二氧化氯是自然界中幾乎完全以單體游離原子團型體存在的少數(shù)化合物之一, 氯原子的標準氧化態(tài)是+4 價.二氧化氯氣體易溶于水, 在陰涼、避光和密封的條件下是非常穩(wěn)定的.二氧化氯的氧化還原電位為1.511 V , 在典型的單電子轉(zhuǎn)移過程而生成ClO²﹣ , 此時單電子過程的氧化還原電位為0.95 V.
ClO²﹣ + e﹣=ClO²﹣
二氧化氯具有很強的反應活性和氧化能力, 在水處理的條件下可與很多的有機化合物反應.二氧化氯與酚類化合物、多環(huán)芳烴中的蒽、菲、苯(a)并芘和苯(a)并蒽、有機硫化物(如甲硫醇、硫醚和二硫化物)、脂肪胺(如仲胺、叔胺)、芳香胺(如苯胺、二甲基苯胺)、不飽和化合物(如多數(shù)烯烴、環(huán)乙烯、油酸甲脂)、酮醛類化合物、少數(shù)氨基酸和農(nóng)藥中的對硫磷、殺蟲劑魚藤酮以及腐殖酸HA 和黃腐酸FA 等在水處理條件下或特定條件下反應.在一些實際工程中已有應用報道 .二氧化氯不與脂肪族和芳香族碳氫化合物、羧酸RCOOH(其中R 為飽和烷基)、醇類、一些不飽和羧酸、N —雜環(huán)化合物和有機氯農(nóng)藥等反應.
煤焦油又名水柏油、臭油, 是由煤經(jīng)過干餾而得到的油狀產(chǎn)物, 褐色至黑色.有高溫煤焦油、中溫煤焦油、低溫煤焦油等.煤焦油主要用作膠粘劑和防腐涂料.其中釋放出來的多環(huán)有機物具有強致癌性.含有C8 到C16的脂肪烴和芳香烴以及一些氣態(tài)有機化合物.還含有硫基團(硫基, 硫氰基)和含氧基團(羥基, 醛基和羧基等).這些發(fā)臭基團形成難聞的瀝青氣味.
1 實驗儀器和試劑
1.1 實驗儀器
1)二氧化氯發(fā)生器
2)UV -1601 可見-紫外分光光度計;
3)01 -1 型干燥器;
4)99.99 %的氮氣瓶;
5)086 -電熱恒溫水浴鍋;
6)pHS -3C 型精密pH 計;
7)溫度計;
8)電爐(1 500 kW);
9)其他玻璃儀器.
1.2 主要試劑
二氯甲烷, 煤焦油, 磷酸鹽緩沖溶液(pH =7),碘化鉀, 硫代硫酸鈉, 濃鹽酸, 淀粉, 重鉻酸鉀(以上試劑均為分析純).
1.3 試劑配制
1)煤焦油-CH2Cl2 標準溶液的配制
用電子天平稱取0.0845 g 純煤焦油, 溶于CH2Cl2 中, 然后移入100 mL 容量瓶.稀釋至刻度線, 則此溶液的質(zhì)量濃度為0.845 mg/L .然后用聚四氟乙烯生料帶密封作為標準溶液置于冰箱中.
2)二氧化氯水溶液
將二氧化氯氣體溶于蒸餾水中, 配成高質(zhì)量濃度二氧化氯水溶液, 置于棕色瓶中, 低溫、避光、密封保存、使用時準確測定并稀釋至所需質(zhì)量濃度.
3)1 %淀粉指示劑的配制
用天平稱取1 g 的可溶性淀粉, 用少量水調(diào)成糊狀, 在用剛煮沸的水沖釋至100 mL .冷卻后, 加入0 .4 g 氯化鋅防腐.
4)硫代硫酸鈉溶液的配制
稱取6.9 g 硫代硫酸鈉(Na2S2O3·5H2O)溶于煮沸放冷的水中, 加入0.2 g 碳酸鈉, 用水稀釋至1 000 mL .貯于棕色瓶中, 使用前用0 .025 mol/L 重鉻酸鉀標準溶液標定 .
5)0.025 00 mol/L 重鉻酸鉀溶液的配制
稱取一定量的重鉻酸鉀于干燥箱中, 溫度為105 —— 110 ℃, 烘干2 h , 取出放在干燥器中, 稱取冷卻的重鉻酸鉀1.225 8 g , 溶于水, 移入1 000 mL 容量瓶中, 用水稀釋至刻度線, 搖勻.
2 分析方法
2.1 碘量法測定二氧化氯
采用連續(xù)碘量法測定水中的二氧化氯 .
2.2 煤焦油標準曲線的繪制
分別取標準溶液0 , 0.2 , 0.4 , 0.6 , 0.8 , 1.0 ,1.2 mL 煤焦油溶于1 000 mL 水中, 其水溶液質(zhì)量濃度分別為0 , 0.169 , 0.338 , 0.507 , 0.676 , 0.845 和1.014 mg/L .按上述流程測定其吸光度值見表1 , 并繪制標準曲線如圖1 所示
表1 標準溶液的吸光度
圖1 煤焦油的標準曲線
2.3 煤焦油吸收峰的確定
取標準的煤焦油分別配制成4 mg/L 的煤焦油-二氯甲烷溶液.使用長度為1 cm 石英比色皿, 用氫弧燈等作光源, 在紫外光區(qū)測定其吸收光譜.見圖2 .由圖2 可見, 煤焦油的二氯甲烷溶液在紫外光區(qū)產(chǎn)生3 個比較明顯的波峰, 分別在226 —— 232 ,254 , 290 nm 處.當二氯甲烷從水中把煤焦油萃取出來, 分別在228 nm 和254 nm 處測定吸光度值時,在228 nm 處其吸光度值不停的變化, 變化范圍在0.3 之間, 而在254 nm 處則不存在這樣的現(xiàn)象.所以選254 nm 作測定波長.
圖2 煤焦油的UV 吸收光譜
3 實驗結(jié)果
3.1 ClO2 投量對水中煤焦油的去除效果影響
ClO2 與煤焦油反應1 h 后, 投加稍過量的Na2SO4·5H2O , 然后分別測定對應的吸光度值, 并由標準曲線求得水中煤焦油的剩余量, 同時計算其去除率, 其結(jié)果見表2 和圖3 .以下水樣中煤焦油質(zhì)量濃度均為0.845 mg/L .
表2 二氧化氯的投量對煤焦油的去除率影響
圖3 二氧化氯的投量對煤焦油去除效率影響
從圖3 可以看出, 在起始階段, 隨著二氧化氯投量的增加, 去除率也在增大, 兩者成線性關(guān)系.二氧化氯的投量達到3.544 mg/L 的時候, 煤焦油的去除率達到最大值32 %, 當二氧化氯投量繼續(xù)增大時, 去除率不再發(fā)生變化.
3.2 反應時間對煤焦油去除效果的影響
1)加入二氧化氯用量筒準確量取1 000 mL 的蒸餾水, 倒入梨形漏斗中, 然后用1 mL 移液管量取煤焦油—CH2Cl2 1 mL 溶于水中, 再用10 mL 的移液管移入4 mLClO2(0.886 mg ClO2/L), 劇烈振蕩10min , 靜置反應15 min .
2)萃取和測吸光度過程同上.
3)重復步驟1 .2 , 二氧化氯與煤焦油分別反應20 , 30 , 45 , 60 , 90 , 120min 后, 測定吸光度, 計算方法同上, 其結(jié)果見表3 和圖4 .
表3 反應時間對煤焦油的去除率影響
圖4 反應時間對煤焦油去除效率影響
從圖4 可見, 隨著反應時間延長, 煤焦油的去除率不斷增加.反應前幾十分鐘里, 煤焦油的質(zhì)量濃度下降較快, 45 min 后比較平緩.最大的去除率達到31.9 %.
可見, 煤焦油廢水的去除效果受反應時間的影響不明顯, 二氧化氯能夠在短時間內(nèi)與煤焦油反應完畢, 但對煤焦油的去除效率不是很高.
3.3 反應溫度對煤焦油去除效果的影響
取0.845 mg/L 的煤焦油水樣1 000 mL 共6組, 分別移入1 000 mL 分液漏斗中, 投加4 mL ClO2(886 mg ClO2/mL), 混合均勻(約10 min), 然后分別在28 、32 、35 、40 、45 、60 ℃水浴中加熱, 靜置45 min后, 分別測定吸光度值, 并分別算出剩余煤焦油質(zhì)量濃度和去除率.其結(jié)果見表4 和圖5 .
表4 反應溫度對煤焦油的去除率影響
圖5 表明, 溫度對煤焦油的去除有一定的影響.溫度越高, 煤焦油的去除率越大, 比常溫下高出了10 %.但是當溫度升高到45 ℃以后, 再提高溫度, 去除率也不會增加, 說明二氧化氯與煤焦油的反應已經(jīng)達到平衡.
圖5 反應溫度對煤焦油去除效率影響
由試驗結(jié)果得出結(jié)論:煤焦油的去除率隨著溫度的升高而升高, 最大去除率為42 %.具體參見污水寶商城資料或http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)語
1)用二氧化氯處理質(zhì)量濃度為0.845 mg/L 的煤焦油廢水水樣, 在pH =7 , 溫度為45 ℃, 反應時間為1 h 的條件下, 煤焦油的最大去除率為42 %.相關(guān)閱讀《利于環(huán)保的電鍍廢水處理》
2)煤焦油中含有較多的難降解的有機化合物成分, 例如瀝青等成分.針對這種情況, 含有煤焦油的廢水處理有待于進一步深入的研究.
