專利名稱：分解有機(jī)物的方法及其電解系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分解有機(jī)物的方法，本發(fā)明還涉及一種分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)。
長久以來，人類利用各種科技以提升生活品質(zhì)，也因而伴隨產(chǎn)生各種環(huán)境污染物，例如塑料廠、造紙廠、染整廠、制藥廠、電子廠及化學(xué)研究單位所排入的廢棄物，常常造成環(huán)境污染。廢棄污染物通?？煞譃橛袡C(jī)污染物及無機(jī)污染物兩大類，但以有機(jī)污染物為最多，通常這些有機(jī)污染物是很難分解的，例如有2，4，6-三氯酚(TCP)、多氧聯(lián)苯(PCB)、戴奧辛(Dioxin)等等常見的有機(jī)毒物，造成環(huán)境嚴(yán)重的污染。為處理有機(jī)污染物，已知較有效的分解方法，有利用臭氧、過氧化氫、臭氧加紫外線照射、臭氧和二氧化鈦加紫外線照射、以及以各種細(xì)菌、酵素的生化分解方法等。但這些方法都有不同的缺陷，如含氯的苯環(huán)化合物以生化分解進(jìn)行則速度很慢。再者如PE或PVC塑料袋的分解目前更是幾乎很難做到，更值得一提的是要有效完全分解有機(jī)污染物為無害的二氧化碳?xì)怏w是目前已知方法較欠缺的。
本發(fā)明的目的，在于提供一種有效分解有機(jī)污染物為無害二氧化碳?xì)怏w的方法。
本發(fā)明是另一目的，在于提供一種有經(jīng)濟(jì)效益的電解系統(tǒng)，可供有效分解有機(jī)污染物。
本發(fā)明分解有機(jī)物的方法，是將有機(jī)污染物置于酸性水溶液中，對酸性熔液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，以石墨為工作電極，施加一還原電位，使有機(jī)物氧化分解，產(chǎn)生無害的二氧化碳?xì)怏w主產(chǎn)物。產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w主產(chǎn)物，可以堿性水溶液，如氫氧化鈉水溶液收集二氧化碳?xì)怏w，再加入氯化鋇(BaCl2)水溶液以形成碳酸鈣(BaCO3)沉淀物，來決定二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)量，如此可以檢驗(yàn)有機(jī)物氧化分解的程度。
本發(fā)明的分解有機(jī)物方法，可供用來處理一般的有機(jī)污染物，例如為脂肪族碳?xì)浠衔?aliphatic hydrocarbons)、芳香族碳?xì)浠衔?aromatichydrocarbons)、鹵素取代的脂肪族(halogenated aliphatics)、經(jīng)鹵素取代的芳香族(halogenated aromatics)、脂肪族含氧基化合物(aliphatic oxo-compounds)、芳香族含氧基化合物(aromatic oxo-compounds)、含氮基的脂肪族化合物(nitrogen-containing aliphatic compounds)、含氮基的芳香族化合物(nitrogen-containing aromatic compounds)、含硫基的脂肪族化合物(sulfur-containingaliphatic compounds)或、含硫基的芳香族化合物(sulfur-containing aromaticcompounds)。本發(fā)明的分解有機(jī)物方法，可用以處理的有機(jī)污染物具體例，如2，4，6，-三氯酚(2，4，6-triclorophenol)、五氯酚(pentaclorophenol)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、戴奧辛(dioxin)、聚氯乙烯(polyvinyl chlororode)、酚(phenol)、苯甲烷(toluene)、乙氰、丁酮、二甲基呋喃(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)或硝基苯甲酸等。
本發(fā)明分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，可供用以處理有機(jī)污染物。這一電解系統(tǒng)的概念主要是由電解裝置與操作條件所構(gòu)成，電解裝置部分可以使用已知的，該裝置大致包括一電解槽、一石墨工作電極與一輔助電極，也可增加一參考電極；其操作條件是將待分解的有機(jī)物與酸性溶液置入電解槽中，在含氧氣體存在下，對石墨工作電極，施加一還原電位，以使有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。
為易于說明，本發(fā)明可藉下述的較佳實(shí)施例及附圖所示以求更好了解。


圖1本發(fā)明電解系統(tǒng)所使用電解裝置的一較佳實(shí)施例分解結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明電解系統(tǒng)的一較佳實(shí)施例示意圖。
本發(fā)明電解系統(tǒng)所使用的電解裝置，請參閱圖1，該裝置主要包括一電解槽10、兩片石墨工作電極20、一輔助電極30與一參考電極40。
石墨工作電極20可以為未經(jīng)修飾的石墨(即一般市場上銷售的空白石墨)或經(jīng)修飾的石墨，該經(jīng)修飾的石墨可以是多鐵蒙特石/全氟磺酸聚合物修飾的石墨或含釕黃綠石氧化物/全氟磺酸聚合物修飾的石墨。參考電極40可以是銀/氯化銀(Ag/AgCl)、汞/硫酸亞汞(Hg/Hg2SO4)等等。輔助電極30可以是白金電極，將其繞在一通氣管50，該通氣管50具有一多孔陶磁51，氣體(例如氧氣或空氣)可經(jīng)多孔陶磁51通入電解槽10中，電解槽10的上開口11以一矽膠塞60封蓋，電解槽10有一側(cè)邊管口12供氣體排出。
本發(fā)明電解系統(tǒng)的電解操作，請參閱圖2，將待分解的有機(jī)物與酸性溶液置入電解槽10中，由氧氣瓶70經(jīng)通氣管50通入氧氣，以電化學(xué)分析儀(HA-151機(jī)型)80控制各電極，對石墨工作電極20，施加一還原電位，以使有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w通入一三頸瓶90，三頸瓶90有堿性水溶液(如0.1M NaOH)收集二氧化碳，再加入氯化鋇水溶液以形成碳酸鋇沉淀物，可以決定出二氧化碳的產(chǎn)量。
電解操作條件如下1)一般以水為主要溶劑，如有機(jī)污染物不溶于水中，分解速率會減慢。但可以入各種有機(jī)溶劑(如丙酮、乙氰、丁酮、二甲基呋喃、二甲基亞砜等等)，增加其溶解度，以提升分解速度。
2)一般反應(yīng)溶液需控制在酸性條件下，以利反應(yīng)進(jìn)行，愈酸反應(yīng)速率愈快，但一般控制在PH＜4即有良好效果，酸度的控制可用一般常用無機(jī)酸，如硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸的一種或數(shù)種。以上所提的無機(jī)酸同時(shí)可以做為輔助電解質(zhì)，而其他輔助電解質(zhì)可以為氯化鈉、氯化鉀等等。
3)在反應(yīng)中必須通入氧氣以利電解反應(yīng)的進(jìn)行，但也可直接通入空氣進(jìn)行反應(yīng)。
4)一般反應(yīng)必須施加還原電位，但電位控制在-0.1～-1，2V間即有良好效果。
5)反應(yīng)溫度通常以室溫進(jìn)行，但升高溫度可以使分解速度增快，降低溫度可以減慢高揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)，一般而言，可以在5℃至60℃之間選擇反應(yīng)溫度。
6)反應(yīng)時(shí)間，視需要而定，欲判斷是否分解完全可以高效液相色譜法(HPLC)或薄層色譜板(TLC plate)追蹤反應(yīng)或觀察反應(yīng)溶液呈無色透明液體為止。
7)二氧化碳的收集，是以單一出口的電解裝置，在出口處以堿性水溶液(如0.1M NaOH)收集二氧化碳，再加入氯化鋇水溶液以形成碳酸鋇沉淀物，過濾，烘干，再秤重以定二氧化碳產(chǎn)率。此二氧化碳產(chǎn)率是與理論值相比的，所謂理論值是指待分解處理的有機(jī)物完全氧化分解產(chǎn)生二氧化碳的理論量，故由二氧化碳產(chǎn)率可以得知有機(jī)物分解的完全程度。
實(shí)施例一取111mg(0.55mmol)2，4，6，-三氯酚溶于17.5ml乙氰，加入52.5ml水再以18N硫酸調(diào)整PH值為1，此時(shí)2，4，6，-三氯酚的濃度約為8mM，將此反應(yīng)溶液置入電解槽中。電解反應(yīng)為三電極電解系統(tǒng)裝置，工作電極用兩片多鐵蒙特石/全氟磺酸聚合物修飾石墨電極，輔助電極為白金電極，參考電極為銀/氯化銀。電解反應(yīng)時(shí)，直接通入氧氣，在室溫下施加-0.3伏特定電位，并在反應(yīng)系統(tǒng)出口處，以裝有100ml的0.1M氫氧化鈉水溶液的三頸瓶收集二氧化碳，反應(yīng)溶液經(jīng)反應(yīng)2小時(shí)后呈無色透明狀。收集二氧化碳的三頸瓶，加入氯化鋇水溶液(825mg兩分子結(jié)晶水的氯化鋇5ml的水)，在氮?dú)庀到y(tǒng)下攪拌1小時(shí)，使其呈白色碳酸鋇沉淀物，再過濾、烘干、秤重后得624mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為94％。實(shí)施例二反應(yīng)物及電解系統(tǒng)與實(shí)施例一相同，但不加入17.5ml乙氰，而合計(jì)加入70ml水。經(jīng)反應(yīng)12小時(shí)后，反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得389mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為59％。實(shí)施例三取149mg(0.56mmol)五氯酚溶于30ml乙氰，加入水再以18N硫酸調(diào)整PH值為1的70ml水溶液，此時(shí)五氯酚濃度約為8mM。以相同于實(shí)施例一的電解系統(tǒng)，經(jīng)反應(yīng)3小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得612mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為92％。實(shí)施例四取200mg(3.2mmol)聚氯乙烯(PVC)置于70ml水中再以6N鹽酸調(diào)整PH值為1，此時(shí)聚氯乙烯的濃度約為46mM。電解反應(yīng)為三極電解系統(tǒng)裝置，工作電極用兩片未修飾石墨電極，輔助電極為白金電極，參考電極為銀/氯化銀。電解反應(yīng)時(shí)直接通入氧氣，在室溫下施加-0.8伏特定電位，并在反應(yīng)系統(tǒng)出口處，以80ml的0.1M氫氧化鈉水溶液收集二氧化碳。經(jīng)反應(yīng)20小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀，回收未反應(yīng)完的懸浮固體聚氯乙烯共173mg。在直接加入1.57g兩分子結(jié)晶水的氯化鋇于收集二氧化碳的三頸瓶內(nèi)，在氮?dú)庀到y(tǒng)下攪拌1小時(shí)，使其呈白色碳酸鋇沉淀物，再過濾、烘干、秤重后得108mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為63％。實(shí)施例五取73mg(0.56mmol)四氫氧基苯甲酸(4-hydroxy benzoic acid)溶于70ml水中再以6N鹽酸調(diào)整PH值為1，此時(shí)四氫氧基苯甲酸的濃度約為8mM。以相同于實(shí)施例四的電解系統(tǒng)，經(jīng)反應(yīng)12小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得705mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為91％。實(shí)施例六取204mg(5mmol)乙氰溶于以6N鹽酸調(diào)整PH值為1的70ml水中，此時(shí)乙氰的濃度約為71mM。以相同于實(shí)施例四的電解系統(tǒng)，但施加-0.3伏特定電位，經(jīng)反應(yīng)7小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得252mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為13％。實(shí)施例七取600mg(10mmol)醋酸溶于以6N鹽酸調(diào)整PH值為1的70ml水中，此時(shí)醋酸的濃度約為0.14M。以相同于實(shí)施例四的電解系統(tǒng)，但施加-0.3伏特定電位，經(jīng)反應(yīng)12小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀，另得783mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為20％。實(shí)施例八取500mg(6.84mmol)二甲基呋喃溶于以12N鹽酸調(diào)整PH值為1的70ml水中，此時(shí)二甲基呋喃的濃度約為98mM。以相同于實(shí)施例七的電解系統(tǒng)，經(jīng)反應(yīng)43小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得3.019g碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為75％。實(shí)施例九取94mg(0.56mmol)二硝基苯甲酸(2-nitrobenzoic acid)溶于以6N鹽酸調(diào)整PH值為1的70ml水中，此時(shí)二硝基苯甲酸的濃度約為8mM。以相同于實(shí)施例四的電解系統(tǒng)，經(jīng)反應(yīng)45小時(shí)后反應(yīng)溶液呈無色透明狀。另得680mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為88％。實(shí)施例十取71mg(0.36mmol)2，4，6，-三氯酚溶于10ml乙氰，加入35ml水再以6N硫酸調(diào)整PH值為2，此時(shí)2，4，6，-三氯酚的濃度約為8mM。以相同于實(shí)施例一的電解系統(tǒng)，但施加-1.0伏特定電位，經(jīng)反應(yīng)6小時(shí)后呈無色透明狀。另得379mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產(chǎn)率為89％。
綜上所述，本發(fā)明確能藉所揭露的構(gòu)造以達(dá)到發(fā)明目的，具新穎性、進(jìn)步性、與可供產(chǎn)業(yè)利用性，而與授于發(fā)明專利條件相符合。但以上所揭示的均為較佳實(shí)施例，舉凡局部的變更或修飾而源于本發(fā)明技術(shù)思想而為該領(lǐng)域?qū)I(yè)人士所易于推知的均不脫離本發(fā)明的專利權(quán)范圍。
權(quán)利要求
1.一種分解有機(jī)物的方法，該法包括(a)將有機(jī)物置于酸性溶液中；(b)在含氧氣體存在下，對該酸性溶液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，以石墨為工作電極，施加一還原電位；以及(c)使該有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。
2.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該酸性溶液中所使用的溶劑是選自水、丙酮、乙氰、丁酮、二甲基呋喃、二甲基亞砜中至少一種，該含氧氣體為氧氣、空氣或兩者的混合氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該酸性溶液為含無機(jī)酸的溶液，該無機(jī)酸是選自硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該酸性溶液的PH值是小于4的。
5.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該還原電位的范圍在-0.1～-1.2V之間。
6.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度為室溫。
7.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該有機(jī)物為脂肪族碳?xì)浠衔?、芳香族碳?xì)浠衔铩Ⅺu素取代的脂肪族、經(jīng)鹵素取代的芳香族、脂肪族含氧基化合物、芳香族含氧基化合物、含氮基的脂肪族化合物、含氮基的芳香族化合物、含硫基的脂肪族化合物、含硫基的芳香族化合物。
8.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該有機(jī)物為2，4，6-三氯酚、五氯酚、多氯聯(lián)苯、戴奧辛、聚氯乙烯、酚、苯甲烷、乙氰、丁酮、二甲基呋喃、二甲基亞砜或硝基苯甲酸。
9.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該電化學(xué)反應(yīng)是以石墨為工作電極，以輔助電極為白金電極，以銀/氯化銀為參考電極。
10.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該工作電極為未經(jīng)修飾的石墨。
11.如權(quán)利要求1所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該工作電極為經(jīng)修飾的石墨，該經(jīng)修飾的石墨為多鐵蒙特石/全氟磺酸聚合物修飾的石墨或含釕黃綠石氧化物/全氟磺酸聚合物修飾的石墨。
12.一種分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一電解槽，該電解槽可供置入待分解的有機(jī)物；一置于該電解槽的石墨工作電極；以及一置于該電解槽的輔助電極；藉此，可將待分解的有機(jī)物添加酸性溶液，一并置入該電解槽中，在含氧氣體存在下，對該石墨工作電極，施加一還原電位，以使該有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。
13.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該酸性溶液中所使用的溶劑是選自水、丙酮、乙氰、丁酮、二甲基呋喃、二甲基亞砜中至少一種，該酸性溶液為含選自硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中至少一種的無機(jī)酸溶液。
14.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該酸性溶液的PH值是小于4的。
15.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該還原電位的范圍的-0.1～-1.2V之間。
16.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該有機(jī)物為脂肪族碳?xì)浠衔?、芳香族碳?xì)浠衔?、鹵素取代的脂防族、經(jīng)鹵素取代的芳香族、脂肪族含氧基化合物、芳香族含氧基化合物、含氮基的脂肪族化合物、含氮基的芳香族化合物、含硫基的脂肪族化合物或、含硫基的芳香族化合物。
17.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該有機(jī)物為2，4，6-三氯酚、五氯酚、多氯聯(lián)苯、戴奧辛、聚氯乙烯、酚、苯甲烷、乙氰、丁酮、二甲基呋喃、二甲基亞砜或硝基苯甲酸。
18.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該電解槽中更置入一銀/氯化銀的參考電極，且以白金電極為輔助電極。
19.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的電解系統(tǒng)，其特征在于，該石墨工作電極為經(jīng)修飾的石墨工作電極，該經(jīng)修飾的石墨工作電極為多鐵蒙特石/全氟磺酸聚合物修飾的石墨工作電極或含釕黃綠石氧化物/全氟磺酸聚合物修飾的石墨工作電極。
20.如權(quán)利要求12所述的分解有機(jī)物的方法，其特征在于，該含氧氣體為氧氣，并由一氧氣供應(yīng)裝置所供應(yīng)。
全文摘要
一種分解有機(jī)物的方法,該法是將有機(jī)物置于酸性溶液中,在含氧氣體存在下,對酸性溶液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng),以石墨為工作電極,施加一還原電位,使有機(jī)物氧化分解,產(chǎn)生無害的二氧化碳?xì)怏w主產(chǎn)物。本發(fā)明還涉及一種分解有機(jī)物的電解系統(tǒng),其裝置大致包括一含酸性溶液的電解槽、一石墨工作電極與一輔助電極,其操作條件是將待分解的有機(jī)物置入電解槽中,在含氧氣體存在下,對石墨工作電極,施加一還原電位,以使有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。
文檔編號C25B1/00GK1196403SQ9710400
公開日1998年10月21日 申請日期1997年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月15日
發(fā)明者曾志明, 陳耀鐘 申請人:曾志明, 陳耀鐘