CN1173165C - 用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量(COD)的方法，属化学分析技术领域，操作步骤包括：第一步反应液制备；第二步光催化降解；第三步测定吸光度A；第四步求出COD值；有价格低廉，无危险，无污染或低污染，测定时间较短(仅需5～15分钟)，操作简单，测定准确度高的优点，特别适于用来测定水体，即水或废水的化学需氧量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量(COD)的方法，确切的说，涉及一种用纳米二氧化钛粉体测定水或废水化学需氧量的方法，属化学分析技术领域。
背景技术
由于水体中有机物的降解需要氧气，因此有机物污染对水体的主要危害表现为其在氧化过程中消耗水中溶解氧(DO)的含量。在规定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧的量，以mgO2/L作为量值的单位，叫做化学需氧量(COD)。COD是对水中还原性物质污染程度的量度，通常将其作为工业废水中含有机物量的指标之一。目前测定废水的COD一般采用重铬酸钾滴定法和库仑法，但这些方法不可避免的存在一些缺点：如消耗大量的浓硫酸、价格昂贵的硫酸银和高污染的重铬酸钾，同时为了消除氯离子的干扰，还需要加入毒性极大的硫酸汞加以掩蔽，且需要高温消解，回流时间长，测定时间较慢(一般需要2～4小时)，操作过程烦琐，测定准确度较差和造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量的方法，该法有氧化能力强，测定快速、准确，对环境无污染或低污染的优点。
本发明的目的可以通过下列技术方案来实现：在浸没式反应器中，加入需要量的纳米二氧化钛粉体和一定体积的水或废水及一定量的无机氧化剂溶液，调节到一定的pH值，恒温搅拌，光照5～15分钟后，用高速离心机离心分离2次，取上层清液，用分光光度法测得水或废水的COD值。
现结合附图详细说明本发明所采用的技术方案：一种用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量的方法，其特征在于，操作步骤包括：
第一步 反应液制备
反应液含半导体纳米二氧化钛粉体，无机氧化剂重铬酸钾溶液，待测水样，去离子水和酸碱调节剂，将纳米二氧化钛粉体加入浸没式反应器，维持最后的纳米二氧化钛粉体的量为4g/L，将重铬酸钾溶液加入浸没式反应器，维持最后的重铬酸钾溶液的浓度为20mmol/L，将5ml待测水样加入浸没式反应器，将去离子水加入浸没式反应器，用5mol/L的硫酸溶液或1mol/L的氢氧化钾溶液调节反应液的pH值至0.5，保持反应液总体积为40ml；
第二步 光催化降解
将搅拌子加入浸没式反应器，开动磁力搅拌器，开启浸入反应液功率为11w的紫外灯，在恒温水浴造成的80℃恒温条件下，反应液进行光催化消解反应10分钟；
第三步 测定吸光度A
反应液离心后，取上层清液，用分光光度计在波长610nm处测定该清液中Cr(III)的吸光度A；
第四步 求出COD值
将A值代入公式COD＝2500A-145.5，得到待测水样的COD值，单位为mg/L。
上述方法的变形，其特征在于，
第一步 无机氧化剂是高锰酸钾溶液，维持最后的纳米二氧化钛粉体的量为3g/L，维持最后的高锰酸钾溶液的浓度为10mmol/L；
第三步 用分光光度计在波长525nm处测定该清液中高锰酸钾的吸光度A；
第四步 将A值代入公式COD＝30.94-204.08A。
工作原理。
上述的方法是以半导体的能带理论为基础。反应液中含半导体。半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带和一个高能导带构成。价带和导带之间的区域为禁带。禁带是一个不连续区域。当用能量等于或大于禁带宽度的光照射半导体时，价带上的电子(e-)被激发跃迁至导带，在价带上产生相应的空穴(h+)，光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，可使与半导体颗粒表面接触的物质被活化氧化，如以下反应简式所示：
在没有其他电子受体存在时，反应液中的无机氧化剂可以获得光生电子(e-)而被还原，减少光生电子和光生空穴的复合，从而增加了半导体的光催化氧化能力。因此根据检测无机氧化剂量的减少可推出含待测水样反应液中的COD值。无机氧化剂的减少量可用经一定时间催化降解反应的反应液的吸光度A来表征。只要先用分光光度计测出该反应液的吸光度A，再利用A与COD的关系式，便可求得待测水样的COD值。
纳米二氧化钛粉体是半导体。如图1所示，用能量等于或大于半导体禁带宽度(3.2eV)的紫外光照射纳米二氧化钛粉体，其导带和价带上分别形成电子-空穴对(e--h+)。光生空穴(h+)有很强的得电子能力，具有强氧化性，可以使待测水样中的有机物降解。但光生空穴又极易和光生电子复合，而减少了其对有机物的消解效果。在含待测水样的反应液中添加无机氧化剂(重铬酸钾或高锰酸钾)，可以使无机氧化剂获得光生电子而被还原，从而增加纳米二氧化钛粉体的氧化能力。
与背景技术相比，本发明的效果是明显的。首先，与背景技术中一般要消耗大量的浓硫酸和价格昂贵的硫酸银以及高污染的重铬酸钾和硫酸汞相比，本发明的价格低廉，无危险，无污染或低污染。其次，本发明在测定时不需要高温，测定时间较短(仅需5～15分钟)，操作简单，测定准确度高。
附图说明
图1是纳米二氧化钛粉体光催化消解反应的原理图。图2是纳米二氧化钛粉体光催化降解反应所需设备的示意图，其中1是磁力搅拌器，2是紫外灯，3是恒温水浴，4是浸没式反应器和5是搅拌子。
具体实施方式
实施例1
测定上海某制药厂污水水样的COD值。以国际标准ISO6066-(E)法测定，其COD值为476.1mg/L。
用本发明所述的方法测定上述污水水样的COD值，按该方法规定的步骤操作，现罗列关键操作如下：
第一步 待测水样是上述污水水样；
第三步 在波长610nm处测定该清液中Cr(III)的吸光度A＝0.2455；
第四步 将A值代入公式COD＝2500A-145.5，得到上述污水水样的COD＝2500×0.2455-145.5＝613.8-145.5＝468.3(mg/L)。
用本发明所述的方法测得的结果与用国际标准ISO6066-(E)法测得的结果相比，偏差为-1.64％。
实施例2
测定上海某自来水厂水样的COD值，以国际标准ISO6066-(E)法测定，该水样的COD值为6.1mg/L。
用本发明所述方法的变形测定上述水样的COD值，按该变形规定的步骤操作，现罗列关键操作如下：
第一步 待测水样是上述水样；
第三步 在波长525nm处测定该清液中高锰酸钾的吸光度A＝0.1207；
第四步 将A值代入公式COD＝30.4-204.08A，得到上述水样的COD＝30.94-204.08×0.1207＝30.94-24.63＝6.31(mg/L)。
用本发明所述方法的变形测得的结果与用国际标准ISO6066-(E)法测得的结果相比，偏差为3.44％。
Claims (2)
1.一种用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量的方法，其特征在于，操作步骤包括：
第一步 反应液制备
反应液含半导体纳米二氧化钛粉体，无机氧化剂重铬酸钾溶液，待测水样，去离子水和酸碱调节剂，将纳米二氧化钛粉体加入浸没式反应器，维持最后的纳米二氧化钛粉体的量为4g/L，将重铬酸钾溶液加入浸没式反应器，维持最后的重铬酸钾溶液的浓度为20mmol/L，将5ml待测水样加入浸没式反应器，将去离子水加入浸没式反应器，用5mol/L的硫酸溶液或1mol/L的氢氧化钾溶液调节反应液的pH值至0.5，保持反应液总体积为40ml；
第二步 光催化降解
将搅拌子加入浸没式反应器，开动磁力搅拌器，开启浸入反应液功率为11w的紫外灯，在恒温水浴造成的80℃恒温条件下，反应液进行光催化消解反应10分钟；
第三步 测定吸光度A
反应液离心后，取上层清液，用分光光度计在波长610nm处测定该清液中Cr(III)的吸光度A；
第四步 求出COD值
将A值代入公式COD＝2500A-145.5，得到待测水样的COD值，单位为mg/L。
2.根据权利要求1所述的用纳米二氧化钛粉体测定水体化学需氧量的方法，其特征在于，
第一步 无机氧化剂是高锰酸钾溶液，维持最后的纳米二氧化钛粉体的量为3g/L，维持最后的高锰酸钾溶液的浓度为10mmol/L；
第三步 用分光光度计在波长525nm处测定该清液中高锰酸钾的吸光度A；
第四步 将A值代入公式COD＝30.94-204.08A。
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