硝基苯在温和条件下的电化学还原李玉平,曹宏斌,张懿3,陈艳丽(11中国科学院过程工程研究所,北京100080;21中国科学院研究生院,北京100039)摘要:在温和条件下(电流密度不大于1mA/cm2,pH4～9),研究电极材料对水中低浓度硝基苯电催化还原过程的影响.结果表明,S1、S2和AB5电极均能将水中硝基苯高选择地还原为苯胺,硝基苯转化率大于85%,苯胺产率大于75%.循环伏安和快速线性扫描研究表明,硝基苯在S1和S2电极上主要进行直接还原,而在AB5电极则主要通过电解产生的氢间接还原.生物降解实验表明,电解产物可以被AN3菌有效降解.关键词:电化学还原;硝基苯;废水处理;温和条件中图分类号:X78文献标识码:A文章编号:025023301(2005)0120117205收稿日期:2003212219;修订日期:2004202217基金项目:国家高技术研究发展(863计划)资助项目(2004AA649340);国家自然科学基金资助项目(30400011)作者简介:李玉平(1975～),男,博士研究生,研究方向为难降解有机废水的电生物耦合方法处理.3通讯联系人ElectrochemicalReductionofNitrobenzeneUnderMildConditionsLIYu2ping,CAOHong2bin,ZHANGYi,CHENYan2li(11InstituteofProcessEngineering,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China;21GraduateSchooloftheChineseAcade2myofSciences,Beijing100039,China)Abstract:Effectofcathodematerials(S1,S2,AB5,graphite,Niplate,Feplate)ontheelectrochemicalreductionofnitrobenzeneoflightconcentrationundermildconditions(currentdensitylessthan110mA/cm2,pHintherangeof4～9),wasexperimentallystud2ied.Inaqueoussolution,S1,S2andAB5electrodesshowedhighselectivityofnitrobenzenereductiontoaniline,withthenitroben2zeneconversionandanilineyieldbeingover85%and75%,respectively.TheresultsobtainedbycyclicvoltammogramsandsinglesweepvoltammogramsshowedthatnitrobenzenewasdirectlyreducedatS1andS2electrodes,whilereducedbyhydrogenatAB5elec2trode.TheproductselectroreducedfromnitrobenzeneonS1,S2andAB5cathodescouldbeeasilydegradedbyanilinedegradingstrainAN3underaerobiccondition.Keywords:electrochemicalreduction;nitrobenzene;wastewatertreatment;mildcondition硝基苯等硝基芳香烃类化合物是重要的化工原料,广泛应用于国防、印染、塑料、农药和医药工业,全世界每年排入环境中的硝基苯超过10000t[1].由于硝基苯类化合物的“三致”作用,被各国列入优先控制污染物.硝基苯属于典型的难生物降解物,目前常用的处理方法是先用物理化学法[2～4]破坏其硝基官能团,然后进行生物处理.电2生物(bio2electrolysis)技术是20世纪90年代发展起来的新型生物技术.它在同一个反应器内将电化学反应和微生物反应耦合起来,通过2个过程的耦合作用完成对目标污染物的有效处理.到目前为止,电2生物技术已在染料废水处理、脱氮、土壤修复和微生物发酵中得到了应用[5～8].利用电2生物耦合工艺处理废水中硝基苯是一种新型水处理技术,其基本原理是在一个反应器内同时耦合电催化还原与生物代谢,强化硝基苯的去除速率.处理过程要求电化学反应必须在常温、低电流密度条件下进行.本研究利用自制的几种高催化活性电极,重点考查电极材料对温和条件下电解还原硝基苯效率和选择性的影响,探讨电2生物技术处理硝基苯废水的可行性.1材料与方法1.1实验试剂实验用硝基苯、苯胺,对氨基苯酚、偶氮苯等均为分析纯试剂.苯胺和硝基苯使用前经过减压蒸馏提纯.1.2电极材料S1、S2电极分别为本实验室自制的锡2铜系、镍2磷系电极;AB5电极用购买的稀土金属原料制备;碳钢电极;石墨电极;镍电极.1.3实验装置和方法电解池为3电极H型电解池.研究电极表观面积1cm2,辅助电极为4cm2的铂电极,参比电极为饱和甘汞电极.阴极室电解液为200mg/L的硝基苯水第26卷第1期2005年1月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.26,No.1Jan.,2005溶液,支持电解质为Britton2Robinson缓冲溶液,阳极室为同pH的Britton2Robinson缓冲溶液.测量或电解前通3min氩气除氧.电化学测量系统采用IM6e电化学工作站.考虑到高温、高电流会对微生物生长起抑制作用,本次实验中的温度为(25±1)...
