电解质对甲基橙电催化氧化性能影响研究*

我国是印染行业大国，每年排放的大量染料废水已成为工业废水的重要组成部分，对生态环境和人类可持续发展造成严重威胁。染料废水由于色度高、成分复杂、可生化性差和所含有机物大多为“三致”性物质等特征，采用普通处理方法很难达到满意效果，染料废水处理已成为工业水处理领域的一大难题[1，2]。探索高效、低廉、环保的新型水处理技术成为废水处理领域的热点[3-6]。电催化氧化技术自问世以来由于其处理效率高、操作简便、无二次污染等优点引起了研究者的广泛关注，在难生化废水处理方面呈现出广阔的应用前景[7-9]。为提高电催化氧化效率，电化学处理废水过程中常在废水中添加支持电解质以增加电导率和降低能耗[9-11]。然而关于不同电解质对电催化氧化效率影响的研究相对较少，对许多电催化反应机理的影响也尚不清楚[10-13]。

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基于CRISPR/Cas9技术的SRSF9基因敲除对成胶质细胞瘤生物学功能的影响(汪京京)(11):1011

为了提高染料废水的电催化氧化效率，明确支持电解质对电催化氧化效果的影响规律，本研究以自制DSA电极为阳极，采用电催化氧化法对甲基橙模拟染料废水进行降解处理。考察不同支持电解质对甲基橙废水降解效果的影响，进一步采用紫外-可见吸收光谱对甲基橙电催化氧化机理进行初步研究，为实际工业染料废水处理提供理论依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

85-2型恒温磁力搅拌器（江苏中大仪器厂）；ZF-9型恒电位/恒电流仪（上海正方电子电器有限公司）；UV-2800H型紫外可见分光光度计（尤尼柯上海仪器有限公司）。

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1.2 实验方法

采用UV-2800H型紫外-可见分光光度计，对不同降解时刻（0、20、40、60、80、120min）甲基橙溶液在200～600nm进行光谱扫描，分析检测降解中间产物。

式中 co：甲基橙初始浓度，mg·L-1；c为甲基橙降解一段时间后的浓度，mg·L-1。

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由图1可知，在本研究条件下，甲基橙浓度与吸光度具有较好的线性关系，R2值为0.9999，可用于测定未知浓度的甲基橙溶液的吸光度，并进一步根据标准曲线计算出待测甲基橙溶液的浓度。

1.2.2 甲基橙降解实验 以自制DSA电极为阳极，不锈钢片为阴极，阳极面积为1×1cm2，阴极表面积3×4cm2。分别研究 0.5mol·L-1的不同电解质（Na2SO4、FeCl3、NaCl、（NH4）2Fe（SO4）2 对甲基橙降解效果的影响规律。实验过程中每间隔20min取一次降解液，利用UV-2800H型紫外-可见分光光度计测定不同时刻溶液的吸光度，并通过标准曲线求得溶液中甲基橙的浓度，进而测定甲基橙的降解率。

1.2.1 甲基橙标准曲线绘制 分别配制0.5、1.0、2.0、5.0、10、15、20、25mg·L-1的甲基橙溶液，采用UV-2800H型紫外可见分光光度计，以二次水为参比，在460 nm处测定吸光度，以吸光度对浓度作图绘制标准曲线。

甲基橙（C14H14N3NaO3S）、NaCl（AR）、FeCl3（AR）、Na2SO2（AR）、Fe（NH4）2（SO2）2·6H2O（AR）等试剂均购于国药集团化学试剂有限公司。

2 结果与讨论

2.1 甲基橙溶液标准曲线

电解质对化学反应机理和氧化效率均有重要影响 [11-13]。实验选取电解质为 Na2SO4、FeCl3、（NH4）2Fe（SO4）2、NaCl，浓度均为 0.5mol·L-1。反应 2h 后结果见图2。

  

图1 甲基橙标准曲线Fig.1 Standard curve of methyl orange

甲基橙降解率：η =（co-c）/co×100%。

2.2 不同电解质对甲基橙电催化氧化效果影响

前期实验结果表明，甲基橙溶液在460nm处具有最佳吸收。故在460nm处测定不同浓度甲基橙溶液吸光度，绘制甲基橙溶液浓度与吸光度的标准曲线。结果见图1。

  

图2 电解质对甲基橙降解率的影响Fig.2 Influence of electrolyte on degradation ratio of methyl orange

图2 结果表明，在相同时间内，以NaCl为电解质时，电极对甲基橙的降解率最高，2h时达99.1%；Na2SO4 次之，为 97.2%，而以（NH4）2Fe（SO4）2、FeCl3为电解质时，电极对甲基橙降解率较差，分别仅为18.2%、47.9%。实验过程中发现，使用不同电解质时，降解过程中呈现不同的实验现象。以Na2SO4为电解质时，电极附近产生的气泡较多，甲基橙溶液褪色较快，而以NaCl为电解质降解20min后，溶液颜色变为浅黄色，电极对甲基橙降解率达95%以上，但此后无明显变化。当以FeCl3为电解质时，电解前溶液颜色迅速变为血红色，且随着电解时间的延长无明显褪色；以（NH4）2Fe（SO4）2为电解质时，电解开始后不久溶液颜色变为血红色，且随着电解的进行颜色先加深后基本保持不变，表明在电解过程中产生了新的难降解有色物质。由于Fe3+与含有酚结构的物质反应，溶液会变为血红色，因此推测降解过程中可能有酚结构的中间物产生。

2.3 不同电解质对甲基橙降解产物的影响

根据不同电解质对甲基橙降解效果的影响差异，进一步采用紫外-可见吸收光谱对甲基橙在不同电解质下降解过程进行分析。不同时刻（0、20、40、60、80、120min），甲基橙在不同电解质条件下降解的紫外可见光谱见图3。

直肠癌包括齿线至乙状结肠直肠交界之间的癌，是最常见的恶性肿瘤之一，目前我国低位直肠癌约占直肠癌总数的75%［1］。对于低位直肠癌患者，Miles根治术是普遍采用的手术方法［2］。患者因需要结肠造口，即人工肛门，排便方式发生了很大改变，可能严重影响术后的生活质量［3］。大部分患者出院后因自我护理能力不足，导致了术后并发症的发生。据文献报道，肠造口并发症发生率国外为11.0% ～60.0%;国内为16.3% ～53.8%，平均发生率 20.8%［4］。因此，我们在患者出院后对患者进行综合社区干预，探讨干预对患者术后自我护理能力的影响，现将方法及结果报道如下。

 

  

图3 不同电解质下甲基橙降解的紫外可见吸收光谱图Fig.3 Ultraviolet-visible absorption spectroscopy of methyl orange degradation under different electrolytes

由图 3a、b 可知，以（NH4）2Fe（SO4）2、FeCl3为电解质时，在200～400nm之间出现了许多不规则的吸收峰，且随着反应时间的延长，这些吸收峰无明显变化。表明甲基橙在降解过程可能与含铁的电解质形成了更难降解的铁络合物，从而加大了溶液的脱色难度，甲基橙降解效率不高。图3d为以NaCl为电解质不同时刻降解甲基橙紫外-可见光谱图。从3d图可以看出，反应开始20min内，甲基橙在460nm处特征吸收峰消失，同时在286nm处出现了新的峰，且峰高随着时间的延长而升高。说明在电解过程中甲基橙可能被转化为更难降解的氯代产物，且随着时间的延长氯代产物的量增多，同时表明以NaCl为电解质时，甲基橙难以被彻底氧化降解。以Na2SO4为电解质，甲基橙溶液电催化氧化的紫外-可见吸收光谱如图3c所示。由图3c可知，整个反应过程中没有明显的新峰产生，表明没有明显的中间产物生成或积累，2h后溶液颜色消失，甲基橙的特征吸收峰也消失，表明甲基橙降解较为彻底，降解效果明显优于其它电解质，故最佳电解质为Na2SO4。

3 结论

总体而言，Na2SO4、FeCl3、（NH4）2Fe（SO4）2、NaCl4种电解质对甲基橙废水降解效果的影响不同。以Na2SO4和NaCl为电解质对甲基橙具有较好的处理效果，2h甲基橙去除率达到97%以上。紫外-可见吸收光谱结果表明，不同电解质对甲基橙电催化氧化影响机理不同。以 FeCl3、（NH4）2Fe（SO4）2、NaCl为电解质，反应过程中均易产生更难降解处理的中间产物；以Na2SO4为电解质，在降解过程中无明显中间产物出现积累，最终甲基橙被彻底矿化为CO2和H2O，是较理想的支持电解质。

参考文献

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