废水中的砷主要以无机砷存在,主要以+3、+5价,常用的除砷方法有化学沉淀法、絮凝沉淀法等。

(1)铁盐沉淀法。H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图1所示。当废水的pH=5时,往废水中加入硫酸铁可得到FeAsO4沉淀,反应的离子方程式为H2AsO4-+Fe3+═FeAsO4↓+2H+H2AsO4-+Fe3+═FeAsO4↓+2H+。
(2)聚合硫酸铁{[Fe2(OH)6-2n](SO4)n}m是一种高效净水剂,溶于水能部分解离出Fe3+,随着溶液pH增大,[Fe2(OH)6-2n]2n+中n值逐渐减小,直至形成[Fe(OH)6]3-。向含+5价砷的废水中加入聚合硫酸铁,含砷微粒的浓度与溶液pH的关系如图2所示。pH>8时,废水中含砷的去除率下降的原因是当pH>8时,碱性强抑制聚合硫酸铁解离导致生成氢氧化铁胶体减小,且[Fe2(OH)6-2n]2n+中n值逐渐减小,胶体所带负电荷增多(或胶体所带正电荷减少),与废水中的HAsO42-、AsO43-等相互排斥力增强,导致砷的去除率迅速下降当pH>8时,碱性强抑制聚合硫酸铁解离导致生成氢氧化铁胶体减小,且[Fe2(OH)6-2n]2n+中n值逐渐减小,胶体所带负电荷增多(或胶体所带正电荷减少),与废水中的HAsO42-、AsO43-等相互排斥力增强,导致砷的去除率迅速下降。
(3)石灰沉淀法。向含有一定浓度的Na3AsO4中加入Ca(OH)2溶液,在相同的n(Ca)/n(As)为6的条件下,调节溶液的pH,测得溶液中砷的去除率与pH的关系如图3所示。已知:常温下Ksp[Ca3(AsO4)2]=1×10-21,Ksp[Ca(OH)2]=6.0×10-6,Ksp(CaCO3)=8.7×10-9,c(AsO43-)约为1.0×10-5时沉淀完全。
①pH>12后,砷的去除率随pH的增大而下降,其原因是砷酸钙转变成氢氧化钙,砷酸根离子进入溶液,引起砷的总浓度的上升,故此时砷的去除率下降,同时随着pH值的增加,大气中少量的二氧化碳溶于混合溶液,使混合液中形成的碳酸根浓度增大,促使砷酸钙向碳酸钙转化,溶液中残留的砷的浓度增加,除砷效果进一步降低砷酸钙转变成氢氧化钙,砷酸根离子进入溶液,引起砷的总浓度的上升,故此时砷的去除率下降,同时随着pH值的增加,大气中少量的二氧化碳溶于混合溶液,使混合液中形成的碳酸根浓度增大,促使砷酸钙向碳酸钙转化,溶液中残留的砷的浓度增加,除砷效果进一步降低。
②保持相同的n(Ca)/n(As)为6,调节溶液的pH为12,控制不同的温度,将Ca(OH)2溶液与砷酸钠溶液混合反应,测得砷酸钠溶液中砷的去除率随温度升高而逐渐下降,可能的原因是随温度升高,去除率下降,因为Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,钙离子除了跟砷酸根离子结合生成砷酸钙沉淀物,还有一部分以Ca(OH)2沉淀的形式析出,从而促使砷酸钙沉淀物的溶解平衡向着离解方向进行,使溶液中砷酸根离子浓度增大,导致砷的去除率降低随温度升高,去除率下降,因为Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,钙离子除了跟砷酸根离子结合生成砷酸钙沉淀物,还有一部分以Ca(OH)2沉淀的形式析出,从而促使砷酸钙沉淀物的溶解平衡向着离解方向进行,使溶液中砷酸根离子浓度增大,导致砷的去除率降低。
【考点】物质的分离、提纯的基本方法选择与应用.
【答案】H2AsO4-+Fe3+═FeAsO4↓+2H+;当pH>8时,碱性强抑制聚合硫酸铁解离导致生成氢氧化铁胶体减小,且[Fe2(OH)6-2n]2n+中n值逐渐减小,胶体所带负电荷增多(或胶体所带正电荷减少),与废水中的HAsO42-、AsO43-等相互排斥力增强,导致砷的去除率迅速下降;砷酸钙转变成氢氧化钙,砷酸根离子进入溶液,引起砷的总浓度的上升,故此时砷的去除率下降,同时随着pH值的增加,大气中少量的二氧化碳溶于混合溶液,使混合液中形成的碳酸根浓度增大,促使砷酸钙向碳酸钙转化,溶液中残留的砷的浓度增加,除砷效果进一步降低;随温度升高,去除率下降,因为Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,钙离子除了跟砷酸根离子结合生成砷酸钙沉淀物,还有一部分以Ca(OH)2沉淀的形式析出,从而促使砷酸钙沉淀物的溶解平衡向着离解方向进行,使溶液中砷酸根离子浓度增大,导致砷的去除率降低
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:59引用:1难度:0.3
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