氧化電極電催化降解農(nóng)業(yè)用水污染分析

摘 要：隨著化學工業(yè)技術的高速發(fā)展，在降解處理農(nóng)業(yè)用水污染物中，使用的技術和材料越來越先進。通過運用高溫熱氧化法的方式來制作鈦基錫銻氧化電極，能夠起到電催化降解的作用，有效降解農(nóng)業(yè)用水中多余的污染物。在實驗中通過使用甲基紅溶液，但是要考慮多方面的影響因素，其中主要有電壓、pH值、電解時間以及電解質加入量等多方面的影響因素。根據(jù)實驗分析發(fā)現(xiàn)，在實驗中加入0.5g/L的甲基紅溶液，確保pH值達到2，能夠達到良好的降解效果。有效改善農(nóng)業(yè)用水中的水質污染問題，下面就具體的實驗分析過程進行具體分析。

關鍵詞：氧化電極；催化；降解；污染

中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170725001

近幾年以來，我國的化工業(yè)發(fā)展速度不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)排放了大量的有機廢水，這些有機廢水大多為化學、農(nóng)藥以及食品廢水，這些工業(yè)廢水中含有較高的毒性，微生物非常難以降解，一旦排放入江河湖泊中，將會造成非常嚴重的農(nóng)業(yè)污染。因此，為了有效降解農(nóng)業(yè)用水中的污染物，需要合理采用電化學法，這樣才能把非生化降解有機物轉變成可生化降解有機物，使污染性有機物成功轉化成二氧化碳以及水。通過應用氧化電極催化降解的方式，能夠有效改善有機廢水污染問題，其具有明顯的優(yōu)勢。同時，通過運用電化學處理新技術，使用的電化學設備體積非常小，不需要占用較大的面積，也不用往電化學處理中添加任何化學藥劑，自動控制非常方便，所以不會出現(xiàn)二次污染的問題。下面對高溫熱氧化法的方式來制作鈦基錫銻氧化電極，電催化降解的方式進行了具體闡述。

1 實驗前的準備工作

1.1 選擇合適的實驗儀器、藥品

在本次電催化降解中需要使用大量的實驗儀器，其中主要包含了磁力加熱攪拌器、燒杯、pH測試計、氧化電極、恒壓電源以及7200型紫外分光光度計；此外，還需要使用大量的試劑藥品，這些試劑藥品主要包含了鈦片、氯化錫、氯化銻、甲基紅、醋酸鉛、醋酸、氫氧化鈉、蒸餾水、無水乙醇、硫酸鈉以及濃鹽酸等試劑溶液。

1.2 實驗所采用的方法

本次實驗主要運用高溫熱氧化法，來制作鈦基錫銻氧化電極，從而進行電催化降解實驗，通過使用這種實驗方法，能夠確保氧化物電極具備良好的電催化活性，并且保障電催化的穩(wěn)定性。在實驗過程中，需要把制備的電極部分來當做陽極，把鈦網(wǎng)部分來當做陰極使用，而且需要應用甲基紅溶液來作為有機物，分析電壓、pH值、電解時間以及電解質濃度等因素的變化，在這些因素發(fā)生變化以后，降解率是否會出現(xiàn)較大變化。在分析溶液的降解情況時，可以利用7200型紫外光譜儀，對溶液進行紫外線掃描，這樣才能夠準確得出甲基紅的降解率，然后確定這種電極和降解方法，能否得到降解廢水污染的效果。

1.3 實驗需要注意的問題

本文實驗使用高溫熱氧化法來制備鈦基錫銻氧化電極，必須充分注意這樣幾方面問題：設計科學、合理的涂層液配比，涂層液將會影響涂層電性能；熱解氧化溫度也會影響實驗效果，實驗中的氧化物固溶體具有較強的半導體性能，當氧化溫度和時間發(fā)生變化以后，將會嚴重影響涂層；注意工藝操作細節(jié)，在涂刷涂層時，必須進行均勻涂刷，在涂層表面涂刷完成液體之后，采用低溫烘干的方式，合理控制氧化溫度和氧化時間。

2 實驗結果分析

2.1 電壓影響甲基紅降解率的情況

在本次實驗過程中，主要使用制備電極來當做實驗的陽極，然后利用鈦網(wǎng)來當做實驗的陰極，所以初步確定電極的有效面積達到9cm2，陰極和陽極之間的距離為1cm，在實驗中使用3g左右的硫酸鈉來作為電解質，選擇120mL的甲基紅溶液，把電解液的濃度調配為0.5g/L，在不同電壓的影響下，甲基紅降解率也存在較大的差異，隨著電壓的增強，甲基紅降解率也在不斷上升。但是在降解時間超過10min以后，10V電壓和9V電壓的降解效果相比，明顯偏低。當降解時間超過18min，那么8V、9V、10V電壓下的降解率變成45.6%、77.3%以及69.0%。同時，隨著時間的推移，電極上會產(chǎn)生許多氣泡，溶液溫度也在不斷增加。由此可以說明，電化學降解過程中，選擇應用9V的電壓，能夠更好地達到節(jié)能環(huán)保的目的，降低副反應的問題。

2.2 電解質濃度影響甲基紅降解率的情況

根據(jù)實驗結果分析發(fā)現(xiàn)，在電解催化實驗中，當電解的電壓數(shù)值達到9V左右，pH數(shù)值就會變成2，在20min以后，電解質的濃度不斷增加，甲基紅溶液的降解率也在不斷增加。出現(xiàn)這種情況的主要原因在于，電解質在加入到甲基紅溶液中之后，就會導致甲基紅溶液中離子濃度不斷提高，溶液的電導率逐漸提高，逐漸增大溶液中的電流以及化學速率。當電解質的濃度在0.5～3g之間增加時，降解率的波動非常明顯，但是在電解質濃度超過3g以后，降解率波動就會逐漸縮小，所以說需要控制電解質濃度，即使添加更多的電解質，只會導致污水處理成本增加，而不會達到良好的效果，此外，添加過多的電解質，將會造成水中鹽的濃度超標，因此，為了達到良好的降解效果，在實驗中運用3g硫酸化鈉來作為電解質。

2.3 pH值影響甲基紅降解率的情況

甲基紅溶液作為一種酸堿指示劑，在不同的酸堿條件下，將呈現(xiàn)不同的顏色，當甲基紅溶液處于酸性條件下，就會逐漸變成紅色，當其處于堿性條件下，就會逐漸變成黃色，而且甲基紅溶液在酸性條件下，具有很強的吸光度，測定起來更加方便，因此，本次電催化降解實驗大多選擇酸性條件。根據(jù)實驗結果研究發(fā)現(xiàn)，當電解實驗的時間超過20min以后，電解實驗的電壓變成9V，添加3g左右的電解質，pH值發(fā)生變化，甲基紅溶液的降解率也會出現(xiàn)不同的變化。具體而言，pH值逐漸提高，由酸性條件變成堿性條件，那么甲基紅溶液的降解率將逐漸下降，甲基紅溶液處于酸性條件下，能夠產(chǎn)生氧化甲基紅反應以及析氧反應，甲基紅溶液降解的速度將加快。因此，為了使廢水降解反應更快更好地進行，一般選擇pH值在4的條件下進行電催化降解，這樣才能節(jié)約投資成本，而且能夠得到良好的有機物降解效果。endprint

2.4 電解時間影響甲基紅溶液吸光度的情況

本次實驗過程中，測試電解時間的影響，把電壓條件設置成9V，電解質濃度為3g，選擇pH值達到2的條件下展開電解實驗操作。每次測試的時間間隔為5min，測試的結果顯示甲基紅吸光度的波長范圍為390～665nm之間，當波長出現(xiàn)變化時，甲基紅的吸光度也會逐漸出現(xiàn)變化，所以這樣進行觀察，才能準確得出科學、合理的甲基紅吸光度波長。實驗結果顯示，電解時間逐漸增加，甲基紅溶液的吸光度將不斷降低，由此可以說明，當降解時間不斷推移時，甲基紅溶液的濃度將逐漸降低，當甲基紅溶液在合適的條件下進行電解催化，那么所表現(xiàn)出的最大吸收波長將變成520nm。

2.5 降解時間影響甲基紅溶液降解率的情況

當甲基紅溶液的吸光度波長處于520nm的情況下，降解時間發(fā)生變化，甲基紅溶液的降解率也會逐漸出現(xiàn)變化。具體而言，隨著降解時間不斷增加，甲基紅溶液的降解率也會逐漸增加。但是在降解時間超過20min以后，甲基紅溶液的降解率波動將變得不再明顯。由此可以說明，降解時間20min是甲基紅溶液的降解終點。

2.6 電催化降解除污的經(jīng)濟性分析

根據(jù)實驗研究分析發(fā)現(xiàn)，在處理農(nóng)業(yè)用水污染問題時，必須采用合適的電化學降解方法，充分考慮到經(jīng)濟上可行性，采用成本低、效果顯著的降解方法，這樣才能節(jié)約廢水處理成本。同時，在氧化電極電催化降解過程中，需要合理控制電解質濃度，電解質濃度以3g為重要標準，超過3g的電解質，并不會起到更好的效果，而且會增加催化降解成本。因此，在實際應用過程中，需要結合實際情況進行改進，這樣才能使電化學技術更加完善，對于水量較少的廢水，能夠節(jié)約降解處理成本。

3 結論

本文針對氧化電極電催化降解農(nóng)業(yè)用水污染展開了實驗研究，實驗中采用高溫熱氧化法制備鈦基錫銻氧化電極，在甲基紅廢水中進行電催化降解，最終得出在降解過程中，電壓、pH值、電解時間以及電解質濃度都會影響最終的電解效果，所以在使用這種方法時，必須深入研究水質，設計科學、合理的電解方案，選擇適量的電解質，這樣才能達到良好的效果，而且能夠節(jié)約廢水處理成本。

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作者簡介：韓苗苗，副教授，研究方向：水處理。endprint