污染控制化学实验指导.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,污染控制化学实验指导,华中农业大学 资源与环境学院,指导教师：朱端卫 冯雄汉,周文兵 赵建伟 邱国红,绪 论,一、教材及参考资料二、关于本实验课三、本课程的目的、要求四、课程内容五、实验课纪律六、实验报告的撰写七、实验安全须知,绪 论,一、教材及参考资料,教材：,污染物分离控制化学,，朱端卫 编著，华中农业大学教务处印,参考资料：,污染控制化学,杨智宽 韦进宝 主编，武汉大学出版社，,2006,年,化工原理：化工分离过程蒋维钧 余立新 主编，清华大学出版社，,2005,年,绪 论,二、关于本实验课,污染控制化学实验课是一门重要的基础课，化学污染物分离、降解实验实用性很强，同样的实验，同样的药品、仪器，不同的人来操作往往得到不同的结果。因此，要求学生的独立操作及动手能力很强。要做好污染物分离、降解实验，必须全面熟练地掌握相关理论知识及实验基本操作技能。,三、本课程的目的、要求,熟练掌握无机污染物分离、有机污染物降解实验的一般操作技能。,学会重要无机污染物的分离方法、有机污染物降解效率的鉴定方法。,培养实事求是的科学态度，良好的实验素养和分析问题、解决问题的独立工作能力。,通过这门课程的学习，应在污染物处理技术方面训练有素，为今后做毕业论文或相关工作打下良好的基础。,绪 论,绪 论,四、课程内容,基本操作：,简单操作：标液的配制、过滤、萃取、使用分光光度计,复杂操作：溶液,pH,调节、离子交换色谱分离、芬顿,(,Fenton,),试剂的制备,污染控制化学实验：,1,、共沉淀分离水中钼。,2,、离子交换树脂分离水中钴和镍,3,、芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,绪 论,五、实验课纪律,6.爱护公物,、仪器，节约药品，试剂用后立即归还原处，以免影响,其他,同学使用。试剂,用后应盖好瓶盖，以免污染或挥发；,严格控,制药品的用量,，产品要回收。,7.保持实验室整洁，做到台面，地面，水槽，仪器干净仪器放,置,整齐有序，以免损坏。使用过的仪器,整理复原。所有废弃的固体,和滤纸等应丢,入废物桶内，决不能丢入水槽以免堵塞。实验完毕,应把试验台整理干净，关好水电等。,8.实验室的卫生由同学轮流值日，值日生的职责为整理公用仪器，,打扫实验室，清理倒弃废物桶，检查和关好水、电、门窗。,绪 论,六、实验报告的撰写,（一）实验报告的内容：,实验目的和要求,实验基本原理,实验仪器和试剂,反应装置简图,实验步骤和现象记录,实验结果及数据处理,实验结论及讨论,思考题,绪 论,六、实验报告的撰写,（二）关于讨论：,同一个实验，由于每位同学对实验的理解、对实验操作掌握程度存在差异，因此，每位同学的实验数据和结果也不尽相同，都会出现一些独有的数据，这需要在实验报告中进行讨论和总结。,讨论的重要性在于：通过对自己实验过程的回顾，可以发现自己在实验中的不足之处，防止以后出现类似错误。同时可以加深对相关知识及实践操作的理解和把握，巩固实验成果。,绪 论,六、实验报告的撰写,（三）关于思考题：,独立、认真完成思考题：结合自己的实验过程，仔细分析思考题所提出的问题，适当的情况下，可以查阅相关书籍或文献。,在实验教程和实验指导中增加面向实验教学不同环节的思考题，养成勤于思考的习惯，有利于学生进一步回顾实验细节及体会理论在实验中的指导作用、扩宽知识面，实现创新能力培养的教学目标。,绪 论,七、实验安全须知,在实验中，我们用到了有毒有害的污染物，如钼酸铵、含,Co,2+,、,Ni,2+,的溶液、苯酚、乙醚、,CCl,4,等，有强氧化性化学试剂，如,H,2,O,2,溶液，还有强腐蚀性物质，如浓,H,2,SO,4,、浓,HCl,溶液等；,同时，实验中使用的玻璃仪器易碎、易裂，容易引发伤害、燃烧等各种事故。还有电器设备等，如果使用不当也易引起触电或火灾。,实验室常见事故：,割伤、灼伤、中毒,（一）实验中常见的安全问题：,绪 论,七、实验安全须知,（二）实验室常见事故的预防与处置,割伤预防：,注意玻璃仪器的边缘是否碎裂，小心使用；,玻璃管（棒）切割后，断面应在火上烧熔以消除棱角。,割伤处置：,不慎发生割伤事故要及时处置，先将伤口处的玻璃碎片取出，若伤口不大，用蒸馏水洗净伤口，用创可贴包扎，或涂上红药水，撒上止血粉用纱布包扎。若伤口较大或割破了主血管，则应用力按住主血管，防止大出血并及时送医院治疗。,绪 论,七、实验安全须知,灼伤预防：,皮肤接触了强酸、强碱等会造成灼伤。因此，实验时，要避免皮肤与上述能引起灼伤的物质接触。取用有腐蚀性化学药品时，应戴上橡皮手套和防护眼镜。,灼伤处置：,根据不同的灼伤情况需采取不同的处置方法。,被酸或碱灼伤时，应立即用大量水冲洗。酸灼伤用,1%,碳酸钠溶液冲洗；碱灼伤则用,1%,硼酸溶液冲洗。最后再用水冲洗。严重者要消毒灼伤创面，并涂上软膏，送医院就医。,绪 论,七、实验安全须知-,4,中毒预防：,化学药品大多具有不同程度的毒性，产生中毒的主要原因是皮肤或呼吸道接触有毒药品所引起的。在实验中，要防止中毒，切实做到以下几点：,药品不要沾在皮肤上。实验完毕后应立即洗手。称量任何药品都应使用工具，不得用手直接接触。,使用和处理有毒或腐蚀性物质时，应在通风柜中进行，并戴上防护用品，尽可能避免有毒蒸气扩散。,绪 论,七、实验安全须知,-,5,中毒预防：,对沾染过有毒物质的仪器和用具，实验完毕应立即采取适当方法处理以破坏或消除其毒性。,不要在实验室进食、饮水，食物在实验室易沾染有毒的化学物质。,中毒处理：,一般药品溅到手上，通常,可用水和乙醇洗去；实验时若有中毒特征，应到空气新鲜的地方休息，最好平卧，出现其他较严重的症状，如皮肤斑点、头昏、呕吐、瞳孔放大时应及时送往医院。,实验一：共沉淀分离水中钼,一、目的要求二、实验原理三、试剂四、分析步骤五、注意事项六、思考题,一、目的要求,1,、学习用共沉淀法进行微量物质的分离与富集；,2,、熟悉萃取比色方法；,3,、通过实验进一步巩固所学的有关原理。,实验一：共沉淀分离水中钼,实验一：共沉淀分离水中钼,二、实验原理,水中的微量钼（,MoO,4,2-,）在,pH4.0,的溶液中与氢氧化铁带正电的胶粒共沉淀，所得的沉淀溶于少量酸中。在酸性溶液中，,Mo(VI),被二氯化锡还原为,Mo(V),，,Mo(V),与硫氰酸根络合形成橙红色钼酰硫氰酸络离子,MoO(CNS),5,2-,，用乙醚和四氯化碳混合有机溶剂萃取，分光光度法测定。,实验一：共沉淀分离水中钼,三、试剂,1,、氨水,6 molL,-1,和,1 molL,-1,2,、,KCNS,溶液（,10%,）,3,、,SnCl,2,溶液（,10%,）：,100 g,二氯化锡（,SnCl,2,2H,2,O,）,加热溶于,100 ml,浓盐酸中，用水稀释至,1.0,升。,在盛溶液的试剂瓶中加入少量锡粒。,4,、混合酸：缓慢加入,225 ml,浓硫酸于,725 ml,的水中，再加,50 ml,浓盐酸。,5,、混合萃取剂：乙醚：四氯化碳,=2,：,3,（体积比）,6,、,FeCl,3,溶液（,0.1 molL,-1,）,7,、,H,2,SO,4,（,4.5molL,-1,）,8,、钼标准溶液（,100 ug/ml Mo,）：称取,0.1840 g,优级纯的,钼酸铵（,(NH,4,),6,Mo,7,O,24,.4H,2,O,）溶于水中，移入,1.0,升容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。使用时用水,稀释为,2.5 ug/ml Mo,的标准溶液。,实验一：共沉淀分离水中钼,四、实验步骤,-1,1,、工作曲线的绘制,在分液漏斗中，分别加,0,、,1.0,、,2.0,、,3.0,、,4.0 ml,浓度为,2.5 ug/ml,的钼标准溶液，加水至,25ml,，加硫酸和盐酸混合酸,15ml,，加,0.1 molL,-1,FeCl,3,溶液,10,滴，加,6 ml 10%,硫氰酸钾溶液，摇匀，再加,3 ml 10%,二氯化锡溶液，充分地混匀并放置,10 min,，准确加入混合萃取剂,10ml,，振摇,2 min,，待分层后，将有机相移入,1 cm,比色皿中，以试剂空白为参比，于,475 nm,波长处测定吸收值，绘制工作曲线。,实验一：共沉淀分离水中钼,四、实验步骤,-2,2,、水样分析,取水样,250 ml,（约含,5 ugMo,）两份于,400 ml,烧杯中，加,4.5 molL,-1,硫酸,1 ml,，加,0.1 molL,-1,FeCl,3,溶液,1.5 ml用稀氨水将溶液调至,pH=4.0,，沉淀放置,2 h,后，用定性滤纸过滤，沉淀用,15 ml,硫酸和盐酸混合酸溶入分液漏斗中，用,25 ml,水洗涤烧杯和滤纸，洗涤液并入分液漏斗中，加入,6 ml 10%,硫氰酸钾溶液，混匀，以下操作按工作曲线步骤进行。,实验一：共沉淀分离水中钼,五、注意事项,-1,1,、决定本实验结果准确的关键因素之一是，共沉淀,时溶液,pH,的调节，,pH,太低，不产生沉淀；,pH,太,高，,MoO,4,2-,共沉淀少，结果也偏低。为使,pH 4,，,可参照加入,4.5 molL,-1,H,2,SO,4,的量，根据当量定,律，先用,6 molL,-1,氨水中和，后用,1 molL,-1,氨水,调制,pH4,（使甲基橙指示剂刚变黄，或用精密,pH,试纸检验），并形成少量的,Fe(OH),3,沉淀。,2,、沉淀在过滤后溶解时，应保证烧杯、滤纸上的沉,淀完全溶入分液漏斗中，并在洗涤时，保证溶质,无损失地移入分液漏斗。,实验一：共沉淀分离水中钼,五、注意事项,-2,3,、在有机相移入比色槽时，应保证分液漏斗颈干燥,没有水柱，以免放出有机相时产生乳浊液或锡盐,的水解沉淀，影响后面的比色测定。,4,、加入试剂的量应固定。由于五价钼的硫氰酸盐络,合物不够稳定，所以，必须有相当过量的硫氰酸,钾；但二氯化锡还原剂过量太多是有害的，因为,这样可能使钼还原至更低价而生成颜色较浅淡的,硫氰络合物，而使结果偏低。另外，硫氰酸钾和,二氯化锡溶液加入的次序不能颠倒。,实验一：共沉淀分离水中钼,六、思考题,1,、已知,KspFe(OH),3,=3.210,-38,计算说明本实验共沉,淀时调节,pH4.0,可以得到,Fe(OH),3,胶体。,2,、加入,KSCN,和,SnCl,2,顺序为什么不能颠倒？,3,、甲基橙的变色范围是多少？用甲基橙指示溶液的,酸碱度，在,Fe(OH),3,胶体共沉淀,MoO,4,2-,的过程中，,为何溶液颜色会由橙色回到红色？,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,一、目的要求二、实验原理三、试剂与仪器四、实验步骤五、注意事项六、思考题,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,一、目的要求,1,、练习使用离子交换树脂的基本操作；,2,、学习使用离子交换色谱分离的一种重要方,法,制备淋洗曲线。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,二、实验原理,在处理成铵型的阳离子交换树脂上加入Co,2+,、Ni,2+,混合液，Co,2+,、Ni,2+,吸附于柱顶。用柠檬酸缓冲溶液淋洗，镍、钴的柠檬酸络合物不断移下，终于先后被淋出柱外。用分光光度法测得淋洗液中镍和钴的浓度，以浓度对淋洗液体积作图制得淋洗曲线。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,三、试剂与仪器,试剂：,1、标准钴溶液：含Co 20 mg/ml,2、标准镍溶液：含Ni 20 mg/ml,3、Co,2+,、Ni,2+,混合液：含Co、Ni各10 mg/ml,4、柠檬酸缓冲溶液（pH=3.2）（或用2.5%柠檬酸铵溶液）,5、饱和NH,4,Cl溶液,6、732,#,强酸型阳离子交换树脂，Na 型（苯乙烯型）,7、HCl2 molL,-1,8、甲基橙指示剂溶液：0.1%,9、萘氏试剂,10、NaOH6 molL,-1,仪器：,离子交换柱；,722,型分光光度计，,1 cm,比色皿,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,四、实验步骤,-1,1,、离子交换树脂处理,取用水浸泡一夜的阳离子交换树脂装入交换柱中（约 3040 cm高），用2 molL,-1,HCl淋洗至流出液中无Na,+,为止，然后用蒸馏水淋洗至近中性，,接着用饱和,NH,4,Cl淋洗至流出液对甲基橙呈碱性反应（呈橙色），再用50 ml蒸馏水淋洗。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,四、实验步骤,-2,2,、,离子交换色谱分离,用移液管吸取10mlCo,2+,、Ni,2+,混合液，倾于处理好的树脂上，以每分钟2530滴的速度下流，然后用50ml蒸馏水淋洗，调好流速为2.0ml/min，用柠檬酸铵溶液淋洗。在镍淋出前每10分钟收集一次（用10ml量筒收集），镍淋出时每5 ml收集一次，钴淋出后每10 ml收集一次，至淋出液无色。,将收集的溶液分别在670nm和520nm处测定其吸收值A。钴络合物流出前后所收集的溶液可能含有镍和钴，应该两种都测定。,由工作曲线查出各部分溶液的浓度，以浓度相对应的体积，作图绘制淋洗曲线。并计算镍和钴的回收率（两峰重叠部分不计算在内）。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,四、实验步骤,-3,3,、,工作曲线绘制,标准,Co,工作曲线：移取,20 mg/ml Co,标准液,0.5,、,1.0,、,2.5,、,3.5,、,5.0 ml,于,50 ml,容量瓶中，用柠檬酸,缓冲液定容至刻度，摇匀，于,722,型分光,光度计（,1 cm,比色皿,520 nm,）以试剂空,白为参比测,A,，绘制工作曲线，求得吸光,系数,Co,520,。同时，测定加,Co,标准液,5.0 ml,容量瓶溶液在,670nm,处的,A,，求得吸光系,数,Co,670,。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,四、实验步骤,-3,3,、,工作曲线绘制,标准,Ni,工作曲线：移取,20 mg/ml Ni,标准液,0.5,、,1.0,、,2.5,、,3.5,、,5.0ml,于,50ml,容量瓶中，用柠檬酸缓,冲液定容至刻度，摇匀，以试剂空白作参,比，于,670nm,处测,A,，绘制工作曲线，求,得吸光系数,Ni,670,。同时，测定加,Ni,标准液,5.0 ml,容量瓶溶液在,520nm,处的,A,，求得,吸光系数,Ni,520,。,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,四、实验步骤,-3,4,、实验数据处理,从上述工作曲线得出吸光系数,Co,520,、,Co,670,、,Ni,670,和,Ni,520,。实验测得流出,Co,和,Ni,混合液分别在,520 nm,和,670 nm,处的吸光度,A,混,520,、,A,混,670,，由以下方程组计算混合液中,Co,和,Ni,的浓度,C,Co,、,C,Ni,：,A,混,520,C,Co,Co,520,C,Ni,Ni,520,A,混,670,C,Ni,Ni,670,C,Co,Co,670,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,五、注意事项,1,、为检查,Na,型树脂是否已全部变为,H,型，可在,2 molL,-1,HCl,淋洗的流出液中，用较灵敏的碱性萘氏试剂试验替,换出来的少量,NH,4,+,（实验用的树脂部分是铵型的）（代,替检验,Na,+,）至成负反应。,2,、为求淋洗曲线二峰重叠部分,Co,2+,和,Ni,2+,的浓度，可解联,立方程或用二阶行列式求解，为此，在绘制工作曲线,时，必须分别取一份,Co,2+,和,Ni,2+,的标准溶液，（如,2.5,ml,或,5.0 ml,那份），分别测定,670 nm,和,520 nm,波长处的,A,值，再根据,a=A/C,分别求出它们的吸光系数,a,。,六、思考题,1,、实验中，离子交换树脂用,HCl,、,NH,4,Cl,处理的,作用是什么？,2,、实验分离,Ni,和,Co,的原理是什么？为什么可以,分离？,3,、试分析影响淋洗效果的因素？,实验二：离子交换树脂分离水中的钴和镍,实验三：芬顿,(Fenton,),试剂氧化降解含酚废水,一、实验目的二、实验原理三、试剂与仪器四、实验步骤五、数据处理六、思考题,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,一、实验目的,芬顿,(Fenton),试剂对有机污染物的化学降解是前景广阔的高级氧化降解技术，具有反应快、降解完全等优点：,1、了解芬顿试剂氧化降解水中有机污染物（如酚、农,药）的,原理；,2、熟悉芬顿试剂的制备、操作过程和影响因素；,3、,掌握溶液,pH,的调节和控制方法。,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,二、实验原理,-1,过氧化氢与亚铁离子结合形成的芬顿,(,Fenton,),试剂，具有极强的氧化能力，其氧化机理主要是在酸性条件下，利用亚铁离子作为过氧化氢分解的催化剂，反应过程可以生成反应活性极高的氢氧自由基，其具有很强的氧化能力。氢氧自由基可进一步引发自由基链反应，从而降解大部分有机物，甚至使部分有机质达到矿化。,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,二、实验原理,-2,过氧自由基反应的一般过程为：,Fe,2+,+H,2,O,2,Fe,3+,+HO+OH,-,（,1,）,Fe,3+,+H,2,O,2,Fe,2+,+HOO+H,+,（,2,）,Fe,2+,+HO Fe3+,+OH,-,（,3,）,Fe,3+,+HOO Fe,2+,+O,2,+H,+,（,4,）,Fe,2+,+HOO Fe,3+,+HO,2,-,（,5,）,HO+H,2,O,2,HOO+H,2,O,（,6,）,HOO+H,2,O,2,HO+H,2,O+O,2,（,7,）,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,二、实验原理,-3,反应体系十分复杂，其关键是通过,Fe,2+,在反应中起激发和传递电子的作用，使链反应可以持续进行直至,H,2,O,2,耗尽。芬顿试剂降解有机物一般在酸性条件下进行，,pH,对降解影响大。,pH,过高,时，一是随着,pH,的升高，,H,2,O,2,的稳定性降低，高,pH,会造成,H,2,O,2,的分解；二是较高的,pH,对反应（,1,）的抑制作用，不利于,HO,的产生，式（,1,）是产生,HO,的主要反应；三是,Fe,2+,易形成,Fe(OH),3,胶体或,Fe,2,O,3,nH,2,O,无定形沉淀，导致体系的催化活性下降或消失。,pH,过低,时，,H,+,是,HO,的清除剂：,H,+,+HO+Fe,2+,=H,2,O+Fe,3+,，这也不利于,HO,的产生。,另外，,FeSO,4,和,H,2,O,2,的量,和,配比,也会影响芬顿试剂的氧化降解性能,。,三、试剂与仪器,试剂：,1、,苯酚贮备液（,2 g/L,）,2、,苯酚操作液（,200 mg/L,）,3,、苯酚标准液（,10 mg/L,）,4,、,2.3%H,2,O,2,溶液,5,、,20.7 g/L,的,FeSO,4,溶液,6,、,8 g/L K,3,Fe(CN),6,溶液,7,、,2 g/L 4-,氨基安替比林溶液,8,、,NH,3,-NH,4,Cl,缓冲溶液（,pH10.0 0.2,）,9,、,NaOH,溶液（,0.1 mol/L,、,10 mol/L,）,10,、,H,2,SO,4,（,0.1 mol/L,、,10 mol/L,）,仪器：,分光光度计、pH计、比色管、烧杯、容量瓶、量筒,以及各类移液管等,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,四、实验步骤,-1,1,标准曲线制作：分别吸取苯酚标准溶液（,10 mg/L,）,0,、,0.5,、,1,、,3,、,5,、,7,、,10,、,20 mL,于,50 mL,比色管中,定容后，加入缓冲溶液,0.5 mL,，混匀，加入,1 mL 4-,氨基安替比林溶液，混匀，加入,K,3,Fe(CN),6,溶液，,混匀。,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,四、实验步骤,-2,2,、苯酚废水降解及浓度测定,（,1,）样品降解：用苯酚贮备液配制,1.0L 200 mg/L,溶液，,其中含,FeSO,4,溶液,1 mL,，取,7,份,100 mL,溶液，分别,调节,pH,为,1.0,、,2.0,、,3.0,、,4.0,、,5.0,、,6.0,和,7.0,。在上,述系列溶液中加入,2.3%H,2,O,2,1 mL,，搅拌均匀后，,分别在反应,20 min,和,min,后取样。调节反应后,pH,大,于,8,以终止反应。静止,10min,后，取上清液测定苯酚,浓度,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,四、实验步骤,-2,2,、苯酚废水降解及浓度测定,（,2,）样品测定：吸取适量（,1 mL,）的上述反应液于,50 mL,比色管中，加入缓冲溶液,0.5 mL,，混匀，加入,1 mL 4-,氨基安替比林溶液，混匀，加入,K,3,Fe(CN),6,溶液,1 mL,，混匀。静止,10 min,后，于,510 nm,波长,处比色测定。,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,五、数据处理,1、降解率（%）=C,1,/C,0,100%,其中C,0,为初始溶液的苯酚浓度,C,1,为氧化降解后溶液的苯酚浓度,2、不同时间的降解率-pH曲线绘制,以初始溶液pH为横坐标，以苯酚降解率为纵坐标，用系列所得数据绘制20min和40min的降解率pH曲线。通过曲线求得芬顿试剂降解苯酚的最佳pH，并了解芬顿试剂降解有机废水的速度特点。,实验三：芬顿,(Fenton),试剂氧化降解含酚废水,六、思考题,1,、试简述芬顿试剂在污染控制中的适用范围,和应用特点。,2,、试简述芬顿试剂降解苯酚的基本原理。,3,、影响芬顿试剂降解苯酚的因素有哪些？,pH,如何影响？,