化学还原法处理含铬废水

化学还原法处理含铬废水
YANG Huan
【摘要】铬是人体必需的一种元素,但是六价铬是环境及水质中的一种主要污染物.本实验用化学还原法处理含铬废水,研究了以硫酸亚铁为还原剂,改变pH值和还原剂投料量,对废水中六价铬去除率的影响.在硫酸亚铁理论投料量下,改变待测废水pH值;在最佳pH值下,改变还原剂硫酸亚铁的投料量.实验数据对比发现,pH值为中性时,硫酸亚铁的投料量为理论投料量的1.12倍时,对废水中六价铬的去除率最高.【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2019(047)012
【总页数】3页(P96-97,129)
【关键词】六价铬;还原;硫酸亚铁
【作者】YANG Huan
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】O6-3
铬是一种多价态的金属，其中最常见的是三价和六价，而六价铬的毒性是三价铬的100倍左右，所以我们需要注重六价铬可能对环境的造成的污染以及对人体的伤害。

目前对于含铬废水比较常见的处理方法有以下三种，如:还原沉淀法、离子交换法、生物法。

本实验采用还原沉淀法［1］，其基本实验原理是在酸性条件下将
还原剂添加到废水中，将废水中的六价铬还原成三价铬，最后在碱性条件下使三价铬离子形成沉淀，从而除去铬离子。

还原沉淀法具有一次性投资小、不增加额外设备费用、处理方法简单、pH适用范围广等优点。

1 原料与仪器
原料:重铬酸钾(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;硫酸亚铁(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;浓硫酸(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;乙醇(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;磷酸(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;二苯碳酰二肼(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。

仪器:FC204分析天平，上海精密科学仪器有限公司;DGX－9053B－1电热恒温鼓风干燥箱，上海福玛实验设备有限公司;722N可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司;PHS－25 pH计，上海精密科学仪器有限公司。

2 实验
2.1 六价铬标准曲线的绘制
(1)将重铬酸钾放入烘箱中110℃烘干2 h。

(2)配制1.5 mol/L的硫酸以及7.3 mol/L的磷酸。

(3)称取0.1 g二苯碳酰二肼，用25 mL乙醇和25 mL 1.5 mol/L的硫酸混合溶液溶解并定容至50 mL。

(4)称取烘干的重铬酸钾0.2829 g置于小烧杯中，全部溶解后全量转移至1000 mL容量瓶中，用蒸馏水定容至标线，此时溶液中铬浓度为100 μg/mL。

(5)取上一步配好的溶液10 mL于100 mL容量瓶中定容至标线，此时溶液浓度为10 μg/mL。

(6)准备6个50 mL容量瓶标号，分别取0.0 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、5.0 mL、配制好的标准溶液于容量瓶中并加入1 mL 7.3 mol/L磷酸，用
蒸馏水定容至标线，同时配制空白溶液，静置10 min。

(7)在540 nm波长处测定标准曲线的吸光度。

(8)用空白溶液消除实验误差，绘制浓度与吸光度的标准曲线，以六价铬的浓度为
横坐标，吸光度为纵坐标［2］。

2.2 水样中六价铬的测定
本次实验的水样取自汉阳区某工厂的废水池。

(1)将水样进行多次过滤至无杂质。

(2)取1 mL水样于50 mL容量瓶中，加入2 mL显色剂，1 mL磷酸，用蒸馏水定容至标线，静置10 min。

(3)在540 nm处测得吸光度。

(4)对应标准曲线读取六价铬的含量［3］。

2.3 测定水样pH
(1)将多次过滤后的水样，取适量于小烧杯中。

(2)用pH计测定水样pH值。

2.4 硫酸亚铁还原实验
2.4.1 pH值对六价铬去除率的影响
硫酸亚铁做还原剂的最佳pH值范围
在酸性介质中:
6Fe2++Cr2O27－+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O
E0=1.33－0.771=0.56 V＞0。

中性和弱碱性介质中:
3Fe(OH)2+CrO24－+4H2O=3Fe(OH)3↓+Cr(OH)3↓+2OH
E0=－0.13－(－0.56)=0.43 V
硫酸亚铁在酸碱介质中均能还原六价铬［4］，因预处理过的含铬废水pH值为5，
所以本次实验pH值范围为4，5，6，7。

(1)取4只150 mL的小烧杯标号，各加入100 mL水样。

(2)称取2 g氢氧化钠溶解并定容至50 mL，此氢氧化钠溶液浓度为1 mol/L。

(3)用稀硫酸和配制好氢氧化钠溶液调节水样pH为4、5、6、7。

(4)称取4份109.2 mg的硫酸亚铁，分别加入调节好pH的水样中，用玻璃棒搅拌2 min。

(5)放置30 min后，用移液管分别取上层清液1 mL加入50 mL的容量瓶中，并加入2 mL显色剂，用水定容至标线。

(6)放置10 min后在540 nm处测定吸光度，扣除空白对吸光度的影响，并对应标准曲线找出六价铬的浓度，计算六价铬的去除率。

2.4.2 投料量对六价铬去除率的影响
通过上一步实验确定硫酸亚铁做还原剂的最佳pH值，则这一步实验研究在最佳pH时硫酸亚铁的不同投料量对六价铬去除率的影响，根据化学方程式即硫酸亚铁与六价铬的理论投料比为16∶1［5］，算出还原100 mL含铬废水的理论投料量为硫酸亚铁:109.21 mg。

本次实验设计的两种投料比为16∶1、18∶1、20∶1，所以实验设计投料量为109.21 mg、122.86 mg、136.5 mg。

(1)取三只150 mL小烧杯，各加入100 mL水样。

(2)用稀硫酸溶液调节pH值到硫酸亚铁的最佳pH，用pH计测定。

(3)称取109.2 mg、122.9 mg、136.5 mg硫酸亚铁分别加入三个烧杯中，用玻璃棒搅拌2 min。

(4)放置30 min后，用移液管分别取上层清液1 mL加入50 mL的容量瓶中，并加入2 mL显色剂，用水定容至标线。

(5)放置10 min后在540 nm处测定吸光度，扣除空白对吸光度的影响，并对应标准曲线找出六价铬的浓度，计算六价铬的去除率。

3 结果与讨论
3.1 六价铬的标准曲线
图1为六价铬的标准曲线，其关系式为y=0.7675x+0.00003;式中x为六价铬浓度，y为吸光度。

图1 六价铬标准曲线Fig.1 Standard curve of hexavalent chromium
3.2 水样中六价铬与pH值的测定结果
在540 nm处测得水样的吸光度为0.289，对应标准曲线读取六价铬的含量为0.38 μg/mL［6］，用pH计测得预处理后的水样pH值为5.0。

3.3 硫酸亚铁还原实验的结果与分析
3.3.1 pH值对硫酸亚铁还原效果的影响
在理论投料量下，不同pH值对还原效果影响的实验结果如表1所示，由表1可知当水样pH为7时，六价铬去除率最高88.35%，硫酸亚铁做还原剂时最佳pH 为7。

表1 pH值对六价铬去除率的影响Table 1 Influence of pH value on removal rate of hexavalent chromiumpH 吸光度Abs 六价铬浓度/(μg/mL)六价铬去除率/%4 0.052 0.068 82.18 5 0.051 0.066 82.52 6 0.045 0.059 84.58 7 0.034 0.044 88.35
由表1可知，硫酸亚铁的还原效果在pH值7时，还原效果最好达到88.35%，此时水样为中性，不需要再增加调节pH的步骤，不仅使得处理工艺变得简单起来，而且节省了成本。

3.3.2 投料量对硫酸亚铁还原效果的影响
在pH值为7时，不同投料量对还原效果影响的实验结果见表2。

由表2可知，在pH值为7时每100 mL水样中硫酸亚铁的投料量为122.9 mg时，六价铬的去除率达到最高值88.01%，但当硫酸亚铁的投料量为理论投料量时水样中剩余的六价
铬离子浓度为0.047 μg/mL已经低于工业废水的排放标准0.2 μg/mL［7］，所
以出于成本考虑，硫酸亚铁的投料量范围为1.1～1.23 g/L就能够满足含铬废水的处理要求。

表2 还原剂的投料量对六价铬去除率的影响Table 2 Influence of the amount of reducing agent on theremoval rate of hexavalent chromium还原剂投料量
/mg 吸光度Abs 六价铬浓度/(μg/mL)六价铬去除率/%109.2 0.036 0.047 87.67 122.9 0.035 0.046 88.01 136.5 0.041 0.053 85.95
由表2可知，当硫酸亚铁的投料量为理论投料量的1.12倍时，还原效果达到最大值88.01%，当硫酸亚铁的投料量为理论投料量的1.25倍时，硫酸亚铁的还原效
果下降到85.95%。

4 结论
硫酸亚铁作为处理含铬废水的还原剂，具备成本较低，最佳pH值接近中性，处理后工业废水不需要再经过后续工艺调节pH值，对环境友好［8］，处理工艺简单等优点。

参考文献
【相关文献】
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