一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法技术

本发明专利技术提供一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，包括以下步骤：S1，在电极反应器中加入电解质和缓冲液混合均匀，去除反应体系中氧后，将所述电极反应器连接至电化学工作站，调节空白反应体系的电流稳定；S2，将配制好的电子穿梭体溶液加入所述电极反应器中，待反应体系电流稳定后，再加入待测液，至反应体系重新达到稳定电流；S3，记录电流响应时间和稳定电流，通过公式计算电子的转移能力EC。相比于现有技术，本发明专利技术利用加入的电子穿梭体在恒定的电势下介导溶解性有机物与电极反应器中工作电极之间的电子传递，间接测定溶解性有机物电子转移的能力，解决了现有技术中测试溶解性有机物电子转移能力时间长、测量精确度低的问题。

A method for rapid determination of electron transfer capacity of dissolved organic matter

【技术实现步骤摘要】
一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法
本专利技术涉及环境电化学
，具体涉及一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法。
技术介绍
溶解有机物(Dissolvedorganicmatter，DOM)是一种由不同分子量有机物组成的混合有机物，其性质与组成因来源不同而差异较大，广泛分布在陆域和水域环境中。DOM在研究上被定义为：有机物料用水振荡浸提后，能通过0.45μm滤膜、具有不同结构及分子量的有机物的复合物，这类复合物被称为DOM。在水处理过程中，污水厂二级出水中的DOM成分复杂，既包含低分子量的游离氨基酸、糖类、有机酸，也包括大分子量的腐殖质、氨基糖和多酚等，因此，如果DOM没有得到很好的处理，将会对水质具有突出的实质性影响，且容易对后续深度处理工艺造成一定的不利影响。污水深度处理按照其处理方法可概括为物理法、化学氧化法、生物法和联用技术。化学氧化法在深度处理中广泛应用，用于去除有机物、颜色、气味及防治膜污染等，而DOM是化学氧化过程的重要去除对象。但由于以下原因，氧化步骤的效率和出水质量在很大程度上取决于化学氧化剂与DOM的反应：①DOM与氧化剂的反应增加了氧化剂的消耗并且降低了氧化剂对微量污染物的处理效率；②DOM与氧化剂反应会生成有害的氧化副产物；③DOM的氧化反应会导致低分子量的可同化有机碳的生成，进而破坏深度处理出水的稳定性。因此，探究DOM与氧化剂的反应特性，对于找到既能保证处理效果又能减少副产物的氧化剂的最优投量是非常重要的。目前，对污水中DOM特性的分析方法主要包括有机物浓度、特定的紫外吸光度、色度、三维荧光光谱、分子量分布和X射线光电子能谱等。但是这些分析参数并不能直接表示DOM与氧化剂反应过程的氧化还原特性，而且不能实现在线、快速监测。因此，提出DOM电子转移能力用于表示DOM在反应过程中的氧化还原状态则显得非常重要，DOM电子转移能力包括电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC，Electrondonatingcapacity)，而其电子供给能力(EDC)也可以反应DOM与氧化剂反应过程中的抗氧化能力。DOM模型物的EDC是指在一定的pH和氧化还原电势(Eh)下，单位质量DOM模型物作为电子供体能够供给的电子数目。测定EDC的传统方法为化学试剂法：通过有机物与加入的化学试剂发生氧化还原反应，根据反应平衡式或者滴定氧化还原电势间接确定有机物的EDC，一般采用K3[Fe(CN)6]作氧化剂对DOM进行氧化。但传统的化学试剂法存在以下缺陷：(1)反应速度很慢，测定EDC需要24小时以上；(2)化学试剂的加入可能会导致DOM发生副反应，从而给测量造成误差。有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：通过提供一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，解决了现有技术中测试电子转移能力时间长、测量精确度低的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，包括以下步骤：S1，在电极反应器中加入电解质和缓冲液混合均匀，去除反应体系中氧后，将所述电极反应器连接至电化学工作站，调节空白反应体系的电流稳定；S2，将配制好的电子穿梭体溶液加入所述电极反应器中，待反应体系电流稳定后，再加入待测液，至反应体系重新达到稳定电流；S3，记录电流响应时间和稳定电流，通过公式计算电子的转移能力EC：式中：I为稳定电流，单位为mA；t为电流响应时间，单位为s；F为法拉第常数；C为待测液的浓度，单位为mg/L。本专利技术通过电化学工作站控制反应体系在恒定的电势下工作，利用加入电子穿梭体得失电子的能力，介导溶解性有机物与电极反应器中工作电极之间的电子传递，再通过电化学工作站测量得到电流响应时间和稳定电流，进而间接计算得到溶解性有机物电子转移的能力，大大缩短了目前测试溶解性有机物电子转移能力的时间，同时没有其他化学药剂的加入提高了测量的精确度；另外，由于DOM含有不同种类的官能团，如酚基、氨基、硫醇基等，而得到的电子供给能力对于探究DOM与氧化剂的反应特性则具有非常重要的意义。优选的，所述电极反应器为三电极反应器；所述三电极反应器包括有与所述电化学工作站电连接的工作电极、辅助电极和参比电极。其中，三电极反应器是一个带有聚四氟乙烯盖子的玻璃器皿，容量可为100ml、150ml或200ml。另外，工作电极是以具有空心圆柱状结构的网状玻璃碳电极，面积为30～38cm2，可根据具体的电极反应器容量以及具体的测试条件调节工作电极的面积；辅助电极为缠绕成圈的铂丝电极；参比电极为银/氯化银电极。优选的，所述辅助电极设置在玻璃砂芯漏斗中。由于玻璃砂芯的隔绝作用可以防止辅助电极影响反应体系中的氧化还原反应。优选的，所述电极反应器中的工作电极在恒定电势下工作。通过控制整体实验在恒定的电势下工作，可以保证电子穿梭体稳定的传送电子，以保障测试结果的稳定性和准确性。优选的，以标准氢电极为标准，所述恒定电势的绝对值为0.490～0.725V。根据实验测量溶解性有机物的电子供给能力还是电子接受能力的不同，恒定电势作正负区分，氧化电势为正值，还原电势为负值；例如，测量电子供给能力采用恒定氧化电势为0.725V，测量电子接受能力则可采用恒定还原电势为-0.490V。优选的，S1步骤中，所述缓冲液包括Na2HPO4和/或KH2PO4。通过缓冲液调节反应体系的pH值，维持反应体系的pH值在7左右，进一步保障反应的稳定性和测量的准确性。优选的，S1步骤中，所述电解质包括氯化钾和/或氯化钠，用于增强反应体系的导电性。优选的，S1步骤中，所述去除反应体系中氧的方法包括通入惰性气体或氮气。在完成体系去氧后，立即用硅胶塞密封进气管和出气管，防止电极反应器在反应过程中再次进入氧气，影响实验结果。优选的，S2步骤中，所述电子穿梭体包括2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)、1,1'-乙撑-2,2'-联吡啶鎓盐二溴化物、丁香醛(SA)、1-羟基-苯并-三氮唑(HBT)和核黄素中至少一种。其中，利用ABTS或核黄素测试电子供给能力，利用1,1'-乙撑-2,2'-联吡啶鎓盐二溴化物、SA或HBT测试电子接受能力。优选的，S2步骤中，还包括待反应体系重新达到稳定电流后，再次加入同样体积的所述待测液做平行实验。通过平行试验可以发现本专利技术的技术方案是可以重复进行的，且能保证多次的测试结果的误差维持在1％内，符合试验的测试结果的要求。优选的，所述电极反应器还外接有磁力搅拌器，用于搅拌均匀所述电极反应器中的溶液。其中，所述磁力搅拌器的转速为300～500r/min。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，包括以下步骤：S1，在电极反应器中加入电解质和缓冲液混合均匀，去除反应体系中氧后，将所述电极反应器连接至电化学工作站，调节空白反应体系的电流稳定；S2，将配制好的电子穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，在电极反应器中加入电解质和缓冲液混合均匀，去除反应体系中的氧气，将所述电极反应器连接至电化学工作站，调节空白反应体系的电流稳定；/nS2，将配制好的电子穿梭体溶液加入所述电极反应器中，待反应体系电流稳定后，再加入待测液，至反应体系重新达到稳定电流；/nS3，记录电流响应时间和稳定电流，通过公式计算电子的转移能力EC：

【技术特征摘要】
1.一种快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在电极反应器中加入电解质和缓冲液混合均匀，去除反应体系中的氧气，将所述电极反应器连接至电化学工作站，调节空白反应体系的电流稳定；
S2，将配制好的电子穿梭体溶液加入所述电极反应器中，待反应体系电流稳定后，再加入待测液，至反应体系重新达到稳定电流；
S3，记录电流响应时间和稳定电流，通过公式计算电子的转移能力EC：式中：I为稳定电流，单位为mA；
t为电流响应时间，单位为s；
F为法拉第常数；
C为待测液的浓度，单位为mg/L。


2.根据权利要求1所述的快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，其特征在于，所述电极反应器为三电极反应器；所述三电极反应器包括有与所述电化学工作站电连接的工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极与所述辅助电极形成回路。


3.根据权利要求2所述的快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，其特征在于，所述辅助电极设置在玻璃砂芯漏斗中。


4.根据权利要求1所述的快速测定溶解性有机物电子转移能力的方法，其特征在于，所述电极反应器中的工作电极在恒定电势下工作。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：季民，王如梦，翟洪艳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12