Влияние выбора буфера на электрохимическое восстановление шестивалентного хрома

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ЦЕЛИ 4

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 6

2.1 Материалы 6

2.2 Подготовка буфера и аналита 7

2.3 Электрохимические методы 8

2.4 XPS-анализ 10

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 10

3.1 Влияние pH на восстановление 0,20 мМ Cr(vi) 15

3.2 Влияние концентрации буфера 17

3.3 Эффект поддерживающего электролита 18

3.4 Влияние структуры кислоты на восстановление Cr(vi) 19

4. ПРОДУКЦИЯ И ВОЗМОЖНОСТЬ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОДОВ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 30

ВВЕДЕНИЕ

Шестивалентный хром главный загрязнитель в воде. Разрабатываются электрохимические методы для восстановления токсичного Cr(VI) до безопасного Cr(III) в месте образования или в месте использования. Недавно была продемонстрирована эффективность стеклоуглеродных электродов для обнаружения и восстановления Cr(VI) в циклической вольтамперометрии. Здесь мы сообщаем, что природа используемой буферной системы при фиксированном pH оказывает неожиданное влияние на электрохимическое восстановление Cr(VI) в воде. При низких концентрациях Cr(VI) буфер влияет на ступень PCET (протонно-связанный перенос электрона), ограничивая восстановление Cr(VI) во временной шкале экспериментов по циклической вольтамперометрии. При более высоких концентрациях Cr(VI) эффект более сложный. Данные свидетельствуют о воздействии как на химические этапы восстановления Cr(VI), так и на природу образующихся продуктов, что, как предполагается, связано с эффектами хелатирования. В частности, признаки адсорбции на поверхности электрода обнаруживаются при циклических вольтамперометрических исследованиях в определенных буферах. Хроноамперометрические исследования подтверждают адсорбцию хромсодержащих частиц на поверхности электрода в процессе электровосстановления Cr(VI). XPS (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия)подтверждает наличие Cr(III) в качестве продукта. Активность электрода восстанавливается после этапа кислотной промывки без необходимости повторной полировки. Эта работа дает основу для понимания влияния присутствия малых органических кислот на восстановление Cr(VI) при очистке воды.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ЦЕЛИ

Загрязнение воды оксианионами оказывает вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.1,2 Например, фосфаты, нитриты и нитраты обычно выбрасываются в окружающую среду со стоками сельскохозяйственных угодий.3 Повышенная концентрация этих оксианионов в воде способствует в частности, в мертвую зону Мексиканского залива.4,5 Другие оксианионы чаще присутствуют в результате промышленной деятельности. Это относится к оксианионам на основе хрома, используемым в промышленности для дубления кожи, хромирования, красок и пигментов и многих других применений.6,7 Хром обычно существует в окружающей среде в двух основных степенях окисления, Cr(vi) и Cr( iii).7 Шестивалентный хром очень подвижен, и его трудно удалить из питьевой воды.8 Трехвалентный хром гораздо менее подвижен, чем Cr(vi) в воде, и часто существует в виде твердых оксидов или гидроксидов в зависимости от pH.9 Cr(vi) высокотоксичен, проникая в клетки через путь поглощения сульфата. Напротив, токсичность Cr(iii) намного ниже. Разработка методов удаления Cr(vi) или восстановления Cr(vi) до Cr(iii) в вода была активной областью исследований. Методы включают химическое восстановление и осаждение, адсорбцию, ионообменные мембраны или биоремедиацию.

Недостатком этих методов является образование дополнительных отходов, а также как стехиометрическое использование реагентов и частое отсутствие