Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Очистка вод от тяжелых металлов гуминовыми кислотами. Лабораторный практикум
.pdf
Подготовка к анализу
1.
Смесь Эшка: смешивают по массе две части оксида магния по
ГОСТ 4526 и одну часть безводного карбоната натрия по ГОСТ 83.
Смесь должна полностью проходить через сито с номинальным размером отверстий 212 мкм.
Концентрированный раствор соляной кислоты по ГОСТ 3118,
2.
плотностью около 1,18 г/см
3.
Раствор сульфата калия: взвешивают с погрешностью до ±0,1 мг 2 г
сульфата калия по ГОСТ 4145, предварительно высушенного при
температуре 105–110 °С, растворяют в воде и разбавляют до 1 дм
Хлорид бария, раствор приблизительно 85 г/дм
4.
100
г дигидрата хлорида бария по ГОСТ 4108 в воде и разбавляют до
3
дм
. Перед применением отфильтровывают, используя фильтро-
1
3
, массовой концентрации 36 %.
3
: растворяют
3
.
вальную бумагу с плотной текстурой, дважды промытую кислотой,
или прокладку из фильтровальной бумаги.
Раствор индикатора метилового оранжевого: растворяют 1 г па-
5.
ра-диметиламиноазобензолсульфокислого натрия (метилового оранжевого) в 1 дм
Концентрированный раствор аммиака, не менее 25 %.
6.
7.
Нитрат серебра, раствор 17 г/дм
та серебра по ГОСТ 1277 и разбавляют до 1 дм
3
воды.
3
: растворяют в воде 17 г нитра-
3
. Хранят в темной
стеклянной бутыли.
Проведение измерений
Отбирают исследуемую пробу ГК массой 1г и взвешивают с по-
грешностью ±0,1 мг.
Покрывают дно тигля ровным слоем 0,5 г смеси Эшка, взвешенной с погрешностью ±0,1 мг. Нижний слой смеси Эшка под навеской
уменьшает воздействие на фарфоровую поверхность, чем обеспечивается полная экстракция сульфата горячей водой даже при ухудшении
состояния поверхности. Тщательно смешивают навеску с 2,5 г смеси
Эшка, взвешенной с погрешностью ±0,1 мг в подходящем сосуде. Помещают смесь в тигель вместимостью 25 см
3
или по ГОСТ 9147, раз-
равнивают содержимое легким постукиванием тигля по столу и равномерно покрывают содержимое смесью Эшка массой 1,0 г, взвешенной с погрешностью ±0,1 мг.
Загруженный тигель помещают в холодную муфельную печь, в
течение 1 ч повышают температуру до (800 ± 25) °С и выдерживают
эту температуру минимум 1,5 ч. Вынимают тигель и оставляют для
охлаждения.
21
Кислотная экстракция
S100,
Химический стакан накрывают часовым стеклом, а затем, приподняв, осторожно добавляют достаточное количество раствора соляной кислоты – 17 см
3
. Для более эффективного растворения со-
держимое стакана нагревают и кипятят в течение 5 мин для удаления
оксида углерода (IV) и фильтруют через неплотный фильтр, собирая
фильтрат в химический стакан вместимостью 400 см
Фильтр промывают пятью порциями горячей воды по 20 см
3
.
3
. К сме-
си фильтрата и промывных вод добавляют 2 или 3 капли раствора индикатора метилового оранжевого (красный цвет), а затем осторожно
вливают раствор аммиака до изменения цвета раствора на желтый и появления следов осадка. Добавляют достаточное количество раствора
соляной кислоты для растворения осадка, а затем еще 1 см
3
сверх этого.
Осаждение сульфата бария
После экстракции доливают раствор при необходимости приблизительно до 200–250 см
3
и накрывают химический стакан с раство-
ром часовым стеклом. Накрытый химический стакан нагревают до
закипания раствора, а затем нагрев слегка уменьшают до прекращения кипения раствора. Затем в течение примерно 20 с при перемешивании добавляют из пипетки 10 см
3
холодного раствора хлорида бария
так, чтобы он попадал в центр горячего раствора. В течение 30 мин выдерживают раствор при температуре, близкой к температуре кипения.
После осветления раствора его фильтруют.
Фильтр помещают в предварительно прокаленный и взвешенный
тигель. Тигель медленно вводят в муфельную печь при температуре
(800 ± 25) °
С и нагревают в течение 15–20 мин. Охлаждают в эксика-
торе и повторно взвешивают с погрешностью ±0,1 мг.
Контрольное определение
Контрольное определение выполняют по методике обычного определения, но без исследуемой пробы.
Обработка результатов измерений
Массовую долю общей серы S в пробе, %, вычисляют по формуле
13,74
=⋅
mm
()
m
где m
– масса сульфата бария, полученного при определении, г;
2
– масса сульфата бария, полученного при контрольном опре-
m
3
делении, г;
– масса навески, г.
m
1
22
−
23
1
По стандартной методике обработки экспериментальных резуль-
100;
100,
татов для всех элементов (C, H, N, S) рассчитывают средние значения, а также стандартные отклонения и относительные ошибки. Затем с помощью известных значений влажности (W
элементный состав пересчитывают на сухое Х
состояние Х
(daf) по формулам:
2
a
) и зольности (Aa)
(d) и сухое беззольное
1
XW=⋅
1
X
=⋅
2
100
−−
100
X
a
−
X
aa
WA
где Х – содержание элемента в пробе (аналитическое).
После окончания вычислений все результаты необходимо занести
в таблицу.
№ пробы C
daf
, % H
daf
, % N
daf
, % S
daf
, % S
t
d
, % (метод Эшка)
t
Литература
ГОСТ 8606–93 (ИСО 334:1992) «Топливо твердое минеральное.
Определение общей серы. Метод Эшка».
ГОСТ 2059–95 (ИСО 351:1996) «Топливо твердое минеральное. Ме-
тод определения общей серы сжиганием при высокой температуре».
ГОСТ 30404–2000 (ИСО 157:1996) «Топливо твердое минераль-
ное. Определение форм серы».
ГОСТ 2408.1–95 (ИСО 625:1996) «Топливо твердое минеральное.
Методы определения углерода и водорода».
ГОСТ 2408.4–98 (ИСО 609:1996) «Топливо твердое минеральное.
Методы определения углерода и водорода сжиганием при высокой
температуре».
ГОСТ 28743–93 (ИСО 333:1996) «Топливо твердое минеральное.
Методы определения азота».
ГОСТ Р 53355–2009 «Топливо твердое минеральное. Элементный
анализ».
ГОСТ Р 54244–2010 «Топливо твердое минеральное. Инструментальный метод определения углерода, водорода и азота».
23
Контрольные вопросы
1. Назовите методы определения элементного состава углей.
2.
Назовите преимущества и недостатки инструментальных мето-
дов определения C, H, N, S.
Какие формы представления результата определения содержа-
3.
ния элементов существуют и как пересчитать из одного состояния на
другое?
4.
В чем сущность определения общей серы методом Эшка?
5.
Для чего выполняют контрольное определение серы в методе
Эшка?
24
Лабораторная работа 4
ОЧИСТКА ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ГУМИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ В СОСТАВЕ
ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
4.1. Цель работы
Определение концентрации металлов и степени очистки водных
растворов одноименных солей.
4.2. Теоретическое введение
Функционирование предприятий горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслей приводит к серьезным экологическим последствиям, связанным с загрязнением территорий и водных бассейнов отходами добычи и обогащения твердых полезных ископаемых. При этом в
водную среду попадает значительное количество органических и неорганических веществ, в частности водорастворимых солей тяжелых металлов, оказывающих негативное антропогенное влияние.
Традиционные способы очистки вод от ионов тяжелых металлов основаны, как правило, на применении синтетических ионитов и активированных углей. Применение этих технологий ограничивается высокой стоимостью сорбентов и необходимостью их периодической регенерации.
Бурый и окисленный каменный угли, торф, сапропель и др. содержат гуминовые кислоты, способные связывать ионы тяжелых металлов в устойчивые комплексы.
Особенностью применения гуминовых кислот является то, что
они находятся в составе твердых горючих ископаемых, как правило,
в связанном состоянии. Это обусловливает применение различных
способов активации гуминовых кислот с учетом особенностей состава очищаемых вод, в частности их показателя кислотности.
Так, использование щелочной активации гидроксидом кальция
Ca(OH)
очистке сточных вод от сульфатов и катионов металлов.
кислот в составе бурых углей является их механическая активация
МА). По литературным данным, аналогичный эффект оказывает ме-
(
ханическая обработка на торфы.
мельницах. Это обусловлено относительной простотой проведения опе-
широко распространено в промышленном масштабе при
2
Одним из наиболее эффективных способов активации гуминовых
Наиболее распространенным способом МА является активация в
25
рации и широкой распространенностью аппаратов. Увеличение реакционной способности твердых веществ при механической активации происходит не столько за счет увеличения поверхности при измельчении
что является основным назначением мельниц), сколько за счет накоп-
(
ления в твердом теле различного рода дефектов. Появление такого рода
дефектов объясняет эффективность механохимической активации, так
как именно к ним химические реакции особо чувствительны.
В настоящей работе будет проведено сравнение использования
методов подготовки реагентов для очистки. Реагенты будут готовиться двумя способами.
Способ первый – механоактивация гуминовых кислот в составе
торфа. Способ второй – механоактивация торфа, совмещенная с щелочным гидролизом.
4.3. Подготовка к анализу
1. Реактивы
1.1. Соль хлорида марганца MnCl2 ⋅ H2O, ч.д.а.
1.2.
Соли нитрата стронция Sr(NO
1.3.
Гидроксид кальция Ca(OH)
1.4.
Минеральная кислота, предпочтительно азотная, концентрированная
1.5. Коагулянт, алюмосиликатные квасцы NH4Al(SO4)2, водный раствор
1.6.
Дистиллированная вода
2. Оборудование
2.1. Колба мерная вместимостью 1 л, 2 шт.
2.2.
Колба коническая вместимостью 500 мл, 4 шт.
Лабораторная шаровая мельница со стальными шарами диа-
2.3.
метром 1,5–2 мм (см. рисунок).
3)2
, ч.д.а.
2
, ч.д.а.
26
Стакан стеклянный вместимостью не менее 300 мл, 2 шт.
2.4.
2.5.
Колба для фильтрования, 4 шт.
2.6. Воронка для фильтрования, 8 шт.
2.7.
Фильтр бумажный, 8 шт.
3. Приготовление водных растворов Sr2+ и Mn2+
3.1. Раствор 1. В мерной колбе вместимостью 1 л растворяют 15, 7 мг
соли хлорида марганца MnCl
⋅ H2O, доводят до метки дистиллиро-
2
ванной водой. Раствор настаивают в течение 1 сут.
3.2.
Раствор 2. В мерной колбе вместимостью 1 л растворяют 30,1 мг
соли нитрата стронция Sr(NO
, доводят до метки дистиллированной
3)2
водой. Раствор настаивают в течение 1 сут.
3.3.
Через сутки отбирают по 100 мл каждого раствора и консер-
вируют с использованием минеральной кислоты до значения рН 2.
4. Приготовление реагента
4.1. Реагент А (без Ca(OH)2): в 50 г воздушно-сухого торфа добав-
ляют 60 мл дистиллированной воды и активируют в лабораторной
шаровой мельнице в течение 30 мин в интенсивном режиме. Полученную смесь выгружают, используя дополнительно 120 мл дистиллированной воды, в стеклянный стакан. Полученную смесь отстаивают в течение 1 сут.
Реагент В (с Ca(OH)
4.2.
с Ca(OH)
. Количество гидроксида кальция составляет 2 % от массы
2
: 50 г воздушно-сухого торфа смешивают
2
торфа (в расчете на воздушно-сухое состояние). В полученную смесь
добавляют 60 мл дистиллированной воды и активируют в лабораторной шаровой мельнице в течение 30 мин в интенсивном режиме. Полученную смесь выгружают, используя дополнительно 120 мл дистиллированной воды, в стеклянный стакан. Полученную смесь отстаивают в течение 1 сут.
5. Очистка водных растворов Sr2+ и Mn2+
5.1. В конические колбы вместимостью 500 см3 отбирают по 250 мл
водных растворов Sr
2+
и Mn2+ и добавляют реагент для очистки в соответ-
ствии со схемой эксперимента (см. таблицу). Количество реагента для
очистки должно соответствовать содержанию в нем 1 г сухого торфа.
Очищаемый раствор с реагентом выдерживают в течение 1 сут.
Схема эксперимента
Водный раствор
Sr2+ Реагент А – Реагент B –
Mn2+ – Реагент А – Реагент B
I II III IV
Номер колбы
5.2. Через сутки фильтруют через складчатый фильтр.
5.3.
В фильтрат добавляют 5 мл коагулянта и снова фильтруют.
27
5.4. Полученные фильтраты консервируют минеральной кислотой
100,
до значения pH 2.
5.5.
Содержание стронция и марганца в исходных растворах и по-
сле очистки определяют одним из следующих методов:
–
индукционно связанной плазмы (ISP MS);
– атомно-адсорбционной спектрометрии (ААС);
–
рентгенофлуоресцентный (РФА);
– фотоколориметрический.
4.4. Обработка результатов
1. Полученные в п. 5.5 значения концентраций стронция и мар-
ганца представляют в мг на один литр очищаемого раствора.
2.
Степень очистки растворов α, %, рассчитывают по формуле
cc
−
()
где с
– исходная концентрация металла, мг/л;
исх
с
– концентрация металла после очистки, мг/л.
кон
исх кон
=⋅
α
c
исх
3. Полученные результаты представляют в виде таблицы.
Результаты очистки растворов солей марганца и стронция
Исходный
раствор
Реагент А
Реагент В
Концентрация, мг/л Степень очистки, %
2+
Mn
Sr2+ Mn2+ Sr2+
Литература
Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Сборник методик химического анализа производственных сточных вод. «Министерство электронной
промышленности СССР». М., 1976.
Яковлев С.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные типы загрязняющих веществ.
2.
На каких свойствах ГК основано их применение для очистки от
ионов металлов?
3.
Назовите способы активации ГК в составе ТГИ.
4.
Как рассчитывается степень очистки растворов?
28
Учебное издание
Мейдель Изабелла Михайловна
Эпштейн Светлана Абрамовна
Минаев Владимир Иванович
Нестерова Валерия Георгиевна
Добрякова Надежда Николаевна
ХИМИЯ
Очистка вод от тяжелых металлов
гуминовыми кислотами
Лабораторный практикум
В авторской редакции
Компьютерная верстка М.А. Шамарина
Подписано в печать 25.02.15 Бумага офсетная
Формат 60 × 90 1/
Рег. № 555 Тираж 150 экз. Заказ 4456
Национальный исследовательский
технологический университет «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом МИСиС,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (495) 638-45-22
Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35
16
Печать офсетная Уч.-изд. л. 1,8
29
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]