摘要
为了找到一种准确测定二氧化氯及其无机副产物离子的方法,进行了二氧化氯标准溶液的制备,通过亚氯酸钠法制备二氧化氯并对其进行纯化,然后研究探讨了甲酚红分光光度法和五步碘量法在测定单一C102和C102及无机其副产物离子时的使用条件、干扰因素、检出限和精密度等。
为了得出不同温度、pH值、初始浓度下二氧化氯及其无机副产物离子的变化规律及二氧化氯的降解动力学方程,研究了不同温度(15℃, 25℃, 35℃, 45℃)、不同pH值(4.5, 5.5, 6.5, 7.5)条件下不同起始浓度C102溶液中C102, CIO2-, C103-的变化规律,并在室温下进行了模拟水厂运行的动态实验。随着时间的增长,C102溶液中CIO2是呈下降趋势的,在前期下降比较快,后期逐渐变化缓慢;C102-的变化趋势没有呈现明显规律性;C12的变化最初没有呈现规律性,但到后期明显呈增长趋势;C103-则是开始没有测出或者无明显规律,但在后期出现以后一直呈上升趋势。随着温度的升高,CIO2的降解速度变快,C12出现明显增长趋势的点提前,温度越大,C103-越早出现。PH值越大,降解反应的曲线斜率越大,降解反应的速度越快。投药量在0. 5~1. Omg/I.时,lOh的停留时间比较合理,这样饮用水既能达到国家标准规定的限值,消毒效果好,且副产物离子的量也会相对的少很多。
通过动力学分析,得到二氧化氯的降解反应级数为3/2级,二氧化氯降解反应的动力学方程通式为v = kc3/2 (mo1L-1/h-1)。反应速度常数随着温度的升高而增大,在相同的温度梯度下,温度越大,反应速度常数k升幅越大。同一温度下,初始反应速度随初始浓度的增加而增大,初始浓度越大,初始反应速度越大。随着温度增加,初始反应速度呈上升趋势。本实验中二氧化氯纯溶液的降解反应活化能在53.4~77.9kJ/mol ,在常温条件下可以发生自身的降解反应。
6总结
通过本课题的研究,对饮用水中C102的分析方法—甲酚红分光光度法和五步碘量法进行了验证与探讨,研究了温度分别为15℃, 25℃, 35℃, 45℃条件下不同初始浓度的C102溶液浓度随时间的变化,考察了pH值分别为4.5, 5.5, 6.5, 7.5时不同浓度的C102溶液浓度随时间的变化,在室温下进行了模拟水厂运行的动态实验。对Cl02的降解规律及降解动力学进行了深入的研究。通过研究,得出了以下结论:
(1)通过实验、对比、分析得出,甲酚红分光光度法的重复性、稳定性好,操作相对简便,C102检出限为0.02 mg/L,适用于饮用水中仅含有二氧化氯或C102- C103- C12等的含量较低且能掩蔽时的测定,但水中一些矿物离子对显色会有一定干扰五步碘量法可区别测定水溶液中C102, C102- C103- C12等的含量。原方法可用于常规浓度的二氧化氯溶液的测定,当浓度高于3000mg/L误差较大;改进后方法检出限C102为O.O5mg/L, C102一为0.04mg/L C103’为0.23mg/L,精确度良好,可满足于饮用水中CIO2的测定。
(2)随着时间的增长,水中C1O2是呈下降趋势的,在前10~14h下降速度快,10~14h以后下降逐步变缓;C102-的变化没有规律性;C12最初浓度较低且变化没有规律,随着时间的增长呈增长趋势。C103-开始没有出现,从15℃~45℃, C103一的出现点从28h到6h变化;随着温度的升高,C102的降解速度变快,C12出现明显增长趋势的点提前,温度越大,C103一越早出现。初始浓度越大,C10:在初期的降幅越大,C12, C103-的增幅越大;pH值越大,C102的降解反应的速度越快。动态模拟实验表明饮用水中C102浓度从本呈线性下降变化。C102浓度越低,同等时间内的降幅越大。
(3)通过动力学实验与计算,得知二氧化氯的降解反应级数为3/2级,二氧化氯降解反应的动力学方程通式为v = kc3/2molL-1/h'-1)。反应速度常数随着温度的升高而增大,在相同的温度梯度下,温度越大,反应速度常数k升幅越大。同一温度下,初始反应速度随初始浓度的增加而增大,随着温度增加,初始反应速度呈上升趋势。本实验中二氧化氯纯溶液的降解反应活化能在53.4~77.9kJ/mol,在常温条件下可以发生自身的降解反应。
(4)本课题的现实意义及应用前景:
确定了饮用水中C102及其无机副产物的变化规律,可以更好的控制二氧化氯的投加量以及控制其反应时间,在确保消毒效果的前提下,使无机副产物的量处在尽可能小的水平上,减少对人们健康的危害。另外,我们可以更好的预测在某个时间饮用水中C102及其无机副产物的含量,从而判断水质是否达标。
应用二氧化氯及其无机消毒副产物离子的变化规律及动力学方程能对饮用水二氧化氯消毒的工艺设计、二氧化氯发生技术与装置的改进提供理论指导和参考数据。无论对二氧化氯消毒技术的发展还是保障饮水安全均具有重要的现实意义。 |