一種對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其步驟為：采用浸漬法將貴金屬鈀負(fù)載到具有三維結(jié)構(gòu)的泡沫鎳材料上作為電催化反應(yīng)器的陰極；含對(duì)氯硝基苯的廢水通入電催化反應(yīng)器中，充滿整個(gè)反應(yīng)器，在恒電流下開始電化學(xué)處理，對(duì)氯硝基苯在陰極室發(fā)生還原反應(yīng)，在氫自由基的作用下其首先被還原為對(duì)氯苯胺，然后由于含鈀泡沫鎳電極的優(yōu)越性能進(jìn)行脫氯作用形成苯胺。本發(fā)明專利技術(shù)用電催化還原代替金屬還原，避免了金屬易鈍化、傳質(zhì)效率低的問題，并克服了傳統(tǒng)電極對(duì)于對(duì)氯硝基苯難以脫氯的難題，將氯代硝基苯的氯基有效脫去。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種去除高致毒性有機(jī)物的方法，具體是一種去除水體中對(duì)氯硝基苯的電化學(xué)方法。
技術(shù)介紹
對(duì)氯硝基苯存在于工業(yè)廢水中(一般濃度為0.05-200mg/L)，在自然界中較難降解，我國一些主要的水體中均有其檢出。對(duì)氯硝基苯可引起人和動(dòng)物的高鐵血紅蛋白癥，具有微弱的致癌、致突變作用。作為一種高風(fēng)險(xiǎn)，難降解，持久性環(huán)境有機(jī)污染物，我國對(duì)其排放有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，我國GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)氯硝基苯一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)為0.5mg/L，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為1.0mg/L，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為5.0mg/L。因此，由于氯代硝基苯的毒性和穩(wěn)定性，其在環(huán)境中的殘留和積累，以及如何減輕或者消除這類化合物對(duì)環(huán)境的污染及毒性，引起了人們的日益關(guān)注。對(duì)氯硝基苯的處理方法主要有生物法、吸附法、高級(jí)氧化法和金屬還原法。由于氯和硝基的存在使好氧生物氧化酶對(duì)苯環(huán)的親電子攻擊受到阻滯，因而對(duì)對(duì)氯硝基苯的處理效率很低；厭氧微生物還原脫氯的過程緩慢，脫氯效果差。吸附法富集分離后的污染物處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致二次污染。Fenton氧化、光催化氧化和超聲空化等高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展迅速，但依然存在處理效率低、成本高等缺陷，離推廣使用仍有較大差距。金屬還原法處理對(duì)氯硝基苯受pH、金屬的粒徑與比表面、混合攪拌速度等多個(gè)因素影響，存在金屬易鈍化、傳質(zhì)效率低、生成高毒終產(chǎn)物等缺陷。由于對(duì)位硝基的存在，苯環(huán)上氯需要很大的活化能，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很難除去。現(xiàn)有的還原技術(shù)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的還原產(chǎn)物多為對(duì)氯苯胺，仍具有較大的毒性和穩(wěn)定性，不利于后續(xù)的生化或氧化處理。之前報(bào)道過電化學(xué)法還原鄰氯硝基苯的研究中，使用鈦板作為陰極無法產(chǎn)生脫氯作用，還原產(chǎn)物為鄰氯苯胺并且反應(yīng)所需的時(shí)間長反應(yīng)效率低，而對(duì)氯硝基苯的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，電化學(xué)脫氯更加的困難。而在一些電生物法還原對(duì)氯硝基苯的研究中，其還原的產(chǎn)物主要是對(duì)氯苯胺，也無法達(dá)到脫氯的效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種去除水體中對(duì)氯硝基苯的電化學(xué)方法，該方法步驟簡單，實(shí)施費(fèi)用低，同時(shí)具有更好的脫氯效率。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案是：一種對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，包括以下步驟：（1）制備鈀泡沫鎳電極：將泡沫鎳清洗后置于氯化鈀負(fù)載溶液中進(jìn)行負(fù)載，制得鈀泡沫鎳電極；（2）配制電解液：將硫酸鈉加入到含對(duì)氯硝基苯的廢水中，并充分?jǐn)嚢瑁唬?）將電解液置于以鈀泡沫鎳電極為陰極的電催化反應(yīng)器中，在恒電流的情況下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。上述步驟（1）中，將泡沫鎳依次采用丙酮和甲醇進(jìn)行超聲清洗后進(jìn)行酸洗、水洗；氯化鈀負(fù)載溶液是按1:3摩爾比的氯化鈀和氯化鈉配制的水溶液；鈀的負(fù)載量為0.5-4mg/cm2，優(yōu)選1-2mg/cm2。上述步驟（2）中，硫酸鈉的濃度為10-100mmol/l；對(duì)氯硝基苯的濃度為10-50mg/l；上述步驟（3）中，電催化反應(yīng)器中的陽極為涂層釕銥氧化物的鈦基形穩(wěn)電極；電流密度為5-30mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）本專利技術(shù)針對(duì)廢水中劇毒的對(duì)氯硝基苯，能夠達(dá)到短時(shí)間內(nèi)一次性去除以及良好的脫氯效果。（2）本專利技術(shù)是一種只需提供工作電壓的簡便快捷的水處理方法，不需要投加其他化學(xué)試劑，且不會(huì)產(chǎn)生其他有害污染物質(zhì)。（3）本專利技術(shù)可以通過對(duì)鈀負(fù)載量和電流密度的調(diào)節(jié)，控制對(duì)氯硝基苯廢水的產(chǎn)物，在去除對(duì)氯硝基苯的前提下，盡可能地降低能耗。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述的鈀泡沫鎳電極的不同倍數(shù)表面形貌圖。圖2為本專利技術(shù)所述的電催化反應(yīng)器的機(jī)理圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例1和對(duì)比例1的循環(huán)伏安曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2是本專利技術(shù)的電催化反應(yīng)器的機(jī)理圖，圖中顯示了電極在反應(yīng)器的反應(yīng)溶液中在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，先將對(duì)氯硝基苯還原為對(duì)氯苯胺，后進(jìn)行還原脫氯得到苯胺，從而達(dá)到了去除對(duì)氯硝基苯并進(jìn)行脫氯的效果。實(shí)施例1將泡沫鎳依次采用丙酮和甲醇進(jìn)行超聲清洗后進(jìn)行酸洗、水洗；氯化鈀負(fù)載溶液按1:3摩爾比的氯化鈀和氯化鈉配制的水溶液；鈀的負(fù)載量為2mg/cm2。圖1為鈀泡沫鎳電極的不同倍數(shù)表面形貌圖，其具有均勻的分布和較大的比表面積。陽極使用釕銥鈦電極，陰極上述負(fù)載量的鈀泡沫鎳電極，電解液采用50mmol/l的硫酸鈉和25g/l的對(duì)氯硝基苯混合溶液，將電解液置于電催化反應(yīng)器中進(jìn)行恒電流反應(yīng)，其電流密度為10mA/cm2，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。實(shí)施例2改變鈀的負(fù)載量為0.5，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。實(shí)施例3改變鈀的負(fù)載量為1，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。實(shí)施例4改變鈀的負(fù)載量為4，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。實(shí)施例5改變電流密度為5mA/cm2，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表2。實(shí)施例6改變電流密度為20mA/cm2，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表2。實(shí)施例7改變電流密度為30mA/cm2，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表2。實(shí)施例8所采用的電催化反應(yīng)器和實(shí)施方式同實(shí)例1，取江蘇某化工有限公司的實(shí)際生產(chǎn)廢水，對(duì)氯硝基苯濃度50mg/L。控制電流密度為10mA/cm2，停留時(shí)間為60min。經(jīng)過處理后，對(duì)氯硝基苯的濃度小于1mg/L，再經(jīng)過氧化處理，發(fā)光菌急性毒性的相對(duì)抑制率為3.8%，廢水B/C提升至0.47。處理后的對(duì)氯硝基苯濃度達(dá)到國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將處理后的尾水可以做進(jìn)一步生化處理或直接排放。對(duì)比例1改變鈀的負(fù)載量為0，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。對(duì)比例2使用鈦板作為電催化反應(yīng)陰極，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。對(duì)比例3使用石墨作為電催化反應(yīng)陰極，其他實(shí)施條件同實(shí)施例1，在三十分鐘內(nèi)對(duì)于對(duì)氯硝基苯的去除效率和苯胺的產(chǎn)率見表1。表1案例對(duì)氯硝基苯去除率苯胺產(chǎn)率實(shí)施例289.8%68.7%實(shí)施例3100%...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）制備鈀泡沫鎳電極：將泡沫鎳清洗后置于氯化鈀負(fù)載溶液中進(jìn)行負(fù)載，制得鈀泡沫鎳電極；（2）配制電解液：將硫酸鈉加入到含對(duì)氯硝基苯的水中，并充分?jǐn)嚢瑁唬?）將電解液置于以鈀泡沫鎳電極為陰極的電催化反應(yīng)器中，在恒電流的情況下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其特征在于，包括以下步驟：
（1）制備鈀泡沫鎳電極：將泡沫鎳清洗后置于氯化鈀負(fù)載溶液中進(jìn)行負(fù)載，制得鈀泡沫
鎳電極；
（2）配制電解液：將硫酸鈉加入到含對(duì)氯硝基苯的水中，并充分?jǐn)嚢瑁?br>（3）將電解液置于以鈀泡沫鎳電極為陰極的電催化反應(yīng)器中，在恒電流的情況下進(jìn)行
電化學(xué)反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其特征在于，步驟（1）中，將泡沫
鎳依次采用丙酮和甲醇進(jìn)行超聲清洗后進(jìn)行酸洗、水洗。
3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其特征在于，步驟（1）中，氯化鈀
負(fù)載溶液是按1:3摩爾比的氯化鈀和氯化鈉配制而成的水溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)氯硝基苯電催化脫氯的方法，其特征在于，步驟（1）中，鈀的負(fù)
載量為...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李愛民，吳一凡，宋海歐，王柏俊，王長明，李文濤，雙陳冬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32