Главная страница
Контакты

    Главная страница


Контроль содержания металлов электрохимическими методами в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий

Скачать 94.55 Kb.



Скачать 94.55 Kb.
Дата03.05.2017
Размер94.55 Kb.

Контроль содержания металлов электрохимическими методами в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий


    Навигация по данной странице:

3.5 Электрогравиметрия

Электрогравиметрия электрохимический метод количественного анализа, основанный на определении увеличения массы рабочего электрода вследствие выделения на нем определяемого компонента в результате электролиза.

Аналити́ческая хи́мия - наука, развивающая теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического состава веществ.
Как правило, определяемое вещество осаждают в виде металла (или оксида) на предварительно взвешенном платиновом катоде (или аноде). Момент завершения электролиза устанавливают с помощью специфической чувствительной качественной реакции на определяемый ион. Рабочий электрод промывают, высушивают и взвешивают. По разности масс электрода до и после электролиза определяют массу выделившегося металла или оксида.[7]

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ МЕДИ, КОБАЛЬТА, СВИНЦА В ВОДЕ ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

4.1 Перечень методик определения концентраций меди, кобальта, свинца в воде

Контроль качества объектов окружающей среды производится по нормативно-технической документации с грифом «разрешено к применению в РБ».

Экология Эколо́гия (рус. дореф. ойкологія) (от др.-греч. οἶκος - обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος - понятие, учение, наука) - наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.
Существует «Перечень методик выполнения измерения,допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций РБ», согласно которому медь, кобальт и свинец рекомендуется определять по следующим МВИ (таблица.4).[8]

Таблица 4 - Перечень методик выполнения измерения концентрации меди и кобальта в сточных водах

Наименование методики выполнения измерений в данном перечне

Д - диапазон измерений; нижний, верхний пределы измерений;

ХП - характеристика погрешности методики выполнения измерений

1

2

МВИ концентрации кобальта фотометрическим методом с в-нитрозо-б-нафтолом

Д - 1,0 - 12 мкг/пробе

Д - 0,25 - 15 мкг/пробе

Д - 1,0 - 40 мкг/дм3; ХП - 8 - 12%

МВИ концентрации кобальта полярографическим методом

Д - 25 - 125 мг/пробе

Д - св. 0,1 мг/дм3

МВИ концентрации кобальта методом рентгенофлюорисценции

Д - 0,005 - св.1,0 мг/дм3; ХП - 15%

МВИ концентрации кобальта методом ААС

Д - 0,2 - 1,6 мкг/дм3; ХП - 10%

МВИ концентрации кобальта фотометрическим методом с нитрозо-R-солью

Д - 0,028 - 2,5 мг/дм3; ХП - 25%

МВИ концентрации кобальта методом флуориметрии

Д - 0,0001 - 0,0005 мг/дм3; ХП - 65%

Д - 0,0005 - 0,002 мг/дм3; ХП - 40%

Д - 0,002 - 0,005 мг/дм3; ХП - 25%

Д - 0,005 - 0,01 мг/дм3; ХП - 20%

МВИ концентрации кобальта методом рентгенофлюорисценции

Д - 0,011 - 0,1 мг/дм3; ХП - 5%

МВИ концентрации меди фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом натрия

Д - 0,005-0,1 мг/пробе;

Д - 0,01-0,15 мг/пробе;

Д - 1,0-30 мкг/пробе;

Д - 0,01-5 мг/дм3;

МВИ концентрации меди фотометрическим методом с дикупралом

Д - 0,01-1,0 мг/дм3;

МВИ концентрации меди полярографическим методом

Д - 0,02-0,5 мг/дм3;ХП-5-1%;

МВИ концентрации меди фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца

Д - 0,01-0,08 мг/дм3;ХП-25-50%;

Д - 0,005-0,1 мг/дм3;ХП-9,3%;

МВИ концентрации меди фотометрическим методом с пикрамин-эпсилон

Д - 0,01-0,1 мг/дм3;ХП-5%;

Д - 0,5-40 мкг/пробе;

МВИ концентрации меди методом флуометрии

Д - 0,05-0,1 мг/дм3;ХП-50%;

Д - 0,1-0,2 мг/дм3;ХП-25%;

МВИ концентрации меди методом рентгенофлюоресценции

Д - 0,011-1,0 мг/дм3;ХП-25%;

Д-0,001-св1,0мг/дм3;ХП-10-50%

МВИ концентрации меди фотометрическим методом с неокупроином

Д - 2-200 мкг/пробе;

МВИ концентрации меди методом ААС

Д - 0,2-6,0 мг/дм3;

МВИ. МН 3369-2010. Методика выполнения измерений содержания металлов в жидких и твердых матрицах методом атомной абсорбционной спектрометрии

Д - 0,005-0,01 мг/дм3

Д - 0,01-10 мг/дм3

МВИ концентрации свинца фотометрическим методом с дитизоном.

Д - 2 - 30 мкг/дм3

4.2 Методика № 2.2.41.1 МВИ концентрации свинца полярографическим методом

Рассмотрим определение концентрации свинца на примере МВИ концентрации свинца полярографическим методом. Метод основан на электрохимическом концентрировании свинца (II) на ртутно-графитовом электроде при потенциале предельного диффузионного тока (-1,2 В) с последующей регистрацией величины максимального анодного тока, электрорастворения осадка ( Еп = -0,6 В). Рабочий электрод формируется путем концентрирования ртути из разбавленных растворов и соли на поверхности графитового дискового электрода.

Разбавленный раствор - раствор с низким содержанием растворённого вещества. Отметим, что не всегда разбавленный раствор является ненасыщенным - например, насыщенный 0,0000134М раствор практически нерастворимого хлорида серебра является очень разбавленным.
Величина регистрируемого аналитического сигнала соответствует концентрации свинца в анализируемом растворе.

Определению свинца не мешают: медь, кадмий, хром, железо, алюминий, если количество их и свинца соизмеримы.

Продолжительность одного определения, включая УФ-облучение и приготовление реактивов, годных сутки; 4,5 часа, серии из 10 проб - 8 часов.

4.3 Отбор проб

Пробы воды отбираются согласно НВН 3.3-5.3.01-85.

Объем пробы воды должен быть не менее 200 см3. Пробу можно не консервировать.

4.4 Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

Полярограф универсальный ПУ - 1.

Сре́дство измере́ний - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Графитовый электрод. А. с. 998590 (СССР).

Полярографическая ячейка с донной ртутью.

Ртутно-кварцевая лампа типа ПРК -2 по ТУ 16-316.

Баллон со сжатым газом аргоном ГОСТ 10157-79.

Весы аналитические, отвечающие требованиям ТУ 25-06-1131-75

Колбы исполнения 2,1-го класса точности, вместимостью 25,50, 100, 500 и 1000 см3 по ГОСТ 1770-74Е.

Пипетки исполнения 4, 6, 1-го класса точности, вместимостью 1, 2, 5, 10 см3 по ГОСТ 20922-74.

Калий хлористый, KCl, ТУ 6-09-3895-79, «осч(м) 23-3».

Свинец металлический ТУ 6-09-1490-75.

Ртуть (II) азотнокислая 1-водная, ГОСТ 4520-78, Hg(NO3)*H2O, х.ч.

Перикись водорода 30%, H2O2, х.ч., ГОСТ 10929-76.

Кислота соляная, HCl, х.ч., ГОСТ 3118-77.

4.5 Требования безопасности

При выполнении работ необходимо соблюдать правила техники безопасности для химических лабораторий, а также правила техники безопасности по работе со ртутью.

Техника безопасности Техника безопасности (ТБ) - устаревший термин, обозначавший часть функции «охраны труда» - управления производственной деятельностью, направленной на предотвращение травм и заболеваний, связанных с производством.

4.6 Подготовка к выполнению измерений

Включение и подготовка полярографа ПУ-1 к работе проводится в соответствии с правилами эксплуатации полярографа, которые изложены в инструкции к прибору.

Приготовление реактивов.

2.1 Стандартный раствор свинца (II).

Титра́нт (в титриметрическом анализе) - реагент с точно известным титром (концентрацией), добавляемый к исследуемому раствору для количественного анализа содержащихся в нем веществ или их элементов (ионов, функциональных групп).
Основной раствор. 0,1 г металлического свинца растворяют в 50 см3HNO3 (1:1) при нагревании, приливают 50 см3 бидистиллированной воды, кипятят для удаления окиси азота. После этого раствор переводят в мерную колбу и разбавляют водой до 1000 см3, 1 см3 раствора содержит 0,1 мг свинца (II).

Рабочий раствор. 1 см3 основного раствора разбавляют до 100 см3 дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0,001 мг свинца (II). Раствор готовят перед определением.

2.2 Раствор ртути (II) 2*10-3 М. Растворяют 0,34 г Hg (NO3)2*H2Oв 50 см3HNO3 (1:1) и разбавляют водой до 1000 см3. Раствор хранят в склянках из темного стекла.

2.3 Раствор хлористого калия, 2 М.

Оксид азота(II) (мон(о)оксид азота, окись азота, нитрозил-радикал) NO - несолеобразующий оксид азота. В нормальных условиях он представляет собой бесцветный газ, плохо растворимый в воде. Имеет плотность по водороду 14,88, на воздухе коричневеет из-за окисления до диоксида азота.
Хлори́д ка́лия - химическое соединение, формула KCl, калиевая соль соляной кислоты.
Растворяют 149,11 г хлористого калия в мерной колбе на 1000 см3.

4.7 Построение калибровочного графика

В мерные колбы емкостью 100 см3 приливают рабочий раствор свинца (II) в количествах 0, 1, 3, 5, 7, 10 см3; 5 см3 2 М раствора хлористого калия; 0,2 см3 концентрированной соляной кислоты; 0,2 см3 перекиси водорода.

Перокси́д водоро́да или перекись водорода, H2O2 - простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны.
Доводят до метки бидистиллированной водой, перемешивают. Концентрации полученных растворов соответственно равны: 0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,10 мг/дм3. В полярографическую ячейку помещают 20 см3 раствора, 0,2 см3 раствора ртути (II) и удаляют кислород. Накопление проводят в течении 2 минут при напряжении -1,1 V, снимают переменнотоковуюполярограмму при амплитуде переменного напряжения 30 mV, скорости развертки напряжения 6 mV/сек. Графитовый электрод перед каждым измерением зачищают калькой.

Строят градуировочный график, откладывая на оси абсцисс концентрацию свинца (II) в мг/дм3 по оси ординат - высоту пика в мм по средним значениям из 5 параллельных измерений.

4.8 Выполнение измерений

В мерную колбу емкостью 100 см3 помещают 5 см3 2 М раствора хлористого калия, 0,2 см3 концентрированной соляной кислоты, 2 см3 30 %-ного раствора перекиси водорода и доводит до метки анализируемой водой. Тщательно перемешивают и раствор помещают в колбу емкостью 200 см3 из кварцевого стекла.

Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц - однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма - горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического диоксида кремния.
Данный раствор подвергают УФ- облучению в течению 4-х часов. 20 см3 обработанной таким образом воды с добавкой 0,2 см3 ртути (II) полярографируется.

4.9 Вычисление результатов измерения

Концентрацию свинца (II) в анализируемой воде рассчитывают по градуировочному графику или по методу стандартных добавок.

Содержание свинца (II) с использованием градуировочного графика находят

C=C1* (V0 ?V)/V0 (4.1)

где С1 - концентрация свинца (II) по градуировочному графику, мг/дм3;

V0 - объем воды, взятой для анализа, см3;

?V - объем добавок растворов, см3.

Содержание свинца (II) в воде по методу стандартных добавок находят по формуле:

С= (Ccт*H0*?V)/((H*(V0 ?V)/V0-H0)*Vob) (4.2)

гдеCcт- концентрация стандартного раствора определяемого компонента, мг/дм3;

H0- первоначальная высота пика, мм;

?V - объем введенной добавки стандартного раствора определяемого компонента, см3;

H - высота пика определяемого компонента после введения добавки, мм;

V0 - объем пробы воды, введенной в ячейку, см3;

Vob- общий объем раствора в ячейке, см3.

Vob=Vnp VHg2 ??V (4.3)

где ??V - общий объем стандартного раствора свинца.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных измерений, расхождение между которыми не больше значений оперативного контроля Д, приведенных в таблице 5 для данного поддиапазона.

Сре́днее арифмети́ческое (в математике и статистике) множества чисел - сумма всех чисел, делённая на их количество. Является одной из наиболее распространённых мер центральной тенденции.

4.10 Контроль точности результата

Контроль точности результатов измерений содержания свинца (II) проводится с помощью нормативов оперативного контроля воспроизводимости (Д) и точности (К), приведенных для поддиапазона содержания свинца (II) в таблице 5.

Оперативный контроль воспроизводимости и точности результатов измерений содержания свинца (II) проводят в соответствии с Д1.01.9987.3-88. «Методика лабораторного контроля качества измерений состава сточных вод», по результатам анализа рабочей пробы сточной воды и соответствующей ей контрольной пробы, полученной методом добавок СО или растворов свинца (II) с известным содержанием, выполняемого одновременно двумя аналитиками на двух комплектах посуды, реактивов, средств измерения.

Контроль качества - контроль продукции, в процессе её производства, для обеспечения соответствующего качества конечного продукта.

Решение об удовлетворительнойвоспроизводимости результатов измерений принимают при условии:

|C1 - C2|? Д (4.4)

Решение об удовлетворительной точности результатов измерений принимается при условии:

|C - C|? К (4.5)

где С1, С2 - результаты измерения содержания добавки двумя аналитиками;

С - среднее содержание добавки =(С1 С2)/2;

С - введенная добавка;

Д - норматив оперативного контроля воспроизводимости;

К - норматив оперативного контроля точности.[9]

Таблица 5 - Нормативы оперативного контроля воспроизводимости и точности результатов измерения содержания свинца (II)

Поддиапазон содержания свинца, мкг/дм3

Д мкг/дм3

К мкг/дм3

15-100

22,3

11,2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью данной работы является изучение контроля содержания металлов электрохимическими методами в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий.

Гальваническое производство - один из наиболее крупных источников образования сточных вод в машиностроении. Основными загрязнителями сточных вод в гальванических производствах являются ионы тяжелых металлов, неорганические кислоты и щелочи, цианиды, поверхносто-активные вещества.

Неоргани́ческие (минера́льные) кисло́ты - неорганические вещества, обладающие комплексом физико-химических свойств, которые присущи кислотам. Вещества кислотной природы известны для большинства химических элементов за исключением щелочных и щёлочноземельных металлов.
Наиболее опасными загрязняющими веществами являются тяжелые металлы - медь, цинк, кобальт, никель, хром, железо, кадмий и другие. Опасность этих веществ определяется их высокой токсичностью для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способностью к биоаккумуляции и биомагнификации.
Органи́зм (позднелат. organismus от позднелат. organizo - «устраиваю», «сообщаю стройный вид», от др.-греч. ὄργανον - «орудие») - живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи, в том числе обменом веществ, самоподдерживанием своего строения и организации, способностью воспроизводить их при размножении, сохраняя наследственные признаки.

Основными электрохимическими методами определения металлов являются потенциометрия, кулонометрия, вольтамперометрия. Выбор того или иного метода зависит от определяемого металла, его ожидаемой концентрации, наличия мешающих компонентов, а также от допустимой погрешности для данного измерения. Определения производят согласно «Перечня методик выполнения измерения, допущенным к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций РБ».

Поскольку концентрации тяжелых металлов в сточных водах гальванических цехов велики, то чувствительность и точность электрохимических методов анализа позволяют получить достоверные результаты по их содержанию.

Электрохимические методы анализа - группа методов количественного химического анализа, основанные на использовании электролиза.
А простота конструкции и относительно невысокая стоимость приборов для электрохимических определений обусловили их широкое применение в аналитической практике.

За последние годы 2010 - 2015 разработалась только одна новая МВИ, с использованием электрохимического метода анализа: МВИ.МН 4488-2012 Методика выполнения измерений концентрации хлорид-ионов в сточных и поверхностных водах потенциометрическим методом с солями ртути на автоматическом титраторе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Состояние природной среды Беларуси: ежегодный экологический бюллетень 2013 год / НАН Беларуси, М-во природных ресурсов и охраны окружающей среды;

Природные ресурсы - компоненты природы, используемые человеком. Компоненты, которые используются человеком в своих нуждах.
Приро́да - материальный мир Вселенной, в сущности - основной объект изучения естественных наук. В быту слово «природа» часто употребляется в значении естественная среда обитания (всё, что не создано человеком).
Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды - комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.
ред. В. Ф. Логинов. - Минск: Минсктиппроект, 2014. - 361 с.

2.Ионометрия в неорганическом анализе / Л. А. Демина, Н.Б. Краснова, Б.С. Юрищева, М. С.Чупахин . - Москва : Химия, 1991 . - 192 с.

3.Ионоселективные электроды /И.В. Корыта,К.М.Штулик, М.: Мир, 1989. - 272 с.

4.Физико-химические методы анализа / Дмитрович И.Н., Пругло Г.Ф., Федорова О.В., Комиссаренков А.А. - Санкт-Петербург, 2014.- Ч. 1. - С. 1 - 78.

5.Дорохова, Е.Н. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализе / Е.Н. Дорохова, Г.В.Прохорова. М.: Высшая школа. 1991. 256 с.

6.Электрохимические методы анализа. [Электронный документ] - Режим доступа: http://crus55.narod.ru/10-Дата доступа: 23.11.2015.

7.Электрогравиметрия. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5293-Дата доступа: 23.11.2015.

8.Перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций РБ.- Минск 1996. ? Ч.1.

9.Сборник методик выполнения измерений, допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций РБ. - Минск 2005. ? Ч.2. - С. 265 - 270.