氰、甲醇、磷酸(HPLC分析专用),所用药品均为分析纯.1.2实验方法用蒸馏水配制模拟废水,用电沉积法制备的Ti/SnO2-Sb2O5电极做阳极,用钛板做阴极,温度为25℃.取120mL硝基苯酚溶液,用Na2SO4调节溶液的电解质浓度,调节溶液pH=2,在恒流0.24A,约20mA/cm2(电极板面积)的条件下边搅拌边电解,用HPLC测定溶液中硝基苯酚的浓度.每次电解完毕,将电极板放在0.5mol/L的硫酸溶液中20mA/cm2恒流活化20min.1.3分析条件HPLC的分析条件:测试邻、对、间硝基苯酚及2,4-二硝基苯酚的流动相组成:乙氰:磷酸水溶液(pH=2)=40∶60(体积比),流动相流速1mL·min-1,进样量为10μL,柱型为ODS-3柱,柱温控制在40℃.测2,4,6-三硝基苯酚所用的分析条件:甲醇∶水=70∶30(体积比),柱温控制在55℃,其余的同前.溶液中COD的测量用标准重铬酸钾法.测XRD用RigakuD/Max-IIA型X射线衍射仪,CuKα靶,40kV×60mA,扫描速率6°/min.第44卷第4期2005年8月复旦学报(自然科学版)JournalofFudanUniversity(NaturalScience)Vol.44No.4Aug.2005DOI:10.15943/j.cnki.fdxb-jns.2005.04.0262结果与讨论2.1Ti/SnO2-Sb2O5电极的XRD表征图1是电极的XRD图谱,图谱上2θ为26.4°,33.7°,51.6°,61.8°处的4个衍射峰分别对应于Sn的(110),(101),(211)及(310)晶面.Sn的存在形式以四面体晶型为主.没有发现明显的Sb的峰,可能与Sn形成混晶体.2.2初始浓度对降解效率的影响电解初始浓度为100,500,1000,2000mg/L的4-硝基苯酚系列溶液,如图2所示:4-硝基苯酚的降解效率随初始浓度的升高而降低.80min后,初始浓度分别为100,2000mg/L的4-硝基苯酚的降解率分别达到94.4%,72.5%.随着电解的进行,虽然初始浓度越高,降解率越低,但在消耗等量电量情况下,较高的初始浓度对应的总的降解量大.如图3(见第616页)所示,在消耗了0.2Ah电量的情况下,初始浓度为100和2000mg/L的降解量分别为10.3,155.9mg.电化学催化降解主要是利用在电极表面产生OH·自由基[2],OH·自由基与有机物进行一系列的中间反应,最终生成二氧化碳和水.降解反应主要发生在电极/溶液界面上,电流恒定时,电极表面OH·自由基的浓度是一定值,浓差扩散作用使具有较高浓度的4-硝基苯酚的扩散速度较快,到达电极表面的4-硝基苯酚量就多,与自由基发生反应的量也相应的增多,从而提高了自