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水中低浓度铬的电化学方法测定文献综述

 2020-03-13 09:03  

铬在地壳中平均含量为0.010%~0.011%,自然界中主要形成铬铁矿,大多以三价铬形式存在,在碱性条件下可以被H2O2或Na2O2氧化成Cr(Ⅵ)的铬酸盐。Cr (Ⅲ) 和 Cr ( Ⅵ )为常见的两种稳定氧化态铬,其毒性大小主要由氧化态决定[1]。Cr(Ⅲ) 为人体及动植物维持生命所必须的微量元素,主要功能是调节血糖代谢,并与核酸、脂类和胆固醇的合成以及氨基酸的利用有关,对人的健康有积极的作用[2-4]; 而 Cr(Ⅵ) 有强烈的毒性 ,是已确认的致癌物质之一,能够导致肺癌 、 皮肤损伤 、 哮喘及肾脏疾病等 , 且能造成环境污染, 危害人类的健康[5]。 随着工业发展 ,低浓度的铬及其相关化合物已在受污染的土壤和水体中发现, 因此有关铬的测定对生命科学及工农业等领域都具有重要意义。

1. 铬处理现状

测定水中微量铬的方法迄今已报道的主要有: 分光光度法、 色谱法、 原子吸收光谱法、 荧光分析法、 质谱法、 电化学方法等。 这些方法各具优缺点,在铬的分析测定中有其不同的应用领域。电化学分析法具有仪器设备简单、 灵敏度高、 易于自动化和微型化,不用进行试样分离即可测定元素总量和元素形态等特点[6],已成为铬测试的一种主要手段。尤其是随着化学修饰电极理论和应用的发展[7],电化学分析法测定铬表现出许多优异的性质[8],故在铬形态分析中发挥着越来越大的作用。测定铬(Ⅵ)的各种电化学分析技术已被广泛运用。一些最广泛使用的电极所用材料为铬形态研究如悬汞电极汞电极汞膜电极。有几位作者提出催化吸附溶出伏安法测定二乙三胺五乙酸铬的形态(DTPA)作为配位剂,作为催化剂的硝酸根离子和挂汞滴(HMDE)作为工作电极[9-15]等。使用三毒鼠强-N,N,N,N#8217;,N#8217;#8217;,N#8217;#8217;#8217;-六乙酸(TTHA)作为配位剂的测定铬在金属镓和HMDE(其纯度发挥重要的作用,其在电子和半导体器件)中的应用[16]。用于修饰碳糊电极如中铬的测定CTAB表面活性剂铬酸盐[2],Economou和Brett等使用了铜铁试剂为配位剂的吸附溶出伏安法(AdSV)在HMDE测定铬等其他重金属比如铀和铁[17-18]。铋薄膜镀旋转[19]玻碳电极和汞膜电极[20]也被使用。王等人使用的在原位形成铋膜电极阳极溶出伏安法测定铬(Ⅵ)后,其还原为Cr(Ⅲ),使用氢作为还原剂,在酸性介质中的过氧化,能测定书其他重金属如铅和镉[21]。朱等人在现场使用了镀锡膜电极同时测定铬和镉[22]。Bas使用的可刷新汞膜银基电极和催化AdSV的方法测定铬(Ⅵ)[23]。使用伏安法再加上一批注射液[21],流动注射分析方法[24-25]或在线[26]铬的测定方法也由不同的作者做过报道。据报道康普顿等人使用的各种固体电极如玻碳,硼掺杂金刚石和金电极在酸性介质中进行还原和分析测定铬(Ⅵ),其中金电极相比于其他两个固体电极,表现出优异的性能[27]。下面详细介绍几个常见的电化学分析方法。

2.电化学法

电化学法早在1970年就开始用于从污水中去除Cr(Ⅵ)和其它重金属。电化学法用可溶性电极(铁电极)产生不溶性亚铁离子,吸附污水中的重金属并与之共沉。如果污水中存在Cr(Ⅵ),Fe2 被氧化成Fe3 。而Cr(Ⅵ)则被还原成Cr(Ⅲ)并吸附在非晶形氢氧化铁上而被除去。这种吸附符合弗罗因德利奇公式。铬在铁基体(MATRIX)中结合很紧,经过有毒污染物渗出试验(TCLP)列为无危险的物质(Nonhazardous Material)。

电化学法除铬效果很快,进水铬浓度为15~25mg/L时,处理后Cr(Ⅵ)lt;0.01mg/L,总铬在0.04mg/L左右。

近年来用于铬形态分析的电化学方法主要有库仑法 、 极谱法 、 伏安法 、 离子选择性电极电位分析法等 。

2.1 伏安法  

伏安法具有灵敏度高 、选择性好和工作电极多样化的优点, 适用于痕量金属的形态分析,是近几年发展最快的方法之一。Mieczyslaw Korolczuk[28]建立了一套灵敏度高,选择性好的测定 Cr(Ⅲ)和腐殖酸中痕量 Cr(Ⅵ)的伏安法。许琦等[29]建立了快速测定环境中 Cr(Ⅵ)含量的方波伏安法,结果表明,此方法具有较高的分析测试准确性和灵敏度。严金龙等[30]提出了一个快速分析废铬液中铬(Ⅲ) 的方波伏安法。储海虹等[31]用线性扫描伏安法同时测定 Cr(Ⅵ)、镉、铜。杨百勤[32]等人采用循环伏安法,在优化了电解液的组成的条件下,测定工业废水中μg级的Cr(Ⅵ),并与分光光度法对照,相对误差少于3%,回收率在93.9%~98.9%之间。循环伏安法具有简便、快速、灵敏、准确,不受试样颜色、浊度和沉淀的影响,并且不需要配制标准溶液,可以直接连续测定等特点。

2.2 库仑分析法

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