工业废水中硫酸根含量测定
2019-03-21赵晶璨赵业军马晓玲
闫 晖, 赵晶璨, 赵业军, 马晓玲
(1.湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034; 2.武汉东湖学院 生命科学与化学学院,湖北 武汉 430212)
中国的淡水资源总量虽然名列世界第四位,但人均水资源量只有2 300 m3,仅为世界平均水平的1/4。然而,中国又是工业大国,是用水量最多的国家之一。工业废水的排放造成一系列环境问题,近年来,工厂废水排放后的处理问题引起了国家的极大重视。
硫酸盐在农业方面的用途:硫酸铜溶液可以用于配制农药波尔多液,硫酸钾是常见的钾肥,硫酸铵是常见的铵态氮肥。
在化工方面的用途:硫酸盐矿物如石膏、硬石膏、重晶石、芒硝等均能富集成具有工业意义的矿床。
总之硫酸及硫酸盐己被广泛应用于冶金、电解、印染、造纸、选矿、农药等行业。
废水中硫酸根含量过高的话,人们不慎大量摄入硫酸盐后出现腹泻、脱水和胃肠道紊乱。环境中有许多金属离子可以与硫酸根结合成稳定的硫酸盐,使淡水湖泊的水酸化、湖水中的鱼类数量减少,甚至消失,影响土壤的理化特性,从而影响土壤中小动物和陆地绿色植物的生长发育。大气中硫酸盐形成的二氧化硫气体对建筑物、文物、金属材料有腐蚀作用。
废水中硫酸根对人体和环境都有危害,国内外测定硫酸根的方法很多,有重量法[1-2]、滴定法[3-7]、原子吸收光谱法[8-10]、分光光度法[11-13]、离子色谱法等[14-15],部分仪器设备太贵,操作也不方便。本文采用比浊法检测工厂废水中硫酸根含量,方法检出限DL=1.054 mg/L、精密度好、加标回收率95.75%～107.86%、比浊法与离子色谱法样品分析的双差绝对值在2%以下,此方法具有仪器设备简单、操作简便、准确度高等优点。
1 实验部分
1.1 主要仪器
7230G紫外可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),78-1磁力搅拌器(金坛市大地自动化仪器厂),883 Basic IC plusmetrohm离子色谱仪(瑞士万通)。
1.2 试剂与材料
(1) 聚乙烯醇:纯度≥90.5%,购于重庆北培化学试剂厂。
(2) 氯化钡(分析纯):纯度≥99.5%,购于成都化学试剂厂。
(3) 无水乙醇(分析纯):纯度≥99.7%,购于天津市北辰方正试剂厂。
(4) 丙三醇(分析纯):纯度≥99.5%,购于天津市科密欧化学试剂有限公司。
1.3 实验方法
取废水样品20 mL于干燥烧杯中,加入4 mL盐酸溶液(1+1),5 mL聚乙烯醇和乙醇混合溶液。在搅拌条件下,沿烧杯壁加入5 mL BaCl2溶液,继续搅拌1 min,放置5 min后,用相应的试剂空白作参比,于紫外可见分光光度计上,在波长420 nm处进行测量。
2 结果与讨论
2.1 吸收波长的选择
分别取400 μg和600 μg硫酸根标准工作溶液,补加蒸馏水至20 mL,再加4 mL盐酸(1+1),5 mL聚乙烯醇和乙醇混合溶液。在搅拌条件下,沿烧杯壁加入5 mL BaCl2溶液,继续搅拌1 min,放置5 min后,用相应的试剂作参比,于紫外可见分光光度计上,在410 nm、420 nm、430 nm、440 nm、450 nm、460 nm、470 nm、480 nm、490 nm处测量吸光度。
图1 吸收波长的选择曲线Fig.1 Selection curve of absorption wavelength
从图1中看出吸光度随着波长的增加而下降,410～425 nm段吸光度下降缓慢一点,所以选择波长420 nm。
2.2 盐酸用量的选择
取400 μg硫酸根标准溶液,分别取盐酸(1+1)1 mL、2 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL、5.5 mL于烧杯中,加入蒸馏水19 mL、18 mL、16 mL、15.5 mL、15 mL、14.5 mL,以下步骤同实验方法。
图2 盐酸用量条件实验曲线Fig.2 Experimental curve of hydrochloric acid dosage conditions
从图2中看出盐酸用量影响不大,但考虑到磷酸根、碳酸根与钡离子共沉淀,使结果偏高,用加大盐酸量来消除其干扰,所以选择4 mL盐酸溶液。
2.3 分散剂的选择
2.3.1 聚乙烯醇
取400 μg硫酸根标准使用溶液于烧杯中,分别取聚乙烯醇溶液2 mL、3 mL、4 mL、5 mL、6 mL、7 mL于烧杯中,加入蒸馏水18 mL、17 mL、16 mL、15 mL、14 mL、13 mL,再加盐酸溶液4 mL,以下步骤同实验方法。
图3 聚乙烯醇用量条件实验曲线Fig.3 Experimental curve of polyvinyl alcohol dosage conditions
2.3.2 甘油
取400 μg硫酸根标准使用溶液于烧杯中,分别取甘油溶液2 mL、3 mL、4 mL、5 mL、6 mL、7 mL于烧杯中,加入蒸馏水18 mL、17 mL、16 mL、15 mL、14 mL、13 mL,再加盐酸溶液4 mL,以下步骤同实验方法。
图4 甘油用量条件实验曲线Fig.4 Experimental curve of glycerol dosage conditions
2.3.3 乙醇
取400 μg硫酸根标准使用溶液于烧杯中,分别取乙醇溶液2 mL、3 mL、4 mL、5 mL、6 mL、7 mL于烧杯中,加入蒸馏水18 mL、17 mL、16 mL、15 mL、14 mL、13 mL,再加盐酸溶液4 mL,以下步骤同实验方法。
2.3.4 乙醇和聚乙烯醇混合溶液
取400 μg硫酸根标准使用溶液于烧杯中,分别取乙醇和聚乙烯醇混合溶液2 mL、3 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL、5.5 mL于烧杯中,加入蒸馏水18 mL、17 mL、16 mL、15.5 mL、15 mL、14.5 mL,再加盐酸溶液4 mL,以下步骤同实验方法。
图5 乙醇用量条件实验曲线Fig.5 Experimental curve of ethanol consumption conditions
图6 乙醇和聚乙烯醇混合液用量条件实验曲线Fig.6 Experimental curve of dosage conditions of ethanol and polyvinyl alcohol mixture
由图3-图6看出,甘油作为分散剂,稳定性较差,灵敏度也较低。聚乙烯醇作为分散剂,稳定性较好,但灵敏度较低。乙醇作为分散剂,灵敏度较低高,但稳定性较差。聚乙烯醇和乙醇的混合试剂作分散剂,稳定性较好,灵敏度较高。从实验数据看,选择了5 mL。
2.4 氯化钡的用量选择
比浊法测定硫酸根,钡离子浓度越大,溶度积可测得的硫酸根越低。因此选择了37%氯化钡5 mL。
2.5 硫酸钡沉淀稳定时间
标准曲线放置1 h后,对400 μg,600 μg,800 μg的硫酸根的吸光值重新测定,发现吸光值变化不显著。
2.6 方法检出限实验
取12份20 mL蒸馏水于烧杯中,加4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
3S=0.003 344查曲线得硫酸根的量21.08 μg,取水样20 mL分析时,方法检出限DL=1.054 mg/L。
表1 硫酸钡沉淀稳定时间数据Table 1 Stabilization time data of barium sulfate precipitation
表2 方法检出限实验数据Table 2 Experimental data of method detection limit
2.7 方法精密度实验
2.7.1 厂总排口-1(分析号:D1700480003)样品
取12份10 mL样品于12个烧杯中,分别加入10 mL蒸馏水,加4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
表3 D1700480003样品方法精密度实验数据Table 3 Method precision experimental data of D1700480003 sample
标准偏差=0.86;平均值=30.01;RSD=2.87%。
2.7.2 厂总排口-4(分析号:D1700480008)样品
取12份10 mL样品于12个烧杯中,分别加入10 mL蒸馏水,加4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
2.8 方法准确度实验
2.8.1 厂总排口-1(分析号:D1700480003)样品
取6份10 mL样品于6个烧杯中,分别加入300 μg硫酸根标准溶液,加8.5 mL蒸馏水,4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
表4 D1700480008样品方法精密度实验数据Table 4 Method precision experimental data of D1700480008 sample
标准偏差=0.69;平均值=29.50;RSD=2.33%。
表5 D1700480003样品方法准确度实验数据Table 5 Method accuracy experimental data of D1700480003 sample
2.8.2 厂总排口-4(分析号:D1700480008)样品
取6份10 mL样品于6个烧杯中,分别加入300 μg硫酸根标准溶液,加8.5 mL蒸馏水,4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
表6 D1700480008样品方法准确度实验数据Table 6 Method accuracy experimental data of D170048000 sample
2.9 样品分析
2.9.1 比浊法
(1) 标准曲线的绘制。分别移取硫酸根标准溶液0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL于烧杯中,加入蒸馏水20 mL、19 mL、18 mL、16 mL、14 mL、12 mL,再加入4 mL盐酸溶液(1+1),以下步骤同实验方法。
比浊法线性方程:A=-0.009 38+6.034 74×10-4C。
(2) 比浊法样品分析。取10 mL样品于干烧杯中,加入10 mL蒸馏水,以下步骤同实验方法。
图7 比浊法标准曲线Fig.7 Standard curve of turbidimetric method
样品编号A硫酸根含量/(mg·L-1)D17004800030.17530.55D17004800040.16729.23D17004800070.16629.06D17004800080.17029.72
2.9.2 离子色谱法测废水中硫酸根的含量
(1) 离子色谱仪主要参数。Metrosep A Supp4分析柱;电导检测器;淋洗液浓度:1.8 mmol/L Na2CO3+1.7 mmol/L NaHCO3;流速:1.0 mL/min;进样体积:20 μL。
(2) 标准曲线的绘制。离子色谱法线性方程:A=-0.035 52+0.218 47C。
图8 离子色谱绘制标准曲线Fig.8 Drawing standard curve by ion chromatography
(3) 离子色谱法样品分析表(表8)。
表8 离子色谱法样品分析数据Table 8 Analytical data of samples by ion chromatography
(4) 比浊法与离子色谱法样品分析的双差(表9)。
表9 比浊法与离子色谱法样品分析结果对比Table 9 Comparison of analytical results of samples by turbidimetryand ion chromatography
经过离子色谱法的对比实验,本方法与离子色谱法测量结果双差很小,在实验误差允许范围内。
3 结论
本文采用比浊法测工厂废水中硫酸根含量,实验结果说明:采取聚乙烯醇和乙醇混合溶剂,波长420 nm;硫酸根在5～40 mg/L范围内线性方程A=-0.009 38+6.034 74×10-4C,相关系数r=0.998 9;方法检出限DL=1.054 mg/L,加标回收率95.75%～107.86%,比浊法与离子色谱法样品分析结果一致性好。对于高含量的样品,1 h内比浊完成,对分析结果无影响,此方法具有仪器设备简单、操作简便、准确度高等优点。
