4—氯苯酚氧化降解實(shí)驗(yàn)與分析

孫艷麗

摘 要：近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境污染尤其是水污染越來(lái)越重視，逐漸加大了對(duì)水污染的治理力度。電化學(xué)氧化技術(shù)以其環(huán)境友好性的特點(diǎn)，特別是可以直接或間接地將難生物降解有機(jī)物氧化降解等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)氧化；脈沖電沉積；SnO2/Ti電極；苯酚；4-氯苯酚

1、酚類廢水的危害

近年來(lái)伴隨著工業(yè)的發(fā)展，含有酚類的污水的排放量和排放水中酚的含量都是在逐年的增大。作為原型質(zhì)有毒物質(zhì)的酚類化合物，對(duì)包括人類在內(nèi)的大多數(shù)生物都具較大的危害。酚類進(jìn)入人體的途徑主要有皮膚、食用和呼吸系統(tǒng)；對(duì)人造成傷害主要是酚類要與人體內(nèi)的一些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致細(xì)胞原漿中的蛋白質(zhì)由可溶性的變成不溶性的，進(jìn)一步的使細(xì)胞失活使人體產(chǎn)生一些疾病。

1.1苯酚對(duì)人體的危害

苯酚可造成急性中毒：當(dāng)吸入較高濃度的苯酚蒸氣時(shí)，可致頭痛、頭暈、乏力、視物模糊、肺水腫等急癥等。服食含苯酚的污染水會(huì)引起消化道灼傷，消化道會(huì)出現(xiàn)燒灼痛，呼出的氣體帶有酚味，嘔吐物和大便可能帶有血液，造成胃腸穿孔的可能，也有可能出現(xiàn)休克、肺水腫、肝臟或者腎臟損害，出現(xiàn)急性腎功能衰竭，嚴(yán)重可能會(huì)死于呼吸衰竭。若眼睛直接接觸到苯酚，會(huì)引起灼傷。也有可能經(jīng)過(guò)皮膚吸收，造成皮膚灼傷或者經(jīng)過(guò)一定潛伏期后引起急性腎功能衰竭。

苯酚造成慢性中毒：主要的癥狀有頭痛、頭暈、咳嗽、食欲減退、惡心、嘔吐，嚴(yán)重者引起蛋白尿。苯酚對(duì)人體組織具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，接觸皮膚后，如不迅速?zèng)_洗清除，輕者引起灼傷，嚴(yán)重苯酚迅速進(jìn)入體內(nèi)導(dǎo)致全身性中毒，出現(xiàn)急性腎功能衰竭、急性肝損傷和對(duì)心肌造成損害。當(dāng)成人吞服0.3 g即有可能導(dǎo)致中毒，吞服3 g有可能導(dǎo)致死亡。

1.2氯酚的危害

氯酚類化合物苯環(huán)上氯原子的存在對(duì)微生物具有毒性，而且還會(huì)增加污染物的化學(xué)穩(wěn)定性，使得這些物質(zhì)在被自然降解時(shí)過(guò)程非常的緩慢。一旦進(jìn)入環(huán)境中會(huì)對(duì)環(huán)境造成持續(xù)和長(zhǎng)期的危害，特別是造成水體和土壤的破壞以及會(huì)對(duì)軟體動(dòng)物、魚(yú)類和哺乳類動(dòng)物造成嚴(yán)重的危害。

氯酚類物質(zhì)還會(huì)對(duì)人體的眼睛、粘膜、呼吸道及皮膚等具有強(qiáng)烈的刺激作用。特別是當(dāng)吸入這類物質(zhì)時(shí)可能引起支氣管炎、水腫、化學(xué)性肺炎、肺水腫等疾病從而導(dǎo)致死亡。

2、電催化氧化降解4-氯苯酚的實(shí)驗(yàn)研究

2.1初始pH對(duì)4-氯苯酚降解效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：以Ti/SnO2電極作為降解體系的陽(yáng)極，純Ti板作為降解體系的陰極，工作電極的有效工作面積均為6.0 cm2，電極間距為4.0 cm，電流密度為25 mA/cm2，電解質(zhì)Na2SO4的濃度為0.05 mol/L，對(duì)氯苯酚廢水的初始濃度為200 mg/L，溶液的體積為100 mL，初始pH分別為3、4 、5、6、7、8、9、10，考察不同pH對(duì)4-氯苯酚處理效果的影響，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，4-氯苯酚的降解在溶液呈中性時(shí)的去除率最差，而當(dāng)溶液偏堿性時(shí)的降解效果有沒(méi)有溶液偏酸性時(shí)的降解效果好，其中當(dāng)4-氯苯酚模擬廢水溶液的pH=4時(shí)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)目標(biāo)物的去除率達(dá)到最高89.61 %，效果最差的是pH=7時(shí)的降解去除率僅僅只有71.09 %。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：酸性條件有利于4-氯苯酚的氧化降解，溶液呈酸性時(shí)存在大量的氫離子，可以有效的抑制陽(yáng)極——鈦基SnO2電極的析氧副反應(yīng)的發(fā)生；但當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，電極有可能被腐蝕，且副反應(yīng)嚴(yán)重不利于降解的進(jìn)行，其最佳pH值是為4；當(dāng)呈堿性時(shí)，溶液中存在大量的氫氧根離子，陽(yáng)極表面發(fā)生嚴(yán)重的析氧副反應(yīng)，使得羥基自由基與析氧副反應(yīng)大量反應(yīng)，從而降低了羥基自由基與4-氯苯酚反應(yīng)的幾率，降低了目標(biāo)物的降解去除效果。

同時(shí)，在降解的過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)溶液是無(wú)色透明，隨著降解的進(jìn)行溶液的顏色變成黃綠色；這是因?yàn)樵?-氯苯酚的降解過(guò)程中，C—Cl鍵持續(xù)斷裂，Cl被釋放出來(lái)，同時(shí)降解過(guò)程還有生成黃色中間產(chǎn)物的苯醌，這兩種物質(zhì)的共同作用導(dǎo)致了溶液顏色的變化。

對(duì)于4-氯苯酚在2.0 h后的最佳降解去除率比苯酚的最佳降解去除率要高，可能是由于4-氯苯酚在降解過(guò)程中生成的Cl？使得電極的催化活性有所增加，生成的羥基自由基與目標(biāo)物的反應(yīng)更加容易。

2.2支持電解質(zhì)濃度對(duì)4-氯苯酚降解效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：以Ti/SnO2電極為電解體系陽(yáng)極，以純Ti板為電解體系陰極，工作電極的影響工作面積均為6.0 cm2，電極間距為4.0 cm，4-氯苯酚的初始pH=4，電流密度為25 mA/cm2，溶液體積為100 mL，初始濃度為200 mg/L，電解質(zhì)Na2SO4的濃度分別為0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L，考察不同投加電解質(zhì)濃度對(duì)4-氯苯酚模擬廢水處理效果的影響，

從實(shí)驗(yàn)可以得出，隨著電解質(zhì)的濃度的增加4-氯苯酚的降解去除率先是增加，然后略有降低；達(dá)到0.05 mol/L后，目標(biāo)物4-氯苯酚降解去除率的變化隨著支持電解質(zhì)的濃度變化不是很大；這是可能當(dāng)支持電解質(zhì)Na2SO4濃度過(guò)高時(shí)，溶液中過(guò)多的硫酸根離子會(huì)吸附在陽(yáng)極的表面，從而阻礙了羥基自由基的產(chǎn)生，進(jìn)而降低目標(biāo)物的去除效率；此外，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以得出，支持電解質(zhì)的濃度對(duì)4-氯苯酚的降解影響不是很大。

2.3 4-氯苯酚降解過(guò)程中化學(xué)需氧量的變化

實(shí)驗(yàn)條件：以Ti/SnO2電極作為降解體系的陽(yáng)極，純Ti板作為降解體系的陰極，電極的工作面積均為6.0 cm2，陰陽(yáng)電極間距為4.0 cm，模擬4-氯苯酚廢水的初始pH=4，初始濃度為200 mg/L，降解液的體積250 mL，支持電解質(zhì)Na2SO4的濃度為0.05 mol/L，電流密度為25 mA/cm2。

由實(shí)驗(yàn)可以得出4-氯苯酚在降解過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)，COD值的下降速度較快，在15 min后變得比前面緩慢，在降解1.0 h后COD值的下降速度又有所增加，最后又變得比較緩慢。這是由于開(kāi)始階段隨著4-氯苯酚大量的被降解，有機(jī)物被電化學(xué)燃燒的多；隨著降解的進(jìn)行一方面4-氯苯酚的濃度下降使得其被降解的量減少，另一方面在降解過(guò)程中可能生成不利于降解進(jìn)行的物質(zhì)導(dǎo)致COD值下降變得緩慢。降解2.0 h后溶液的COD值為100.1 mg/L，基本達(dá)到國(guó)家工業(yè)廢水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論：

本文較系統(tǒng)的考察了該電極催化氧化降解苯酚和4-氯苯酚的工藝條件，對(duì)4-氯苯酚在不同條件下的降解，改變的降解條件有溶液的初始pH、降解時(shí)的電流密度、苯酚的初始濃度、支持電解質(zhì)的濃度四個(gè)不同的條件；并對(duì)降解過(guò)程中顏色的變化進(jìn)行了觀察；考察溶液降解前后的pH值的變化；降解過(guò)程溶液中化學(xué)需氧量的變化。

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