查雪聰,朱維晃,王珊琳,鄒 震

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蒽醌類有機(jī)質(zhì)介導(dǎo)水鐵礦電化學(xué)還原的動(dòng)力學(xué)

查雪聰,朱維晃*,王珊琳,鄒 震

(西安建筑科技大學(xué),西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710055)

以水鐵礦為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,采用計(jì)時(shí)電流法研究了“電極-AQS-水鐵礦”反應(yīng)體系中蒽醌介導(dǎo)下的電化學(xué)還原動(dòng)力學(xué)過程,闡明了“電極-AQS-水鐵礦”三者之間相互作用的動(dòng)力學(xué)特征與機(jī)制.結(jié)果表明:在超聲波的協(xié)助下,同市售玻碳電極相比,發(fā)生在碳?xì)蛛姌O表面的電化學(xué)還原反應(yīng)的靈敏性得到顯著提升,且當(dāng)體系施加電壓為-0.7V時(shí),AQS可以被完全還原.在最佳工作電極和實(shí)驗(yàn)條件下,AQS可以作為氧化還原中介體參與水鐵礦的電化學(xué)還原過程.當(dāng)AQS濃度從0.005mmol/L升至0.035mmol/L時(shí),單位絕對(duì)量水鐵礦的還原率從10.4%增至35%.AQS介導(dǎo)水鐵礦電化學(xué)還原過程中的中間產(chǎn)物AQSoxi濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)符合由連串反應(yīng)動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)出的函數(shù)模型曲線特征:隨著時(shí)間的增加,AQSoxi在初始某一范圍內(nèi)迅速增長(zhǎng);當(dāng)時(shí)間到達(dá)某限度后,AQSoxi又出現(xiàn)了不同程度的快速下降,模型擬合的校正決定系數(shù)高達(dá)0.9990.

水鐵礦；介導(dǎo)電化學(xué)還原；有機(jī)質(zhì)；動(dòng)力學(xué)特征

氧化還原活性礦物廣泛分布在自然界中,常見的元素有鐵、錳等.以鐵礦物為例,在厭氧條件下,環(huán)境中的Fe(III)氧化物會(huì)被還原.現(xiàn)在認(rèn)為這一過程主要是微生物介導(dǎo)的異化還原,即微生物以Fe(III)氧化物作為終端電子受體來氧化多種有機(jī)污染物,并從中獲得生長(zhǎng)的能量,生成Fe(II)[1].目前,鐵氧化物的異化還原已得到較為充分的研究,人們逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到通過電化學(xué)分析測(cè)定鐵礦物的氧化還原能力上[2-3].因?yàn)樵谧匀画h(huán)境中存在著大量種類豐富的有機(jī)質(zhì),一些具有醌/羰基結(jié)構(gòu)的有機(jī)質(zhì)能夠可逆地進(jìn)行氧化還原過程,從而加速電子在初級(jí)電子供體與最終電子受體間的傳遞.因此在合適的反應(yīng)條件下,這些有機(jī)質(zhì)會(huì)積極參與到鐵氧化物的還原降解中[4-6].已有研究表明醌類化合物具備很高的電化學(xué)反應(yīng)活性,但考察在這些有機(jī)質(zhì)參與下,鐵礦物的電化學(xué)還原機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程的研究還有待加強(qiáng).基于此,本實(shí)驗(yàn)以水鐵礦為研究對(duì)象,將含氫醌官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的蒽醌-2-磺酸鈉鹽(AQS)作為模型溶解有機(jī)質(zhì),考察在AQS的介導(dǎo)調(diào)控下,水鐵礦的電化學(xué)還原反應(yīng)特征[7].并進(jìn)一步探究了介導(dǎo)體AQS在工作電極與水鐵礦之間傳遞電子過程中發(fā)生連串反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)變化過程,基于此建立了動(dòng)力學(xué)函數(shù)模型,從而獲得AQS不同形態(tài)在反應(yīng)體系中隨反應(yīng)時(shí)間的濃度分布與反應(yīng)速率常數(shù)等.為研究蒽醌類有機(jī)質(zhì)介導(dǎo)的水鐵礦電化學(xué)還原過程的影響因素與動(dòng)力學(xué)特征提供了理論參考,對(duì)深入認(rèn)識(shí)“污染物-鐵氧化物-有機(jī)質(zhì)”耦合作用過程的機(jī)理有著較為重要的指導(dǎo)意義.

1 材料與方法

1.1 負(fù)載鐵礦物的制備

為了更加直接地研究AQS作為中介體的反應(yīng)過程,同時(shí)避免水鐵礦與電極直接接觸發(fā)生吸附或者其他電化學(xué)作用,本實(shí)驗(yàn)選擇采用負(fù)載鐵礦物來避免吸附現(xiàn)象的產(chǎn)生,從而提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

本實(shí)驗(yàn)采用Schwertmann和Cornell的方法制備水鐵礦[8].將40g Fe(NO3)3﹒9H2O溶解在500mL的超純水中,在室溫、劇烈攪拌條件下,將330mL 1mmol/L KOH 倒入Fe(NO3)3﹒9H2O溶液中,直到混合液變?yōu)榧t褐色膠體溶液.再加入250g石英砂,混合物靜置24h后,將其放入烘箱110℃下烘至干燥.最后將石英砂經(jīng)洗滌、105℃下干燥后備用.

1.2 負(fù)載鐵礦物的表征

采用X射線衍射儀(UltimaIV,日本理學(xué)株式會(huì)社)和掃描電子顯微鏡(JSM-6510LV,日本電子株式會(huì)社)觀察石英砂表面所負(fù)載的鐵礦物.

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

2.1 石英砂負(fù)載鐵礦物的表征結(jié)果

如圖1所示,負(fù)載鐵礦物的XRD圖譜中2角在35°和62°處有2個(gè)比較寬的吸收峰,根據(jù)衍射峰的條數(shù)可知樣品為人工合成的2線水鐵礦,2個(gè)特征峰分別是2線水鐵礦中的110和115晶面[9].掃描電鏡圖像顯示石英砂表面因負(fù)載了水鐵礦顆粒而顯粗糙狀,而未負(fù)載水鐵礦的表面則更加光滑.

圖1 負(fù)載鐵礦物樣品的X射線衍射結(jié)果及掃描電鏡圖像對(duì)比

(a)負(fù)載鐵礦物的XRD圖譜;(b)(d)放大500,1500倍的未負(fù)載鐵礦物的石英砂掃描電鏡圖像;(c)(e)放大500,1500倍的已負(fù)載鐵礦物的石英砂掃描電鏡圖像

2.2 水鐵礦的AQS介導(dǎo)電化學(xué)還原過程

圖2 AQS介導(dǎo)的水鐵礦電化學(xué)還原過程的電子轉(zhuǎn)移原理(a)及數(shù)據(jù)處理過程示意(b)

A、B分別表示先后向體系內(nèi)加入0.035mmol/L AQS和0.3mmol/L負(fù)載水鐵礦

圖2(a)為AQS介導(dǎo)下的水鐵礦還原過程:向工作電極施加一個(gè)恒定的負(fù)電位,因AQS含氧化還原敏感性官能團(tuán)—蒽醌結(jié)構(gòu),因此體系中的AQS接受來自工作電極的電子而以還原態(tài)的蒽二酚結(jié)構(gòu)形式(AQH2S, AQSred)存在.這一過程實(shí)際上是氧化還原中介體接收了從工作電極轉(zhuǎn)移而來的電子,該階段的電子轉(zhuǎn)移達(dá)到平衡后,下一步反應(yīng)隨即發(fā)生,即AQSred將吸納的電子轉(zhuǎn)移至水鐵礦,使其被還原解離生成溶解性Fe(II). AQSred也因失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)槿彪娮拥腁QS氧化態(tài)(AQSoxi),當(dāng)這一反應(yīng)達(dá)到平衡后, AQSoxi繼續(xù)獲取來自工作電極的電子被還原,隨之形成一個(gè)可循環(huán)的過程[10].在上述氧化還原的循環(huán)反應(yīng)中,電子的單向轉(zhuǎn)移會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)電流(),可通過電化學(xué)工作站監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間()的變化,基于此,電子轉(zhuǎn)移通量可用式(1)表示:

式中:表示的是發(fā)生在“工作電極-AQS”之間的電子轉(zhuǎn)移通量;是法拉第常數(shù)(95485C/mol);1、2分別為計(jì)時(shí)電流法測(cè)試曲線(-曲線)上還原峰起點(diǎn)與終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間;()則是響應(yīng)電流關(guān)于時(shí)間的函數(shù),()background表示體系的背景電流值[11].以圖2(b)為例,A為向體系中加入AQS后,得到的AQS在電極表面被還原的響應(yīng)電流曲線峰,當(dāng)AQS在電極表面還原完畢后,繼續(xù)加入水鐵礦,因體系中AQSred還原水鐵礦而產(chǎn)生另一個(gè)響應(yīng)電流峰B.對(duì)任意一個(gè)∈[1,2],將看作還原峰被細(xì)分后的微元梯形高度,d為微元梯形的寬度,則代表微元面積.根據(jù)公式=可知,每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的微元面積表示此刻工作電極上轉(zhuǎn)移的電子量,因?yàn)榇砹薣1,2]時(shí)間段內(nèi)整個(gè)還原峰陰影部分的面積,所以可以求得[1,2]時(shí)間段內(nèi)發(fā)生在“工作電極-AQS”之間的總電子轉(zhuǎn)移通量.

2.3 電極及超聲條件的影響

圖3是市售玻碳電極和碳?xì)蛛姌O的電化學(xué)反應(yīng)靈敏性對(duì)比,圖中虛線和實(shí)線分別表示使用玻碳電極和碳?xì)蛛姌O測(cè)得的0.02mmol/LAQS在電化學(xué)還原過程中的電流響應(yīng)曲線,實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次.從曲線的變化可知,當(dāng)工作電極為玻碳電極時(shí),檢測(cè)到電化學(xué)反應(yīng)過程中電流隨時(shí)間的變化很微弱,表明AQS在玻碳電極表面發(fā)生的電化學(xué)還原反應(yīng)的靈敏性未得到明顯的改善.而碳?xì)蛛姌O則顯著提升了反應(yīng)的靈敏性,且反應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)完成.

雖然碳?xì)蛛姌O在電化學(xué)反應(yīng)中靈敏性很高,但有研究表明,碳?xì)重S富的孔隙結(jié)構(gòu)使得參與電極反應(yīng)的反應(yīng)物分子很容易被吸附并滯留在其孔隙中,使得由電極與溶液形成的固-液兩相間的傳質(zhì)過程受到嚴(yán)重的滯后,從而影響了電化學(xué)反應(yīng)的靈敏性和重現(xiàn)性,碳?xì)蛛姌O隨之發(fā)生鈍化現(xiàn)象.

(3)產(chǎn)能過剩，內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重。在湖北省加速發(fā)展汽車零部件產(chǎn)業(yè)的過程中，各地均將汽車零部件產(chǎn)業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)發(fā)展，但行業(yè)整體缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和超前統(tǒng)一規(guī)劃，因此各自為戰(zhàn)現(xiàn)象較為明顯，未形成錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)格局，在招商、融資、銷售等各方面形成嚴(yán)重的內(nèi)部消耗與內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，也造成了產(chǎn)能過?，F(xiàn)象。

因此,實(shí)驗(yàn)采用超聲以增強(qiáng)AQS向碳?xì)蛛姌O表面的傳質(zhì)過程,以達(dá)到改善電化學(xué)反應(yīng)過程靈敏性的目的.由圖3可知,在超聲的影響下反應(yīng)過程有較為顯著的改善,說明電化學(xué)過程和超聲波之間存在明顯的協(xié)同作用[12].在超聲促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的過程中,超聲使得吸附在碳?xì)蛛姌O上的物質(zhì)易于脫去,從而電極發(fā)生鈍化的程度受到明顯抑制.綜上所述,本文中所有實(shí)驗(yàn)將在超聲條件下進(jìn)行.

圖3 超聲與無超聲條件下玻碳電極和碳?xì)蛛姌O的電化學(xué)反應(yīng)靈敏性對(duì)比

2.4 電壓的影響

如圖4(a)所示,分別記錄了-0.2,-0.5,-0.7,-1.0V下添加不同濃度AQS的電流響應(yīng)情況.當(dāng)施加的電位為-0.2V時(shí),檢測(cè)到AQS電化學(xué)還原過程中電流隨時(shí)間的變化很微弱,當(dāng)電位分別為-0.5,-0.7,-1.0V時(shí),AQS在電極表面還原的響應(yīng)曲線隨著電壓的升高而變化明顯.

當(dāng)施加的電壓為-0.2,-0.5,-0.7V時(shí),施加的電位更負(fù),值更大.值得注意的是,值在一個(gè)更低的電位(=-1.0V)時(shí)降低.因?yàn)殡娊馑^程中產(chǎn)生的O2和H2氣泡附著在電極表面,影響了AQS與電極間的傳質(zhì)過程,從而使得電子轉(zhuǎn)移變?nèi)?如圖4(b)所示,它們之間存在著顯著的線性關(guān)系,可以用下面的公式表示:

式中:表示電子轉(zhuǎn)移通量,mmol;AQS是AQS的物質(zhì)的量,mmol;和分別是擬合直線的截距和斜率,斜率的大小反映了AQS在電極上的還原程度.

目前水溶液中AQS的還原已經(jīng)有了較為深入的研究,AQS在碳?xì)蛛姌O表面持續(xù)獲得電子的過程可歸納為兩個(gè)步驟[13].如下所示:

以上兩個(gè)反應(yīng)可用反應(yīng)式4表示為:

因此,當(dāng)擬合直線的斜率約等于2時(shí),表明AQS被完全還原,較低的數(shù)值則說明AQS的還原過程沒有完全進(jìn)行[14].經(jīng)過比較,在-0.2~-1.0V的范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)的最合適電位為-0.7V.

(a) 不同實(shí)驗(yàn)電位下AQS電化學(xué)還原過程的計(jì)時(shí)電流法曲線(A1: 0.005mmol/L AQS; A2: 0.015mmol/L AQS; A3: 0.025mmol/L

(b) AQS; A4: 0.035mmol/L AQS);(b)實(shí)驗(yàn)電位對(duì)“工作電極-AQS”間電子轉(zhuǎn)移通量的影響

2.5 水鐵礦的電子接受能力

為了考察添加的不同濃度AQS對(duì)水鐵礦還原的影響,在-0.7V的電位下進(jìn)行了一系列AQS介導(dǎo)的電化學(xué)還原實(shí)驗(yàn).圖5(a)顯示了在反應(yīng)體系內(nèi)加入不同絕對(duì)量的負(fù)載水鐵礦所獲得的每一個(gè)還原峰,絕對(duì)量由水鐵礦濃度與反應(yīng)體系體積200mL相乘即可求得.通過公式(1)處理后可得不同濃度AQS介導(dǎo)的水鐵礦電化學(xué)還原過程中的電子轉(zhuǎn)移通量,值與水鐵礦的絕對(duì)量(Fe)之間存在著良好的線性關(guān)系且可用下列表達(dá)式表示:

=-0.7V時(shí),不同濃度AQS介導(dǎo)水鐵礦電化學(xué)還原的計(jì)時(shí)電流法曲線

(A1: 0.005mmol/L AQS; A2: 0.015mmol/L AQS; A3: 0.025mmol/L AQS; A4: 0.035mmol/L AQS;B: 0.02mmol Fe; C: 0.06mmol Fe; D: 0.1mmol Fe; E: 0.2mmol Fe; F: 0.3mmol Fe; G: 0.4mmol Fe);(b)AQS濃度對(duì)單位絕對(duì)量水鐵礦還原率的影響

式中:為電子轉(zhuǎn)移通量,mmol;Fe是水鐵礦的絕對(duì)量,mmol;和分別是擬合直線的截距和斜率.隨著AQS濃度的增加,水鐵礦的還原程度呈現(xiàn)上升趨勢(shì),見圖5(b).由擬合直線的斜率可知,在AQS濃度為0.005mmol/L的體系中,單位絕對(duì)量水鐵礦的還原率為10.4%,當(dāng)AQS濃度增至0.035mmol/L時(shí),其還原率達(dá)到35%.表明在電位穩(wěn)定的條件下,水鐵礦介導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)的還原程度受體系內(nèi)AQS濃度的影響較為明顯.這是因?yàn)樗F礦的比表面積大,吸附點(diǎn)位多.AQS以溶解態(tài)的形式加入體系內(nèi),其具有帶負(fù)電的陰離子,這些離子會(huì)吸附在水鐵礦的表面,便于將從電極傳遞過來的電子迅速地轉(zhuǎn)移給水鐵礦.在AQS未達(dá)到飽和吸附之前,體系內(nèi)AQS含量越多,水鐵礦的還原程度也越大,且二者之間存在著較好的線性關(guān)系[15].

2.6 “電極-AQS-水鐵礦”反應(yīng)動(dòng)力學(xué)函數(shù)模型擬合

AQS介導(dǎo)的水鐵礦電化學(xué)還原過程可表示為:

該方案假設(shè)在第一步反應(yīng)中AQSred將電子捐贈(zèng)給水鐵礦,并轉(zhuǎn)化為AQSoxi,與此同時(shí),水鐵礦從高價(jià)態(tài)Fe(III)被還原為溶解態(tài)Fe(II).隨后在第二步反應(yīng)中AQSoxi從工作電極上接受電子生成AQSred.

下面用連串反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)AQS介導(dǎo)還原水鐵礦的反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行分析,具體推導(dǎo)過程如下:

式中:Fe,0表示Fe(III)的初始濃度,Fe、AQSoxi、AQSred分別表示任意時(shí)刻Fe(III)、AQSoxi、AQSred的濃度.設(shè)兩步反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng),1、2分別為對(duì)應(yīng)于兩個(gè)反應(yīng)階段的反應(yīng)速率常數(shù).

在任意時(shí)刻,Fe(III)的消耗速率如下:

中間產(chǎn)物AQSoxi在第一步反應(yīng)中生成,隨即消耗于第二步反應(yīng),故其濃度的變化率可以寫成:

結(jié)合方程9可得到如下表達(dá)式:

將等式(11)兩邊同乘以e2·t:

(a)不同反應(yīng)體系的曲線擬合特征(A1: 0.005mmol/L AQS; A2: 0.015mmol/L AQS; A3: 0.025mmol/L AQS; A4: 0.035mmol/L AQS;B: 0.02mmol Fe; C: 0.06mmol Fe; D: 0.1mmol Fe; E: 0.2mmol Fe; F: 0.3mmol Fe; G: 0.4mmol Fe);(b)同一AQS濃度下,水鐵礦的絕對(duì)量對(duì)1值的影響;(c)同一AQS濃度下,水鐵礦的絕對(duì)量對(duì)k2值的影響

將(13)式代入(12)式:

表示積分常數(shù),認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)AQSoxi為零,即:=0,AQSoxi=0.

將值代入,等式(15)可整理為:

故體系內(nèi)中間產(chǎn)物AQSoxi的濃度變化可表示為:

圖5(a)中每一次加入負(fù)載水鐵礦得到的還原峰經(jīng)方程(1)處理后,可以求得每一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的峰面積,即每一時(shí)刻體系內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)量,使用這些數(shù)據(jù)可以繪制一系列新的曲線,如圖6(a)所示.曲線特點(diǎn)為:隨著時(shí)間的增加,AQSoxi在初始某一范圍內(nèi)迅速增長(zhǎng);當(dāng)時(shí)間到達(dá)某限度后,AQSoxi又出現(xiàn)了不同程度的快速下降.1、2的物理意義為曲線上升、下降段變化最快點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切線斜率.同時(shí)模型擬合的校正決定系數(shù)在0.8901~0.9990之間,氧化還原中介體AQS濃度越高,水鐵礦發(fā)生還原反應(yīng)對(duì)應(yīng)的擬合曲線特征越明顯.

在AQS濃度為一固定值的體系內(nèi),當(dāng)添加的水鐵礦的絕對(duì)量增大時(shí),連續(xù)反應(yīng)兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)的1、2出現(xiàn)不同程度的降低,見圖6(b、c).引起這一趨勢(shì)的原因可能是:當(dāng)加入的負(fù)載水鐵礦絕對(duì)量較低時(shí),相對(duì)來說AQS處于過量狀態(tài),可以迅速地吸附在水鐵礦表面將其還原.而隨著體系內(nèi)加入的負(fù)載水鐵礦絕對(duì)量的增加,AQS接近飽和吸附狀態(tài),成為反應(yīng)的限制因素.除此之外,雖然超聲可以去除溶解性物質(zhì)和微小氣泡的吸附影響,從而優(yōu)化電極的表面?zhèn)髻|(zhì)過程[16-17].但碳?xì)蛛姌O豐富的孔隙結(jié)構(gòu)使得加入體系內(nèi)微小顆粒狀的負(fù)載水鐵礦很容易滯留在電極表面,導(dǎo)致電極表面活性難以維持,直接影響電極—溶液形成的固—液兩相間的傳質(zhì)過程.

3 結(jié)論

3.1 AQS介導(dǎo)的水鐵礦電化學(xué)還原過程受以下因素影響:工作電極的選擇、超聲開啟與否、施加的電位、AQS的濃度.經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定:在超聲波協(xié)助的條件下,與市售玻碳電極相比較而言,發(fā)生在碳?xì)蛛姌O表面的電化學(xué)還原反應(yīng)的靈敏性得到顯著提升.因超聲作用,使得碳?xì)蛛姌O得到活化,有效解決電極鈍化現(xiàn)象.且-0.2~-1.0V之間最合適的實(shí)驗(yàn)電壓為-0.7V.電子轉(zhuǎn)移載體AQS可有效促進(jìn)水鐵礦的電化學(xué)還原過程,當(dāng)AQS濃度從0.005mmol/L升至0.035mmol/L時(shí),單位絕對(duì)量水鐵礦的還原率從10.4%增至35%.

3.3 “電極-AQS-水鐵礦”相互作用的反應(yīng)體系中,在AQSoxi為一固定值的體系內(nèi),當(dāng)添加的水鐵礦的絕對(duì)量增大時(shí),連續(xù)反應(yīng)的兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)的1、2值均出現(xiàn)了不同程度的降低,即模型擬合參數(shù)變化趨勢(shì)表明體系內(nèi)水鐵礦的還原過程隨其含量的增加而未能充分進(jìn)行,說明AQS接近飽和吸附狀態(tài)是其還原反應(yīng)的制約因素之一.

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Kinetic research on electrochemical reduction of ferrihydrite mediated by anthraquinone organic matter.

ZHA Xue-cong, ZHU Wei-huang, WANG Shan-lin, ZOU Zhen

(Shaanxi Key Laboratory of Environmental Engineering, Northwest China Key Laboratory of Water Resources and Environment Ecology, Ministry of Educa-ation Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)., 2019,39(5)：2000~2006

The current study mainly discussed the electrochemical reduction of ferrihydrite mediated by anthraquinone (AQS) in the “electrode-AQS-ferrihydrite” reaction system, and the kinetic characteristics and mechanism of the interaction. Compared with ordinary glassy carbon electrode, the sensitivity of the electrochemical reduction reaction occurring on the surface of the carbon felt electrode had been significantly improved under ultrasonic opening condition. When the applied voltage was -0.7V (vs Ag/AgCl), AQS could be completely reduced. On the optimal experimental conditions, AQS could participate in the electrochemical reduction process of ferrihydrite as a redox mediator. When the amount of AQS increased from 0.005mmol/L to 0.035mmol/L, the reduction ratio of the absolute amount of ferrihydrite rose from 10.4% to 35%. The time course of the intermediate product (AQSoxi) concentration (AQSoxi) showed a typical characteristic of function model curve derived from consecutive reactions. As the reaction time (t) increased,AQSoxigrew rapidly in the initial stage; and subsequently, when reaction time (t) reached a certain level,AQSoxihad experienced rapidly declines to various degrees, and the Adj.2in the fitted model could be high enough to 0.9990.

ferrihydrite；mediated electrochemical reduction；organic matter；kinetic characteristics

X131

A

1000-6923(2019)05-2000-07

查雪聰(1994-),女,安徽桐城人,西安建筑科技大學(xué)碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染的物理化學(xué)處理技術(shù).

2018-10-26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41373093)

*責(zé)任作者, 教授, zhuweihuang@xauat.edu.cn