化工園區(qū)廢水處理金屬離子化學(xué)檢測(cè)

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摘要：化工園區(qū)排放的廢水往往會(huì)造成嚴(yán)重的污染，為此針對(duì)化工園區(qū)的廢水處理環(huán)節(jié)提出金屬離子的化學(xué)檢測(cè)研究。以化工園區(qū)廢水來源為基礎(chǔ)，分析其污染現(xiàn)狀；根據(jù)化工園區(qū)的廢水污染現(xiàn)狀，確定化工廢水中金屬離子的檢測(cè)方法與材料，本實(shí)驗(yàn)采用電化學(xué)法檢測(cè)金屬離子，進(jìn)而根據(jù)試驗(yàn)方法與材料確定金屬離子的檢測(cè)過程；通過實(shí)驗(yàn)分析得出，該試驗(yàn)方法對(duì)于樣品中金屬離子的檢測(cè)有著較高的靈敏度，具有良好的檢測(cè)效果。

關(guān)鍵詞：化工園區(qū)；廢水處理；金屬離子；化學(xué)檢測(cè)

本文針對(duì)化工園區(qū)中含有金屬離子廢水的處理，提出對(duì)于化工廢水金屬離子的化學(xué)檢測(cè)研究，旨在為化工園區(qū)含有金屬離子的廢水檢測(cè)與處理提供一定參考。

1金屬離子的檢測(cè)方法與材料

1.1金屬離子的檢測(cè)方法

電化學(xué)檢測(cè)方法檢測(cè)重金屬離子是依據(jù)需要檢測(cè)化工廢水樣品中各種重金屬離子之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而進(jìn)行的定量定性檢測(cè)。進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所得到的參數(shù)來判定化工廢水重金屬離子的類型及實(shí)際濃度，根據(jù)不同重金屬離子在發(fā)生極化時(shí)所需要的電位差異，來確定測(cè)量樣品中金屬離子種類，另外根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)中氧化還原電流峰值的高低判斷測(cè)量樣品中重金屬離子含量。實(shí)際工作原理可分為兩個(gè)步驟：第一步為測(cè)定化工廢水樣品含有鉛、鎘離子溶液在一定的富集過程中發(fā)生還原反應(yīng)沉積在電極上，第二步鉛、鎘離子溶出過程是指含有以上兩種重金屬離子在固定的電位條件下，沉積后的重金屬單質(zhì)經(jīng)過氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為離子又回到重金屬待測(cè)溶液中。不同重金屬元素需要應(yīng)用不同的極化電壓進(jìn)行區(qū)分，通過測(cè)定電流值來判斷鉛、鎘離子濃度間的線性關(guān)系，判斷化工廢水中重金屬元素含量。

1.2試驗(yàn)儀器與試劑

1）儀器：CHI660D型電化學(xué)工作站；FE20/EL20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)；LC-400P手動(dòng)式絲網(wǎng)印刷機(jī)，印刷機(jī)臺(tái)面面積為300mm×500mm，最大印刷面積為250mm×450mm，鋁框350mm×450mm；烘箱；MS300型磁力攪拌器；超純水機(jī)；Ag/AgCl參比電極；鉑電極；分析天平；聚酯絲網(wǎng)網(wǎng)版，網(wǎng)版參數(shù)為張力20N，膜厚40μm，網(wǎng)孔200nm。2）試劑：鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液（100mg/L）；無水乙酸鈉（AR）；乙酸（AR）；硫酸（AR）；多壁碳納米管（MWCNTs），直徑20~30nm；導(dǎo)電銀漿427SS；絲網(wǎng)印刷用碳墨水423SS；5%乙醇溶液；鉛鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.000g/L），超純水溶解至10mg/L。

2金屬離子檢測(cè)過程

將CaCO3顆粒與碳油墨摻雜后進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，再利用酸溶解掉電極工作區(qū)域油墨中的Ca－CO3顆粒，得到多孔絲網(wǎng)印刷碳電極。在進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)前，先在電極表面電鍍鉍膜。電鍍鉍膜有預(yù)鍍鉍膜和同步鍍鉍膜兩種方式，本試驗(yàn)采用的是同步鍍鉍膜的方法，將鉍離子直接添加到被測(cè)溶液中，在進(jìn)行溶出分析過程中，通過負(fù)電勢(shì)沉積的方式將鉍膜與被測(cè)物質(zhì)同時(shí)沉積到電極表面。同步鍍鉍膜的方法較為簡(jiǎn)單，節(jié)省了電極修飾時(shí)間并簡(jiǎn)化了分析流程。但由于檢測(cè)溶液pH值較高時(shí)，同步鍍鉍膜容易發(fā)生水解反應(yīng)：Bi3++3H2O→Bi(OH)3+3H+因此，實(shí)驗(yàn)需要在一定合適的條件下進(jìn)行。在電極的制作過程中，首先將1g納米管在濃鹽酸中超聲清洗6h，然后使用超純水沖洗至pH中性，置于0.5MH2SO4溶液中，以0.1V/s的掃描速率在1.5~2V(vs.Ag/AgC1)范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。每根電極在第一次檢測(cè)分析前都要進(jìn)行如上活化操作。完成電極的活化處理后，在電解池中加入20mL的醋酸緩沖液，隨后加入適量的鉛、鎘以及鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液以及0.01molL的KC1溶液，將活化處理好的絲網(wǎng)印刷電極置入電解池中使之與溶液相接觸。在-1.2V的沉積電壓下沉積300s，靜置時(shí)間10s，方波溶出頻率為15Hz，振幅為25mV，電位增量為4mV。掃描結(jié)束后，電極在0.3V電勢(shì)下清洗30s以去除殘余的鉍膜以及檢測(cè)的目標(biāo)金屬。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫不除氧的環(huán)境下進(jìn)行。

3檢測(cè)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文所使用的金屬離子檢測(cè)方法將電極置于待測(cè)溶液的有效性，根據(jù)檢測(cè)過程，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與分析。采用醋酸緩沖液作為底液，利用方波陽極溶出伏安法對(duì)鉛和鎘離子進(jìn)行檢測(cè)。通過-1.2V，300s的沉積后，使用Bi-P-SPCE電極來檢測(cè)0~30μg/L范圍內(nèi)，鉛和鎘離子溶液的方波溶出伏安信號(hào)。不同濃度鉛鎘離子檢測(cè)靈敏度測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表1可以看出：方波陽極溶出伏安法對(duì)鉛鎘離子的檢測(cè)有著較高的靈敏度，在鉛離子的濃度大于0.1μg/L、鎘離子的濃度大于0.5μg/L時(shí)，樣品中含有的鉛鎘離子可以被檢出。為了進(jìn)一步確定該方法能夠檢測(cè)的鉛鎘離子最低濃度，確定該方法對(duì)于鉛鎘離子檢測(cè)的精確度，根據(jù)鉛鎘離子方波溶出曲線疊加，作出相對(duì)應(yīng)的擬合線性回歸方程曲線。鉛鎘離子方波溶出伏安峰電流與其對(duì)應(yīng)濃度線性擬合圖（見圖1、圖2）。由圖1、圖2可以看出：在0.05~30μg/L范圍內(nèi)，隨鉛離子濃度的增加，其響應(yīng)信號(hào)隨之線性增加，通過圖1擬合得到的相對(duì)應(yīng)線性回歸方程為：在1~30μg/L范圍內(nèi)，隨鎘離子濃度的增加，其響應(yīng)信號(hào)也隨之線性增加，通過圖2擬合得到的相對(duì)應(yīng)線性回歸方程為：由表1、圖1、圖2可以看出：本文所使用的電化學(xué)陽極溶出伏安法，結(jié)合鉍膜多孔絲網(wǎng)印刷碳電極，對(duì)于鉛鎘離子的檢測(cè)可以精確到μg/L，且隨著鉛鎘離子含量的提高，檢測(cè)效果也更準(zhǔn)確。以上基于Bi-P-SPCE所得的鉛鎘離子檢測(cè)限低于一些已報(bào)道的鉍膜電極，能夠滿足在工業(yè)廢水的處理中，對(duì)于工業(yè)廢水中所含有的微量鉛鎘離子的檢測(cè)，且具有較好的檢測(cè)效果。分析表明，該檢測(cè)方法操作較為簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法具備極高的有效性，可為化工園區(qū)廢水中金屬離子檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用以及進(jìn)一步研究金屬離子的處理方法提供依據(jù)。

作者：侯芳 單位：濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院