一種電催化氧化鄰苯二酚的方法
2024-04-06 16:32:05
一種電催化氧化鄰苯二酚的方法
【專利摘要】本發明提供一種電催化氧化鄰苯二酚的方法，所述方法包括：在以銅電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑片為對電極的三電極體系中，採用包含鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液作為電解質溶液，進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。本發明電催化氧化鄰苯二酚的方法能夠快速地去除汙水中的鄰苯二酚，使用方便，經濟環保，且具有較好的選擇性。
【專利說明】一種電催化氧化鄰苯二酚的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電化學【技術領域】，具體涉及一種電催化氧化鄰苯二酚的方法。
【背景技術】
[0002]酚類物質為毒性較大的環境汙染物，工業廢水中存在大量的酚類物質，很難用常規方法去除。多年來人們一直致力於尋求能夠氧化酚類物質的綠色、經濟的方法。目前氧化酚類物質的方法中，利用過氧化物酶在溫和條件下催化過氧化氫氧化苯酚的方法得到廣泛研究，但該方法由於受到過氧化物酶獲取、存儲等因素的限制，通常採用配合物模擬過氧化物酶催化活性，處理速度較慢。
[0003]電化學方法具有快速、無汙染等特點，在水處理方面具有廣泛的應用前景。苯二酚(鄰、間、對)具有電化學活性，能夠採用電化學方法氧化。目前已有關於對苯二酚電催化氧化的報導，關於鄰苯二酚的電催化氧化尚未見報導。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的主要目的在於提供一種電催化氧化鄰苯二酚的方法，該方法能夠快速地去除汙水中的鄰苯二酚，使用方便，經濟環保，且具有較好的選擇性。
[0005]為達到上述目的，本發明提供一種電催化氧化鄰苯二酚的方法，所述方法包括:在以銅電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉬片為對電極的三電極體系中，採用包含鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液作為電解質溶液，進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。
[0006]進一步地，所述電解質溶液的pH值為5-9，優選pH值為8。
[0007]進一步地，所述電解質溶液中鄰苯二酹的濃度為3-100mmol/L,優選40-90mmol/L,更優選 SOmmoI /I,η
[0008]進一步地，所述電催化氧化鄰苯二酚的反應中，將銅電極在電解質溶液中靜鉻20-600s，優選 240-600s，更優選 240s。
[0009]進一步地，所述電催化氧化鄰苯二酚的反應在0_65°C，優選20_35°C，更優選35°C下進行。
[0010]進一步地，在電位為-0.6-0.4V下進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。
[0011]進一步地，所述銅電極採用直徑為3.0-1Omm優選5.8mm、純度為90%以上優選99%的紫銅棒製成。
[0012]進一步地，所述銅電極在使用前將其頂端打磨至鏡面光亮，優選分別採用500#、600#及2000#號水砂紙打磨至鏡面光亮。
[0013]進一步地，所述方法用於去除汙水中的鄰苯二酚。
[0014]與現有技術相比，本發明的電催化氧化鄰苯二酚的方法至少具有以下優點:
[0015]一、本發明採用以銅電極為工作電極的三電極體系對鄰苯二酚進行電催化氧化，能夠快速地去除汙水中的鄰苯二酚；
[0016]二、本發明電催化氧化鄰苯二酚的方法在鄰苯二酚、對苯二酚和間苯二酚同時存在時，僅對鄰苯二酚具有催化氧化作用，具有較好的選擇性；
[0017]三、本發明電催化氧化鄰苯二酚的方法工藝簡單，使用方便，且經濟環保，無汙染。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中:
[0019]圖1為銅電極在不同電解質溶液中的循環伏安曲線；
[0020]圖2為採用銅電極在不同pH值的鄰苯二酚溶液中電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線；
[0021]圖3為採用銅電極在不同濃度的鄰苯二酚溶液中電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線；
[0022]圖4為不同靜鉻時間下採用銅電極電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線；
[0023]圖5為不同溫度下採用銅電極電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線。
【具體實施方式】
[0024]以下參照具體的實施例來說明本發明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅用於說明本發明，其不以任何方式限制本發明的範圍。
[0025]下述實施例中的試劑材料等，如無特殊說明，均為市售購買產品。
[0026]以下實施例中所有電化學測試均在三室電解池中進行。測試儀器為CHI660B電化學工作站(上海辰華儀器有限公司)。
·[0027]實施例1銅電極的製備
[0028]採用直徑為5.8mm、純度為99%的紫銅棒製成銅電極，並採用環氧樹脂密封，每次實驗前將其頂端分別用500#、600#及2000#號水砂紙打磨至鏡面光亮。
[0029]實施例2銅電極電催化氧化苯二酚的選擇性研究
[0030]常溫下，以上述實施例1製備的銅電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉬片為對電極形成三電極體系，在電位範圍為-0.4-0.4V，掃描速率為0.01V/s的條件下，將銅電極分別鉻於以下四種電解質溶液中:(a)pH=6.86，濃度為0.025mol/L的磷酸鹽緩衝溶液(PBS) ； (b)含5.0X 10_3mol/L鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液(o_PBS，pH=6.86) ； (c)含 5.0X l(rtiol/L 間苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液(m-PBS，pH=6.86)； (d)含 5.0X l(T3mol/L 對苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液(P-PBS，pH=6.86)，測試銅電極在不同溶液中的循環伏安曲線。
[0031]圖1示出了銅電極在上述四種磷酸鹽緩衝溶液中的循環伏安曲線，從圖1看出，與磷酸鹽緩衝溶液(空白溶液)在銅電極表面的電催化氧化峰電流(曲線a)相比，鄰苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流(曲線b)顯著增大，而間苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流(曲線c)和對苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流(曲線d)並無明顯變化。實驗表明:銅電極對鄰苯二酚具有顯著的電催化氧化作用，而對間苯二酚和對苯二酚沒有明顯的電催化氧化作用，由此得到，銅電極對鄰苯二酚具有選擇性電催化作用。
[0032]實施例3電解質溶液pH值對銅電極電催化氧化鄰苯二酚的影響
[0033]用0.025mol/L (pH=6.86)的磷酸鹽緩衝溶液配製濃度為5.0 X 10_3mol/L的鄰苯二酚溶液，然後用濃度均為0.5mol/L的NaOH和H3PO4調節上述鄰苯二酚溶液的pH值，在pH值為5.0-9.0範圍內測試銅電極在鄰苯二酚溶液中的循環伏安曲線(採用與實施例2相同的三電極體系，電位範圍為-0.6-0.4V，掃描速率為0.01V/s，溫度為常溫，銅電極在溶液中的靜鉻時間為240s)。
[0034]圖2示出了將銅電極分別鉻於不同pH值(a — ρΗ5.0、b—ρΗ6.0、c—ρΗ7.0、d—pH8.0、e—pH9.0)的含5.0 X 10_3mol/L鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液中，測試的循環伏安曲線。如圖2所示，在pH=5.0-8.0範圍內，隨著pH值的增加，鄰苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流逐漸增大；當pH=8.0時，鄰苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流達到最大，即鄰苯二酚在銅電極表面進行電催化氧化反應的量最多；當pH=9.0時，鄰苯二酚在銅電極表面的電催化氧化峰電流減小。因此，本發明優選在PH值為5.0-9.0的電解質溶液(鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液)中進行電催化氧化鄰苯二酚的反應，更優選在PH值為8的電解質溶液中進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。[0035]實施例4鄰苯二酚濃度對銅電極電催化氧化鄰苯二酚的影響
[0036]用0.025mol/L (pH=6.86)的磷酸鹽緩衝溶液配製不同濃度的鄰苯二酚溶液，將銅電極分別鉻於鄰苯二酚濃度為3-100mmol/L範圍內的磷酸鹽緩衝溶液中進行電催化氧化鄰苯二酚的反應，測試銅電極在不同濃度鄰苯二酚溶液中的循環伏安曲線(採用與實施例2相同的三電極體系，電位範圍為-0.6-0.4V，掃描速率為0.01V/s，溫度為常溫，銅電極在溶液中的靜鉻時間為240s)。
[0037]圖3示出了將銅電極分別絡於不同濃度(a—3mmol/L、b—10mmol/L、c一30mmol/L、d—50mmol/L、e—100mmol/L)鄰苯二酹的磷酸鹽緩衝溶液中測試的循環伏安曲線。如圖3所示，當鄰苯二酚濃度CS 50mmol/L時，隨著濃度逐漸增大，電催化氧化峰電流逐漸增大；當鄰苯二酹濃度C=50mmol/L時，電催化氧化峰電流達到最大；當鄰苯二酹濃度C>50mmol/L時，隨著濃度增加電催化氧化峰電流略有減小。因此，本發明在濃度為3-1OOmmoI/L，優選40-90mmol/L,更優選50mmol/L的鄰苯二酹溶液中進行鄰苯二酹的電催化氧化反應。
[0038]實施例5靜鉻時間對銅電極電催化氧化鄰苯二酚的影響
[0039]將銅電極鉻於含5.0X l(T3mol/L的鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液(pH=6.86)中，在不同靜鉻時間(20-600S)下測試銅電極電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線(採用與實施例2相同的三電極體系，電位範圍為-0.4-0.4V，掃描速率為0.01V/s，溫度為常溫)。
[0040]圖4示出了將銅電極鉻於含5.0X10_3mol/L鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液中，在不同靜鉻時間(a — 20s、b— 60s、c—180s, d—240s, e—360s, f—600s)下的循環伏安曲線。從圖4看出，當靜鉻時間小於240s時，電催化氧化峰電流隨靜鉻時間的延長而顯著增大，當靜鉻時間大於等於240s後，電催化氧化峰電流隨靜鉻時間的延長几乎沒有明顯變化，電催化氧化峰電流趨於穩定，說明此時鄰苯二酚在銅電極表面的吸附和擴散基本達到動態飽和。因此，本發明選擇銅電極在電解質溶液(鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液)中的靜鉻時間為20-600s，優選 240-600s，更優選 240s。
[0041 ] 實施例6溫度對銅電極電催化氧化鄰苯二酚的影響
[0042]在不同溫度(0°C、20°C、25°C、30°C、35°C、65°C)下，將銅電極鉻於含 5 X 10_3moL/L鄰苯二酚的磷酸鈉緩衝溶液(pH=6.86)中測試銅電極電催化氧化鄰苯二酚的循環伏安曲線(採用與實施例2相同的三電極體系，電位範圍為-0.4-0.4V，掃描速率為0.01V/s，銅電極在溶液中的靜鉻時間為240s)，結果如圖5所示。
[0043]如圖5所示，在0_35°C溫度範圍內，隨著溫度升高銅電極電催化氧化鄰苯二酚的氧化峰電流逐漸升高，35°C時，銅電極電催化氧化鄰苯二酚的氧化峰電流達到最大，而在35-65°C溫度範圍內，隨著溫度升高銅電極電催化氧化鄰苯二酚的氧化峰電流逐漸降低。本發明在0-65°C，優選20-35°C，更優選35°C下進行苯二酚的電催化氧化反應。
[0044]以上對本發明【具體實施方式】的描述並不限制本發明，本領域技術人員可以根據本發明作出各種改變或變形，只要不脫離本發明的精神，均應屬於本發明所附權利要求的範圍。
【權利要求】
1.一種電催化氧化鄰苯二酚的方法，所述方法包括:在以銅電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉬片為對電極的三電極體系中，採用包含鄰苯二酚的磷酸鹽緩衝溶液作為電解質溶液，進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述電解質溶液的PH值為5-9，優選pH值為8。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述電解質溶液中鄰苯二酚的濃度為3-1 OOmmol/L,優選 40-90mmol/L,更優選 SOmmoI /L
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述電催化氧化鄰苯二酚的反應中，將銅電極在電解質溶液中靜鉻20-600S，優選240-600S，更優選240s。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述電催化氧化鄰苯二酚的反應在0-65 °C，優選20-35 °C，更優選35 °C下進行。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，在電位為-0.6-0.4V下進行電催化氧化鄰苯二酚的反應。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述銅電極採用直徑為3.0-1Omm優選5.8mm、純度為90%以上優選99%的紫銅棒製成。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述銅電極在使用前將其頂端打磨至鏡面光亮，優選分別採用500#、600#及2000#號水砂紙打磨至鏡面光亮。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，所述方法用於去除汙水中的鄰苯二酚。
【文檔編號】C02F101/34GK103626265SQ201310547901
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】王春濤, 桑麗, 賈澤慧, 張四方, 張耀文, 相永剛 申請人:太原師範學院