Catalytic effect of Fe2+, Cu2+and UVA light on the electrochemical degradation of nitrobenzene using an oxygen-diffusion cathode

化学 硝基苯 催化作用 氧化剂 电化学 无机化学 激进的 矿化(土壤科学) 降级(电信) 核化学 电极 阴极 有机化学 氮气 电信 物理化学 计算机科学
作者
Enric Brillas,Miguel Ángel Baños,Sergi Camps,Conchita Arias,Pere Lluı́s Cabot,José António Garrido,Rosa Marı́a Rodrı́guez
出处
期刊:New Journal of Chemistry [Royal Society of Chemistry]
卷期号:28 (2): 314-322 被引量:179
标识
DOI:10.1039/b312445b
摘要

The electrochemical treatment of 100 mg L−1 nitrobenzene solutions in 0.05 M Na2SO4 in the pH range 2.0–4.0 at 25 °C has been comparatively studied in the presence of Fe2+, Cu2+ and/or UVA light as catalysts using an undivided cell with a Pt anode and an O2-diffusion cathode able to electrogenerate H2O2. A quite slow degradation is found for the solution with 1 mM Cu2+ due to the low production of oxidizing hydroxyl radical (OH˙) from anodic oxidation of water and the action of the Cu2+/Cu+ system. Electro-Fenton treatment with 1 mM Fe2+ leads to a high concentration of OH˙ in the medium from Fenton's reaction, but less than 70% of the nitrobenzene is mineralized since stable complexes of Fe3+ with products are formed. These complexes are quickly photodecomposed in the photoelectro-Fenton treatment of the same solution under UVA irradiation, leading to overall depollution at low currents. Complete degradation is also feasible using 1 mM Cu2+ and 1 mM Fe2+ at high current because OH˙ can slowly destroy the complexes between Cu2+ and intermediates. The positive synergetic effect of all catalysts allows the quickest nitrobenzene mineralization using 1 mM Cu2+ and 1 mM Fe2+ under UVA irradiation. The nitrobenzene decay always follows a pseudo-first-order reaction. Aromatic products such as o-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol and 4-nitrocatechol have been followed by reverse-phase chromatography. Nitrate ions are formed from oxidation of nitroaromatic products. Generated carboxylic acids such as maleic, fumaric and oxalic have been detected by ion-exclusion chromatography. The different evolution of complexes of oxalic with Cu2+ and Fe3+ explains the influence of the catalysts on nitrobenzene degradation.
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