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多组分污染物在金刚石膜电极上的电化学行为与同时测定

作　者: 肖小娥
导　师: 赵国华
学　校: 同济大学
专　业: 物理化学
关键词: 金刚石膜(BDD)电极循环伏安法微分脉冲伏安法微分脉冲溶出伏安法酚类污染物重金属离子芳香烃污染物
分类号: X132
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

金刚石膜（Boron-doped diamond，简称BDD）电极具有独特的电化学特性如低的背景电流、宽的电势窗口、化学惰性、耐腐蚀性等，使之既适合环境污染物的分析，又适合环境污染物的降解。基于BDD电极其独特的电化学优势，针对环境污染物往往具有化学组分结构和性质相近、难以分离、多组分复杂体系等特性，探讨多组分污染物在BDD电极上的电化学行为及其同时测定将具有重要的研究意义。本文主要在研究了多组分有机污染物、多种重金属离子在BDD电极上的电化学行为及其相互作用的基础上，采用循环伏安法、微分脉冲伏安法、微分脉冲溶出伏安法等多种电分析方法探讨BDD电极进行多组分环境污染物直接电化学伏安法分离和同时测定的方法可行性，建立了具有快速、简便、廉价等优点的多组分环境污染物同时测定的直接检测新方法。同时，基于BDD的宽电势窗口特性，研究了难生化、难氧化的典型芳香分子在BDD电极上的电化学氧化可行性和氧化特征行为，为BDD电极直接电化学氧化降解芳香烃污染物奠定了研究基础，具有重要的理论研究意义。（1）研究了多组分有机污染物在BDD电极上的电化学行为与同时测定。采用循环伏安法（CV）、微分脉冲伏安法（DPV）等电化学方法研究了苯酚、苯二酚、硝基苯酚在BDD电极上的氧化还原电化学行为；探讨了多组分酚类化合物在电极的吸附竞争情况；实现了苯酚—对苯二酚、苯酚—对硝基苯酚、对苯二酚—对硝基苯酚、苯酚—对苯二酚—对硝基苯酚等多组分有机污染物的电化学分离；建立了多组分酚类污染物同时测定的简便、灵敏的方法。（2）研究多种共存的重金属离子在BDD电极上的电化学行为，建立多种重金属离子同时测定的实验方法。以银离子、铜离子、铅离子、镉离子、亚锡离子等重金属离子为研究对象，采用循环伏安法、微分脉冲溶出伏安法等电化学方法，分别以硝酸介质和醋酸盐缓冲溶液介质，考察了单离子体系、多种离子组成混合体系在BDD电极上的电化学氧化还原行为，研究了多种金属离子共存在BDD电极上的共沉积、相互作用。探讨了多种重金属离子在BDD电极上的电化学伏安分离的可行性，实现了多种重金属离子的电化学同时测定。（3）研究了芳香分子污染物在BDD电极上的电化学氧化特性。采用线性扫描伏安法和微分脉冲伏安法，以苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、乙苯五种典型芳香分子为研究对象，以0.5mol．L^-1的硫酸溶液为支持电解质，研究了这五种芳香分子在BDD电极上的电化学氧化行为，采用计时电量法研究芳香分子在BDD电极上的吸附，并采用恒电位计时电流法进一步探讨芳香分子电化学氧化的机理。循环伏安法研究各种芳香分子在BDD电极上的氧化和还原行为的实验发现，在整个循环伏安的负向扫描过程中均无还原峰出产生，这表明芳香分子在BDD电极上的氧化反应是不可逆的。苯、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯在BDD电极上的氧化峰数目分别为2、3、3、3、4，这一结果与理论计算得到的芳香分子结构中的不同电荷密度的H原子的种类数目正好相差1，而其中最高的氧化电位恰好位于BDD电极析氧电位（2.4V）之后，推测是由苯环氧化开环产生的氧化峰，而最低氧化电位处的氧化峰则是由苯环上的电荷密度几乎相等的H原子的氧化产生的，而介于最低氧化电位与最高氧化电位的多个氧化峰依次是有苯环取代基—CH₂—与—CH₃上的H原子的氧化密切相关的。苯环上有取代基，且取代基上H的种类越多，则芳香分子在BDD电极上的氧化峰个数越多，芳香分子初始氧化电位越低，如苯、甲苯、乙苯的初始氧化电位依次为1.91V、1.75V、1.67V；而当苯环上取代基相同时，取代基越多，芳香分子越易于氧化，如对二甲苯和甲苯的初始氧化电位分别为1.63V和1.75V；而取代基的取代位置基本不影响氧化性质，如对二甲苯和间二甲苯的初始氧化电位为1.63V和1.64V。这是非常有意义的研究结果。由此表明，芳香分子能够在BDD电极上发生直接的电化学氧化，且在不同的氧化电极电位下，可有效地控制芳香分子的氧化程度和氧化产物结构。

全文目录

第1章绪论  13-26
  1.1 课题的提出  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-24
    1.2.1 金刚石膜电极的电化学性质  15-16
    1.2.2 金刚石膜电极的应用  16-21
    1.2.3 芳香分子的研究现状  21-24
  1.3 本文的研究目的和研究内容  24-26
    1.3.1 研究目的  24
    1.3.2 研究内容  24-26
第2章多组分酚类有机污染物在 BDD电极上的电化学行为与同时测定  26-61
  2.1 引言  26-29
  2.2 实验部分  29-30
    2.2.1 仪器与试剂  29-30
    2.2.2 电化学测量实验  30
  2.3 结果与讨论  30-60
    2.3.1 单组分污染物在BDD电极上的电化学行为与测定  30-43
    2.3.2 二组分污染物体系的CV分离与DPV分离  43-46
    2.3.3 二组分污染物的直接伏安法同时测定  46-51
    2.3.4 三组分污染物的电化学分离与同时测定  51-60
  2.4 结论  60-61
第3章多种重金属离子在 BDD电极上的同时测定及相互作用的研究  61-151
  3.1 引言  61-63
  3.2 实验部分  63-64
    3.2.1 仪器与试剂  63
    3.2.2 电化学测量实验  63-64
  3.3 结果与讨论  64-151
    3.3.1 铅、铜、银、锡多组分体系在硝酸介质中的研究  64-105
    3.3.2 镉、铅、铜、银多组分体系在醋酸盐缓冲溶液介质中的研究  105-150
    3.3.3 结论  150-151
第4章芳香分子污染物在 BDD电极上的直接电化学氧化  151-181
  4.1 引言  151-152
  4.2 实验部分  152-153
    4.2.1 仪器和试剂  152
    4.2.2 芳香分子溶液的配制  152-153
    4.2.3 电化学测定实验  153
  4.3 结果与讨论  153-180
    4.3.1 芳香分子在BDD电极上的线性扫描伏安行为  153-165
    4.3.2 芳香分子在 BDD电极上的DPV行为  165-174
    4.3.3 芳香分子在BDD电极上氧化的电子转移数  174
    4.3.4 芳香分子在BDD电极上的吸附  174-177
    4.3.5 芳香分子在 BDD电极上的电化学氧化途径  177-180
  4.4 结论  180-181
致谢  181-182
参考文献  182-191
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  191

多组分污染物在金刚石膜电极上的电化学行为与同时测定

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