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针对氯酚类有机物去除比较困难的问题,本文利用随着苯环上氯原子数目减少污染物质毒性降低的原理,基于用活性氢原子取代苯环上有毒氯原子的思路,提出了一种新的降解氯代有机物的方法——电化学法催化加氢脱氯。电化学法催化加氢脱氯最关键的步骤是活性氢原子的产生、活性氢原子与污染物质的接触。使用电极直接对污染物质进行催化加氢脱氯,避免了给降解体系提供外源氢气,外加氢气价格昂贵,危险性较高,操作复杂。因此,本研究成功制备了用Pd修饰的二氧化钛纳米管阵列电极,在通电的情况下阴极产生氢气,不用提供外源氢气。二氧化钛纳米管阵列存在很多吸附位,有利于污染物质向电极方向移动,并且负载的钯有很好的存储活性氢原子的能力,从而污染物质与活性氢原子直接在电极表面发生取代反应,污染物质被快速降解。
用制各好的电极作为阴极降解水溶液中的2,4-二氯酚,并且考虑pH值和电位值对降解效率的影响。为了得到苯酚的进一步降解途径,将阴极室和阳极室分开并且中间用盐桥连接,在分离体系中考察2,4-二氯酚降解产物苯酚的进一步降解途径。并且设置了对比实验,保持其他降解条件不变,以单独的二氧化钛纳米管阵列电极和石墨碳电极作为阴极降解水溶液中的2,4二氯酚。通过实验,主要得到如下结论:
(1)成功制备了用Pd修饰的二氧化钛纳米管阵列电极。纳米二氧化钛阵列管为锐钛矿型和金红石型,负载的金属钯也很好结晶。循环伏安曲线的结果显示,电极有较低的析氢电位和良好的稳定性。反应多次后,电极上负载的Pd有部分脱落,由于Pd含量的减小导致电极的降解效率有所降低,但是仍然具有一定的还原脱氯效果。
(2)以pH值和电位值作为变量因素,用钯修饰的二氧化钛纳米管阵列电极作为阴极降解水溶液中的2,4-二氯酚,以确定最佳的反应pH值和电位值。在不同的pH值下,二氯酚的降解产物和降解效率都有很大的不同。在pH值分别为3、5.5和10时,120min时2,4-二氯酚的去除率分别为75.13%、91.11%、21.60%;在pH=3时,二氯酚的降解产物为2-氯酚和苯酚,在pH=5.5和10时,二氯酚的降解产物仅为苯酚。当提供给阴极材料的电位值分别为-0.4V、-0.5V、-0.6V、-0.7V时,分别对应的2,4-二氯酚的降解效率为26.25%、83.15%、90.76%、91.11%。
(3)在电化学加氢脱氯体系研究中,利用制备的新型电极降解水溶液中的2,4-二氯酚,从实验结果可以看出,提供给阴极的电位值越大,污染物的降解效率越高。当阴极电位值从-0.6V增加至-0.7V时,降解效率只有略微增加。苯酚是主要的降解产物,二氯酚的还原脱氯产物在阳极继续氧化,其氧化产物有苯醌、邻苯二酚、对苯二酚、顺丁烯二酸和反丁烯二酸等。
研究表明用钯修饰的二氧化钛纳米管阵列电极对于溶于水溶液中的2,4-二氯酚有很好的去除效果,降解较彻底。最佳的降解pH值为5.5、电位值为-0.6V—-0.7V之间。由于电化学法降解水溶液中的2,4-二氯酚处理效率高,操作简单,易于控制,通过控制反应的电压就可以达到控制降解反应的目的,不会产生二次污染等优点,在实际的工程应用中有较好的发展空间。