專利名稱：分解有機物的方法及其電解系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種分解有機物的方法，本發明還涉及一種分解有機物的電解系統。
長久以來，人類利用各種科技以提升生活品質，也因而伴隨產生各種環境污染物，例如塑料廠、造紙廠、染整廠、制藥廠、電子廠及化學研究單位所排入的廢棄物，常常造成環境污染。廢棄污染物通常可分為有機污染物及無機污染物兩大類，但以有機污染物為最多，通常這些有機污染物是很難分解的，例如有2，4，6-三氯酚(TCP)、多氧聯苯(PCB)、戴奧辛(Dioxin)等等常見的有機毒物，造成環境嚴重的污染。為處理有機污染物，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，如含氯的苯環化合物以生化分解進行則速度很慢。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污染物為無害的二氧化碳氣體是目前已知方法較欠缺的。
本發明的目的，在于提供一種有效分解有機污染物為無害二氧化碳氣體的方法。
本發明是另一目的，在于提供一種有經濟效益的電解系統，可供有效分解有機污染物。
本發明分解有機物的方法，是將有機污染物置于酸性水溶液中，對酸性熔液進行電化學反應，以石墨為工作電極，施加一還原電位，使有機物氧化分解，產生無害的二氧化碳氣體主產物。產生的二氧化碳氣體主產物，可以堿性水溶液，如氫氧化鈉水溶液收集二氧化碳氣體，再加入氯化鋇(BaCl2)水溶液以形成碳酸鈣(BaCO3)沉淀物，來決定二氧化碳氣體產量，如此可以檢驗有機物氧化分解的程度。
本發明的分解有機物方法，可供用來處理一般的有機污染物，例如為脂肪族碳氫化合物(aliphatic hydrocarbons)、芳香族碳氫化合物(aromatichydrocarbons)、鹵素取代的脂肪族(halogenated aliphatics)、經鹵素取代的芳香族(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)。本發明的分解有機物方法，可用以處理的有機污染物具體例，如2，4，6，-三氯酚(2，4，6-triclorophenol)、五氯酚(pentaclorophenol)、多氯聯苯(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。
本發明分解有機物的電解系統，可供用以處理有機污染物。這一電解系統的概念主要是由電解裝置與操作條件所構成，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，以使有機物氧化分解產生二氧化碳氣體。
為易于說明，本發明可藉下述的較佳實施例及附圖所示以求更好了解。


圖1本發明電解系統所使用電解裝置的一較佳實施例分解結構示意圖。
圖2本發明電解系統的一較佳實施例示意圖。
本發明電解系統所使用的電解裝置，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可以為未經修飾的石墨(即一般市場上銷售的空白石墨)或經修飾的石墨，該經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有一側邊管口12供氣體排出。
本發明電解系統的電解操作，請參閱圖2，將待分解的有機物與酸性溶液置入電解槽10中，由氧氣瓶70經通氣管50通入氧氣，以電化學分析儀(HA-151機型)80控制各電極，對石墨工作電極20，施加一還原電位，以使有機物氧化分解產生二氧化碳氣體，產生的二氧化碳氣體通入一三頸瓶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量。
電解操作條件如下1)一般以水為主要溶劑，如有機污染物不溶于水中，分解速率會減慢。但可以入各種有機溶劑(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)一般反應溶液需控制在酸性條件下，以利反應進行，愈酸反應速率愈快，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酸，如硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸的一種或數種。以上所提的無機酸同時可以做為輔助電解質，而其他輔助電解質可以為氯化鈉、氯化鉀等等。
3)在反應中必須通入氧氣以利電解反應的進行，但也可直接通入空氣進行反應。
4)一般反應必須施加還原電位，但電位控制在-0.1～-1，2V間即有良好效果。
5)反應溫度通常以室溫進行，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性物質的揮發，一般而言，可以在5℃至60℃之間選擇反應溫度。
6)反應時間，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)追蹤反應或觀察反應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率。此二氧化碳產率是與理論值相比的，所謂理論值是指待分解處理的有機物完全氧化分解產生二氧化碳的理論量，故由二氧化碳產率可以得知有機物分解的完全程度。
實施例一取111mg(0.55mmol)2，4，6，-三氯酚溶于17.5ml乙氰，加入52.5ml水再以18N硫酸調整PH值為1，此時2，4，6，-三氯酚的濃度約為8mM，將此反應溶液置入電解槽中。電解反應為三電極電解系統裝置，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。電解反應時，直接通入氧氣，在室溫下施加-0.3伏特定電位，并在反應系統出口處，以裝有100ml的0.1M氫氧化鈉水溶液的三頸瓶收集二氧化碳，反應溶液經反應2小時后呈無色透明狀。收集二氧化碳的三頸瓶，加入氯化鋇水溶液(825mg兩分子結晶水的氯化鋇5ml的水)，在氮氣系統下攪拌1小時，使其呈白色碳酸鋇沉淀物，再過濾、烘干、秤重后得624mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為94％。實施例二反應物及電解系統與實施例一相同，但不加入17.5ml乙氰，而合計加入70ml水。經反應12小時后，反應溶液呈無色透明狀。另得389mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為59％。實施例三取149mg(0.56mmol)五氯酚溶于30ml乙氰，加入水再以18N硫酸調整PH值為1的70ml水溶液，此時五氯酚濃度約為8mM。以相同于實施例一的電解系統，經反應3小時后反應溶液呈無色透明狀。另得612mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為92％。實施例四取200mg(3.2mmol)聚氯乙烯(PVC)置于70ml水中再以6N鹽酸調整PH值為1，此時聚氯乙烯的濃度約為46mM。電解反應為三極電解系統裝置，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。電解反應時直接通入氧氣，在室溫下施加-0.8伏特定電位，并在反應系統出口處，以80ml的0.1M氫氧化鈉水溶液收集二氧化碳。經反應20小時后反應溶液呈無色透明狀，回收未反應完的懸浮固體聚氯乙烯共173mg。在直接加入1.57g兩分子結晶水的氯化鋇于收集二氧化碳的三頸瓶內，在氮氣系統下攪拌1小時，使其呈白色碳酸鋇沉淀物，再過濾、烘干、秤重后得108mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為63％。實施例五取73mg(0.56mmol)四氫氧基苯甲酸(4-hydroxy benzoic acid)溶于70ml水中再以6N鹽酸調整PH值為1，此時四氫氧基苯甲酸的濃度約為8mM。以相同于實施例四的電解系統，經反應12小時后反應溶液呈無色透明狀。另得705mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為91％。實施例六取204mg(5mmol)乙氰溶于以6N鹽酸調整PH值為1的70ml水中，此時乙氰的濃度約為71mM。以相同于實施例四的電解系統，但施加-0.3伏特定電位，經反應7小時后反應溶液呈無色透明狀。另得252mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為13％。實施例七取600mg(10mmol)醋酸溶于以6N鹽酸調整PH值為1的70ml水中，此時醋酸的濃度約為0.14M。以相同于實施例四的電解系統，但施加-0.3伏特定電位，經反應12小時后反應溶液呈無色透明狀，另得783mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為20％。實施例八取500mg(6.84mmol)二甲基呋喃溶于以12N鹽酸調整PH值為1的70ml水中，此時二甲基呋喃的濃度約為98mM。以相同于實施例七的電解系統，經反應43小時后反應溶液呈無色透明狀。另得3.019g碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為75％。實施例九取94mg(0.56mmol)二硝基苯甲酸(2-nitrobenzoic acid)溶于以6N鹽酸調整PH值為1的70ml水中，此時二硝基苯甲酸的濃度約為8mM。以相同于實施例四的電解系統，經反應45小時后反應溶液呈無色透明狀。另得680mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為88％。實施例十取71mg(0.36mmol)2，4，6，-三氯酚溶于10ml乙氰，加入35ml水再以6N硫酸調整PH值為2，此時2，4，6，-三氯酚的濃度約為8mM。以相同于實施例一的電解系統，但施加-1.0伏特定電位，經反應6小時后呈無色透明狀。另得379mg碳酸鋇，換算二氧化碳的產率為89％。
綜上所述，本發明確能藉所揭露的構造以達到發明目的，具新穎性、進步性、與可供產業利用性，而與授于發明專利條件相符合。但以上所揭示的均為較佳實施例，舉凡局部的變更或修飾而源于本發明技術思想而為該領域專業人士所易于推知的均不脫離本發明的專利權范圍。
權利要求
1.一種分解有機物的方法，該法包括(a)將有機物置于酸性溶液中；(b)在含氧氣體存在下，對該酸性溶液進行電化學反應，以石墨為工作電極，施加一還原電位；以及(c)使該有機物氧化分解產生二氧化碳氣體。
2.如權利要求1所述的分解有機物的方法，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.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該酸性溶液為含無機酸的溶液，該無機酸是選自硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸中至少一種。
4.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該酸性溶液的PH值是小于4的。
5.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該還原電位的范圍在-0.1～-1.2V之間。
6.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該電化學反應的反應溫度為室溫。
7.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該有機物為脂肪族碳氫化合物、芳香族碳氫化合物、鹵素取代的脂肪族、經鹵素取代的芳香族、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.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該有機物為2，4，6-三氯酚、五氯酚、多氯聯苯、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.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該電化學反應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.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該工作電極為未經修飾的石墨。
11.如權利要求1所述的分解有機物的方法，其特征在于，該工作電極為經修飾的石墨，該經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。
12.一種分解有機物的電解系統，該系統包括一電解槽，該電解槽可供置入待分解的有機物；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，以使該有機物氧化分解產生二氧化碳氣體。
13.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，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酸溶液。
14.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，其特征在于，該酸性溶液的PH值是小于4的。
15.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，其特征在于，該還原電位的范圍的-0.1～-1.2V之間。
16.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，其特征在于，該有機物為脂肪族碳氫化合物、芳香族碳氫化合物、鹵素取代的脂防族、經鹵素取代的芳香族、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.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，其特征在于，該有機物為2，4，6-三氯酚、五氯酚、多氯聯苯、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.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，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.如權利要求12所述的分解有機物的電解系統，其特征在于，該石墨工作電極為經修飾的石墨工作電極，該經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.如權利要求12所述的分解有機物的方法，其特征在于，該含氧氣體為氧氣，并由一氧氣供應裝置所供應。
全文摘要
一種分解有機物的方法,該法是將有機物置于酸性溶液中,在含氧氣體存在下,對酸性溶液進行電化學反應,以石墨為工作電極,施加一還原電位,使有機物氧化分解,產生無害的二氧化碳氣體主產物。本發明還涉及一種分解有機物的電解系統,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,以使有機物氧化分解產生二氧化碳氣體。
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 優先權日1997年4月15日
發明者曾志明, 陳耀鐘 申請人:曾志明, 陳耀鐘