杨梅

[摘           要]  考查电流密度、初始浓度、电解质浓度和溶液pH值四种工艺条件下Ti电极和Ti/Sb SnO2电极和对橙黄G去除效果的影响。结果表明：电流密度为4.8 mA/cm2、初始浓度为40mg/L、NaCl浓度0.2mol/L、pH=7时电解30min，Ti电极和Ti/Sb-SnO2电极对橙黄G的去除率分别为84.8%和96.8%，表明在电极表面涂覆Sb、Sn涂层可有效提高电极的性能。

[关    键   词]  锑-锡氧化物涂层电极;橙黄G;工艺因素

[中图分类号]  X703                    [文献标志码]  A                      [文章編号]  2096-0603（2020）11-0127-03

一、实验部分

（一）电解实验

分别以热分解法[1.2]制备的Ti[3]和Ti/Sb-SnO2[4]电极为阳极，以Ti片为阴极，稳压电源提供稳定电流，利用自制的电解装置进行电解实验。电极间距1.5 cm， 电极面积2.5 cm×2.5 cm， 并采用中速搅拌，分别用0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L H2SO4调节溶液的pH值。

（二）分析方法

橙黄G浓度采用分光光度法测试，检测波长：477nm。

UV-vis测试，扫描范围200～900nm，扫描速度采用中速。

橙黄G去除率（η）的计算式中：C0——起始时刻的橙黄G浓度（mg/L），Ct——t时刻橙黄G的浓度（mg/L）。

二、结果与讨论

（一）电流密度的影响

橙黄G初始浓度80mg/L，电解质NaCl浓度0.3mol/L，电解30min，室温条件下，电流密度分别为1.6mA/cm2、4.8 mA/cm2、8.0 mA/cm2、12.8 mA/cm2和16.0 mA/cm2时，对橙黄G进行降解实验。

结果如图1所示，Ti/Sb-SnO2电极降解橙黄G的去除率随着电流密度的增加而增大，特别是当电流密度大于8.0mA/cm2时，电解1min橙黄G的浓度就都降到了20mg/L以下，去除率达到76%以上。而Ti电极对橙黄G的去除率开始是随着电流密度的增加而增大，但是当电流密度太大达到16.0mA/cm2时，去除率反而下降。这是因为本实验是恒电流控制体系，在相同时间内，电流密度越大通过的电量就越大，电产生的活性基团就越多，去除橙黄G的效果就越明显，但电流密度越大，槽电压就越高，电极就比较容易损耗，寿命就缩短，所以控制适当的电流密度有利于提高电极的使用寿命。

Ti电极和Ti/Sb-SnO2电极和在电流密度为4.8mA/cm2电解2min时，去除率分别为20.2%和54.2%，当电解5min时，Ti/Sb-SnO2电极曲线趋于稳定去除率随着电解时间的增加基本保持不变为86.6%，可见Ti/Sb-SnO2电极与Ti电极相比催化性能有所增强，Ti/Sb-SnO2电极产生的活性基团数目较多，电极的催化氧化性能有所提高。

（二）初始浓度对橙黄G去除率的影响

在电流密度为4.8mA/cm2，电解质NaCl浓度0.3mol/L，电解30min，室温条件下，考查不同橙黄G初始浓度对去除率的影响。

如图2所示，Ti电极初始浓度为10mg/L时去除率可以达到81%，但是随着初始浓度继续增大去除率反而逐渐降低，这是因为Ti电极极易被氧化且是不可逆电极，随着电解时间的进行Ti电极逐步被氧化由紫色变为黑色，那么它氧化有机物的能力就会逐步下降，且相同条件下产生的活性基团个数是相同的，所以增大初始浓度橙黄G的去除率会逐渐下降.而Ti/Sb-SnO2电极，随着橙黄G的初始浓度从10mg/L增加到80mg/L，电解5min时，去除率都可以达到理想的效果，但初始浓度为40mg/L时去除率最大。表明该电极存在一个最佳初始浓度，增加或减少该初始浓度去除率都会下降，可能是由于活性基团没有选择性，当初始浓度大于最佳浓度时一部分活性基团就去氧化中间产物导致去除率下降。

当橙黄G初始浓度为40mg/L，电解2min时，Ti/Sb-SnO2电极和Ti电极的去除率分别是93.8%和57.3%。说明，锑—锡氧化物涂层电极比表面积大大增加，电极催化氧化性能得到提高。

（三）电解质浓度对橙黄G去除率的影响

如图3是电流密度为4.8mA/cm2，初始橙黄G浓度为40mg/L，室温条件下，电解30min，不同电解质NaCl浓度对橙黄G去除率影响的曲线图。

由图3可知，以Ti电极为阳极降解橙黄G，电解10min时，存在最佳电解质浓度0.25mol/L，在相同时间内，大于或小于该浓度橙黄G的去除率都会下降。但是当电解时间延长至30min时，考虑节省资源电解质浓度为0.2mol/L较适宜。而以Ti/Sb-SnO2电极为阳极降解橙黄G，电解30min时，去除率随着电解质浓度的变化影响不大，但也存在最佳浓度为0.25mol/L，大于或小于该浓度橙黄G的去除率都会下降。考虑是因为电解质浓度增加会使反应Cl2+H2O=H++Cl-+HOCl的平衡向左移动，导致活性氯数目减少。同时随着离子浓度的增大离子的扩散效应也变小，且电解结束后发现，在电极的表面已经形成了一层盐膜，因此浓度的继续增加会造成去除率的下降。

由图可知，在相同电流密度条件下，电解2min，Ti/Sb-SnO2电极去除率最高，所需的氯化钠的量最少。由电极的表征可知，改性后的电极的析氯电位降低了，说明相对于Ti电极来说，Ti/Sb-SnO2电极更容易发生析氯反应。而本实验主要是利用活性氯间接氧化降解橙黄G，所以在相同条件下，电极产生活性氯能力越强所需电解质的量就越少。

（四）溶液pH值对橙黄G去除率的影响

上图4是两种电极在电流密度4.8mA/cm2，初始橙黄G浓度40mg/L，电解质NaCl浓度0.2mol/L，室温条件下电解30min，测得体系中剩余橙黄G随pH值的变化规律.

结果表明，随着pH值的增大，Ti/Sb-SnO2电极和Ti电极对橙黄G的去除率都增加，当pH=7时，去除率达到最大值分别为96.8%和84.8%，而后随着pH值的增加橙黄G的去除率减小，因此，两种电极对橙黄G的降解都有一个最佳pH值，即在中性条件下去除效果最好。考虑是因为酸性条件下HClO在活性氯中的比例大，副反应HClO→HCl+O2加快。同时，Cl2+H2O=H++Cl-+HOCl平衡向左移动，活性氯降低。碱性条件下活性氯主要以ClO-形式存在，ClO-在阴极会发生还原反应（ClO-+H2O+2e-→Cl-+2OH-，Eo=0.89 V/SHE，25℃），另外，ClO-会进一步转化为ClO3-（2HClO+ClO-+2OH-→ClO3-+2Cl-+2H2O），导致活性氯急剧下降。同时参与竞争的副反应——析氧反应增强，在电流密度不变的情况下，抑制了活性基团的产生，导致橙黄G去除率变小。所以，在相同电流密度条件下，中性溶液氧化能力最强，去除效果较好。

由图可知，当pH=7时，Ti/Sb-SnO2电极和Ti电极电极相比橙黄G的去除率明显增大，说明涂层在一定程度上起到增强电极性能的作用。

三、结论

1.在恒电流控制体系下，电流密度越大，去除橙黄G的效果越明显，但是槽电压会升高，电极寿命会缩短，所以控制适当的电流密度有利于提高电极的使用寿命。当电流密度为4.8mA/cm2电解2min时，Ti电极和Ti/Sb-SnO2电极去除率分别为20.2%和54.2%。

2.两种电极降解橙黄G都存在一个最佳初始橙黄G浓度（即40mg/L），增加或减少该初始浓度去除率都会下降。当橙黄G初始浓度为40mg/L电解2min时，两种电极相比Ti/Sb-SnO2电极的去除率最大达到93.8%。

3.本实验主要是活性基团降解橙黄G，但是电解质浓度增加会使反应Cl2+H2O=H++Cl-+HOCl的平衡向左移动，导致活性氯数目减少。同时随着离子浓度的增大离子的扩散效应也变小，因此浓度的继续增加会造成去除率的下降。所以选择适当的电解质浓度既节省资源又提高电流效率。

4.三种电极对橙黄G的降解都有一个最佳pH值，即在中性条件下去除效果最好，因为酸碱性条件下都不利于活性氯的产生。

参考文献：

[1]Xiupei Yang，Ruyi Zou ，Feng Huo Duochang Cai，et al. Preparation and characterization of Ti/SnO2-Sb2O3-Nb2O5/PbO2 thin film as electrode material for the degradation of phenol[J]. Journal of Hazardous Materials，2009，164（1）.

[2]Wang Yan，Fan Cai-mei，Hua Bo，et al .Photo electrocatalytic activity of two antimony doped SnO2 films for oxidation of phenol pollutants[J].Science Direct，2009 （19）.

[3]杨小亮，魏琛，盛贵尚，等.La-Ti/SnO2-Sb/RuO2-Co电极制备及其处理垃圾渗滤液研究[J].广州化学，2019，44（4）：13-19.

[4]侯俭秋，陈景浒，靳凯豪.Ti/SnO_2-Sb电极的制備及降解亚甲基蓝的研究[J].化工技术与开发，2019，48（5）：29-32.

[5]Xuhui Mao，Fang Tian， Fuxing Gan， et al. Comparison of the Performances of Ti/SnO2-Sb，Ti/SnO2-Sb/PbO2，and Nb/BDD Anodes on Electrochemical Degradation of Azo Dye[J].Russian Journal of E-lectrochemistry，2008，44（7）： 802-811.

[6]侯俭秋，靳凯豪. Ti/SnO2-Sb电极的制备及降解罗丹明B的研究[J].当代化工，2019，48（8）：1711-1713，1717.

编辑 张 慧