4—氯苯酚氧化降解实验与分析

孙艳丽

摘 要：近年来，随着人们对环境污染尤其是水污染越来越重视，逐渐加大了对水污染的治理力度。电化学氧化技术以其环境友好性的特点，特别是可以直接或间接地将难生物降解有机物氧化降解等优点引起了人们的广泛关注。

关键词：电化学氧化；脉冲电沉积；SnO2/Ti电极；苯酚；4-氯苯酚

1、酚类废水的危害

近年来伴随着工业的发展，含有酚类的污水的排放量和排放水中酚的含量都是在逐年的增大。作为原型质有毒物质的酚类化合物，对包括人类在内的大多数生物都具较大的危害。酚类进入人体的途径主要有皮肤、食用和呼吸系统；对人造成伤害主要是酚类要与人体内的一些物质发生化学反应从而导致细胞原浆中的蛋白质由可溶性的变成不溶性的，进一步的使细胞失活使人体产生一些疾病。

1.1苯酚对人体的危害

苯酚可造成急性中毒：当吸入较高浓度的苯酚蒸气时，可致头痛、头晕、乏力、视物模糊、肺水肿等急症等。服食含苯酚的污染水会引起消化道灼伤，消化道会出现烧灼痛，呼出的气体带有酚味，呕吐物和大便可能带有血液，造成胃肠穿孔的可能，也有可能出现休克、肺水肿、肝脏或者肾脏损害，出现急性肾功能衰竭，严重可能会死于呼吸衰竭。若眼睛直接接触到苯酚，会引起灼伤。也有可能经过皮肤吸收，造成皮膚灼伤或者经过一定潜伏期后引起急性肾功能衰竭。

苯酚造成慢性中毒：主要的症状有头痛、头晕、咳嗽、食欲减退、恶心、呕吐，严重者引起蛋白尿。苯酚对人体组织具有强烈的腐蚀作用，接触皮肤后，如不迅速冲洗清除，轻者引起灼伤，严重苯酚迅速进入体内导致全身性中毒，出现急性肾功能衰竭、急性肝损伤和对心肌造成损害。当成人吞服0.3 g即有可能导致中毒，吞服3 g有可能导致死亡。

1.2氯酚的危害

氯酚类化合物苯环上氯原子的存在对微生物具有毒性，而且还会增加污染物的化学稳定性，使得这些物质在被自然降解时过程非常的缓慢。一旦进入环境中会对环境造成持续和长期的危害，特别是造成水体和土壤的破坏以及会对软体动物、鱼类和哺乳类动物造成严重的危害。

氯酚类物质还会对人体的眼睛、粘膜、呼吸道及皮肤等具有强烈的刺激作用。特别是当吸入这类物质时可能引起支气管炎、水肿、化学性肺炎、肺水肿等疾病从而导致死亡。

2、电催化氧化降解4-氯苯酚的实验研究

2.1初始pH对4-氯苯酚降解效果的影响

实验条件：以Ti/SnO2电极作为降解体系的阳极，纯Ti板作为降解体系的阴极，工作电极的有效工作面积均为6.0 cm2，电极间距为4.0 cm，电流密度为25 mA/cm2，电解质Na2SO4的浓度为0.05 mol/L，对氯苯酚废水的初始浓度为200 mg/L，溶液的体积为100 mL，初始pH分别为3、4 、5、6、7、8、9、10，考察不同pH对4-氯苯酚处理效果的影响，由实验结果可以得出，4-氯苯酚的降解在溶液呈中性时的去除率最差，而当溶液偏碱性时的降解效果有没有溶液偏酸性时的降解效果好，其中当4-氯苯酚模拟废水溶液的pH=4时实验电极对目标物的去除率达到最高89.61 %，效果最差的是pH=7时的降解去除率仅仅只有71.09 %。产生这种现象的原因是：酸性条件有利于4-氯苯酚的氧化降解，溶液呈酸性时存在大量的氢离子，可以有效的抑制阳极——钛基SnO2电极的析氧副反应的发生；但当pH过低时，电极有可能被腐蚀，且副反应严重不利于降解的进行，其最佳pH值是为4；当呈碱性时，溶液中存在大量的氢氧根离子，阳极表面发生严重的析氧副反应，使得羟基自由基与析氧副反应大量反应，从而降低了羟基自由基与4-氯苯酚反应的几率，降低了目标物的降解去除效果。

同时，在降解的过程中，开始时溶液是无色透明，随着降解的进行溶液的颜色变成黄绿色；这是因为在4-氯苯酚的降解过程中，C—Cl键持续断裂，Cl被释放出来，同时降解过程还有生成黄色中间产物的苯醌，这两种物质的共同作用导致了溶液颜色的变化。

对于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-氯苯酚在降解过程中生成的Cl？使得电极的催化活性有所增加，生成的羟基自由基与目标物的反应更加容易。

2.2支持电解质浓度对4-氯苯酚降解效果的影响

实验条件：以Ti/SnO2电极为电解体系阳极，以纯Ti板为电解体系阴极，工作电极的影响工作面积均为6.0 cm2，电极间距为4.0 cm，4-氯苯酚的初始pH=4，电流密度为25 mA/cm2，溶液体积为100 mL，初始浓度为200 mg/L，电解质Na2SO4的浓度分别为0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L，考察不同投加电解质浓度对4-氯苯酚模拟废水处理效果的影响，

从实验可以得出，随着电解质的浓度的增加4-氯苯酚的降解去除率先是增加，然后略有降低；达到0.05 mol/L后，目标物4-氯苯酚降解去除率的变化随着支持电解质的浓度变化不是很大；这是可能当支持电解质Na2SO4浓度过高时，溶液中过多的硫酸根离子会吸附在阳极的表面，从而阻碍了羟基自由基的产生，进而降低目标物的去除效率；此外，从实验结果还可以得出，支持电解质的浓度对4-氯苯酚的降解影响不是很大。

2.3 4-氯苯酚降解过程中化学需氧量的变化

实验条件：以Ti/SnO2电极作为降解体系的阳极，纯Ti板作为降解体系的阴极，电极的工作面积均为6.0 cm2，阴阳电极间距为4.0 cm，模拟4-氯苯酚废水的初始pH=4，初始浓度为200 mg/L，降解液的体积250 mL，支持电解质Na2SO4的浓度为0.05 mol/L，电流密度为25 mA/cm2。

由实验可以得出4-氯苯酚在降解过程中，开始时，COD值的下降速度较快，在15 min后变得比前面缓慢，在降解1.0 h后COD值的下降速度又有所增加，最后又变得比较缓慢。这是由于开始阶段随着4-氯苯酚大量的被降解，有机物被电化学燃烧的多；随着降解的进行一方面4-氯苯酚的浓度下降使得其被降解的量减少，另一方面在降解过程中可能生成不利于降解进行的物质导致COD值下降变得缓慢。降解2.0 h后溶液的COD值为100.1 mg/L，基本达到国家工业废水排放二级标准。

结论：

本文较系统的考察了该电极催化氧化降解苯酚和4-氯苯酚的工艺条件，对4-氯苯酚在不同条件下的降解，改变的降解条件有溶液的初始pH、降解时的电流密度、苯酚的初始浓度、支持电解质的浓度四个不同的条件；并对降解过程中颜色的变化进行了观察；考察溶液降解前后的pH值的变化；降解过程溶液中化学需氧量的变化。

参考文献：

[1] 李海峰. 我国水环境污染现状与化学计量应用分析[J]. 环境科学与技术. 2011.

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