《水的化学氧化还原》PPT课件.ppt

《《水的化学氧化还原》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《水的化学氧化还原》PPT课件.ppt（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第七章 化学氧化还原,第一节 概述 第二节 化学氧化法 第三节 化学还原法 第四节 电解,一 简单无机物的化学氧化还原过程,实质是电子转移。失去电子的元素被氧化，是还原剂；得到电子的元素被还原，是氧化剂。 标准电极电位值愈大，物质的氧化性愈强，值愈小，其还原性愈强。,第一节 概述,二 有机物的氧化还原过程,许多反应并不发生电子的直接转移，只是原子周围的电子云密度发生变化。目前还没有建立电子云密度变化与氧化还原反应的方向和程度之间的定量关系。因此，在实际上，凡是加氧或脱氢的反应称为氧化，而加氢或脱氧的反应则称为还原，凡是与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机物的反应，可判断为氧化反应。甲烷的降解

2、历程历程如下：,三 各类有机物的可氧化性,经验表明: 酚类、醛类、芳胺类和某些有机硫化物(如硫醇、硫醚)等易于氧化； 醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物、硝基取代的芳烃化合物(如硝基苯)、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件(强酸、强碱或催化剂)下可以氧化; 饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化。,第二节 化学氧化法,采用的氧化剂包括下列几类。 接受电子后还原成负离子的中性分子，如Cl2、O2、O3。 带正电荷的离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉的次氯酸根中的Cl+变为Cl-。 带正电荷的离子，接受电子后还原成带较低正电荷的离子，如MnO4+中的Mn7+变为Mn2+，Fe3+变

3、为Fe2+等。,一、空气氧化,把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧化废水中的污染物。空气氧化法具有以下特点： 电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧化还原电位与pH值有关。 在常温常压和中性pH值条件下，分子氧O2为弱氧化剂，反应性很低，故常用来处理易氧化的污染物。 提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂，可以降低反应活化能，都利于氧化反应的进行。,1、地下水除铁、锰,在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。通过曝气，可以将它们分别氧化为Fe(OH)3和MnO2沉淀物。 除铁的反应式为： 考虑水中的碱度作用，总反应式可写为： 按此式计算，氧化lmg/L Fe2+，仅需O.

4、143mgL O2。 实验表明，上述反应的动力学方程为：,研究指出，MnO2对Mn2+的氧化具有催化作用。大致历程为 氧化： 吸附： 氧化: 曝气过滤(或称曝气接触氧化)除锰工艺。先将含锰地下水强烈曝气充氧，尽量地散去CO2，提高pH值，再流入天然锰砂或石英砂充填的过滤器，利用接触氧化原理将水中Mn2+氧化成MnO2，产物逐渐附着在滤料表面形成一层能起催化作用的活性滤膜，加速除锰过程。,2、工业废水脱硫,各种硫的标准电极电位如下： 酸性溶液 碱性溶液 在酸性溶液中，各电对具有较弱的氧化能力；而在碱性溶液中，各电对具有较强的还原能力。所以利用分子氧氧化硫化物,以碱性条件较好。向废水中注入空气和蒸

5、汽(加热)，硫化物按下式转化为无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。,二、湿式氧化,在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中溶解和悬浮的有机物和还原性无机物的方法。因氧化过程在液相中进行，故称湿式氧化。 目前该法广泛用于各类高浓度废水及污泥处理，尤其是毒性大，难以用生化方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其他有机合成工业废水的处理。,三、臭氧氧化,室温下为无色气体,具有特殊臭味。密度2.144kgm3，其特性如下: (1)不稳定性:在常温下易分解成为氧气并放出热量。 (2)溶解性:在水中溶解度比纯氧高10倍,比空气高25倍. (3)毒性:高浓度臭氧是有毒气体

6、，有强烈的刺激作用. (4)氧化性:一种强氧化剂，氧化还原电位与pH值有关。 (5)腐蚀性:具有强腐蚀性。,臭氧的制备,理论上1kgO3需0.836kWh,实际电耗15-20kWh.,1、氯消毒,消毒的目的是杀灭致病微生物，防止水致疾病的危害，但并不是彻底杀灭细菌。 氧化剂消毒至少包括两种途径： （1）消毒剂通过细胞壁渗入细胞体，灭活细胞体内酶蛋白； （2）直接氧化细胞质。,四、氯氧化,氯气是普遍使用的氧化剂,用于水的消毒和废水氧化。,需氯量确定试验,对含氨的给水和废水进行氯化处理，所需加氯量通常由实验确定：在相同水质的一组水样中，分别投加不同剂量的氯或漂白粉、经一定接触时间(1530min)

7、后，测定水中的余氯量，得到余氯量与加氯量的关系曲线。,余氯量与需氯量的关系,通常可把实线分成四个区： 在1区内,氯先与水中所含的还原性物质反应，余氯量为0。 在2区内，投氯量与氨的摩尔比小于1，投加的氯基本上都与氨化合成氯胺，以化合性余氯存在，有一定消毒效果。 在3区内,仍然是化合性余氯，但由于加氯量较大,部分氯胺被氧化为N2O或N2，化合性余氯量逐渐减少。当Cl2:NH3 2时，氯胺量减至最小值(B点)。 到4区，Cl2:NH3 2，氯胺不再增加，余氯以游离性氯存在，实线与虚线平行。,2、废水的氯氧化,(1)含氰废水处理 氧化反应分为两个阶段进行。第一阶段， ，在pH=1011时，此反应只需

8、5分钟。第二阶段将CNO-氧化为NH3(酸性条件)或N2(pH88.5)，反应可在1小时之内完成。 (2)含酚废水的处理 实际投氯量必须过量数倍，一般要超出10倍左右。 （3)废水脱色 氯有较好的脱色效果，可用于印染废水，TNT废水脱色。,氯氧化系统,五、其他氧化剂氧化,1.高锰酸盐氧化 高锰酸盐是一种强氧化剂，能与水中的Fe3+、Mn2+、S2-、CN-、酚等有机物很好地反应，选择适当投量，它能杀死很多藻类和微生物。 2过氧化氢氧化 过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为Fenton试剂。在Fe2+催化下，H2O2能产生活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性

9、物质的氧化。 3. 光化学氧化法,废水中的某些金属离子在高价态时毒性很大，可用化学还原法将其还原为低价态后分离除去。 常用的还原剂有下列几类。 某些电极电位较低的金属，如铁屑、锌粉等。 反应后： 某些带负电的离子，如NaBH4中的B5+，反应后 某些带正电的离子，如FeSO4或FeCl2中的Fe2+，反应后,第三节 化学还原法,一、还原除铬,还原除铬通常包括二步。首先，废水中的Cr2O72-在酸性条件下(pH4为宜)与还原剂反应生成Cr2(SO4)3，再加碱(石灰)生成Cr(OH)3沉淀，在pH89时，Cr(OH)3的溶解度最小。 亚硫酸钠石灰法的反应式如下：,二、还原法除汞,处理方法是将Hg

10、2+还原为Hg，加以分离和回收。采用的还原剂为比汞活泼的金属(铁屑、锌粒、铅粉、钢屑等)、硼氢化钠和醛类等。废水中的有机汞先氧化为无机汞，再行还原。 采用金属还原除汞，通常在滤柱内进行。反应速度与接触面积、温度、pH值、金属纯净度等因素有关。通常将金属破碎成24mm的碎屑，并去掉表面污物。控制反应温度2080。温度太高，虽反应速度快，但会有汞蒸气逸出。,一、电解消耗电量的计算,遵从法拉第定律：(1)电极上析出物质的量正比于通过电解质的电量；(2)理论上，1法拉第电量可析出1摩尔的任何物质。即 式中D是通过电解池的电量，单位为F，1F=96500库仑26.8安培小时。W和M分别为析出物重量(g)

11、和摩尔量，n为反应中析出物的电子转移数，即为析出的摩尔数。,第四节电解,二、电解氧化还原,指废水污染物在电解槽的阳极失去电子，发生氧化分解，或者发生二次反应，即电极反应产物与溶液中某些成分相互作用，而转变为无害成分。前者是直接氧化，后者则为间接氧化。 电解氧化可处理阴离子污染物。 电解还原用于处理阳离子污染物。,、电解除氰,在阳极上发生 直接氧化反应： 间接氧化：Cl-在阳极放电产生Cl2，Cl2水解成HOCl， OCl-氧化CN-为CNO-，最终为N2和CO2。若溶液碱性不强，将会生成中间态CNCl。 在阴极上发生 析出H2和部分金属离 子的还原反应：,2、电解除铬,Cr6+(以Cr2O72

12、-或CrO4-形式存在)在电解槽中还原有两种方式 在阳极: 在阴极少量Cr6+直接还原： 上述两组反应都要求酸性条件。电解过程中H+大量消耗，OH-逐渐增多，电解液逐渐变为碱性(pH7.59)，并生成稳定的氢氧化物沉淀：,三、电解凝聚与电解浮上,采用铁、铝阳极电解时，在外电流和溶液作用下，阳极溶解出Fe3+、Fe2+或A13+。它们分别与溶液中的OH-结合成不溶于水的氢氧化物。这些微粒对水中胶体粒子的凝聚和吸附活性很强。利用这种凝聚作用处理废水中胶体的过程叫电解凝聚。 当电解槽的电压超过水的分解电压时，在阳极和阴极将产生O2和H2，这些微气泡表面积很大，在其上升过程中易黏附携带废水中的胶体微粒、浮化油等共同浮上。这种过程叫电解浮上。,四、电解槽的设计,一般工业废水连续处理的电解槽多为矩形。按槽内的水流方式可分为回流式与翻腾式两种。,电解槽工艺参数的确定,（1）电解槽有效容积V 式中 Q废水设计流量，m3/h； T操作时间，min。 （2）阳极面积A 由选定的极水比和已求出的电解槽有效容积V推得，也可由选定的电流密度和总电流推得。 （3）电流I 电流I应根据废水情况和要求的处理程度由试验确定。对含Cr6+废水，也可用下式计算： （4）电压V 等于极间电压和导线上的电压降之和,