吴霞探究性实验2015.5.31教材.doc

La2O3掺杂TiO2 光催化降解农药 废水的研究 实验研究的目的 1、采用光催化降解处理农药废水； 2、通过对稀土元素、二氧化钛用量、光照时间以及掺杂量的控制，测定不同处理条件下废水的COD； 3、确定稀土元素掺杂TiO2处理农药废水的最佳工艺条件。 二、实验研究的背景 长期大规模生产和使用有机磷农药，不仅对环境造成严重污染，在食物及饲料中的残留对人及养殖动物也有严重的影响，在某些环境中也会有较长的残存期并在动物体内产生蓄积作用。所以需要经济方便、安全实用的净化措施消除有机磷农药的污染，妥善的解决有机磷农药生产使用和环境保护的问题。本课题采用稀土元素掺杂氧化物作为光催化剂，使用光催化机理来降解农药使其有机磷转化为无机磷，通过测定降解前后的COD来判断降解的效果。 三、实验原理 1、TiO2光催化降解有机磷农药的机理当受到能量大于或等于TiO2禁带宽度(3.2eV)的光子照射时，TiO2中处于价带的电子被激发跃迁到导带上形成强还原性的导带电子(e－)，同时在价带上产生一个强氧化性的价带空穴(h＋)。电子和空穴或直接和吸附在TiO2表面的有机物反应，或与水分子和溶解氧发生一系列反应，生成强氧化性的OH、O2－，上述反应可描述如： 2、化学耗氧量（COD）测定 (COD)的大小是衡量水质污染程度的重要指标之一。由于废水中还原性物质常常是各种有机物，人们常将COD作为水质是否受到有机物污染的重要指标。COD是指特定条件下，用一种强氧化剂定量地氧化水中可还原性物质(有机物和无机物)时所消耗氧化剂的数量，以每升多少毫克氧表示(O2mg/L),不同条件下得出的COD指不同。由于氧化时受氧化剂的种类、浓度、温度、时间及催化剂的影响，因此COD是一个条件性指标，必须严格控制反应条件。 农药废水的COD范围是在几千到几万左右。 目前COD的测定多采用KMnO4和K2Cr2O7两种方法，KMnO4适合测定地面水、河水等污染不十分严重的水。 4KMnO4 + 6H2SO4 + 5C → 2K2SO4 + 4MnSO4 + 6H2O + 5CO2↑ 2KMnO4 + Na2C2O4 + 8H2SO4 → 5NaSO4 + K2SO4 + 2KMnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O 水样中Cl-的浓度大于300mg/L时将使测定结果偏高，通常加入Ag2SO4除去Cl-。 取水样后加入硫酸使其pH2，抑制微生物繁殖并立即进行分析。 四、实验所用主要仪器设备和药品 : 电热恒温鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司），马弗炉（中国上海电机集团公司电炉厂），800电动离心机（金坛市虹盛仪器厂），电子天平（上海启威电子有限公司），智能双控磁力搅拌器（郑州长城科工贸有限公司），紫外发射仪（上海顾村电光仪器厂），高效液相色谱仪(美国waters公司) （250mL，50mL），（50mL，250mL，500mL），，（10mL，25mL），， 试剂(上海市钛白粉厂)，La(NO3)3，Ce(NO3)3，Nd(NO3)3()，，三唑酮，(分析纯)，高锰酸钾(分析纯)，草酸钠(分析纯) 五、实验部分 1、Ce(NO3)3，Nd(NO3)3， 2、模拟农药废水 KMnO4于2000mL水中，盖上表面皿，加热至沸并保持微沸状态1h，冷却后，在室温下放置过夜后，用砂芯漏斗过滤。滤液贮存于棕色试剂瓶中。，若为无色，再加10mL高锰酸钾溶液或废水量减半，按上述过程再加热煮沸5min，水样呈淡红色。冷却至60～80℃，用移液管加10mL草酸钠溶液，溶液应呈无色，若呈红色，则再加10mL草酸钠溶液。用高锰酸钾标准溶液滴定至淡红色，30s不褪色，即为终点，。 KMnO4滴定至微红色，记下体积(V3)。K=10.0/ (V3- V4) （5）空白测定 取100mL蒸馏水于250mL锥形瓶中，加10mL硫酸(1:2)，水浴加热至75-85℃，用高锰酸钾滴定至微红色，记下体积(V4)。 COD(O2 mg/L)={[( V1 +V2 -V4)*K-1.00]*c(Na2C2O4)*16.00*1000}/V水样 六、结果与讨论 浓度的计算式如下：C=m(Na2C2O4)*25.00*2/{[M(Na2C2O4)*V(KMnO4)/1000]*250.0}*5 标定 表1 高锰酸钾标准溶液的标定 内容 1 2 3 m(Na2C2O4)/g 0.1689 V(Na2C2O4)/mL 25.00 25.00 25.00 V1/mL 0.73 0.10 0.11 V2/mL 26.61 26.12 26.11 △V/mL 25.88 26.02 26.00 c(KMnO4)mol/L 0.0019 0.0019 0.0019 c 0.00