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1、“污水处理-电浮选凝聚法”实验的改进吴星*吕琳谢苏晋(扬州大学化学化工学院江苏杨州225002)摘要人教版高中实验化学教材中“污水处理电浮选凝聚法”的实验进行改进后,污水的凝聚效果会更理想。改进的方法是:(1)在污水中加入适量的电解质溶液;(2)用铁片和碳棒为阳极,铝片为阴极的三电极电解装置电解;(3)在电解的过程中同时搅拌。关键词污水处理电浮选凝聚法三电极电解装置铁片铝片1 存在的问题人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书实验化学 1中安排了“污水处理-电浮选凝聚法”的实验。图 1双电极电解污水装置实验操作步骤如下:在 100 mL 烧杯中加入 80mL 污水,调节 pH 至 56,
2、平行悬置 2 个电极(铝片作阴极,铁片作阳极)接通直流电源(电压 69 V),调节电流,使电极上有气泡持续生成,电解一段时间后,污水表面逐渐形成一层浮渣,而在烧杯底部也积聚一层沉渣,中间层则为澄清的水。教材中分析该实验的基本原理是:阳极:Fe-2e -=Fe2+2H2O-4e-=O2+4H +4Fe2+10H2O+O2通电 4Fe(OH)3+8H +阴极:2H +2e-=H2该实验较好地体现了化学应用于生产生活实际的思想和绿色化学的理念,在实际生产中电浮选凝聚法处理污水也是常用的方法之一 2。但我们在实验探究时发现,该实验的效果并不十分理想,主要存在下列问题:(1)电解所需直流电压大,中学如果
3、不具备直流稳压电源一般无法进行实验。(2)不同污水电解时,电流调节比较困难。(3)电解产生的 Fe(OH)2只有少量转化成 Fe(OH)3胶体,凝聚效果不理想。2实验改进以铁片为阳极电浮选凝聚法处理生活污水的基本原理是通过电解使铁转化为离子进入溶液,随着电解过程中 H2的析出,溶液的 pH 上升,Fe 2+转化成 Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步转化为Fe(OH)3胶体,从而达到浮选凝聚净水的目的。为使实验效果更为理想,该实验做如下改进:(1)在污水中加入适量的氯化钠或硫酸钠以提高污水的导电能力;(2)采用“三电极”电解装置(铝片为阴极,石墨和铁片同时为阳极,实验装置如图 2 所示),使电
4、解时产生氧气或氯气,提高 Fe(OH)2 进一步转化为 Fe(OH)3 胶体的效率,从而提高净化污水的效果。图 2三电极电解污水装置2.1实验原理以铝片为阴极,石墨和铁片同时为阳极,电解含有氯化钠或硫酸钠的生活污水,发生的电极反应为:阴极(铝片):2H +2e-=H2阳极(铁片):Fe-2e -=Fe2+阳极(石墨):4OH-4e -=O2+2H 2O(污水中含有硫酸钠)或 2Cl-2e-=Cl2(污水中含有氯化钠)电解含有氯化钠溶液的污水时,发生下列反应:2Fe+4H2O 通电 2Fe(OH)2+2H 22Cl-+2H2O 通电 Cl2+H 2+2OH -2Fe(OH)2+Cl2+2OH-=
5、2Fe(OH)3(胶体)+2Cl -电解含有硫酸钠溶液的污水时,发生下列反应:2Fe+4H2O 通电 2Fe(OH)2+2H 22H2O 通电 O2+2H 24Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3(胶体)2.2实验步骤和结果按下列实验步骤进行实验:(1)量取 100 mL 污水于小烧杯中,加入 10 mL 电解质溶液,用酸度计测定污水的 pH。(2)连接好电解装置(双电极电解法如图 1,三电极电解法如图 2),在一定的电压下电解,观察实验现象,测定电解过程中污水的 pH 变化。在不同的条件下,电解污水的实验结果总结于表1 中。表 1电浮选凝聚法处理生活污水的实验结果从表 1 可
6、以发现,用双电极法电解污水时,如果不加电解质溶液,由于污水中电解质浓度太低,即使在较大电压下电解,由于溶液的电阻大,电解效果也不理想;在污水中加入电解质溶液后,用双电极电解时,阳极上主要发生的化学反应是:Fe-2e-Fe2+,产生的氧气很少,除污水表面可观察到少量 Fe(OH)3 生成外,污水中主要生成 Fe(OH)2,污水凝聚效果不好;在污水中加入电解质溶液后,用三电极电解,由于阳极碳棒上生成了氯气(加氯化钠为电解质)或氧气(加硫酸钠为电解质),污水中 Fe(OH)3 生成的速度快,污水凝聚效果好,如果在电解过程中同时搅拌,污水凝聚效果会更理想。3结论人教版高中实验化学教材中“污水处理-电浮选凝聚法”的实验做如下改进,可以达到电解设备简单、电解时间短、污水凝聚快的效果:(1)在污水中加入适量的电解质溶液。(2)用铁片和碳棒为阳极、铝片为阴极的三电极电解装置电解。(3)在电解的过程中搅拌。
