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1、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
2、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(Fen
3、ton)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,1.遵守实验室的一切规章制度，按时上课。2.注意安全是实验的基本要求。在实验前，了解实验室一些 仪器设备使用方法及安全操作规程。3.认真预习有关实验内容，明确试验目的和要求，了解实验 的基本原理、内容和方法，写好实验预习报告，了解所用 药品和试剂的毒性和其他性质，牢记操作中的注意事项，安排好当天的实验。,绪 论,五、实验课纪律,4.在实验过程中应养成细心观察和及时纪录的良好习惯，实 验数据如实填写在记录本中。实验结束后，记录本须经教 师
4、签字。5.实验中应保持安静和遵守秩序，思想要集中，操作认真，不得擅自离开，尤其要注意安全，严格按照操作规程和实 验步骤进行实验，发生意外事故时，要镇静，及时采取应 急措施，并立即报告指导教师。使用有异味或有毒物质必 须在通风橱中进行操作。,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
5、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
6、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Co2+、Ni2+的溶液、苯酚、乙醚、CCl4等，有强氧化性化学试剂，如H2O2溶液，还有强腐蚀性物质，如浓H2SO
7、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
8、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
9、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
10、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（MoO42-）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)52-，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-12、KCNS 溶液（10%）3、SnCl2 溶液（10%）：100 g二氯化锡（SnCl22H2O）加热
11、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、FeCl3溶液（0.1 molL-1）7、H2SO4（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（(NH4)6Mo7O24.4H2O）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，
12、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 FeCl3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
13、molL-1 FeCl3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，MoO42-共沉淀少，结果也偏低。为使pH 4，可参照加入4.5 molL-1H2SO4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
14、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
15、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SnCl2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MoO42-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
16、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Co2+、Ni2+混合液，Co2+、Ni2+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、Co2+、Ni2+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NH4C
17、l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NH4Cl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
18、换色谱分离 用移液管吸取10mlCo2+、Ni2+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
19、,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Co520。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Co670。,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，
20、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Ni670。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Ni520。,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Co520、Co670、Ni670 和Ni520。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CCo、CNi：A混520 CCo Co520 CNi Ni520 A混670 CNi Ni670 CCo Co670,实验二：离子交换树脂分
21、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NH4+（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Co2+和Ni2+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Co2+和Ni2+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、NH4Cl处理的 作用是什么？2、实验分
22、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
23、、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：Fe2+H2O2 Fe3+HO+OH-（1）Fe3+H2O2 Fe2+HOO+H+（2）Fe2+HO Fe3+OH-（3）Fe3+HOO Fe2+O2+H+（4）Fe2+HOO Fe3+HO2-（
24、5）HO+H2O2 HOO+H2O（6）HOO+H2O2 HO+H2O+O2（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Fe2+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H2O2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，H2O2的稳定性降低，高pH会造成H2O2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Fe2+易形成Fe(OH)3胶体或Fe2O3nH2O无定形沉淀，导致体系的催化活性下降或消失。pH过低时，H+
25、是HO的清除剂：H+HO+Fe2+=H2O+Fe3+，这也不利于HO的产生。另外，FeSO4和H2O2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%H2O2溶液 5、20.7 g/L 的FeSO4溶液 6、8 g/L K3Fe(CN)6溶液 7、2 g/L 4-氨基安替比林溶液 8、NH3-NH4Cl缓冲溶液（pH10.0 0.2）9、NaOH 溶液（0.1 mol/L、10 mol/L）10、H2SO4（0.1 mol/L、10 mol/L）仪器：分光光度计、pH计、
26、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K3Fe(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FeSO4溶液1 mL，取7份10
27、0 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%H2O2 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K3Fe(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（%）=C1/C0100%其中C0为初始溶液的苯酚浓度 C1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？,
