电催化氧化降解对乙酰氨基酚的实验初探

张丽

连云港康乐药业有限公司，江苏连云港 222100

摘要：电催化氧化是一种在阳极处产生高电位或利用阳极表面生成的活性自由基氧化降解废水中污染物的一种清洁处理技术，该方法具有可控性好、不污染环境、多功能等优点。本文针对扑热息痛制药废水的主要成分对乙酰氨基酚用二维电极电催化氧化法进行降解，研究了实验过程中的催化时间、pH值、电极间距和电流密度对乙酰氨基酚去除效率的影响。

关键词：电催化，对乙酰氨基酚，降解产物

0.引言

对乙酰氨基酚（APAP）是一种白色结晶性粉末，不溶于水，不溶于石油醚和苯，是一种广泛使用的退热镇痛药。对乙酰氨基酚在一定程度上是有毒的，据报道，在河流、水道和污水处理厂的污水中都检测到了其存在。目前，主要采用物理法、化学法和生物法来处理对乙酰氨基酚。物理法只是对污染物的单一分离，对污染物没有影响。生物法的处理效率不高，处理时间长，难以进行大规模工业化生产。与前两种方法相比，化学法具有处理周期短、效果好、效率高等优点。电催化氧化是一种在阳极处产生高电位或利用阳极表面生成的活性自由基氧化降解废水中污染物的一种清洁处理技术，该方法具有可控性好、不污染环境、多功能等优点。本文针对扑热息痛制药废水的主要成分对乙酰氨基酚用二维电极电催化氧化法研究电催化氧化降解碱性磷酸酶，研究了催化时间、pH值、电极间距和电流密度对电催化氧化去除效率的影响。

1.实验部分

1.1实验药物与仪器

对乙酰氨基酚、氢氧化钠、硫酸、双三甲基硅烷基乙酰胺、乙酸乙酯、化学纯度、甲醇、色谱纯度。RXN305D，大功率直流稳压电源深圳兆信电子仪器设备有限公司制造。安捷伦，高效液相色谱仪，德国。Bs110s精密电子天平，上海湘续实业有限公司生产。磁力加热搅拌器，上海君竺仪器制造有限公司生产。Fd-1d-50型冻干机，上海乔跃电子有限公司生产。GC-MS，安捷伦，美国制造。地磁phs-3c型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司等研制的实验装置：本实验主要采用二维电催化氧化。电催化实验装置主要由大功率直流稳压电源语、反应器和电极板三部分组成。电极板主要是石墨电极（10cm×0.1cm×6cm）。

1.2实验方法

以对乙酰氨基酚为主要研究对象，考察了催化时间、初始pH值、极板间距和电流密度对APAP去除效率的影响。采用高效Holland法测定了Alps的浓度，并计算了去除率的APAP。结合GC-MS分析，探讨了电催化氧化过程中可能发生的反应及最终产物和中间产物的相关信息，推测了最可能的降解途径。

1.3分析方法

高效液相色谱参数：检测器为1260无限二极管阵列检测器，高效液相色谱泵为1260季铵盐，色谱柱为th1015（C18，4.6 mm250 mm），洗脱液类型为V（甲醇）/V（水）=20:80在流动相流速为5ml/min，进样量为10L。GC-MS分析参数：检测器为5975b inertxl-MSD色谱柱为hp-5ms（2500.25m，30m），离子源温度为250，质量范围为35-350，进样量为10L，分析方法为：取初始质量浓度为1000mg/L，含磷酸盐缓冲液（pH=7）的APAP溶液进行电催化氧化反应。在不同反应时间下，取反应液1ml，冷冻干燥，用200ln，o-12三甲基甲硅烷基乙酰胺混合液60搅拌加热10min，用乙酸乙酯稀释至1.0ml。采用Zb5（Zorbax，离子检测器，30m25000.25m）柱进行GC-MS分析。载气（氦气）流速为1ml/min，喷射器温度（分体式）为250，分流比为1:5。加热程序为：80升1min.7/min至150，保温时间5min.7/min至200，保温时间5min。

2．碱性磷酸酶降解效率的影响因素

2.1催化时间对APAP降解率的影响

实验在APAP初始质量浓度为1000mg/L，初始pH为9，电极间距为1cm，电流密度为20mA/cm²的条件下进行。探讨催化时间对APAP去除率的影响。在反应初期，随着催化时间的延长，APAP的去除率逐渐提高，在去除率约120min达到90%，原因是随着催化时间的增加，反应体系中的OH-逐渐增加，APAP逐渐被氧化分解，表明电催化氧化法对APAP的降解效果较好。由于反应体系中的大部分APAP已被降解，剩余的APAP浓度很低，去除率的增长缓慢。此时，反应受体系中浓差极化的影响，单位时间内扩散到电极表面的APAP越来越少，氧化效率逐渐降低，曲线变得更加平缓。

2.2初始pH值对APAP降解率的影响

研究了APAP初始浓度为1000mg/L，催化时间为120min，电极间距为1cm，电流密度为20mA/cm²时，初始pH值对APAP去除率的影响。在不同的初始pH条件下，APAP的降解速率随催化时间的延长而线性增加。碱性条件下对APAP的去除率明显高于中性和酸性条件，说明碱性条件下更为有利：一方面，随着pH值的增加，水中OH-浓度逐渐增加，使体系中的反应速度加快。另一方面，随着pH值的增加，APAP逐渐以离子形式存在，而酚羟基中氧原子负电荷的存在会不断增加环上电子云的密度，有利于亲电OH-的攻击，进而导致催化反应现象的发生。

2.3板间距对APAP降解率的影响

在APAP浓度为1000mg/L，催化时间为120min，初始pH为9，电流密度为20mA/cm²的条件下，考察了电极间距对APAP去除率的影响。随着电极间距的增大，APAP的降解作用逐渐减弱。原因是极板间距影响电解液中的场强和溶液与阳极的电位差随着极板间距的增加，APAP的场强和电位差逐渐减小，从而导致溶液中对流传质距离的增大，这将削弱溶液中的传质效应。因此，APAP的去除率随着板间距的增加而降低。另外，较小板间距的阻力也相对较小，能耗也较低。如果电极间距太小容易造成短路，损坏电源。

2.4电流密度对APAP降解率的影响

在APAP浓度为1000mg/L，催化时间为120min，初始pH为9，极板间距为1cm的条件下，考察了电流密度对APAP去除率的影响。随着电流密度的增加，去除率对APAP的去除率逐渐增加，而当电流密度进一步增大时，APAP去除率的增加幅度减小，这是由于受浓差极化反应体系的影响。另外，随着电流密度的增加，一方面，板块间的电压也会增加，这将加剧其他副反应的发生。另一方面，随着电流密度的增加，能量消耗增加，电极腐蚀加剧。

3.结论

（1）随着催化时间的增加，去除率的APAP逐渐增加。在碱性条件下，电催化反应体系中生成的OH-较多，APAP以离子形式存在，易被氧化。随着板间距的增大，降解率降低，适当的板间距有利于APAP的降解。随着电流密度的增加，去除率的APAP也在增加。

（2）电催化氧化降解APAP的实验过程符合所选的拟一级动力学模型。随着反应体系pH值的增加，极板间距减小，反应体系增大，Kapap增大。

（3）APAP在电催化氧化过程中会产生多种中间产物。通过GC-MS分析，可以推断降解过程中产生了大量的中间产物，并推断了降解过程。然而，需要进一步的分析来确定中间产物对环境的危害程度。

参考文献：

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