電生物催化方法處理有機氯和硝基苯類化合物的

電生物催化方法處理有機氯和硝基苯類化合物的研究有機氯和硝基苯苯類化合物大大都分屬于持持久性有機物物(POPs))，具有較高高的毒性和較較強的三致作作用而且難以以降解。有機機氯和硝基苯苯類化合物通通常作為Leewis酸存存在難以失去去電子，所以以還原處理（有有機氯化合物物還原脫氯和和硝基苯類化化合物還原為為易降解的胺胺基化合物）逐逐漸受到青睞睞。目前研究究較多的方法法主要有生物物厭氧還原、零零價鐵還原、催催化加氫還原原和電解還原原。電-生物(biio-eleectrollysis))技術(shù)是20世紀90年代發(fā)展起起來的新型生生物技術(shù)，在在染料廢水處處理[1]、TNT廢水處處理[2]、脫硝硝[3]和土壤壤修復[4]]]中得到了了應(yīng)用。本文文分別選用三三氯乙酸和硝硝基苯作為有有機氯和硝基基苯類化合物物模型污染物物，利用廉價價的血紅蛋白白作為生物活活性分子，在在碳納米管修修飾電極上較較正的電位范范圍內(nèi)實現(xiàn)了了三氯乙酸電電催化脫氯和和硝基苯電催催化還原。1實驗方法1.1試劑和和儀器血紅蛋白Hb（Sigma）,其他為國產(chǎn)產(chǎn)分析純試劑劑，碳納米管管（清華大學學化工系贈送送）使用前用用硝酸羧基化化處理。電化學測量在IIM6e電化化學工作站上上進行。采用用三電極系統(tǒng)統(tǒng)，飽和甘汞汞電極為參比比電極，鉑電電極為輔助電電極。實驗前前使用高純氮氮除氧30min。實驗驗溫度為25±1℃。三氯乙酸及產(chǎn)物物的測定使用用離子色譜DX500，色譜條件件同文獻[55]。硝基苯苯及產(chǎn)物的測測定用液相色色譜Agillent11100，色色譜條件略。1.2固定定Hb的CNT修飾碳碳糊電極（HHb-CNTT/CPE）制備將一定量碳碳納米管加入入分散劑中，對對碳糊電極表表面（12.566mm2）進行修飾飾。然后將碳碳納米管修飾飾碳糊電極浸浸入2mg/mLLHb的PBS緩沖中中，吸附固定定Hb。取出后后用去離子水水沖洗表明吸吸附松散的HHb。即制成成固定Hb的CNT修飾碳碳糊電極（HHb-CNTT/CPE）。2結(jié)果與討論論2.1血紅蛋蛋白在多壁碳碳納米管修飾飾電極上的直直接電化學行行為將Hb-CNTT修飾碳糊電電極放入不含含Hb的pH7.0的空白PBSS緩沖溶液中，經(jīng)經(jīng)過幾次循環(huán)環(huán)伏安掃描后后，可觀察到到穩(wěn)定而可逆逆的還原氧化化峰（圖1b）。與之對比比，直接用CCNT修飾碳碳糊電極在不不含Hb的pH7.00的空白PBSS緩沖溶液中中做循環(huán)伏安安測試，觀測測不到峰電流流的產(chǎn)生（圖圖1a）。再將CNNT修飾碳糊糊電極浸泡在在Hb緩沖溶液中中一段時間,也能觀測到到如圖1b所示的電化化學響應(yīng)，而而且隨著浸泡泡時間延長，電電化學響應(yīng)趨趨于增強直至至穩(wěn)定如圖1b。說明圖1b的氧化還原原峰正是Hb在多壁碳納納米管修飾電電極發(fā)生了直直接電子轉(zhuǎn)移移。氧化峰和和還原峰電位位分別為--0.02VV和-0.3000V，這正正是血紅素FFe(Ⅲ)/Fe((Ⅱ)氧化還原電電對的特征峰峰。圖1不同電極極在pH=7.00PBS緩沖溶溶液（）中的循環(huán)伏伏安曲線(掃描速度500mV/ss)(a)CNTT修飾碳糊電電極；(b)Hbb-CNT//CPE掃描速度在0..005－0.0500v/s范圍內(nèi)內(nèi)，還原峰電電流與掃描速速度呈線性關(guān)關(guān)系，說明在在此范圍內(nèi)電電極過程是表表面過程控制制的。根據(jù)準準可逆薄層電電化學過程LLaviroon理論，可可得到電子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移數(shù)n=1.1228，電子傳遞遞系數(shù)α=0.472，接近理論論值0.5，說明能壘壘基本對稱，符符合準可逆過過程特征，依依次求得電極極反應(yīng)速率常常數(shù)ks=0.05220s-1。隨著溶溶液pH增大，Hb--CNT修飾飾碳糊電極中中血紅素Fee(Ⅲ)/Fe((Ⅱ)氧化還原峰峰電位均負移移。說明血紅紅素輔基在發(fā)發(fā)生電子傳遞遞的同時，伴伴隨著質(zhì)子的的轉(zhuǎn)移。由于于電子轉(zhuǎn)移數(shù)數(shù)為1.128，近似為一一個血紅素輔輔基發(fā)生電子子轉(zhuǎn)移，即HHbhemeeFe(Ⅲ)+H++e-HbhemmeFe(ⅡⅡ)。2.3純化后后多壁碳納米米管的FTIR和TEM圖由圖2可看出，硝硝酸處理后的的碳納米管在在1740cmm-1（υC=O,CCOOH）、1056ccm-1（υC-O,CCO）、1056ccm-1（υC-O,CCOH）、3419ccm-1（υO(shè)-H,CCOH）、1390cm-1（C-O強耦合振動動）和1650cm-1（羧酸中中氫鍵）有明明顯的吸收峰峰，說明硝酸酸處理后的多多壁碳納米管管并攜帶了豐豐富的羧基等等含氧基團。由由圖3可看出，碳碳納米管分散散均勻，外徑徑在20-300nm之間，管端端已開口，部部分管壁出現(xiàn)現(xiàn)缺陷。開口口碳管能使分分子量小的部部分蛋白進入入內(nèi)腔，有利利于牢靠固定定而提高穩(wěn)定定性，同時管管表面的羧基基基團可以通通過氫鍵與蛋蛋白質(zhì)分子的的極性基團或或殘基相互作作用而使活性性點結(jié)構(gòu)大量量保存[66]。碳納米米管含有豐富富的羧基等含含氧基團和管管壁缺陷等特特性，促進了了血紅蛋白的的電子轉(zhuǎn)移[[7]。圖2純化后的的多壁碳納米米管FT-IIR光譜圖圖3純化后多多壁碳納米管管的透射電鏡鏡圖2.5Hbb-CNT修飾飾碳糊電極對對TCA的催化化還原三氯乙酸作為一一種有機鹵化化物，穩(wěn)定性性強，難以在在一般電極上上被直接還原原去鹵化。從從圖4c可以看出，在在掃描的電位位范圍內(nèi)，TTCA在CNT修飾電電極上沒有任任何氧化還原原峰，TCAA未能被還原原。Hb-CNTT修飾電極對對TCA表現(xiàn)了了較強的電催催化活性，與與不加TCAA的空白底液液相比，HbbFe(Ⅲ)還原峰增大大，HbFe(Ⅱ)氧化峰消失失（圖4a），說明Hb-CNTT修飾電極中中Hb能使穩(wěn)定定性高的三氯氯乙酸在較正正的電位范圍圍內(nèi)電催化還還原。在-00.45V恒電位電解2h,電解液中中檢出了Cll-、二氯乙酸酸、一氯乙酸酸和乙酸，說說明發(fā)生了三三氯乙酸的還還原去鹵化，三三氯乙酸的還還原脫氯可能能是分布進行行的。所以TTCA的電催催化還原途徑徑可能是：HbhemeFFe(Ⅲ)+H++e-→HbheemeFe((Ⅱ)(atCCNTmoodifieedeleectrodde)Cl3CCOOO-+2HbhhemeFee(Ⅱ)→2HbbhemeFFe(Ⅲ)+Cl2HCCOOOH+Cl--Cl2HCCOOOH+2HHbhemeeFe(Ⅱ)→2HbbhemeFFe(Ⅲ)+ClHH2CCOOHH+H++Cl-ClH2CCOOOH+2HHbhemeeFe(Ⅱ)→2HbbhemeFFe(Ⅲ)+CH3COOH++H++Cl-所以總的脫氯反反應(yīng)為：RCCl+2e--+H+RH+Cll-圖4pH=77PBS緩緩沖溶液中循循環(huán)伏安圖Hb-CNT修修飾電極,30mmool/LTTCA；b)Hb-CNTT修飾電極,無TCA；c)CNNT修飾電極極,10mmol//LTCAA2.6Hbb-CNT修飾飾碳糊電極對對nitroobenenne的催化還還原由于硝基的吸電電子作用使苯苯環(huán)電子云密密度降低，使使得硝基苯穩(wěn)穩(wěn)定性高，所所以硝基苯的的還原電位較較負。由圖5可看出，加加入硝基苯后后，HbFee(Ⅲ)的還原峰電電流大幅增加加，而對應(yīng)的的HbFe((Ⅱ)氧化峰電流流略微增加，表表現(xiàn)與TCAA不同的特征征。這是因為為硝基苯還原原產(chǎn)物苯胲的的氧化電位與與HbFe((Ⅱ)氧化電位接接近，苯胲被被重新氧化為為亞硝基苯，使使得氧化峰電電流略微增加加。Hb-CNTT修飾電極對對硝基苯具有有較好的電催催化活性，在在較正的電位位內(nèi)（-0..4V）實現(xiàn)了硝基基苯的電催化化還原。硝基基苯在Hb--CNT/CCPE的電催催化反應(yīng)可能能為：Ф-NO2+44e-+4HH+Ф-NHOHH+H2O，Ф-NHOHH可能繼續(xù)還還原為苯胺（Ф-NH2）圖5Hb-CCNT修飾碳碳糊電極在ppH=7PPBS緩沖溶溶液中的循環(huán)環(huán)伏安圖a)含0.5500mmol//LNB；；b)無NB2.7電催化化反應(yīng)器的組組裝和初步電電催化實驗將石墨棒切成φφ20mm×20mm的圓圓柱體，置于于500℃氧化8h。用碳納米米管進行修飾飾，并吸附固固定血紅蛋白白Hb。將固定定Hb的石墨電電極(Hb-CCNT/C))填入陰極室室組成三維填填充床電極，陰陰陽極室用質(zhì)質(zhì)子交換膜((Aldriich,naafi