第四小组综合设计实验

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1、第四小组综合设计实验自来水铁离子测定及曝气除铁研究指导老师：丁大伟组员：王亚晨王祺王学军沈仁豪实验项目来源•本实验题目来源于朱世云老师第十七期一个未立项的prp，根据题目查阅相关资料后自行设计了实验目的和方案。实验目的•研究寝室自来水中铁离子的形态和含量，学习并掌握邻菲罗啉法测水体中亚铁离子，总铁的方法。•研究曝气氧化法去除铁离子的效果和影响因素。主要研究两个方面：曝气时间与溶液pH值。•查阅资料，了解工业上常用的去除铁离子的工艺，为寝室用水的净化提出一个可行的处理方案。实验原理1、水中铁离子的来源自然水体和自来水中的铁离子污染十分常见。给水中铁离子含量比较高的原因主要有两方面•一是采用地

2、下水做原水，岩层中的铁离子溶解在水里，呈Fe2+，当其与空气接触后，被氧化成Fe3+；•二是在给水输送，使用过程中铁质管道、离子交换器等陈旧、老化，防腐层剥落破裂，导致铁离子进入给水。实验原理2、给水铁离子危害•在锅炉用水中造成大量水垢，影响锅炉传热效率。还会造成安全问题。•在离子交换技术的水处理中造成树脂中毒。•在日常生活中导致衣物清洗后变黄，降低清洁剂洗涤效率。实验原理3、邻菲罗啉法测定原理•pH值为2~9时，能与邻菲罗啉形成稳定的桔红色络合物，反应式为：Fe2++3CHN[Fe(CHN)]2+148214823•通常控制pH为4~5.•加入还原剂(盐酸羟胺)，将Fe3+还原为Fe2+

3、，可测定总铁含量。反应式为：2Fe3++2NHOH2Fe2++-2HO+2H++N↑222•邻菲罗啉法检出限为不超过0.2mg/ml。实验原理4、曝气氧化法去除铁离子•水中的亚铁离子会被空气中氧气氧化为三价铁，常见反应如：2Fe(HCO)+O＋HO2Fe(OH)+4CO↑322232•理论上氧1mg/L可以氧化二价铁7mg/L，但因氧化反应速度很慢，故需要通过曝气使溶液能与大量空气接触以增加反应速度。•同时曝气去除水中CO2提高了溶液pH。实验原理5、pH影响氧化效率机理•水体的pH值是影响氧化效率的重要因素。其影响机理主要提出过三种观点。•(I)中间产物机理。•(II)铁的水解产物吸附氧

4、的机理。•(III)铁的水解产物破坏水合亚铁离子“遮蔽效应”的自动催化机理。实验仪器与试剂•主要设备有：•分光光度计；•电子天平；•pH计；•气泵；•曝气头；实验仪器与试剂主要试剂有：•0.1%邻菲罗啉；•1%盐酸羟胺；•pH为4.6的乙酸—乙酸钠缓冲溶液•硫酸亚铁铵标准溶液：10μg/mL•NaOH：2mol/L；•稀盐酸：1mol/L；实验步骤1、采样•取干净矿泉水瓶用自来水润洗三次，接满自来水盖好瓶盖，立刻带到学院进行测定。实验步骤2、铁离子含量测定(I)最大吸收波长确定波长440450460470480490495500505506508nm吸光0.1210.1240.1250.1

5、320.1360.1380.1400.1410.1410.1420.143度波长509510511512515520530550570590620nm吸光0.1440.1450.1440.1430.1400.1370.1200.0800.0600.0520.050度•最大吸收波长确定为510nm实验步骤(II)标准曲线绘制0.350.30相关系数0.9995吸光度0.25测定范围0~70μg0.20满足要求0.150.100.050.00010203040506070铁离子含量(μg)实验步骤•(III)水样测定•水样稀释两倍分别测定总铁和亚铁离子含量。吸光度0.0040.001铁离子含量

6、μg0.6010水样铁离子浓度0.0240μg/mL实验步骤3、曝气除铁试验①取150mL上述硫酸亚铁溶液于烧杯中，加入适量的NaOH或者盐酸调节pH值到4.0。②放入曝气头，向溶液内曝气。③隔5min，10min，15min，20min，30min，40min取5mL溶液测定铁离子含量，计算铁离子去除率。测定溶液pH值。④绘制去除率随时间，pH变化曲线。实验步骤3、曝气除铁试验•调节溶液初始pH值分别为5.0，6.0，7.0，同上做实验。实验步骤•不同pH下曝气效率随时间的变化时间min010203040pH4.1000005.202.3811.034.245.76.0025.470.4

7、91.297.47.5041.391.797.498.8实验步骤•不同pH下去除效率随时间的变化图100pH=4.190pH=5.2pH=6.080pH=7.5去除率(%)706050403020100010203040曝气时间(min)实验步骤•相同时间去除率随pH变化图10010min20min9030min40min80去除率%70605040302010045678pH实验结论•寝室自来水中铁离子含量很少，总铁含