污染控制化學(xué)課件

現(xiàn)階段，哪些化學(xué)污染物正成為防治與控制的對(duì)象？這些污染物具有那些主要化學(xué)特征？針對(duì)這些特征，可以使用哪些化學(xué)方法進(jìn)行分離與控制？思考題：思考題：1

什么是混晶共沉淀？混晶共沉淀有哪些類型？什么是均勻分配定律，什么是對(duì)數(shù)分配定律，它們有何聯(lián)系和區(qū)別？怎樣理解均勻分配定律、對(duì)數(shù)分配定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式？思考題：思考題：2◆

分配系數(shù)的測(cè)定

要掌握混晶共沉淀的特征，最重要的是了解共沉淀過(guò)程中被沉淀物質(zhì)在溶液和沉淀中的分配系數(shù)。均勻分配系數(shù)或?qū)?shù)分配系數(shù)均可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常以Ra（鐳）與BaCrO4的共沉淀的例子來(lái)說(shuō)明。把BaCrO4由均勻溶液中沉淀出來(lái)并把它過(guò)濾，測(cè)定各成分。把測(cè)定得到的數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的分配系數(shù)列表見(jiàn)表2-1?！舴峙湎禂?shù)的測(cè)定3Ba沉淀%Ra共沉淀%分配系數(shù)λD6.029.75.76.611.750.65.87.722.175.75.711.033.489.85.617.643.795.15.325.054.598.75.563.464.599.55.1109.5表2-1Ra與BaCrO4由均勻溶液中共沉淀

Ba沉淀%Ra共沉淀%分配系4用（2-2）式和（2-5）式來(lái)計(jì)算D和λ：用（2-2）式和（2-5）式來(lái)計(jì)算D和λ：5

請(qǐng)利用表2-1的原始數(shù)據(jù)分別對(duì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)反映出的均勻分配系數(shù)和對(duì)數(shù)分配系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。請(qǐng)利用表2-1的原始數(shù)據(jù)分別對(duì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)6（1）當(dāng)Ba沉淀（%）=6.0，Ra共沉淀（%）=29.7時(shí)根據(jù)（2-2）式得：

0.297/0.06=D(1-0.297)/(1-0.06)

所以D=6.6

根據(jù)（2-5）式得：

lg1/(1-0.297)=λlg1/(1-0.06)

即λ=lg1.4225/lg1.064

所以λ=5.68

（注意對(duì)于上述兩個(gè)百分?jǐn)?shù)的理解）（1）當(dāng)Ba沉淀（%）=6.0，Ra共沉淀（%）=29.7（2）當(dāng)Ba沉淀（%）=64.5，Ra共沉淀（%）=99.5時(shí)根據(jù)（2-2）式得：

0.995/0.645=D(1-0.995)/(1-0.645)

所以D=109.5

根據(jù)（2-5）式得：

lg1/(1-0.995)=λlg1/(1-0.645)

即λ=lg0.005/lg0.355

所以λ=5.1（2）當(dāng)Ba沉淀（%）=64.5，Ra共沉淀（%）=998

由此可見(jiàn)，N或M的百分含量是針對(duì)自身在晶體或溶液中含量而言的，這一點(diǎn)是我們計(jì)算均勻分配系數(shù)或?qū)?shù)分配系數(shù)的關(guān)鍵。問(wèn)題：由上述計(jì)算過(guò)程我們可以得出何種啟示？由此可見(jiàn)，N或M的百分含量是針對(duì)自身在晶體或溶液中含9■分配定律在污染控制上的意義◆分配系數(shù)＞1：微量組分富集于沉淀中微量污染組分被載帶出體系◆分配系數(shù)＜1，微量組分富集于母液中用于微量污染物與大量物質(zhì)分離◆分配系數(shù)離1越遠(yuǎn)，則分離越好◆分配系數(shù)＝1：用沉淀的方法絲毫達(dá)不到分離的目的■分配定律在污染控制上的意義10其中，對(duì)數(shù)分配定律：◆

λ＞1：微量組分在結(jié)晶中含量自里向外不斷減小◆

λ＜1：微量組分在結(jié)晶中含量自里向外不斷增大◆

λ＝1：得到的是均勻的混晶沉淀。λ＞1：對(duì)應(yīng)于污染物富集λ＜1：對(duì)應(yīng)于沉淀的純化其中，對(duì)數(shù)分配定律：λ＞1：對(duì)應(yīng)于污染物富集λ＜1：11λ

＝5×10-4

定量分離

碘酸釷λ＝5×10-4碘酸釷12(碘酸釷)(碘酸釷)13其對(duì)數(shù)分配系數(shù)：

lg100/(100-0.27)=λlg100/(100-99.5)λ=lg(100/99.73)/lg(100/0.5)=lg1.002707/lg200=0.001174/2.301=5×10-4其對(duì)數(shù)分配系數(shù)：14■吸附共沉淀

使用NaCl(沉淀劑)沉淀Ag+，Ag+沉淀完全后，溶液中Cl-過(guò)量。所以，沉淀表面首先吸附的是Cl-，

而抗衡離子(Na+)部分存在吸附層中，即少量的NaCl被沉淀下來(lái)，這種沉淀被稱為吸附共沉淀。----------------+++--++-吸附離子抗衡離子吸附共沉淀■吸附共沉淀使用NaCl(沉淀劑)沉淀A15◆抗衡離子的吸附共沉淀，一般遵循下列規(guī)律：（1）凡能與構(gòu)晶離子生成微溶或溶解度很小的化合物的離子，優(yōu)先被吸附。

例如BaSO4沉淀后，溶液中SO42-過(guò)量時(shí)，BaSO4沉淀表面吸附的是SO42-，若溶液中存在Ca2+及Hg2+，則共沉淀優(yōu)先吸附的抗衡離子將主要是Ca2+，因?yàn)镃aSO4的溶解度較HgSO4小。如果Ba2+過(guò)量，BaSO4沉淀表面吸附的是Ba2+，若溶液中存在Cl-及NO3-，則共沉淀優(yōu)先吸附的抗衡離子將主要是Cl-，因?yàn)锽aCl2的溶解度比Ba(NO3)2小?！艨购怆x子的吸附共沉淀，一般遵循下列規(guī)律：16

（2）離子的價(jià)數(shù)愈高，濃度愈大，則愈容易被吸附?？购怆x子是不太牢固地被吸附在沉淀表面上的，故常可被溶液中的其它離子所置換，利用這一性質(zhì)，可采取洗滌的方法，將沉淀表面上的抗衡離子部分除去。

請(qǐng)敘述吸附共沉淀的過(guò)程。（2）離子的價(jià)數(shù)愈高，濃度愈大，則愈容易被吸附。17■包藏沉淀中往往有些水或溶劑混入其中(被沉淀包裹著)，這些水并非純水，而是母液，這種現(xiàn)象稱為“包藏”。這種現(xiàn)象使沉淀被“沾污”，從而降低了沉淀分離的效率，這往往需要避免或減輕的■包藏18■后沉淀

◆

定義后沉淀是某一種物質(zhì)沉淀完成后，另一種物質(zhì)隨后在其表面沉淀出來(lái)的現(xiàn)象?！粼沓恋肀砻嫔衔搅诉^(guò)量沉淀劑的離子，使沉淀劑離子的濃度比溶液中高得多（局部過(guò)飽和），促成第二種物質(zhì)發(fā)生沉淀。

◆例子

草酸鈣沉淀與鎂分離中往往產(chǎn)生草酸鎂的后沉淀?！龊蟪恋?9通入H2S時(shí)間（min）在H2S氣中振蕩的時(shí)間（min）鋅的后沉淀（%）備注3037.3*在形同條件下，溶液中不存在HgCl2。41089.232091.536094.53300.1*表2-2硫化鋅的后沉淀（0.05mol/LHgCl2、0.05mol/LZnSO4、0.00175mol/LH2SO4）問(wèn)題：上述事例中首先沉淀的物質(zhì)是什么？簡(jiǎn)述后沉淀發(fā)生的過(guò)程。通入H2S時(shí)間（min）在H2S氣中振蕩的時(shí)間（min）鋅的202.2防止或減少沉淀的沾污

沉淀分離時(shí)，常用下列措施防止或減少沉淀的污染。

表2-3沉淀?xiàng)l件對(duì)沉淀純度的影響沉淀?xiàng)l件沉淀被沾污方式混晶表面吸附包藏后沉淀稀溶液0＋＋0慢沉淀＋＋＋－陳化0＋＋－高混0＋＋0攪拌＋＋＋0洗滌沉淀0＋00再沉淀＋＋＋＋（＋：純度提高；－：純度降低；0：純度沒(méi)有改變，或改變很?。?.2防止或減少沉淀的沾污沉淀?xiàng)l件沉淀被212.2防止或減少沉淀沾污關(guān)鍵：1、要弄清為什么？

2、碰到實(shí)際情況怎樣處理？如：

為什么高濃度溶液的混合操作有利于減少沉淀的沾污？2.2防止或減少沉淀沾污22■

防止或減少沉淀沾污的主要方法◆均勻沉淀法定義：在待處理溶液中，緩慢產(chǎn)生沉淀劑使被處理成份發(fā)生沉淀的過(guò)程。原理：防止沉淀劑局部過(guò)濃。

主要技術(shù)：加熱使特定物質(zhì)水解而均勻產(chǎn)生沉淀劑?！龇乐够驕p少沉淀沾污的主要方法23其它金屬存在（g）沉淀中其它金屬量（mg）用氨水直接沉淀用尿素丁二烯均勻沉淀Mn1.01.70.1Cu0.05~1.021.10.05Ni0.05~1.00.60.3Zn0.05~1.021.61.4Co0.05~0.14.10.4表2-4鋁與其它元素分離效果（每次沉淀0.1g鋁）沉淀中其它金屬量（mg）用氨水直接沉淀用尿素丁二烯均勻沉淀M24◆均勻沉淀法利用的水解反應(yīng)實(shí)例：CO(NH2)2

＋H2O====CO2

＋2NH3△(CH2)6N4

＋6H2O＝4NH3＋6CH2O△(CH3O)2SO4+2H2O===2CH3OH+H2SO4(C2H5O)3PO4+3H2O===3C2H5OH+H3PO4CH3CSNH2+2H2O====CH3COO-+H2S+NH4+△△△CH3CSNH2：硫代乙酰胺◆均勻沉淀法利用的水解反應(yīng)實(shí)例：CO(NH2)2＋H225

◆

小體積沉淀法

定義：

在預(yù)先已處理好的濕潤(rùn)狀的試樣中加入惰性電解質(zhì)（鹽）并攪拌均勻，再加入少量高濃度的沉淀劑，使待分離組分迅速形成沉淀，達(dá)到與其它物質(zhì)分離的目的，由于加入的沉淀劑的體積小，故將此方法稱為“小體積沉淀法”。

Fe3+、Ti3+

、Al3+

混合液→加NaCl成干涸狀→加濃NaOH作用→產(chǎn)物為Fe(OH)3、Ti(OH)3、AlO2-◆小體積沉淀法26◆利用絡(luò)合物的形成

▲

利用KCN掩蔽某些離子用H2S分離Cu2+與Cd2+（Cu(CN)2)

分離Cu2+與Zn2+

分離Au2+與Zn2+、Cd2+▲

利用EDTA或其它螯合劑掩蔽某些離子用NH3分離Fe3+與Ti3+

用KI分離Ag+與Pb2+、Hg2+、Cu2+等

◆利用絡(luò)合物的形成▲利用KCN掩蔽某些離子272.3利用共沉淀現(xiàn)象分離和富集痕量物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：

◆提高分離效率；

◆提高測(cè)定靈敏度；

◆節(jié)省時(shí)間；

◆方法簡(jiǎn)便、處理成本低。使用恰當(dāng)，可以達(dá)到定量分離或富集的效果。2.3利用共沉淀現(xiàn)象分離和富集痕量物質(zhì)使用恰當(dāng)，可以達(dá)到定28■沉淀與共沉淀，它們具有不同的含意：

1、在一定條件下，兩種離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，利用這種反應(yīng)就可去除反應(yīng)離子；

2、兩種離子可經(jīng)沉淀反應(yīng)后形成一種共沉淀劑，利用這種共沉淀劑可以使另外第三種離子（往往是微量物質(zhì)，難以獨(dú)立除去）被共同沉淀而被除去?！龀恋砼c共沉淀，它們具有不同的含意：29■

以混晶共沉淀方法的應(yīng)用為例

應(yīng)用依據(jù)：分配系數(shù)的大小

■以混晶共沉淀方法的應(yīng)用為例30■

混晶共沉淀方法應(yīng)用最經(jīng)典的事例

居里夫人對(duì)Ra的分級(jí)結(jié)晶在操作中，力求方便和有效：總是把相同成分的溶液或結(jié)晶混合在一起，即盡量減少溶液或結(jié)晶的數(shù)目?！龌炀Ч渤恋矸椒☉?yīng)用最經(jīng)典的事例在操作中，力求方便和有效：31■共沉淀與沉淀載體共沉淀可用于微量污染物的分離：載帶作用：常用Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀作為載體來(lái)共沉淀分離微量元素，在這一過(guò)程中微量元素被載帶出溶液而被除去，這種作用被稱為載帶作用，微量元素被載帶的比例稱為沉淀劑（載體）的載帶效率?！龉渤恋砼c沉淀載體32▲共沉淀分離關(guān)鍵是載體的選擇，載體的載帶效率要高，具體要求：

1、載體對(duì)微量組分具有強(qiáng)烈的吸附力；

2、載體應(yīng)容易除去；

3、載體不干擾微量組分的分析或后續(xù)處理，載體最好是無(wú)色的。污染控制化學(xué)課件33◆無(wú)機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用金屬氫氧化物：Fe(OH)3→Mo金屬硫化物：ZnS→As金屬及非金屬單質(zhì)載體：Hg→Au硫酸鹽：PbSO4→Ba;BaSO4→Pb磷酸鹽：FePO4→Al草酸鹽：CaC2O4→Mg鉻酸鹽：BaCrO4→Ra◆無(wú)機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用342.3.4有機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用■有機(jī)共沉淀劑的優(yōu)點(diǎn)：（1）易用灼燒法除去載體如放射化學(xué)中常用來(lái)制備無(wú)載體的元素；（2）吸附無(wú)機(jī)離子的傾向較小，利于分離；（3）根據(jù)有機(jī)試劑作用的規(guī)律，可以改進(jìn)共沉淀劑的性能，合成新的有機(jī)共沉淀劑；如：8-羥基喹啉喹啉-2-甲酸

Ksp(CuL2):2.010-301.610-17CuL2載帶Ag的情況×√

（4）可以放大微量物質(zhì)的稱樣量。2.3.4有機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用35■有機(jī)共沉淀的可能機(jī)理：①生成固溶體；固溶體是以某一組元為固態(tài)溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶入其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。②有機(jī)載體的吸附作用；③沉淀的化合物形成結(jié)晶中心，有機(jī)共沉淀劑析出在它上面（包裹）。其中：①為均勻沉淀；②、③為非均勻沉淀?！鲇袡C(jī)共沉淀的可能機(jī)理：36■有機(jī)共沉淀作用的分類◆以正鹽狀態(tài)共沉淀例如：疏水陰離子：Zn(SCN)42-

疏水陽(yáng)離子：甲基紫正鹽：硫氰酸鋅甲基紫化合物載體：硫氰酸甲基紫這種共沉淀的選擇性取決于疏水陰離子（例如Zn(SCN)42-）的穩(wěn)定性，疏水陰離子愈穩(wěn)定，愈易共沉淀。■有機(jī)共沉淀作用的分類37■

有機(jī)共沉淀作用的分類◆有機(jī)螯合物共沉淀例如Ni2+會(huì)與8-羥基喹啉生成螯合物，加入β-萘酚的酒精溶液后，生成的固態(tài)β-萘酚會(huì)把Ni2+的8-羥基喹啉化合物共沉淀下來(lái)。■有機(jī)共沉淀作用的分類38◆

以膠體存在的元素共沉淀▲一些元素以膠體狀態(tài)存在（如W、Sn、Si等）這種情況下共沉淀劑選擇：沉淀劑由兩種組分組成：一種組分是以膠體化學(xué)機(jī)理來(lái)沉淀存在的膠體顆粒（有機(jī)凝聚劑），另一種則以化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉淀以離子狀態(tài)存在的元素（沉淀劑）。例如：堿性染料和單寧曾成功地用來(lái)沉淀極?。?∶1×1010）溶液中的鎢。由于兼?zhèn)鋬煞N機(jī)理，所以這類共沉淀的選擇性較差。◆以膠體存在的元素共沉淀39

試述吸附共沉淀和后沉淀的異同點(diǎn)。試述混晶共沉淀在污染控制上的意義。有哪些防止或減少沉淀沾污的主要方法，它們的基本原理是什么？什么是載帶作用和載帶效率？思考題：思考題：40■膠體體系簡(jiǎn)介

通常，一個(gè)體系去除污染物不單只有沉淀化學(xué)過(guò)程，有時(shí)還需去除以膠體存在的污染物質(zhì)，這種體系要達(dá)到類似沉淀的效果并非容易。懸浮體和溶膠顆粒大小為10-3—10-9m，這種分散系具有很大界面，屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系這些顆粒從分散介質(zhì)中自動(dòng)聚集沉淀出來(lái)的速率很慢，即處于一種“介穩(wěn)”狀態(tài)，其主要原因：懸浮體及溶膠表面帶電，顆粒間電性相同■膠體體系簡(jiǎn)介通常，一個(gè)體系去除污染412.4絮凝過(guò)程■絮凝過(guò)程是指膠體分散系同時(shí)發(fā)生凝聚作用和絮凝作用的表觀過(guò)程?！裟圩饔茫菏谷苣z相互接觸，脫穩(wěn)而聚結(jié)成一定粒徑的聚集體的過(guò)程。◆絮凝作用：使聚集體進(jìn)一步聚集成絮狀體（礬花），成為下沉粒子的過(guò)程。在絮凝過(guò)程中這兩種作用相互促進(jìn)，交錯(cuò)進(jìn)行，不可能將兩者嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。2.4絮凝過(guò)程42絮凝過(guò)程示意圖

絮凝過(guò)程示意圖43■

絮凝過(guò)程◆異向絮凝和同向絮凝絮凝速度取決于膠體脫穩(wěn)速度（接觸碰撞），造成顆粒碰撞的主要原因是布朗運(yùn)動(dòng)、水流速度差及水流紊動(dòng)性。由布朗運(yùn)動(dòng)引起的碰撞凝聚稱異向絮凝；由水流速度差及水流紊動(dòng)性引起的碰撞凝聚稱同向絮凝。膠粒的絮凝過(guò)程是以異向絮凝為主還是以同向絮凝為主，主要取決于膠粒粒徑和速度梯度；微小顆粒一般總是先進(jìn)行異向絮凝（混合階段），待粒徑增大后，隨即進(jìn)行同向絮凝（反應(yīng)階段）■絮凝過(guò)程◆異向絮凝和同向絮凝44■

絮凝過(guò)程機(jī)理◆

膠體的捕集（絮凝機(jī)理一）使用鋁鹽和鐵鹽作為絮凝劑時(shí)，當(dāng)絮凝劑的投加量足夠大，迅速形成水合金屬氫氧化物沉淀。水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可在氫氧化物沉淀形成時(shí)作為晶核被這種吸附劑所網(wǎng)捕（“清掃”機(jī)理）因產(chǎn)生的絮凝物為粘稠狀、體積龐大，加入有機(jī)高分子絮凝劑可改善絮凝體性能■絮凝過(guò)程機(jī)理◆膠體的捕集（絮凝機(jī)理一）45◆

雙電層的壓縮（絮凝機(jī)理二）膠體粒子帶的電荷主要來(lái)源于選擇性地吸附某種離子，吸附正離子時(shí)膠粒帶正電，吸附負(fù)離子時(shí)膠粒帶負(fù)電。介質(zhì)中有等當(dāng)量的反離子（抗衡離子）存在，維系整個(gè)溶液的電中性；膠體粒子表面吸附的離子與溶液中的反離子構(gòu)成雙電層；雙電層厚度（主要取決于擴(kuò)散層厚度）越薄，排斥能越小，越利于絮凝；隨著電解質(zhì)濃度的增加，雙電層不斷被壓縮（雙電層變?。?，排斥能下降?！綦p電層的壓縮（絮凝機(jī)理二）460

b

a

溶液中離子濃度高

溶液中離子濃度低

離顆粒表面的距離

溶液中離子濃度與擴(kuò)散層厚度的關(guān)系

反離子濃度

0ba溶液中離子濃度高溶液中離子濃度低離顆粒表面47電解質(zhì)濃度增加，吸附層內(nèi)層(Stern層)吸附的電位離子增多，擴(kuò)散層中的反離子也增多，因而膠體表面Z電位(ζ)下降迅速，雙電層被壓縮雙電層壓縮，能使膠體顆粒易于脫穩(wěn)，產(chǎn)生絮凝體而發(fā)生沉淀污染控制化學(xué)課件48◆

電荷中和（絮凝機(jī)理三）膠體顆粒的Z電位(ζ)降低的同時(shí)，膠體顆粒表面電荷降低到零，繼而可帶上與原來(lái)相反的電荷電荷中和可導(dǎo)致膠?！缥锢砘瘜W(xué)性質(zhì)改變，最終導(dǎo)致沉淀的產(chǎn)生◆電荷中和（絮凝機(jī)理三）49降低Z電位和擴(kuò)散層有效厚度，產(chǎn)生脫穩(wěn)和絮凝達(dá)到第二最小能量值達(dá)到第一最小能量值部份電荷中和中和電荷，沉淀更加緊密降低Z電位和擴(kuò)散層有效厚度，產(chǎn)生脫穩(wěn)和絮凝達(dá)到第二最小能量值50

電荷中和作用與雙電層的壓縮作用的區(qū)別：電荷中和產(chǎn)生的作用使膠核處于第一最小能量狀態(tài)，這時(shí)膠體之間的吸引力很強(qiáng)，產(chǎn)生的絮凝體堅(jiān)實(shí)．體積小，絮凝體不能再變?yōu)槟z體而雙電層的壓縮是第二最小能量的作用力結(jié)果，作用力較弱，絮凝體體積龐大、疏松，絮凝體能夠再變成膠體而消失污染控制化學(xué)課件51◆

橋接作用（絮凝機(jī)理四）溶液中膠體和懸浮物顆粒通過(guò)有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的橋接作用形成絮凝體高分子絮凝劑與水中帶相同或相反電荷的顆粒均可發(fā)生橋接作用高分子絮凝劑吸附在膠體表面可能有三種結(jié)構(gòu)形態(tài)：環(huán)式、尾式和列車式◆橋接作用（絮凝機(jī)理四）52電荷密度高（左）和低（右）的有機(jī)絮凝劑吸附模型電荷密度高（左）和低（右）的有機(jī)絮凝劑吸附模型53

橋接作用可分為兩種類型：帶相反電荷物質(zhì)的直接橋接，涉及電荷中和機(jī)理，分子量高，絮凝性能好（直接橋接）帶相同電荷物質(zhì)的橋接。其作用機(jī)理機(jī)理是具有中間相反電荷離子的接應(yīng)（間接橋接）污染控制化學(xué)課件54■絮凝劑的分類

絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)低分子絮凝劑無(wú)機(jī)高分子絮凝劑無(wú)機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑無(wú)機(jī)陰離子絮凝劑鋁鹽無(wú)機(jī)高分子絮凝劑鐵鹽無(wú)機(jī)高分子絮凝劑人工合成有機(jī)高分子絮凝劑人工合成陽(yáng)離子有機(jī)高分子絮凝劑人工合成陰離子有機(jī)高分子絮凝劑人工合成非離子有機(jī)高分子絮凝劑天然有機(jī)高分子絮凝劑■絮凝劑的分類絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)低分子絮凝劑55無(wú)機(jī)類低分子鹽類三價(jià)鹽鋁鹽鐵鹽Al2(SO4)3Fe2(SO4)3、FeCl3二價(jià)鹽鐵鹽鎂鹽鋅鹽FeSO4MgSO4ZnCl2、ZnSO4高分子陽(yáng)離子型聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁陰離子型活化硅膠有機(jī)類低聚合度陽(yáng)離子聚乙烯亞胺、水溶性苯胺樹(shù)脂陰離子褐藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉非離子淀粉、水溶性尿素樹(shù)脂兩性型動(dòng)物膠、蛋白質(zhì)高聚合度陽(yáng)離子聚乙烯吡啶鹽、乙烯吡啶共聚物聚[N烷基胺甲基]丙烯酰胺陰離子聚乙烯酸鈉、水解聚丙烯酰胺非離子聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯pH調(diào)整劑石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉、硫酸、鹽酸助凝劑高嶺土、膨潤(rùn)土、活化硅膠表2-5常用絮凝劑的類型和有關(guān)調(diào)整劑及助凝劑無(wú)低分子鹽類三價(jià)鹽鋁鹽Al2(SO4)3二價(jià)鹽鐵鹽FeSO456■絮凝劑的應(yīng)用◆無(wú)機(jī)絮凝劑：鋁鹽：硫酸鋁、氯化鋁、聚合氯化鋁

鐵鹽：硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合硫酸鐵◆有機(jī)高分子絮凝劑：陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型聚丙烯酰胺分子量從數(shù)千到數(shù)千萬(wàn)■絮凝劑的應(yīng)用57◆

絮凝值

由于絮凝作用并不是化學(xué)反應(yīng)，絮凝劑用量與懸浮體含量之間并不存在嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，一般需由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。絮凝值：在一定條件下，使懸浮體、溶膠溶液產(chǎn)生絮狀沉淀的電解質(zhì)最小濃度叫絮凝值?！粜跄?8As2S3(帶負(fù)電溶膠)AgI(帶負(fù)電溶膠)Al2O3(帶正電溶膠)LiCl58NaCl51KCl49.6KNO350LiNO3165NaNO3140KNO3136RbNO3126NaCl43.5KCl46KNO360CaCl20.65MgCl20.72MgSO40.81Ca(NO3)22.40Mg(NO3)22.60Pb(NO3)22.43K2SO40.30K2Cr2O70.63K2C2O40.69AlCl30.093Al2(SO4)30.096Al(NO3)30.095Al(NO3)30.067Lal(NO3)20.069Ce(NO3)30.069

K3Fe(CN)60.08表2-6電解質(zhì)對(duì)溶膠絮凝值（mmol/L）

As2S3(帶負(fù)電溶膠)AgI(帶負(fù)電溶膠)Al2O3(帶正59◆有機(jī)高分子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑具有如下特點(diǎn)：▲用量少，絮凝能力強(qiáng)，效果好▲絮凝體粗大，沉降速度快▲共存離子影響小▲pH值影響較小◆有機(jī)高分子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)60◆復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑

陰離子復(fù)合型（SO42-、Cl-）陽(yáng)離子復(fù)合型（Fe3+、Al3+）多種離子復(fù)合型（Fe3+、Fe2+、SO42-、Cl-

）無(wú)機(jī)—礦物復(fù)合型（Ca-蒙脫土）無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合型（聚合氯化鋁-聚丙烯酰胺）◆復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑61◆影響絮凝作用的因素溫度：水溫↑，絮凝效果↑

pH：pH對(duì)聚沉作用更大（膠體電性）攪拌強(qiáng)度：適度攪拌時(shí)間：不宜攪拌過(guò)長(zhǎng)絮凝劑的用量：適量◆影響絮凝作用的因素62

絮凝劑在使用過(guò)程中有哪些基本原理？無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑各自具有哪些重要性質(zhì)？絮凝劑有哪些類型？

何謂同向絮凝和異向絮凝？思考題：思考題：63第3章污染物萃取分離控制第3章污染物萃取分離控制64

萃取分離法：在要被分離物質(zhì)的水溶液中，加入與水互不混溶的有機(jī)溶劑，借助于萃取劑的作用，使一種或幾種組分進(jìn)入有機(jī)相，而另一些組分仍留在水相，從而達(dá)到分離的目的。萃取分離法：在要被分離物質(zhì)的水溶液中，加65■萃取分離的一般方法◆經(jīng)典萃取分離法：液-液萃取法(liquid-liquidextraction)

固-液萃取法(solid-liquidextraction)

液-氣萃取法(liquid-gasextraction)◆現(xiàn)代萃取分離法：

超臨界萃取法(ultra-criticalliquidextraction)微固相萃取法(microsolidextraction)

快速溶劑萃取法（acceleratedsolventextraction）

■萃取分離的一般方法66◆超臨界萃取法(ultra-criticalliquidextraction)

有些特定流體（如CO2），當(dāng)溫度和壓力超過(guò)臨界值（T=31℃，P=1072psi即73atm）后，該流體便轉(zhuǎn)化為介乎氣態(tài)和液態(tài)之間的超臨界狀態(tài)，形成了超臨界流體。超臨界流體具有類似氣體的強(qiáng)大穿透能力和類似有機(jī)溶劑對(duì)有機(jī)物的溶解能力，利用超臨界流體的這種特性對(duì)大多數(shù)有機(jī)物進(jìn)行快速萃取的方法被稱為超臨界萃取。100kPa=1bar=14.51psi（psi：poundspersquareinch

）◆超臨界萃取法(ultra-criticalliquid67◆CO2超臨界萃取法特點(diǎn)：

1、快速、經(jīng)濟(jì)、徹底；

2、可在較低溫度下進(jìn)行快速萃取，可解決熱敏樣品高溫不能萃取的難題；

3、利用CO2流體作為萃取介質(zhì)，避免了使用有機(jī)溶劑的危害；

4、萃取完成后，CO2可以自然揮發(fā)，可消除萃取介質(zhì)的影響；

5、可用于痕量樣品的萃取（μg/L）?！鬋O2超臨界萃取法特點(diǎn)：68◆分析樣品的前處理與快速溶劑萃取

現(xiàn)代化學(xué)分析技術(shù)的典型特征：樣品分析的時(shí)間基本在20-30min，痕量樣品的檢測(cè)可達(dá)g/L~ng/L級(jí)。但在樣品的前處理方面，仍存在很大的問(wèn)題。如借用普通萃取分離技術(shù)處理樣品，需數(shù)小時(shí)或數(shù)十小時(shí)的處理時(shí)間、大量的溶劑消耗和廢液的處理，其結(jié)果造成人為誤差大、萃取成本高、效率低，最終導(dǎo)致分析效率低。因此，樣品前處理越來(lái)越引起分析工作者的重視，1996年在美國(guó)出現(xiàn)了ASE技術(shù)(AcceleratedSolventExtraction，快速溶劑萃取)?！舴治鰳悠返那疤幚砼c快速溶劑萃取69◆快速溶劑萃?。ˋcceleratedSolventExtraction）定義：快速溶劑萃取是在一定溫度（50-200℃）和壓力（1000-3000psi或6.9-20.6MPa）下用溶劑對(duì)固體或半固體進(jìn)行萃取的方法?！艨焖偃軇┹腿。ˋcceleratedSolvent70◆

ASE的顯著特點(diǎn)：

1、有機(jī)溶劑用量少，10g樣品僅需15mL溶劑，減少了廢液的處理；

2、快速，完成一次萃取全過(guò)程的時(shí)間一般僅需15min；

3、基體影響小，可進(jìn)行固體、半固體的萃?。?/p>

4、自動(dòng)化程度高，可由用戶自己編程，全程自動(dòng)控制；

5、萃取效率高，選擇性好；

6、使用方便、安全性好。污染控制化學(xué)課件713.1液-液萃取分離原理

■

萃取分配定律◆

分配系數(shù)在液-液萃取過(guò)程中，溶質(zhì)在不相混溶的兩相中進(jìn)行分配時(shí)，兩相中溶質(zhì)有著相同的分子量（即不電離、不締合），則在一定溫度之下，當(dāng)分配過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，該溶質(zhì)在兩相中的濃度（嚴(yán)格地說(shuō)是活度）的比值是一個(gè)常數(shù)，即分配系數(shù)。這個(gè)規(guī)律稱為萃取分配定律，用數(shù)學(xué)式表示如下：或3.1液-液萃取分離原理72實(shí)際上，只有在溶質(zhì)濃度很稀時(shí)，分配系數(shù)才是一個(gè)常數(shù)實(shí)際上，只有在溶質(zhì)濃度很稀時(shí)，分配系數(shù)才是一個(gè)常數(shù)73

有些體系的分配系數(shù)顯著地決定于溶質(zhì)的濃度。例如，氯化鐵在鹽酸和異丙醚二相間的分配，在鹽酸濃度固定時(shí)，分配系數(shù)強(qiáng)烈地決定于氯化鐵的濃度：有些體系的分配系數(shù)顯著地決定于溶質(zhì)的濃度。例74◆實(shí)際情況時(shí)的分配系數(shù)如果水相中的溶質(zhì)發(fā)生電離，其電離度為，則：

（3-3）如果有機(jī)相中的溶質(zhì)發(fā)生二分子締合，其締合度為，則：

（3-4）◆實(shí)際情況時(shí)的分配系數(shù)75◆

分配比令（3-5）

D為萃取過(guò)程的分配比率，簡(jiǎn)稱分配比。

◆分配比76醋酸本身有如下的分配：則：

（3-6）醋酸本身有如下的分配：則：（3-6）77▲醋酸在水相中電離：

CH3COOH====CH3COO-+H+（3-7）KHA是醋酸的電離常數(shù)

▲醋酸在水相中電離：（3-7）K78醋酸在苯中締合為二聚物：2CH3COOH====(CH3COOH)2（3-8）KP是締合反應(yīng)的平衡常數(shù)

醋酸在苯中締合為二聚物：（3-8）KP79所以有：分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)所以有：分配比D與醋酸在有機(jī)相和水相中的反應(yīng)直接有關(guān)80根據(jù)D與P的關(guān)系，圖3-1的問(wèn)題要加以更正：DD=P根據(jù)D與P的關(guān)系，圖3-1的問(wèn)題要加以更正：DD=P81■萃取百分率（E%）

請(qǐng)推導(dǎo)這一關(guān)系式?！鲚腿“俜致剩‥%）請(qǐng)推導(dǎo)這一關(guān)系式。82E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃取；E由分配比、相比決定，D、R越大，萃取越好。其中：R為相比E可直接表示有多少比例的物質(zhì)被萃?。黄渲校篟為相比83

絮凝劑在使用過(guò)程中有哪些基本原理？無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑各自具有哪些重要性質(zhì)？絮凝劑有哪些類型？

何謂同向絮凝和異向絮凝？思考題：思考題：84現(xiàn)階段，哪些化學(xué)污染物正成為防治與控制的對(duì)象？這些污染物具有那些主要化學(xué)特征？針對(duì)這些特征，可以使用哪些化學(xué)方法進(jìn)行分離與控制？思考題：思考題：85

什么是混晶共沉淀？混晶共沉淀有哪些類型？什么是均勻分配定律，什么是對(duì)數(shù)分配定律，它們有何聯(lián)系和區(qū)別？怎樣理解均勻分配定律、對(duì)數(shù)分配定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式？思考題：思考題：86◆

分配系數(shù)的測(cè)定

要掌握混晶共沉淀的特征，最重要的是了解共沉淀過(guò)程中被沉淀物質(zhì)在溶液和沉淀中的分配系數(shù)。均勻分配系數(shù)或?qū)?shù)分配系數(shù)均可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常以Ra（鐳）與BaCrO4的共沉淀的例子來(lái)說(shuō)明。把BaCrO4由均勻溶液中沉淀出來(lái)并把它過(guò)濾，測(cè)定各成分。把測(cè)定得到的數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的分配系數(shù)列表見(jiàn)表2-1?！舴峙湎禂?shù)的測(cè)定87Ba沉淀%Ra共沉淀%分配系數(shù)λD6.029.75.76.611.750.65.87.722.175.75.711.033.489.85.617.643.795.15.325.054.598.75.563.464.599.55.1109.5表2-1Ra與BaCrO4由均勻溶液中共沉淀

Ba沉淀%Ra共沉淀%分配系88用（2-2）式和（2-5）式來(lái)計(jì)算D和λ：用（2-2）式和（2-5）式來(lái)計(jì)算D和λ：89

請(qǐng)利用表2-1的原始數(shù)據(jù)分別對(duì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)反映出的均勻分配系數(shù)和對(duì)數(shù)分配系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。請(qǐng)利用表2-1的原始數(shù)據(jù)分別對(duì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)90（1）當(dāng)Ba沉淀（%）=6.0，Ra共沉淀（%）=29.7時(shí)根據(jù)（2-2）式得：

0.297/0.06=D(1-0.297)/(1-0.06)

所以D=6.6

根據(jù)（2-5）式得：

lg1/(1-0.297)=λlg1/(1-0.06)

即λ=lg1.4225/lg1.064

所以λ=5.68

（注意對(duì)于上述兩個(gè)百分?jǐn)?shù)的理解）（1）當(dāng)Ba沉淀（%）=6.0，Ra共沉淀（%）=29.91（2）當(dāng)Ba沉淀（%）=64.5，Ra共沉淀（%）=99.5時(shí)根據(jù)（2-2）式得：

0.995/0.645=D(1-0.995)/(1-0.645)

所以D=109.5

根據(jù)（2-5）式得：

lg1/(1-0.995)=λlg1/(1-0.645)

即λ=lg0.005/lg0.355

所以λ=5.1（2）當(dāng)Ba沉淀（%）=64.5，Ra共沉淀（%）=9992

由此可見(jiàn)，N或M的百分含量是針對(duì)自身在晶體或溶液中含量而言的，這一點(diǎn)是我們計(jì)算均勻分配系數(shù)或?qū)?shù)分配系數(shù)的關(guān)鍵。問(wèn)題：由上述計(jì)算過(guò)程我們可以得出何種啟示？由此可見(jiàn)，N或M的百分含量是針對(duì)自身在晶體或溶液中含93■分配定律在污染控制上的意義◆分配系數(shù)＞1：微量組分富集于沉淀中微量污染組分被載帶出體系◆分配系數(shù)＜1，微量組分富集于母液中用于微量污染物與大量物質(zhì)分離◆分配系數(shù)離1越遠(yuǎn)，則分離越好◆分配系數(shù)＝1：用沉淀的方法絲毫達(dá)不到分離的目的■分配定律在污染控制上的意義94其中，對(duì)數(shù)分配定律：◆

λ＞1：微量組分在結(jié)晶中含量自里向外不斷減小◆

λ＜1：微量組分在結(jié)晶中含量自里向外不斷增大◆

λ＝1：得到的是均勻的混晶沉淀。λ＞1：對(duì)應(yīng)于污染物富集λ＜1：對(duì)應(yīng)于沉淀的純化其中，對(duì)數(shù)分配定律：λ＞1：對(duì)應(yīng)于污染物富集λ＜1：95λ

＝5×10-4

定量分離

碘酸釷λ＝5×10-4碘酸釷96(碘酸釷)(碘酸釷)97其對(duì)數(shù)分配系數(shù)：

lg100/(100-0.27)=λlg100/(100-99.5)λ=lg(100/99.73)/lg(100/0.5)=lg1.002707/lg200=0.001174/2.301=5×10-4其對(duì)數(shù)分配系數(shù)：98■吸附共沉淀

使用NaCl(沉淀劑)沉淀Ag+，Ag+沉淀完全后，溶液中Cl-過(guò)量。所以，沉淀表面首先吸附的是Cl-，

而抗衡離子(Na+)部分存在吸附層中，即少量的NaCl被沉淀下來(lái)，這種沉淀被稱為吸附共沉淀。----------------+++--++-吸附離子抗衡離子吸附共沉淀■吸附共沉淀使用NaCl(沉淀劑)沉淀A99◆抗衡離子的吸附共沉淀，一般遵循下列規(guī)律：（1）凡能與構(gòu)晶離子生成微溶或溶解度很小的化合物的離子，優(yōu)先被吸附。

例如BaSO4沉淀后，溶液中SO42-過(guò)量時(shí)，BaSO4沉淀表面吸附的是SO42-，若溶液中存在Ca2+及Hg2+，則共沉淀優(yōu)先吸附的抗衡離子將主要是Ca2+，因?yàn)镃aSO4的溶解度較HgSO4小。如果Ba2+過(guò)量，BaSO4沉淀表面吸附的是Ba2+，若溶液中存在Cl-及NO3-，則共沉淀優(yōu)先吸附的抗衡離子將主要是Cl-，因?yàn)锽aCl2的溶解度比Ba(NO3)2小?！艨购怆x子的吸附共沉淀，一般遵循下列規(guī)律：100

（2）離子的價(jià)數(shù)愈高，濃度愈大，則愈容易被吸附。抗衡離子是不太牢固地被吸附在沉淀表面上的，故常可被溶液中的其它離子所置換，利用這一性質(zhì)，可采取洗滌的方法，將沉淀表面上的抗衡離子部分除去。

請(qǐng)敘述吸附共沉淀的過(guò)程。（2）離子的價(jià)數(shù)愈高，濃度愈大，則愈容易被吸附。101■包藏沉淀中往往有些水或溶劑混入其中(被沉淀包裹著)，這些水并非純水，而是母液，這種現(xiàn)象稱為“包藏”。這種現(xiàn)象使沉淀被“沾污”，從而降低了沉淀分離的效率，這往往需要避免或減輕的■包藏102■后沉淀

◆

定義后沉淀是某一種物質(zhì)沉淀完成后，另一種物質(zhì)隨后在其表面沉淀出來(lái)的現(xiàn)象?！粼沓恋肀砻嫔衔搅诉^(guò)量沉淀劑的離子，使沉淀劑離子的濃度比溶液中高得多（局部過(guò)飽和），促成第二種物質(zhì)發(fā)生沉淀。

◆例子

草酸鈣沉淀與鎂分離中往往產(chǎn)生草酸鎂的后沉淀。■后沉淀103通入H2S時(shí)間（min）在H2S氣中振蕩的時(shí)間（min）鋅的后沉淀（%）備注3037.3*在形同條件下，溶液中不存在HgCl2。41089.232091.536094.53300.1*表2-2硫化鋅的后沉淀（0.05mol/LHgCl2、0.05mol/LZnSO4、0.00175mol/LH2SO4）問(wèn)題：上述事例中首先沉淀的物質(zhì)是什么？簡(jiǎn)述后沉淀發(fā)生的過(guò)程。通入H2S時(shí)間（min）在H2S氣中振蕩的時(shí)間（min）鋅的1042.2防止或減少沉淀的沾污

沉淀分離時(shí)，常用下列措施防止或減少沉淀的污染。

表2-3沉淀?xiàng)l件對(duì)沉淀純度的影響沉淀?xiàng)l件沉淀被沾污方式混晶表面吸附包藏后沉淀稀溶液0＋＋0慢沉淀＋＋＋－陳化0＋＋－高混0＋＋0攪拌＋＋＋0洗滌沉淀0＋00再沉淀＋＋＋＋（＋：純度提高；－：純度降低；0：純度沒(méi)有改變，或改變很小）2.2防止或減少沉淀的沾污沉淀?xiàng)l件沉淀被1052.2防止或減少沉淀沾污關(guān)鍵：1、要弄清為什么？

2、碰到實(shí)際情況怎樣處理？如：

為什么高濃度溶液的混合操作有利于減少沉淀的沾污？2.2防止或減少沉淀沾污106■

防止或減少沉淀沾污的主要方法◆均勻沉淀法定義：在待處理溶液中，緩慢產(chǎn)生沉淀劑使被處理成份發(fā)生沉淀的過(guò)程。原理：防止沉淀劑局部過(guò)濃。

主要技術(shù)：加熱使特定物質(zhì)水解而均勻產(chǎn)生沉淀劑?！龇乐够驕p少沉淀沾污的主要方法107其它金屬存在（g）沉淀中其它金屬量（mg）用氨水直接沉淀用尿素丁二烯均勻沉淀Mn1.01.70.1Cu0.05~1.021.10.05Ni0.05~1.00.60.3Zn0.05~1.021.61.4Co0.05~0.14.10.4表2-4鋁與其它元素分離效果（每次沉淀0.1g鋁）沉淀中其它金屬量（mg）用氨水直接沉淀用尿素丁二烯均勻沉淀M108◆均勻沉淀法利用的水解反應(yīng)實(shí)例：CO(NH2)2

＋H2O====CO2

＋2NH3△(CH2)6N4

＋6H2O＝4NH3＋6CH2O△(CH3O)2SO4+2H2O===2CH3OH+H2SO4(C2H5O)3PO4+3H2O===3C2H5OH+H3PO4CH3CSNH2+2H2O====CH3COO-+H2S+NH4+△△△CH3CSNH2：硫代乙酰胺◆均勻沉淀法利用的水解反應(yīng)實(shí)例：CO(NH2)2＋H2109

◆

小體積沉淀法

定義：

在預(yù)先已處理好的濕潤(rùn)狀的試樣中加入惰性電解質(zhì)（鹽）并攪拌均勻，再加入少量高濃度的沉淀劑，使待分離組分迅速形成沉淀，達(dá)到與其它物質(zhì)分離的目的，由于加入的沉淀劑的體積小，故將此方法稱為“小體積沉淀法”。

Fe3+、Ti3+

、Al3+

混合液→加NaCl成干涸狀→加濃NaOH作用→產(chǎn)物為Fe(OH)3、Ti(OH)3、AlO2-◆小體積沉淀法110◆利用絡(luò)合物的形成

▲

利用KCN掩蔽某些離子用H2S分離Cu2+與Cd2+（Cu(CN)2)

分離Cu2+與Zn2+

分離Au2+與Zn2+、Cd2+▲

利用EDTA或其它螯合劑掩蔽某些離子用NH3分離Fe3+與Ti3+

用KI分離Ag+與Pb2+、Hg2+、Cu2+等

◆利用絡(luò)合物的形成▲利用KCN掩蔽某些離子1112.3利用共沉淀現(xiàn)象分離和富集痕量物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：

◆提高分離效率；

◆提高測(cè)定靈敏度；

◆節(jié)省時(shí)間；

◆方法簡(jiǎn)便、處理成本低。使用恰當(dāng)，可以達(dá)到定量分離或富集的效果。2.3利用共沉淀現(xiàn)象分離和富集痕量物質(zhì)使用恰當(dāng)，可以達(dá)到定112■沉淀與共沉淀，它們具有不同的含意：

1、在一定條件下，兩種離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，利用這種反應(yīng)就可去除反應(yīng)離子；

2、兩種離子可經(jīng)沉淀反應(yīng)后形成一種共沉淀劑，利用這種共沉淀劑可以使另外第三種離子（往往是微量物質(zhì)，難以獨(dú)立除去）被共同沉淀而被除去。■沉淀與共沉淀，它們具有不同的含意：113■

以混晶共沉淀方法的應(yīng)用為例

應(yīng)用依據(jù)：分配系數(shù)的大小

■以混晶共沉淀方法的應(yīng)用為例114■

混晶共沉淀方法應(yīng)用最經(jīng)典的事例

居里夫人對(duì)Ra的分級(jí)結(jié)晶在操作中，力求方便和有效：總是把相同成分的溶液或結(jié)晶混合在一起，即盡量減少溶液或結(jié)晶的數(shù)目?！龌炀Ч渤恋矸椒☉?yīng)用最經(jīng)典的事例在操作中，力求方便和有效：115■共沉淀與沉淀載體共沉淀可用于微量污染物的分離：載帶作用：常用Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀作為載體來(lái)共沉淀分離微量元素，在這一過(guò)程中微量元素被載帶出溶液而被除去，這種作用被稱為載帶作用，微量元素被載帶的比例稱為沉淀劑（載體）的載帶效率?！龉渤恋砼c沉淀載體116▲共沉淀分離關(guān)鍵是載體的選擇，載體的載帶效率要高，具體要求：

1、載體對(duì)微量組分具有強(qiáng)烈的吸附力；

2、載體應(yīng)容易除去；

3、載體不干擾微量組分的分析或后續(xù)處理，載體最好是無(wú)色的。污染控制化學(xué)課件117◆無(wú)機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用金屬氫氧化物：Fe(OH)3→Mo金屬硫化物：ZnS→As金屬及非金屬單質(zhì)載體：Hg→Au硫酸鹽：PbSO4→Ba;BaSO4→Pb磷酸鹽：FePO4→Al草酸鹽：CaC2O4→Mg鉻酸鹽：BaCrO4→Ra◆無(wú)機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用1182.3.4有機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用■有機(jī)共沉淀劑的優(yōu)點(diǎn)：（1）易用灼燒法除去載體如放射化學(xué)中常用來(lái)制備無(wú)載體的元素；（2）吸附無(wú)機(jī)離子的傾向較小，利于分離；（3）根據(jù)有機(jī)試劑作用的規(guī)律，可以改進(jìn)共沉淀劑的性能，合成新的有機(jī)共沉淀劑；如：8-羥基喹啉喹啉-2-甲酸

Ksp(CuL2):2.010-301.610-17CuL2載帶Ag的情況×√

（4）可以放大微量物質(zhì)的稱樣量。2.3.4有機(jī)共沉淀劑的應(yīng)用119■有機(jī)共沉淀的可能機(jī)理：①生成固溶體；固溶體是以某一組元為固態(tài)溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶入其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。②有機(jī)載體的吸附作用；③沉淀的化合物形成結(jié)晶中心，有機(jī)共沉淀劑析出在它上面（包裹）。其中：①為均勻沉淀；②、③為非均勻沉淀?！鲇袡C(jī)共沉淀的可能機(jī)理：120■有機(jī)共沉淀作用的分類◆以正鹽狀態(tài)共沉淀例如：疏水陰離子：Zn(SCN)42-

疏水陽(yáng)離子：甲基紫正鹽：硫氰酸鋅甲基紫化合物載體：硫氰酸甲基紫這種共沉淀的選擇性取決于疏水陰離子（例如Zn(SCN)42-）的穩(wěn)定性，疏水陰離子愈穩(wěn)定，愈易共沉淀?！鲇袡C(jī)共沉淀作用的分類121■

有機(jī)共沉淀作用的分類◆有機(jī)螯合物共沉淀例如Ni2+會(huì)與8-羥基喹啉生成螯合物，加入β-萘酚的酒精溶液后，生成的固態(tài)β-萘酚會(huì)把Ni2+的8-羥基喹啉化合物共沉淀下來(lái)?！鲇袡C(jī)共沉淀作用的分類122◆

以膠體存在的元素共沉淀▲一些元素以膠體狀態(tài)存在（如W、Sn、Si等）這種情況下共沉淀劑選擇：沉淀劑由兩種組分組成：一種組分是以膠體化學(xué)機(jī)理來(lái)沉淀存在的膠體顆粒（有機(jī)凝聚劑），另一種則以化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉淀以離子狀態(tài)存在的元素（沉淀劑）。例如：堿性染料和單寧曾成功地用來(lái)沉淀極?。?∶1×1010）溶液中的鎢。由于兼?zhèn)鋬煞N機(jī)理，所以這類共沉淀的選擇性較差?！粢阅z體存在的元素共沉淀123

試述吸附共沉淀和后沉淀的異同點(diǎn)。試述混晶共沉淀在污染控制上的意義。有哪些防止或減少沉淀沾污的主要方法，它們的基本原理是什么？什么是載帶作用和載帶效率？思考題：思考題：124■膠體體系簡(jiǎn)介

通常，一個(gè)體系去除污染物不單只有沉淀化學(xué)過(guò)程，有時(shí)還需去除以膠體存在的污染物質(zhì)，這種體系要達(dá)到類似沉淀的效果并非容易。懸浮體和溶膠顆粒大小為10-3—10-9m，這種分散系具有很大界面，屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系這些顆粒從分散介質(zhì)中自動(dòng)聚集沉淀出來(lái)的速率很慢，即處于一種“介穩(wěn)”狀態(tài)，其主要原因：懸浮體及溶膠表面帶電，顆粒間電性相同■膠體體系簡(jiǎn)介通常，一個(gè)體系去除污染1252.4絮凝過(guò)程■絮凝過(guò)程是指膠體分散系同時(shí)發(fā)生凝聚作用和絮凝作用的表觀過(guò)程?！裟圩饔茫菏谷苣z相互接觸，脫穩(wěn)而聚結(jié)成一定粒徑的聚集體的過(guò)程。◆絮凝作用：使聚集體進(jìn)一步聚集成絮狀體（礬花），成為下沉粒子的過(guò)程。在絮凝過(guò)程中這兩種作用相互促進(jìn)，交錯(cuò)進(jìn)行，不可能將兩者嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。2.4絮凝過(guò)程126絮凝過(guò)程示意圖

絮凝過(guò)程示意圖127■

絮凝過(guò)程◆異向絮凝和同向絮凝絮凝速度取決于膠體脫穩(wěn)速度（接觸碰撞），造成顆粒碰撞的主要原因是布朗運(yùn)動(dòng)、水流速度差及水流紊動(dòng)性。由布朗運(yùn)動(dòng)引起的碰撞凝聚稱異向絮凝；由水流速度差及水流紊動(dòng)性引起的碰撞凝聚稱同向絮凝。膠粒的絮凝過(guò)程是以異向絮凝為主還是以同向絮凝為主，主要取決于膠粒粒徑和速度梯度；微小顆粒一般總是先進(jìn)行異向絮凝（混合階段），待粒徑增大后，隨即進(jìn)行同向絮凝（反應(yīng)階段）■絮凝過(guò)程◆異向絮凝和同向絮凝128■

絮凝過(guò)程機(jī)理◆

膠體的捕集（絮凝機(jī)理一）使用鋁鹽和鐵鹽作為絮凝劑時(shí)，當(dāng)絮凝劑的投加量足夠大，迅速形成水合金屬氫氧化物沉淀。水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可在氫氧化物沉淀形成時(shí)作為晶核被這種吸附劑所網(wǎng)捕（“清掃”機(jī)理）因產(chǎn)生的絮凝物為粘稠狀、體積龐大，加入有機(jī)高分子絮凝劑可改善絮凝體性能■絮凝過(guò)程機(jī)理◆膠體的捕集（絮凝機(jī)理一）129◆

雙電層的壓縮（絮凝機(jī)理二）膠體粒子帶的電荷主要來(lái)源于選擇性地吸附某種離子，吸附正離子時(shí)膠粒帶正電，吸附負(fù)離子時(shí)膠粒帶負(fù)電。介質(zhì)中有等當(dāng)量的反離子（抗衡離子）存在，維系整個(gè)溶液的電中性；膠體粒子表面吸附的離子與溶液中的反離子構(gòu)成雙電層；雙電層厚度（主要取決于擴(kuò)散層厚度）越薄，排斥能越小，越利于絮凝；隨著電解質(zhì)濃度的增加，雙電層不斷被壓縮（雙電層變?。?，排斥能下降。◆雙電層的壓縮（絮凝機(jī)理二）1300

b

a

溶液中離子濃度高

溶液中離子濃度低

離顆粒表面的距離

溶液中離子濃度與擴(kuò)散層厚度的關(guān)系

反離子濃度

0ba溶液中離子濃度高溶液中離子濃度低離顆粒表面131電解質(zhì)濃度增加，吸附層內(nèi)層(Stern層)吸附的電位離子增多，擴(kuò)散層中的反離子也增多，因而膠體表面Z電位(ζ)下降迅速，雙電層被壓縮雙電層壓縮，能使膠體顆粒易于脫穩(wěn)，產(chǎn)生絮凝體而發(fā)生沉淀污染控制化學(xué)課件132◆

電荷中和（絮凝機(jī)理三）膠體顆粒的Z電位(ζ)降低的同時(shí)，膠體顆粒表面電荷降低到零，繼而可帶上與原來(lái)相反的電荷電荷中和可導(dǎo)致膠?！缥锢砘瘜W(xué)性質(zhì)改變，最終導(dǎo)致沉淀的產(chǎn)生◆電荷中和（絮凝機(jī)理三）133降低Z電位和擴(kuò)散層有效厚度，產(chǎn)生脫穩(wěn)和絮凝達(dá)到第二最小能量值達(dá)到第一最小能量值部份電荷中和中和電荷，沉淀更加緊密降低Z電位和擴(kuò)散層有效厚度，產(chǎn)生脫穩(wěn)和絮凝達(dá)到第二最小能量值134

電荷中和作用與雙電層的壓縮作用的區(qū)別：電荷中和產(chǎn)生的作用使膠核處于第一最小能量狀態(tài)，這時(shí)膠體之間的吸引力很強(qiáng)，產(chǎn)生的絮凝體堅(jiān)實(shí)．體積小，絮凝體不能再變?yōu)槟z體而雙電層的壓縮是第二最小能量的作用力結(jié)果，作用力較弱，絮凝體體積龐大、疏松，絮凝體能夠再變成膠體而消失污染控制化學(xué)課件135◆

橋接作用（絮凝機(jī)理四）溶液中膠體和懸浮物顆粒通過(guò)有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的橋接作用形成絮凝體高分子絮凝劑與水中帶相同或相反電荷的顆粒均可發(fā)生橋接作用高分子絮凝劑吸附在膠體表面可能有三種結(jié)構(gòu)形態(tài)：環(huán)式、尾式和列車式◆橋接作用（絮凝機(jī)理四）136電荷密度高（左）和低（右）的有機(jī)絮凝劑吸附模型電荷密度高（左）和低（右）的有機(jī)絮凝劑吸附模型137

橋接作用可分為兩種類型：帶相反電荷物質(zhì)的直接橋接，涉及電荷中和機(jī)理，分子量高，絮凝性能好（直接橋接）帶相同電荷物質(zhì)的橋接。其作用機(jī)理機(jī)理是具有中間相反電荷離子的接應(yīng)（間接橋接）污染控制化學(xué)課件138■絮凝劑的分類

絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)低分子絮凝劑無(wú)機(jī)高分子絮凝劑無(wú)機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑無(wú)機(jī)陰離子絮凝劑鋁鹽無(wú)機(jī)高分子絮凝劑鐵鹽無(wú)機(jī)高分子絮凝劑人工合成有機(jī)高分子絮凝劑人工合成陽(yáng)離子有機(jī)高分子絮凝劑人工合成陰離子有機(jī)高分子絮凝劑人工合成非離子有機(jī)高分子絮凝劑天然有機(jī)高分子絮凝劑■絮凝劑的分類絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)低分子絮凝劑139無(wú)機(jī)類低分子鹽類三價(jià)鹽鋁鹽鐵鹽Al2(SO4)3Fe2(SO4)3、FeCl3二價(jià)鹽鐵鹽鎂鹽鋅鹽FeSO4MgSO4ZnCl2、ZnSO4高分子陽(yáng)離子型聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁陰離子型活化硅膠有機(jī)類低聚合度陽(yáng)離子聚乙烯亞胺、水溶性苯胺樹(shù)脂陰離子褐藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉非離子淀粉、水溶性尿素樹(shù)脂兩性型動(dòng)物膠、蛋白質(zhì)高聚合度陽(yáng)離子聚乙烯吡啶鹽、乙烯吡啶共聚物聚[N烷基胺甲基]丙烯酰胺陰離子聚乙烯酸鈉、水解聚丙烯酰胺非離子聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯pH調(diào)整劑石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉、硫酸、鹽酸助凝劑高嶺土、膨潤(rùn)土、活化硅膠表2-5常用絮凝劑的類型和有關(guān)調(diào)整劑及助凝劑無(wú)低分子鹽類三價(jià)鹽鋁鹽Al2(SO4)3二價(jià)鹽鐵鹽FeSO4140■絮凝劑的應(yīng)用◆無(wú)機(jī)絮凝劑：鋁鹽：硫酸鋁、氯化鋁、聚合氯化鋁

鐵鹽：硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合硫酸鐵◆有機(jī)高分子絮凝劑：陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型聚丙烯酰胺分子量從數(shù)千到數(shù)千萬(wàn)■絮凝劑的應(yīng)用141◆

絮凝值

由于絮凝作用并不是化學(xué)反應(yīng)，絮凝劑用量與懸浮體含量之間并不存在嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，一般需由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。絮凝值：在一定條件下，使懸浮體、溶膠溶液產(chǎn)生絮狀沉淀的電解質(zhì)最小濃度叫絮凝值?！粜跄?42As2S3(帶負(fù)電溶膠)AgI(帶負(fù)電溶膠)Al2O3(帶正電溶膠)LiCl58NaCl51KCl49.6KNO350LiNO3165NaNO3140KNO3136RbNO3126NaCl43.5KCl46KNO360CaCl20.65MgCl20.72MgSO40.81Ca(NO3)22.40Mg(NO3)22.60Pb(NO3)22.43K2SO40.30K2Cr2O70.63K2C2O40.69AlCl30.093Al2(SO4)30.096Al(NO3)30.095Al(NO3)30.067Lal(NO3)20.069Ce(NO3)30.069

K3Fe(CN)60.08表2-6電解質(zhì)對(duì)溶膠絮凝值（mmol/L）

As2S3(帶負(fù)電溶膠)AgI(帶負(fù)電溶膠)Al2O3(帶正143◆有機(jī)高分子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑具有如下特點(diǎn)：▲用量少，絮凝能力強(qiáng)，效果好▲絮凝體粗大，沉降速度快▲共存離子影響小▲pH值影響較小◆有機(jī)高分子絮凝劑優(yōu)點(diǎn)144◆復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑

陰離子復(fù)合型（SO42-、Cl-）陽(yáng)離子復(fù)合型（Fe3+、Al3+）多種離子復(fù)合型（Fe3+、Fe2+、SO42-、Cl-

）無(wú)機(jī)—礦物復(fù)合型（Ca-蒙脫土）無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合型（聚合氯化鋁-聚丙烯酰胺）◆復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑145◆影響絮凝作用的因素溫度：水溫↑，絮凝效果↑

pH：pH對(duì)聚沉作用更大（膠體電性）攪拌強(qiáng)度：適度攪拌時(shí)間：不宜攪拌過(guò)長(zhǎng)絮凝劑的用量：適量◆影響絮凝作用的因素146

絮凝劑在使用過(guò)程中有哪些基本原理？無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑各自具有哪些重要性質(zhì)？絮凝劑有哪些類型？

何謂同向絮凝和異向絮凝？思考題：思考題：147第3章污染物萃取分離控制第3章污染物萃取分離控制148

萃取分離法：在要被分離物質(zhì)的水溶液中，加入與水互不混溶的有機(jī)溶劑，借助于萃取劑的作用，使一種或幾種組分進(jìn)入有機(jī)相，而另一些組分仍留在水相，從而達(dá)到分離的目的。萃取分離法：在要被分離物質(zhì)的水溶液中，加149■萃取分離的一般方法◆經(jīng)典萃取分離法：液-液萃取法(liquid-liquidextraction)

固-液萃取法(solid-liquidextraction)

液-氣萃取法(liquid-gasextraction)◆現(xiàn)代萃取分離法：

超臨界萃取法(ult