上海大学：化学实验教学中心（讲义）含铬废水的处理.pdf_大学文库

实验含铬废水的处理一、目的要求（1）掌握化学还原法处理含铬工业废水的实验原理。（2）熟悉水质参数的测定方法，用分光光度法检验废水中铬的含量。（3）了解工业废水的处理流程及除铬过程中各因素之间的关系。二、实验原理铬是毒性较高的元素之一。铬污染主要来源于电镀、制革及印染等工业废水的排放，以 Cr2O7 2-或 CrO4 2-形式的 Cr（VI）和 Cr（III）存在。由于 Cr（VI）的毒性比 Cr（III）的毒性大得多，为吞入性毒物和吸入性毒物，可造成遗传基因的缺陷，被人体吸入后可致癌，对环境也有持久危害，因此，含铬废水处理的基本原则是先将 Cr（VI）还原为 Cr（III），然后将其除去。传统的含铬废水处理方法有离子交换法、电解法、化学还原法、物理处理法（如活性炭吸附法）、生物法等，其中，化学法占实际工程应用的很大比重。本实验介绍化学还原法和活性炭吸附法。 1．化学还原法-铁氧体法铁氧体是指具有磁性的 Fe3O4 中的 Fe2＋、Fe3＋，部分被与其离子半径相近的其他＋2 价或＋3 价金属离子（如 Cr3＋、Mn2＋等）所取代而形成的以铁为主体的复合型氧化物。可用 MxFe（3-x）O4 表示，以 Cr3＋为例，可写成 CrxFe（3-x）O4。铁氧体法处理含铬废水的基本原理就是使废水中的 Cr2O7 2-或 CrO4 2-在酸性条件下与过量还原剂 FeSO4 作用生成 Cr3＋和 Fe3＋，其反应为 Cr2O7 2- + 6 Fe2+ + 14 H + ⇌ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O HCrO4 - + 3 Fe2+ + 7 H + ⇌ Cr3+ + 3 Fe3+ + 4 H2O 反应结束后加入适量碱液，调节溶液 pH 值并适当控制反应温度，加少量 H2O2 或通入空气搅拌，将溶液中过量的 Fe2+部分氧化为 Fe3+ ,得到比例适当的 Cr3+、 Fe2+和 Fe3+ ,并将其转化为沉淀。 Cr3+ + 3 OH- ⇌ Cr(OH)3↓ Fe2+ + 2 OH- ⇌ Fe(OH)2↓ Fe3+ +3 OH- ⇌ Fe(OH)3↓

当形成的Fe(OH)2和Fe(OH)的量的比例约为1：2时，可生成类似于Fe:O4-xH2O的磁性氧化物（铁氧体），其组成可写成FeFe2O4xH2O,其中部分Fe3+可被Cr+取代，使cr+成为铁氧体的组成部分而沉淀下来。沉淀物经脱水等处理后，即可得到符合铁氧体组成的复合物。铁氧体法处理含铬废水效果好，投资少，简单易行，沉渣量少且稳定。含铬铁氧体是一种磁性材料，可用于电子工业，既保护了环境，又利用了废物。为检查废水处理的结果，常采用比色法分析水中的铬含量。其原理为Cr(VI)在酸性介质中与二苯基碳酰二肼反应生成紫红色配合物，该配合物溶于水，其溶液颜色对光的吸收程度与Cr（VI)的含量成正比。只要把样品溶液的颜色与标准系列的颜色比较（目视比较）或用分光光度计测出此溶液的吸光度，就能测定样品中Cr（VI)的含量。如果水中有Cr(IIl),可在碱性条件下用KMnO4，将Cr(III)氧化为Cr(VI),然后再测定。为防止溶液中Fe2+、Fe+及Hg2+、Hg+等离子的干扰，可加入适量的HPO消除。2.活性炭吸附法废水处理中，吸附法主要用于废水中的微量污染物的去除，以达到深度净化废水的目的。活性炭有吸附铬的性能，但其吸附能力有限，只适合处理含铬量低的废水。活性炭具有吸附容量大、性能稳定、抗腐蚀、在高温解吸时结构稳定性好、解吸容易等特点，可吸附、解吸多次，反复使用。三、仪器与试剂1.仪器分光光度计，电子天平，燃气灯，三脚架，石棉网，容量瓶（50mL），量筒（25mL），烧杯（100mL），滤纸，磁铁，温度计（100℃）等。2.试剂含铬废水，H2SO4溶液（3mol-L-"），H2SO4-H,PO4混酸溶液［15%H2SO4+15%H;PO4+70%H2O（体积比）]，NaOH溶液（6molL），FeSO4溶液（10%），KzCr20标准溶液（10.0mgL-），H202溶液（3%），二苯基碳酰二肼溶液（0.1%），pH试纸等。四、实验步骤1.含铬废水的处理（1）取25mL含铬废水于100mL烧杯中，不断搅拌下滴加3molLHSO4

当形成的 Fe(OH)2和 Fe(OH)3的量的比例约为 1 : 2 时，可生成类似于 Fe3O4·x H2O 的磁性氧化物（铁氧体），其组成可写成Fe 2+ Fe 3+ 2O4·xH2O,其中部分 Fe3+可被 Cr3+取代，使 Cr3+成为铁氧体的组成部分而沉淀下来。沉淀物经脱水等处理后，即可得到符合铁氧体组成的复合物。铁氧体法处理含铬废水效果好，投资少，简单易行，沉渣量少且稳定。含铬铁氧体是一种磁性材料，可用于电子工业，既保护了环境，又利用了废物。为检查废水处理的结果，常采用比色法分析水中的铬含量。其原理为 Cr (VI) 在酸性介质中与二苯基碳酰二肼反应生成紫红色配合物，该配合物溶于水，其溶液颜色对光的吸收程度与 Cr (VI)的含量成正比。只要把样品溶液的颜色与标准系列的颜色比较（目视比较）或用分光光度计测出此溶液的吸光度，就能测定样品中 Cr (VI)的含量。如果水中有 Cr (III),可在碱性条件下用 KMnO4,将 Cr (III)氧化为 Cr (VI),然后再测定。为防止溶液中 Fe2+、Fe3+及 Hg2 2+、Hg2+等离子的干扰，可加入适量的 H3PO4消除。 2.活性炭吸附法废水处理中，吸附法主要用于废水中的微量污染物的去除，以达到深度净化废水的目的。活性炭有吸附铬的性能，但其吸附能力有限，只适合处理含铬量低的废水。活性炭具有吸附容量大、性能稳定、抗腐蚀、在高温解吸时结构稳定性好、解吸容易等特点，可吸附、解吸多次，反复使用。三、仪器与试剂 1.仪器分光光度计，电子天平，燃气灯，三脚架，石棉网，容量瓶（50 mL）, 量筒（25 mL）,烧杯（100 mL）,滤纸，磁铁，温度计（100 ℃）等。 2.试剂含铬废水，H2SO4 溶液（3 mol·L -1）, H2SO4-H3PO4 混酸溶液［15 % H2SO4 + 15 % H3PO4 + 70 % H2O（体积比）］，NaOH 溶液（6mol·L-1）， FeSO4 溶液（10 %）, K2Cr2O7标准溶液（10.0 mg·L-1），H2O2 溶液（3 %），二苯基碳酰二肼溶液（0.1 %），pH 试纸等。四、实验步骤 1.含铬废水的处理（1）取 25mL 含铬废水于 100mL 烧杯中，不断搅拌下滴加 3 mol·L -1 H2SO4

溶液调节pH约为1，然后加入10%的FeSO4溶液（约3~4mL），至溶液由浅蓝色变为亮绿色为止。（2）向烧杯中继续滴加6mol·LNaOH溶液，调节pH为8~9，然后将溶液加热至70℃左右，在不断搅拌下继续滴加3~4滴3%的H202溶液，充分搅拌后冷却静置，使Fe2+、Fe3+、Cr的氢氧化物沉淀沉降。（3）用倾析法将上层清液转入另一个烧杯中以备测定残余Cr（VI)。沉淀用蒸馏水洗涤数次，以除去Nat、Kt、SO2-等离子，然后将其转移到蒸发皿中，用小火加热，并不断搅拌沉淀蒸发至干。待冷却后，称重，并将沉淀物均匀地铺在干净的白纸上，另外用纸将磁铁裹住与沉淀物接触，检查沉淀物的磁性。2.处理后水质的检验(1)配制Cr(VI)系列标准溶液和制作工作曲线：用移液管分别移取K2Cr2O7标准溶液0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL，分别注入50mL容量瓶中并用1~6分别编号，用洗瓶冲洗瓶口内壁，加入20mL蒸馏水，10滴HSO4-HsPO4混酸溶液和3mL0.1%二苯基碳酰二肼溶液，最后用蒸馏水稀释至容量瓶刻度并摇匀（观察各溶液显色情况），得到一系列紫红色溶液，此时瓶中含Cr（Vl)量分别为0.000mgL0.200mgL,0.400mgLl,0.600mgL0.800mgL，1.000mgL。在常温下放置10min待溶液显色完全后，采用1cm比色皿，在最大吸收波长540nm处，以空白（1号）作为参比，用分光光度计测定各瓶溶液的吸光度A，以Cr（VI)含量为横坐标，A为纵坐标作图得到工作曲线。（2）处理后水中Cr(VI)含量的检验：分别取步骤1（3)中的上层清液（若有悬浮物应过滤）10mL于两个50mL容量瓶中（编号7、8)，以下操作同步骤2(1)，测出处理后水样的吸光度，从工作曲线上查出相应的Cr(VI)的浓度，然后求出处理后水中残留Cr(VI)的含量，确定是否达到国家工业废水的排放标准（<0.5mg.Ll)。3.活性炭吸附法（1）称取20g活性炭。（2）取100mL含铬废水于250mL烧杯中，加入称取的20g活性炭，搅拌。（3）静置20min后过滤。（4）取滤液，用步骤2（2)的方法测定滤液的吸光度，从工作曲线上查出相

溶液调节 pH 约为 1,然后加入 10 % 的 FeSO4 溶液（约 3~4mL），至溶液由浅蓝色变为亮绿色为止。（2）向烧杯中继续滴加 6mol·L-1 NaOH 溶液，调节 pH 为 8~9,然后将溶液加热至 70 ℃左右，在不断搅拌下继续滴加 3~4 滴 3 %的 H2O2 溶液，充分搅拌后冷却静置，使 Fe2+、Fe3+、Cr3+的氢氧化物沉淀沉降。（3）用倾析法将上层清液转入另一个烧杯中以备测定残余 Cr (VI)。沉淀用蒸馏水洗涤数次，以除去 Na+、K +、SO4 2-等离子，然后将其转移到蒸发皿中，用小火加热，并不断搅拌沉淀蒸发至干。待冷却后，称重，并将沉淀物均匀地铺在干净的白纸上，另外用纸将磁铁裹住与沉淀物接触，检查沉淀物的磁性。 2.处理后水质的检验（1）配制 Cr (VI)系列标准溶液和制作工作曲线：用移液管分别移取 K2Cr2O7 标准溶液 0.00 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL,分别注入 50 mL 容量瓶中并用 1~6 分别编号，用洗瓶冲洗瓶口内壁，加入 20 mL 蒸馏水， 10 滴 H2SO4-H3PO4 混酸溶液和 3 mL 0.1 % 二苯基碳酰二肼溶液，最后用蒸馏水稀释至容量瓶刻度并摇匀（观察各溶液显色情况），得到一系列紫红色溶液，此时瓶中含 Cr (VI)量分别为 0.000 mg·L-1 ,0.200 mg·L -1 , 0.400 mg·L-1 , 0.600 mg·L-1 , 0.800mg·L-1 , 1.000mg·L-1。在常温下放置 10 min 待溶液显色完全后，采用 1 cm 比色皿，在最大吸收波长 540 nm 处，以空白（1 号）作为参比，用分光光度计测定各瓶溶液的吸光度 A,以 Cr (VI)含量为横坐标，A 为纵坐标作图得到工作曲线。（2）处理后水中 Cr(VI)含量的检验：分别取步骤 1 (3)中的上层清液（若有悬浮物应过滤）10 mL 于两个 50 mL 容量瓶中（编号 7、8）,以下操作同步骤 2 (1), 测出处理后水样的吸光度，从工作曲线上查出相应的 Cr(VI)的浓度，然后求出处理后水中残留 Cr(VI)的含量，确定是否达到国家工业废水的排放标准（＜ 0.5mg·L-1）。 3.活性炭吸附法（1）称取 20 g 活性炭。（2）取 100 mL 含铬废水于 250 mL 烧杯中，加入称取的 20 g 活性炭，搅拌。（3）静置 20 min 后过滤。（4）取滤液，用步骤 2 (2)的方法测定滤液的吸光度，从工作曲线上查出相