硫酸废水中重金属离子的分析.doc

本科生毕业论文 I 目 录 摘 要 3 ABSTRACT 4 引 言 5 1 文献综述 6 1 1 我国硫铁矿制酸现状 1 6 1 2 工艺技术和装备 1 7 1 3 存在的主要问题和建议 8 1 3 1 装置规模较小 9 1 3 2 污染控制仍需完善 9 1 3 3 提高热回收效率 9 1 3 4 提高技术水平 装备水平和创新能力 10 1 4 处理工业废水的困难 10 1 5 工业废水的有效治理应遵循的原则 11 1 6 废硫酸及含硫酸废水的治理方法 12 1 6 1 废硫酸及含硫酸废水的综合利用 12 1 6 2 废硫酸及含硫酸废水的中和处理 12 1 6 3 国内外重金属废水处理新技术的研究进展 7 13 1 6 4 几种重金属废水处理技术的最新进展 7 13 1 7 本文要做的工作 15 2 实验部分 16 2 1 实验仪器和试剂 16 2 1 1 实验试剂 16 硫酸废水中重金属离子的分析 2 2 1 2 实验仪器 16 2 2 实验原理 16 2 3 实验方法 17 2 3 1 波长的选择 18 2 3 2 稳定剂的选择 18 3 结果与讨论 19 3 1 标准曲线的测定及其稳定性的研究 19 3 1 1 硫酸亚铁溶液和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 19 3 1 2 Fe2 溶液的标准吸光度曲线测定 19 3 1 3 硫酸铁和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 20 3 1 4 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 21 3 1 4 抗坏血酸对溶液吸光度的影响 22 3 1 5 用抗坏血酸还原后 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 22 3 1 6 氯化铅溶液和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 23 3 1 7 Pb2 溶液的标准吸光度曲线测定 23 3 2 混合标准溶液及真实溶液吸光度曲线的测定 24 3 2 1 Fe2 与 Pb2 混合对吸光度的影响 24 3 2 2 硫酸工业废水中重金属离子的分析 26 3 3 实验结果验证 27 4 结论与建议 28 致谢 29 参考文献 30 本科生毕业论文 I 摘 要 硫酸在化工 钢铁等行业广泛应用 在许多生产过程中 硫酸的利用率很低 大 量的硫酸同含酸废水排放出去 这些废水如不经过处理而排放到环境中 不仅会使水 体或土壤酸化 对生态环境造成危害 而且浪费大量资源 当前许多企业缺水 水费 占生产成本的比例愈来愈高 废水治理后回用 不仅有社会效益 更有直接经济效益 本文主要论述了 硫酸工业废水经过处理后 其中重金属离子浓度的分析的方法 本实验采用吸光比浊法的原理 根据 Fe2 与 S2 反应生成 FeS Pb2 与 S2 反应生成 PbS 的细微颗粒 当有保护剂存在时 悬浮在溶液中 在光度计上测定其吸光度 以确定 Pb2 和 Fe2 的含量 其中以 Pb2 离子浓度为标准 衡量样品中其他重金属离子的浓度 实验结果表明 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂时 Fe2 与 S2 反应 40min 达到稳定 Pb2 与 S2 反应 10min 达到稳定 在 450nm 波长下数据的线性关系良好 通过标准曲线 测出了 真实硫酸废水中 Pb2 离子浓度为 关键词关键词 硫酸废水 重金属离子 比浊法 吸光度 分析 硫酸废水中重金属离子的分析 4 Abstract Sulfuric acid is widely used in the chemical and steel industries In many production processes the utilization of sulfuric acid is very low a large number of sulfuric acid being poured out with the acid wastewater If the wastewater is discharged into the environment without being treated not only cause water or soil acidification and ecological damage to the environment but also waste a lot of nature resources Since water shortages is common in many enterprises water accounts for the rising proportion of the cost of production Wastewater reuse after treatment brings social benefits as well as more direct economic benefits In this paper we mainly discuss the analysis of heavy metal ion concentration in sulfuric acid industrial wastewater which has been treated In this study the principle is nephelometric analysis When the protection solution is present Fe2 and S2 form FeS Pb2 andS2 form PbS of fine particles suspended in solution using the spectrophotometer to measure absorbance to determine the Pb2 and Fe2 contenting the solution Among them set the concentration of Pb2 ion as the standard to measure other heavy metals concentration in the sample The results showed that when use 0 5 of the polyvinyl alcohol as stabilizing agent Fe2 andS2 takes 40min to reach stable response while Pb2 and S2 takes10min to reach stable response and the data measured at the 450nm wavelength is in a good linear relationship The concentration of Pb2 ions in the real sulfuric acid wastewaters 1 0mg ml measured by standard curve Keywords sulfuric acid wastewater heavy metal ions nephelometric analysis absorbance Analysis 本科生毕业论文 I 引 言 硫酸在化工 钢铁等行业广泛应用 在许多生产过程中 硫酸的利用率较低 大 量的硫酸以含酸废水排放出去 这些废水若不经过处理就排放到环境中 不仅会使水 体或土壤酸化 对生态环境造成危害 而且浪费大量资源 近年来许多国家已经制定 了严格的排放标准 与此同时 先进的治理技术也在世界各地迅速发展起来 硫酸属于高污染性行业 我国工业硫酸年 S02排放量约 10 万 t 占全国 S02排放量 的 0 4 占化工行业 S02排放总量的 9 0 是化工行业中较大的 S02排放源 此外 硫酸生产中排放的硫酸雾 砷 氟和重金属离子等水污染物都可对环境产生较大危害 然而 一直以来 我国没有专门的硫酸工业污染物排放标准 废气排放执行 大气污 染物综合排放标准 水污染物排放执行 污水综合排放标准 不仅排放限值偏高 对废水中铜 锌 总氮等指标都没有做出限制 近年来我国硫酸工业发展迅猛 污染 物排放量持续增加 原有排放标准控制力明显减弱 与发达国家相比 我国硫酸工业 执行的标准非常 宽松 在不少化工厂 钢厂 电镀厂 金属加工厂及矿山 每天 排出大量硫酸废水 这些废水中硫酸浓度不高 回收硫酸不经济 目前比较普遍采用 的治理方法是 中和还应有所发展 创造别人还没有而又迫切需要的技术和设备 现在对于硫铁矿制 酸工艺和关键设备进行开发研究的单位或企业已经不多了 甚至不如 20 年前的热情高 这将使我们的技术后劲不足 所以 在继续加强与国外技术合作的同时 完善技术创 新机制 提高技术创新能力 这样才能不断提高硫铁矿制酸整体水平和生存发展能力 1 4 处理工业废水的困难 工业废水造成的污染主要有 有机需氧物质污染 化学毒物污染 无机固体悬浮 物污染 重金属污染 酸污染 碱污染 植物营养物质污染 热污染 病原体污染等 许多污染物有颜色 臭味或易生泡沫 因此工业废水常呈现使人厌恶的外观 其特点 本科生毕业论文 I 是水质和水量因生产工艺和生产方式的不同而差别很大 如电力 矿山等部门的废水 主要含无机污染物 而造纸和食品等工业部门的废水 有机物含量很高 BOD5 五日 生化需氧量 常超过 2000mg L 有的达 30000mg L 即使同一生产工序 生产过程中水 质也会有很大变化 如氧气顶吹转炉炼钢 同一炉钢的不同冶炼阶段 废水的 pH 值可 在 4 13 之间 悬浮物可在 250 25000mg L 之间变化 工业废水的另一特点是 除间 接冷却水外 都含有多种与原材料有关的物质 而且在废水中的存在形态往往各不相 同 如氟在玻璃工业废水和电镀废水中一般呈氟化氢 HF 或氟离子 F 形态 而在磷肥 厂废水中是以四氟化硅 SiF4 的形态存在 镍在废水中可呈离子态或络合态 这些特点 增加了废水净化的困难 1 5 工业废水的有效治理应遵循的原则 工业废水的有效治理应遵循的如下原则 2 最根本的是改革生产工艺 尽可能在生产过程中杜绝有毒有害废水的产生 如 以无毒用料或产品取代有毒用料或产品 在使用有毒原料以及产生有毒的中间产物和产品的生产过程中 采用合理的工 艺流程和设备 并实行严格的操作和监督 消除漏逸 尽量减少流失量 含有剧毒物质废水 如含有一些重金属 放射性物质 高浓度酚 氰等废水应 与其他废水分流 以便于处理和回收有用物质 一些流量大而污染轻的废水如冷却废水 不宜排入下水道 以免增加城市下水 道和污水处理厂的负荷 这类废水应在厂内经适当处理后循环使用 成分和性质类似于城市污水的有机废水 如造纸废水 制糖废水 食品加工废 水等 可以排入城市污水系统 应建造大型污水处理厂 包括因地制宜修建的生物氧 化塘 污水库 土地处理系统等简易可行的处理设施 与小型污水处理厂相比 大型 污水处理厂既能显著降低基本建设和运行费用 又因水量和水质稳定 易于保持良好 硫酸废水中重金属离子的分析 12 的运行状况和处理效果 一些可以生物降解的有毒废水如含酚 氰废水 经厂内处理后 可按容许排放 标准排入城市下水道 由污水处理厂进一步进行生物氧化降解处理 含有难以生物降解的有毒污染物废水 不应排入城市下水道和输往污水处理厂 而应进行单独处理 在水和其他资源日渐短缺以及环境污染治理日益迫切的情况下 工业废水处理的 发展趋势是 把水和污染物作为有用资源回收利用和实行闭路循环 这可分为水和污 染物综合循环回用及水和污染物各自单独循环回用 1 6 废硫酸及含硫酸废水的治理方法 1 6 1 废硫酸及含硫酸废水的综合利用 从生产中排出的废硫酸或含硫酸废水 如果在原工序中已无法再直接使用 可以 考虑用于对硫酸质量要求不高的其它生产工序中 这样既节约资源 又减少废酸的排 放量 另外 一些以硫酸为原料的生产工艺 若对硫酸中的杂质要求不严 也可直接 用废硫酸或将废硫酸稍加处理后用作原料 例如 Belenkov D A 利用硫酸厂含砷 5 2g L 的废酸液 分别加入 8 78g LCr2O3 3 26g LZnO 3 00g LCuCO3制成木材防腐 液 该溶液的 pH 为 1 7 松材经该液浸泡后能有效地防止霉菌的生长 3 匈牙利 Tooth Andras 等人尝试用炼油厂的硫酸废水与褐煤飞灰混合反应 再加入水后与卜兰 特水泥混合 生产具有高强度的混凝土 可用于铺路及建筑行业 4 此外 许多硫酸盐工业品也可用废硫酸或硫酸废水进行生产 如印度的 Mokanty Bibhu2pada 等人利用洗涤剂厂的含硫酸废水在反应塔中与铜粒和铜屑反应 溶液经结晶过滤后可制得硫酸铜晶体 5 本科生毕业论文 I 1 6 2 废硫酸及含硫酸废水的中和处理 对于硫酸浓度很低 水量较大的废水 由于回收硫酸的价值不高 也难以进行综 合利用 可用石灰或废碱进行中和 使其达到排放标准或有利于后续的处理 以上海 硫酸厂为例 该厂每天排放 3600t 含硫酸的废水 pH 为 2 6 其中还含有少量的砷 氟等 该厂用电石泥 主要成分为 Ca OH 2 进行中和 以聚丙烯酰胺为混凝剂 以 Rs 为氧化剂 采用中和混凝沉淀氧化工艺治理该废水 既中和了酸 又去除了氟 砷等 出水达到排放标准 6 1 6 3 国内外重金属废水处理新技术的研究进展 7 空气 土壤和水中的有毒重金属对环境的严重威胁正逐渐成为全球性问题 因此 与环境相关的有毒重金属离子的有效去除与分离技术就成为一项富于挑战性的工作 目前 世界各国重金属废水处理方法主要有三类 第一类是废水中重金属离子通过发 生化学反应除去的方法 包括中和沉淀法 硫化物沉淀法 铁氧体共沉淀法 化学还 原法 电化学还原法和高分子重金属捕集剂法等 第二类是使废水中的重金属在不改 变其化学形态的条件下进行吸附 浓缩分离的方法 包括吸附 溶剂萃取 蒸发和凝 固法 离子交换和膜分离等 第三类是借助微生物或植物的絮凝 吸收 积累 富集 等作用去除废水中重金属的方法 其中包括生物絮凝 生物化学法和植物生态修复等 传统的化学 物理法处理成本高 效果不稳定 除了应用清洁生产和循环经济技术从 源头上对重金属的使用和排放进行遏制之外 还需要更多地研究和发展新型天然吸附 剂 重金属捕集剂和生物技术对重金属污染的治理 发挥它们成本低 效率高的优势 并加强多种治理技术的综合应用 寻找治理重金属污染新的有效途径 1 6 4 几种重金属废水处理技术的最新进展 7 1 吸附法 硫酸废水中重金属离子的分析 14 吸附法是利用吸附剂活性表面对重金属离子的吸引来去除废水中的重金属离子的 一种方法 吸附剂种类很多 常用的有活性炭 活性炭可以同时吸附多种重金属离子 吸附容量大 但活性炭价格贵 使用寿命短 需再生 操作费用高 因此 近年来 国内外许多学者把注意力转向寻找可替代的吸附材料 一类是玉米棒子芯 白杨木材 锯屑等自然资源作为天然吸附材料 8 如白杨木材锯屑或橄榄叶研磨渣可以吸附电镀废 水中的汞 铅铜 锌和镉 麦麸对重金属离子有优良的吸附性能 在约 10min 内达到吸 附平衡 吸附容量分别为 Hg2 70mg g Pb2 63mg g Cd2 21mg g Cu2 15mg g Ni2 13mg g 及 Cr3 913mg g 不仅 速率快 并且还具有良好的选择性 9 Parsons 等 10 研究了啤酒花对含铜 锌和氰化物 废水的吸附作用和螯合作用 取得很好的结果 2 植物修复法 植物修复法是指利用植物通过吸收 沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水 的重金属含量 以达到治理污染 修复环境的目的 利用植物处理重金属 主要由三 部分组成 一是从废水中吸取 沉淀或富集有毒金属 二是降低有毒金属活性 从而 可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散 三是将土壤中或水中的重金属萃取 出来 富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分 通过收获或移去已积 累和富集了重金属植物的枝条 降低土壤或水体中的重金属浓度 植物修复法与其他 的方法相比具有技术和经济上的双重优势 实施较简便 成本较低 11 和对环境扰动少 种植植物不仅可以净化和美化环境 而且在清除土壤中重金属污染物的同时 可以从 富含金属的植物残体中回收贵重金属 取得直接的经济效益 缺点是治理效率较低 不能治理重污染土壤 由于一种植物只吸收 1 种或 2 种重金属 难以全面清除土壤中 的所有污染物 12 另外施加有机螯合剂虽能增强对重金属的富集能力 却可能会造成 有毒元素地下的渗漏 形成潜在的污染风险 且增加了运行成本 总之 植物修复技 术作为一种新的污染治理替代技术 尽管具有极大的潜力和市场前景 但目前主要还 本科生毕业论文 I 停留于实验室模拟研究阶段 许多研究是根据盆栽试验估算出相应的植物修复潜力 因此植物修复技术从实验室走向产业化应用还需时日 3 重金属废水治理技术的展望 重金属污染对于环境和人类造成的危害已越来越多地为人们所熟知 随着全球可 持续发展战略的进一步实施 对重金属废水的处理要求也将日益严格 重金属废水是 一个十分复杂的混合体系 用单一处理技术处理已经很难达到处理要求 韦朝阳与陈 同斌 12 对此类废水进行研究 建议重金属废水处理技术主要应向以下几个方面发展 加强微生物和植物去除金属的机理研究 在现有研究的基础上 着重通过现代分 析技术研究金属离子在细胞内外的沉积部位和状态 金属与细菌中的特定官能团以及 植物中的螯合物结合的方式以及官能团结构和特性 并结合材料学 分子生物学 基 因工程学等学科 开发出更加高效的微生物菌种 筛选出重金属超累积植物 对物理 处理新技术 生物处理新技术和计算机辅助应用技术的开发和应用 注重对环境无影响 和无毒无害新型水处理药剂的开发和利用 重点加强现有重金属处理技术的综合应用 形成各种组合工艺 扬长避短 高效 低耗地去除废水中重金属离子的同时 实现废 水回用和重金属回收 1 7 本文要做的工作 前面主要论述了一些硫酸废水以及其中重金属离子的处理方法 经过处理的废水 是否达到排放或回收的标准 要经过相关的分析检测 受宝钢集团南京格灵化工有限 公司委托 检测其处理后的硫酸废水中的重金属离子 本文主要论述采用比浊法分析 和检测硫酸工业废水中重金属离子的方法 使用紫外可见光分光光度计先测定出 Pb2 Fe2 及 Fe3 的标准吸光度曲线 再测定出工业废水的吸光度值 将其代人到标准 曲线的回归方程中 以求得待测的废水样品中重金属离子的浓度 从实验结果可以看 出该方法简便可行 有一定的准确性 硫酸废水中重金属离子的分析 16 2 实验部分 2 1 实验仪器和试剂 2 1 1 实验试剂 七水合硫酸亚铁 分析纯 天津博迪化工有限公司 硫酸铁 分析纯 天津博迪 化工有限公司 聚乙烯醇 化学纯 硫化钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂 浓硫 酸 化学纯 生产厂家 氯化铅 分析纯 天津博迪化工有限公司 抗坏血酸 化学 纯 国药集团化学试剂有限公司 2 1 2 实验仪器 UVMINI 1204 型紫外分光光度计 0 001 SHIMADZU JY12001 型分析天平 0 01g 上海精密仪器有限公司 2 2 实验原理 吸光比浊法的原理 13 是 以 Tyndall 效应为基础 当溶液中的颗粒受到光照射后 发生散射作用 散射光强度 1 按 Rayleigh 公式表示 1 2 0 4 uV IKI 式中 K 为常数 I0为入射光强度 为波长 u 为单位体积的粒子数 V 为单个 粒子的体积 由式 1 可知 在吸光浊度法测定中 散射光强度 I 愈大 即吸光度 A 愈高 且 I 与单位体积中的粒子数 u 的一次方和单个粒子的体积的两次方成正比 而与波长 的 四次方成反比 因此 采用适当的稳定剂 可保证颗粒的直径一定 在固定的波长下 本科生毕业论文 I 测定可得 吸光度与粒子数成正比 根据 Fe2 与 S2 反应生成 FeS Pb2 与 S2 反应生成 PbS 的细微颗粒 当有保护剂存 在时 细微颗粒悬浮在溶液中 使用光度计测定其吸光度 以确定 Pb2 和 Fe2 的含量 2 3 实验方法 具体实验步骤如下 1 绘制标准曲线 配制浓度为 0 05 mL 1的 Fe2 及 Fe3 标准溶液 分别取 2ml 4ml 6ml 8ml 10ml 铁标准溶液加入 50ml 的容量瓶中 配制浓度为 0 025 mL 1的 Pb2 标准溶液 分别取 0 5ml 1ml 1 5ml 2ml 2 5ml 铅标准溶液加入 50ml 容量瓶中 然后用氨水和冰乙酸将 PH 值调至 3 5 4 0 之间 之后依次加入 10ml 0 5 的聚乙烯醇 10ml 新配制的浓度为 10 mL 1硫化钠溶液 用蒸馏水定容至刻度 摇匀 放置 40min 以后 用蒸馏水为参比 用 1cm 石英比色皿测定其吸光度 2 Fe2 和 Pb2 混合溶液吸光度的测定 a 取 4mlFe2 标准溶液 分别取 2ml 4ml 6ml 8ml 10ml Pb2 标准溶液 b 取 1ml Pb2 标准溶液 分别取 2ml 4ml 6ml 8ml 10ml Fe2 标准溶液 加入 50ml 的容 量瓶中 用氨水和冰乙酸将 PH 值调至 3 5 4 0 之间 加入 10ml 新配制的浓度为 10 mL 1硫化钠溶液 用蒸馏水定容至刻度 摇匀 放置 40min 以后 用蒸馏水为参比 用 1cm 石英比色皿测定其吸光度 3 真实工业废水吸光度的测定 取 5ml 工业废水加入 100ml 容量瓶中 稀释到所 需浓度后加入 10ml 0 5 的聚乙烯醇 加入 2ml 2 的抗坏血酸 混合均匀后静置 10min 再加入 10ml 新配制的浓度为 10 mL 1硫化钠溶液 用蒸馏水定容至刻度 摇匀 放置 40min 以后 用蒸馏水为参比 用 1cm 石英比色皿测定其吸光度 硫酸废水中重金属离子的分析 18 2 3 1 波长的选择 按照实验方法测定硫化亚铁沉淀的吸收光谱 在可见光范围内得其吸收曲线在波 长 450nm 左右的吸光度变化明显 选定为实验波长 2 3 2 稳定剂的选择 吸光比浊法的关键 是要选择适当的稳定剂 或称保护剂 加入稳定剂的目的 是 控制生成 FeS PbS 结晶的大小和防止晶粒沉淀 使其在体系中分散均匀 稳定时间长 有利于测定 所用的稳定剂 有 0 2 CTMAB 14 20 吐温 80 15 乳化剂 OP 16 0 5 聚乙烯醇 17 和氯化钠 甘油 99 乙醇等 本实验最初采用 95 的乙醇作为稳定剂 发现稳定时间太短 不易准确测定 后来改用 0 5 的聚乙烯醇作为稳定剂 其稳定效 果可达 1h 以上 为考察聚乙烯醇的浓度对实验结果的影响 分别以 0 5 1 2 质 量分数的聚乙烯醇作稳定剂 测定 PbS 标准曲线 结果见下表 由表可知 增大聚乙 烯醇稳定剂的浓度所测得的吸光度值无显著差异 且 0 5 的聚乙烯醇稳定时间已经足 够长 故本文采用聚乙烯醇的浓度取 0 5 表2 1 聚乙烯醇浓度对吸光度的影响 标准溶液体积 ml聚乙烯醇浓度 0 51 01 52 02 5 0 50 0040 0060 0090 0120 015 10 0040 0070 0100 0120 015 20 0050 0060 0090 0110 014 本科生毕业论文 I 3 结果与讨论 3 1 标准曲线的测定及其稳定性的研究 3 1 1 硫酸亚铁溶液和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 由于 Na2S 浓度较高且粘度较大 导致溶液中分子运动缓慢 为了考察硫化钠的存 在是否影响硫酸亚铁的沉淀过程 本实验以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 将不同浓度的 硫酸亚铁样品与同一浓度 10 mL 1 的硫化钠反应 并每隔 10min 测定其吸光度 ABS 结果列于表 3 1 中 表 3 1 不同 Fe2 浓度的吸光度随时间的变化 Fe2 mL 1 10min20min30min40min50min60min 0 00040 0220 0230 0250 0260 0270 026 0 00080 0410 0430 0440 0450 0450 045 0 00120 0610 0620 0630 0650 0640 065 0 00160 0820 0840 0850 0860 0860 086 0 00200 0990 1010 1020 1040 1050 104 由表 3 1 可见 硫酸亚铁溶液和硫化钠溶液在 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂时反应 40min 可以达到稳定 所以后面的实验均选择在 40min 后测定溶液的吸光度 3 1 2 Fe2 溶液的标准吸光度曲线测定 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 在硫化钠溶液过量的条件下 在 40min 时测定不同 浓度的 Fe2 溶液的吸光度 结果见表 3 2 表 3 2 Fe2 标准溶液吸光度曲线测定 硫酸废水中重金属离子的分析 20 标准溶液体积 ml浓度 mL 1ABS 20 0020 122 40 0040 285 60 0060 463 80 0080 608 100 0100 762 以表 3 2 中的 ABS 与 Fe2 浓度数据作图 图 3 1 并对实验数据进行线性回归 所 得方程为 ABS 0 0329 80 15C R2 0 99941 3 1 可见在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 Fe2 标准溶液浓度和吸光度有 较好的线性关系 0 0020 0040 0060 0080 010 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 ABS C mg ml 图 3 1 Fe2 的标准吸光度曲线 3 1 3 硫酸铁和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 将不同浓度的硫酸亚铁样品与同一浓度的硫化钠反 应 并每隔 10min 测定其吸光度 结果列于表 3 3 中 可见 Fe3 的吸光度在 40min 达 到稳定 所以后面的实验均选择 40min 时测定硫酸铁溶液的吸光度 表 3 3 不同浓度的Fe3 吸光度随时间的变化 本科生毕业论文 I Fe3 浓度 mL 1 10minABS20min30min40min50min60min 0 00040 0980 1010 1030 1050 1060 105 0 00080 2160 2190 2210 2230 2220 223 0 00120 4040 4080 4100 4120 4110 412 0 00160 5360 5380 5410 5430 5430 543 0 00200 6810 6840 6870 6890 0890 689 3 1 4 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 工厂的废水中同时含有 Fe3 和 Fe2 两种离子 故必须测定其二者吸光度是否相近 以 0 5 的聚乙烯醇作稳定剂 硫化钠溶液过量的条件下 调整溶液的 PH 值在 3 5 4 0 之间 因在此条件下 Fe3 表现出较强的氧化性 会发生氧化还原反应 生成硫 化亚铁和硫单质 40min 时测定不同浓度的 Fe3 溶液的吸光度 结果见表 3 4 表 3 4 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 标准溶液体积 ml浓度 mL 1ABS 20 0020 105 40 0040 223 60 0060 412 80 0080 543 100 0100 689 以表 3 4 中的 ABS 与 Fe3 浓度数据作图 图 3 2 并对实验数据进行线性回归 所 得方程为 ABS 0 052 74 4 C R2 0 99798 3 2 可见在 450nm 波长下 0 002 0 010 mL 1浓度范围内 Fe2 标准溶液浓度和吸光 度有较好的线性关系 硫酸废水中重金属离子的分析 22 0 0020 0040 0060 0080 010 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 ABS C mg ml 图 3 2 Fe3 的标准吸光度曲线 3 1 4 抗坏血酸对溶液吸光度的影响 测定 2 的抗坏血酸溶液的吸光度 取 1ml 2 抗坏血酸加入 50ml 容量瓶中 再依 次加入 10ml 0 5 聚乙烯醇 10ml 浓度为 10mg ml 的硫化钠溶液 用蒸馏水定容到刻 度 并且测定其吸光度得 A 0 0013 0 032 与空白 A 0 0000 相近 所以抗坏血 酸对溶液吸光度没有明显影响 3 1 5 用抗坏血酸还原后 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 将 Fe3 溶液稀释到所需的各个浓度 再向配好的溶液中加入 1mL2 的抗坏血酸溶 液 混合均匀后静置 20min 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 在硫化钠溶液过量的条件 下 40min 时测定不同浓度的用抗坏血酸还原后的 Fe3 溶液的吸光度 结果列于表 3 5 中 表 3 5 抗坏血酸还原后 Fe3 溶液的标准吸光度曲线测定 标准溶液体积 ml 浓度 mL 1 ABS 20 0020 120 40 0040 284 60 0060 460 本科生毕业论文 I 80 0080 607 100 0100 760 比较表 3 4 和表 3 5 数据可知 用抗坏血酸将 Fe3 还原为 Fe2 离子后 溶液与硫化 钠反应的标准吸光度比 Fe3 溶液与硫化钠反应的标准吸光度大 并且与 Fe2 离子标准 溶液与硫化钠反应的吸光度相近 所以本实验采用抗坏血酸将真实废水中的 Fe3 还原 为 Fe2 再以此衡量溶液中铁离子的总浓度 3 1 6 氯化铅溶液和硫化钠溶液反应的稳定时间的确定 由于硫化钠浓度较高且粘度较大 导致溶液中分子运动缓慢 为了考察硫化钠的 存在是否影响硫化铅的沉淀过程 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 测定不同浓度的同一 硫化钠样品 硫化钠质量分数 与相同浓度的硫化铅反应后的吸光度 并每隔 10min 测定 其吸光度 结果见表 3 6 由表 3 6 可见 Pb2 与 Na2S 反应在 10min 左右吸光度即可稳 定 表 3 6 不同浓度的 Pb2 吸光度随时间的变化 Pb2 浓度 mL 1 10minABS20min30min 0 000250 0040 0040 004 0 000500 0060 0070 006 0 000750 0090 0090 009 0 001000 0120 0110 012 0 001250 0150 0150 015 3 1 7 Pb2 溶液的标准吸光度曲线测定 固定条件 以 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂 稳定时间 10min 在硫化钠溶液过量时 测定不同浓度的 Pb2 溶液的吸光度 结果见表 3 7 表 3 7 Pb2 溶液的标准吸光度曲线测定 标准溶液体积 ml 浓度 mL 1 ABS 20 000250 004 40 000500 006 硫酸废水中重金属离子的分析 24 60 000750 009 80 001000 012 100 001250 015 以表 3 7 中的 ABS 与 Pb2 浓度数据作图 图 3 3 并对实验数据进行线性回归 所 得方程为 ABS 3 8095 10 4 11 6571 C R2 0 9976 3 3 可见在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 Pb2 标液浓度和吸光度有较好 的线性关系 0 00000 00020 00040 00060 00080 00100 00120 0014 0 002 0 000 0 002 0 004 0 006 0 008 0 010 0 012 0 014 0 016 ABS C mg ml 图 3 3 Pb2 的标准曲线 3 2 混合标准溶液及真实溶液吸光度曲线的测定 3 2 1 Fe2 与 Pb2 混合对吸光度的影响 由于工业废水中主要含有 Pb2 Fe2 Fe3 三种金属离子 在 3 1 5 中考察知可以 使用抗坏血酸将 Fe3 还原为 Fe2 故本节仅考虑 Pb2 离子和 Fe2 离子混合时对吸光度 的影响 1 Pb2 浓度一定 Fe2 浓度变化时的标准曲线 固定 Pb2 浓度为 0 0050 ml 改变 Fe2 浓度 40min 时混合溶液的其吸光度 结 果见表 3 8 本科生毕业论文 I 表 3 8 Pb2 浓度一定 Fe2 浓度变化时的标准曲线 Fe2 浓度 mL 1 ABS 0 0020 128 0 0040 292 0 0060 468 0 0080 614 0 0100 767 以表 3 8 中 Fe2 浓度与吸光度 ABS 数据作图 见图 3 4 所得回归方程 ABS 0 0262 80 C R2 0 9994 3 4 0 0020 0040 0060 0080 010 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 ABS C mg ml 图 3 4 Pb2 浓度一定 Fe2 浓度变化时的标准曲线 2 Fe2 浓度一定 Pb2 浓度变化时的标准曲线 固定 Fe2 浓度为 0 004 ml 改变 Pb2 浓度 于 40min 时测定其吸光度 结果见 表 3 9 表 3 9 Fe2 浓度一定 Pb2 浓度变化时的标准曲线 Pb2 浓度 mL 1 ABS 0 000250 289 0 000500 293 0 000750 296 0 001000 300 硫酸废水中重金属离子的分析 26 0 001250 303 以表 3 9 中 Pb2 浓度与吸光度 ABS 数据作图 见图 3 5 所得回归方程 ABS 0 2857 14 C R2 0 9988 3 5 由图 3 4 和图 3 5 可见 在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 Pb2 离子 和 Fe2 离子在相互混合关系的条件下依旧有很好的线性 并且其变化趋势和 Pb2 Fe2 标准曲线相近 0 00020 00040 00060 00080 00100 00120 0014 0 288 0 290 0 292 0 294 0 296 0 298 0 300 0 302 0 304 ABS C mg ml 图 3 5 Fe2 浓度一定 Pb2 浓度变化时的标准曲线 3 2 2 硫酸工业废水中重金属离子的分析 已知工业废水中的铁离子浓度为 1000ppm 其中 Fe2 Fe3 为 6 4 将该工业废 水稀释 20 倍 到 50ppm 再稀释到所需浓度 向稀释后的废水溶液中加入 2mL 的抗 坏血酸 混合均匀后静置 20min 再定容 于 40min 时测定其吸光度 重复 4 次 结 果列于表 3 10 中 表 3 10 真实工业废水的吸光度 待测废水的体积 ml 浓度 mL 1 ABS 40 0040 295 40 0040 296 40 0040 295 40 0040 294 本科生毕业论文 I 测定的真实工业废水 Fe2 浓度为 0 004 mL 1 而 Pb2 浓度待测 由上表知 测定 的该浓度下真实工业废水的吸光度为 0 295 代人式 3 5 得 C 6 6429 10 4 mL 1 即 真实硫酸废水中 Pb2 的浓度 6 6429 10 4 20 50 4 0 166 mL 1 3 3 实验结果验证 将浓度为 0 1mg ml 的 Pb2 标准溶液稀释 4 倍 取稀释后的 Pb2 标准溶液 1 3ml 取浓度为 0 05mg ml 的 Fe2 标准溶液 4ml 加入到 50ml 容量瓶中 用氨水和冰乙酸将 PH 值调至 3 5 4 0 之间 再依次加入 10ml0 5 的聚乙烯醇和 10ml 新配制的浓度为 10 mL 1硫化钠溶液 用蒸馏水定容至刻度 摇匀 放置 40min 以后 用蒸馏水为参 比 用 1cm 石英比色皿测定其吸光度 共测四组 结果列于表 3 11 中 表 3 11 配制溶液的吸光度测定 序号Pb2 浓度 mL 1Fe2 浓度 mL 1ABS 10 00065 0 0040 292 20 000650 0040 291 30 000650 0040 292 40 000650 0040 290 比较表 3 10 及表 3 11 数据可知 与真实废水中 Pb2 离子浓度接近的配制溶液的吸 光度与真实溶液吸光度接近 说明该方法测定离子中重金属离子浓度的方法可行且准 确 是一种简单有效地测定硫酸废水中重金属离子的方法 硫酸废水中重金属离子的分析 28 4 结论与建议 本文采用吸光比浊法 分析溶液中重金属离子 Pb2 的浓度 研究结论如下 1 硫酸亚铁溶液和硫化钠溶液在 0 5 的聚乙烯醇做稳定剂时反应 40min 吸光度 可以达到稳定 在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 Fe2 标液浓度和吸光度 有较好的线性关系 2 Fe3 和 Fe2 吸光度曲线相差较大 故本实验采用抗坏血酸将 Fe3 还原为 Fe2 再 测定其吸光度 用抗坏血酸还原后的 Fe3 溶液的标准吸光度曲线与 Fe2 溶液的标准吸 光度曲线相差很小 所以采用抗坏血酸将 Fe3 还原为 Fe2 的方法可行 3 Pb2 与 Na2S 反应 10min 左右吸光度即可稳定 在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 Pb2 标液浓度和吸光度有较好的线性关系 4 在 450nm 波长下 0 0 002 mL 1浓度范围内 在 Pb2 离子和 Fe2 离子相互混 合的条件下依旧有很好的线性 离子之间的相互影响很小 并且其曲线变化趋势和 Pb2 Fe2 标准曲线相近 工业废水检测数据表明本研究方法测定硫酸废水中的 Pb2 浓 度是可信的 存在问题 1 测定真实废水中 Pb2 离子浓度时 必须先知道其中铁离子的总浓度 并且稀释 到实验确定的吸光度曲线的测量范围之内 在实际的应用中可能难以获得 2 本实验只考虑了硫酸废水中铁和铅这两种主要的离子 最好制定更完整和周密 的实验方案 考虑更多的影响因素 3 由于时间原因 测定 Pb2 离子和 Fe2 离子混合对吸光度影响的实验数据偏少 测定更多的数据可以使测定真实废水离子浓度时结果更加准确 因真实废水溶液的 PH 值可能会有波动 因此最好考虑 PH 值对 Fe2 离子和 Pb2 离子与 S2 离子之间反应的影 本科生毕业论文 I 响 致谢 毕业论文是对大学学习的一次综合考察 也是本科学习阶段最富有挑战性的一项 任务 在近 3 个月的实验及论文写作过程中