SnO2电极催化降解1,4-苯醌的研究

／，!\"#%&电极催化降解’()苯醌的研究$

阎建中’，曲久辉’，李

梅$，刘瑞平$

（中国科学院生态环境研究中心，北京’；哈尔滨工业大学市政环境工程学’*+++,-$*

院，黑龙江哈尔滨’）.++/+要：用热分解法自制了钛基二氧化锡电极（!／&），研究了该电极在不同溶液中的动\"#$%

电位极化行为，以及在不同极化电位下对’，电()苯醌的催化降解性能。在发生显著析氧反应前，极即表现出对有机物的电化学催化降解能力，但只有在显著析氧电位区间才能有效降解水中的有机物。在极化电位为’／电极对水中!但极化电位!’／*/(0!12处，\"#的去除速率最大，*30去除单位质量!电解效能下降。电解电位区间经优化后!12后，\"#所消耗的电量开始迅速增加，可满足电解过程快速和经济的两方面要求。经分析认为，在高极化电位下电极表面发生“电化学转化”会降低!析氧过程是造成电极催化效能降低的主要原因。\"#的去除速率；

关键词：电化学催化；!／&电极；’，\"#()苯醌$%

中图分类号：#文献标识码：1文章编号：（）-$’’+++)(-+$$++4’$)++.,)+4

!试验材料与方法

［、］’$阳极为用热分解法自制的钛基二氧化锡电／&）。动电位极化测试在电化学测试系统极（!\"#$%上进行，以饱和甘汞电极为参比电极、光滑的纯铂金片为辅助电极，动电位扫描速度为$／。+506

，目标污染物’()苯醌的初始浓度约为$++／支持电解质为+／58，*+’59:8;溶液。电解试验在室温下的普通烧杯中进行，溶液电解过程中用搅拌子搅拌，对溶液体积为$.+58，的=>值不进行控制。电极极化状态由?1@)’型恒电位仪控制。电解时以不锈钢为阴极，饱和甘汞电极为参比电极。电解过程中定时抽取水样，稀释’+倍后进行!\"#测试。

\"结果与讨论

／，!\"#%&电极在支持电解质溶液及’()苯醌$溶液中的动电位极化测试结果见图’。

图’表明，溶液中的有机物对电极动电位极化行为的影响主要体现在析氧反应之前。把电极发生

析氧反应之前的电位区间命名为@发生显#2A区，著析氧反应的电位区命名为#2A区。在;摘

基金项目：王宽诚博士后奖励基金资助项目

万方数据CB\"!.

中的电极析氧电位略高（!／。在极化电\"#$%&’(）／电极反应进入)可见电位!!\"$%&’(后，(*区，极在两种溶液中的动电位极化行为没有明显差别。

根据上述测试结果，分别在极化电位为+、\",、、、／!\"$!\"-.\"#.\"-%&’(下进行了电化学氧化降

解!，/0苯醌的试验。溶液中!\"#浓度在上述五种极化电位下随电解时间的变化见图.。

万方数据7EEUA,(?&C特性变化分析如下：

中国给水排水

X,?&7

始对电解过程产生明显的负影响，在极化电位!&?／析氧反应等副反应的作用将占据主86=后，C:A

导地位。

从目前的试验结果还无法确定金属过氧化物在何种极化电位下生成，并对电解过程产生显著影响。从理论上分析，在高极化电位下电极表面仍有大量・“电化学转化”过程虽然对溶液!!\"的生成。\"#的降解过程不利，但通过“电化学转化”，大分子有机物变成小分子有机物，这样对促进“电化学燃烧”过程则应该是有利的。这一结论可以从如下试验事实得到证实，即在高极化电位下8／/电极催化效4!79能显著降低，但溶液!\"#去除速率没有显著的降低。因而在高极化电位下，／/电极对&，84!:;79

苯醌催化性能的降低主要是由析氧过程造成的。!结论

／/电极在显著析氧反应之前即表现!84!79

出对有机物的催化活性，但对水体中有机物的有效催化降解作用发生在显著析氧电位区间。

\"在低极化电位下电解过程具有较高的电催化效能，但对!在高极化电位\"#去除速率较小；下，则降解单位质量!电极\"#所消耗的电量很大，催化效能低。

溶液中!#在适当的电解操作电位区间，\"#浓度与极化电位及电解时间之间满足指数变化规

7律：［!［!［（$。根据\"#］D\"#］’F&）’］GE!;%!%

这一变化规律优化电解操作的最佳电位，可以同时

电解过程中有机物通过两种途径在电极表面发生电化学催化降解，其一是与电极表面的羟基自由基（・作用，另一种是被电极表面生成的过氧化!\"）物（#!）所氧化。这两种氧化途径，前者被称做$%&“电化学燃烧”（），后者被’(’)*+,)-’./)0(),.123*/,4

称做“电化学转化”（’。(’)*+,)-’./)0(),45’+3/,4）“电化学燃烧”过程有利于水体中的有机物彻底矿化为6和\"应体现为溶液!!!，\"#的有效降低。77“电化学转化”过程可以有效实现芳香族化合物的开环反应，提高废水的可生化性，但“电化学转化”过程对小分子有机物的催化氧化能力较弱，不利于溶液中!\"#的去除。

・!\"在金属氧化物电极表面的附着是氧的物理吸附状态，生成金属过氧化物是氧的化学吸附状态，二者可以与水体中的有机物发生反应，同时也可以进一步分解而放出分子态的氧。电解过程中电极表面析出的分子态氧对水体中的有机物一般不具备催化氧化能力，因此析氧反应是电催化降解有机物过程的副反应。

电解过程中在6,.4/4’((/3在研究中发现，

［］

／/电极表面有大量的・84!!\"生成:。在高极79

化电位下金属过氧化物的生成不可避免。8／4!9/7电极对水体中&，:;苯醌的电化学催化降解速率及催化效能取决于电化学过程在电解过程的相对作用大小。

根据动电位极化测试结果及电解试验结果，／，84!9/电极在区即表现出对&:;苯醌的7

电化学催化降解能力。另外从8／4!9/电极的电7化学催化降解效能曲线可以看出，随极化电位的升高，电极的催化效能降低。分析这些结果可以得出，在低极化电位下（尤其是在<，!=>极化电位区间）电极表面・!\"的作用对电解过程的影响较大。

从动电位极化测试结果可知，在极化电位!&?@／电极反应进入!从前述试A86=后，=>区。同时，验结果知道，在极化电位!&／?B7A86=后电极催化效能迅速降低，在极化电位为&／?C:A86=处对溶液!\"#的去除速率最大。从这些结果可以推测，随极化电位的升高，电极表面・!\"的生成速率增大，但在极化电位!／析氧反应开&?B7A86=后，

满足电解过程快速和经济的两方面要求。

$在高极化电位下造成电解效能显著降低的

主要因素是析氧反应。参考文献：

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