
氯苯是医药化工行业无组织排放的主要挥发性有机气体之一,因其无害化分解净化困难而受到广泛关注。
本研究采用电化学催化氧化方法,在筛选电极材料的基础上,分别开展了降解溶液中氯苯的静态实验研究和气体中氯苯的动态实验研究,同时检测分析了电化学催化氧化过程生成的中间产物,籍此开展了电化学体系中氯苯的降解路径研究,以及在吸附电化学催化氧化体系中强化去除气体中氯苯的实验研究。主要结论如下:(1)分别考察了掺杂Sn、Sb、Pt和La元素的Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极材料和钛板、不锈钢以及石墨阴极材料构成的电化学体系对催化氧化氯苯降解效率的影响,发现掺杂了La的Ti/IrO_2-Ta_2O_5-La电极与钛板阴极构成的电化学体系中,静态条件下氯苯的电催化氧化降解效率最高可以达到98.94%。氯苯的电催化氧化降解遵循二级反应动力学规律。(2)氯苯氧化降解过程中的自由基检测结果表明,电化学催化氧化氯苯过程中既有羟基自由基的产生,也有氯自由基的产生,其中羟基自由基在氯苯的氧化降解过程中起主导作用。(3)依据电化学催化氧化氯苯过程的中间产物检测分析结果,推测电化学催化氧化氯苯的基本路径:氯苯首先在羟基自由基的作用下发生脱氯反应,生成对氯苯酚和对苯二酚等,同时从苯环脱离的氯元素在电化学体系中生成氯自由基;在两种自由基的共同作用下,氯苯继续分解,苯酚和对苯二酚等也相继氧化开环生成一系列小分子有机酸(丁烯二酸、丙二酸、草酸、乙酸和甲酸),最终氯苯矿化生成CO_2和H_2O。(4)以Ti/IrO_2-Ta_2O_5-La为阳极,钛板为阴极构成的电化学体系,在气体流量为500ml/min,氯苯初始浓度为500mg/m~3,电解质Na_2SO_4浓度为0.2mol/L,电流密度为40mA/cm~2,电解液初始pH=10,反应温度为25℃的实验条件下,电化学催化氧化氯苯的降解效率为61.34%,仅为静态条件下氯苯降解效率的61.99%,气液两相之间的物质传输过程和气体中氯苯的停留时间是限制动态条件下氯苯降解效率的主要原因。(5)为提高氯苯废气降解效率而设计的吸附材料+氧化剂构成的吸附电催化氧化体系,能够高效快速实现氯苯废气的电化学催化氧化,当氯苯初始浓度小于1000mg/m~3时,氯苯废气在30min内可以达到90%以上的降解效率。
