聚氨酯慢的隔声性能研究

1、东北电力学院学报高铁稳定性及其影响因素的研究*王立立曲久辉王忠秋李俊文(应用化学系(中国科学院生态环境研究中心(应用化学系(吉林市飞特水处理公司摘要高铁酸盐(FeO2-的稳定性直接关系到其多功能净水效能的发挥,定性和定量地分析了高铁在4不同pH范围内的稳定性及三价铁盐等因素对高铁稳定性的影响,并从高铁分解历程的角度给予了合理的解释。关键词高铁稳定性三价铁盐中图法分类号T Q026.91实验部分1.1高铁酸钾制备方法在强碱性条件下通氯气得到饱和的次氯酸钠溶液,加入硝酸铁氧化成高铁,反应结束后,过滤去掉溶液中不溶的残渣。由于高铁酸钾的溶解度小于高铁酸钠的溶解度,所以向溶液中投加氢氧化钾至饱和,在低

2、温下使高铁酸钾沉淀下来,抽滤得到高铁酸钾晶体,使用异丙醇洗去残存在产物中的KOH,真空干燥除去残留的水分和异丙醇,最后分析纯度。在本实验中,采用的K2FeO4为粉末状的固体,其纯度在99%以上。1.2FeO2-4浓度跟踪测定分光光度法:在波长K=505nm下,玻璃比色皿,每隔1.5min读取高铁酸钾吸光值一次,以此表征FeO2-4浓度随时间变化规律。此方法由于分解产物显色,所以在高铁酸钾大部分分解后,测量其剩余吸光度将会有一定误差。1.3研究高铁低pH下行为的方法在100ml的烧杯中,磁力搅拌下,低pH的水中,加入高铁酸钾,在预先设定的时刻,加入高浓度的NaOH的溶液,使溶液的pH返回至101

3、1。测定此时返还的FeO2-4紫色的吸光值。1.4仪器pH S-3C型精密pH计;7750UV-VIS分光光度计;78-1A型磁力加热搅拌器。收稿日期:1998-11-10王立立女1973年生硕士研究生邮编132012*国家自然科学基金资助项目(296770282 结果与讨论2.1 FeO 2-4在中性和碱性条件下稳定性研究100mg/L 的高铁酸钾水溶液在不同pH 下的稳定性如图1所示,可以看到,FeO 2-4的稳定性随着pH 的升高而增加。在pH=10和11时,FeO 2-4溶液表现出非常高的稳定图1 FeO 2-4在不同pH 下的分解曲线性,在40分钟内,浓度下降百分比分别为5.5%和1

4、3.8%。这与在pH 10-11之间有一个稳定区间是相一致的。当pH =8、9,FeO 2-4的稳定性也较好,浓度在40分钟内下降了19.9%和39.7%。在pH =7、7.5时,FeO 2-4稳定性急剧下降,7.5和12分钟后,浓度分别下降了62.2%和48.0%。由于此时FeO 2-4明亮的紫色已转变成灰紫,所以后续数据被舍掉。纵观高铁在中性和碱性范围内的稳定性,可大致分为两个范围:在pH =8-11之间,FeO 2-4可以相对保持稳定,在pH <8时,FeO 2-4不稳定。文献12和我们的氧化实验均报道和证实了高铁酸盐氧化有机物的最佳pH 区域虽然不尽相同,但都在pH 8-11区间

5、的某个范围内,这显然与FeO 2-4的稳定性有关。另外,不论pH 为何值,FeO 2-4在观察的40分钟内都历经开始极快,逐渐平缓的过程,转折点大约在3分钟左右。2.2 高铁在酸性条件下稳定性研究以往对高铁在酸性条件下的行为报道中指出8,H +是高铁酸盐分解的催化剂,高铁在酸性条件下瞬间即可全部分解。在本实验中,在向pH=4和5的水中加入10mg/L 高铁酸钾后,高铁的紫色在没来得及完全扩散的情况下即刻消失。由于紫色是高铁的特征颜色,水溶液中又不存在其它离子,所以可以认为高铁完全不存在了。这与文献的结论是一致的。但此时在实验设计的时刻加入浓NaOH 溶液,使溶液pH 瞬间达到10与11之间,消

6、失的紫色瞬间再现,这就意味着FeO 2-4瞬间重新生成了。图2中数据为FeO 2-4的紫色消失后,不同时间返还的FeO 2-4浓度变化。从图2中可以看出,从高铁全部瞬间分解(紫色消失到NaO H 加入高铁瞬间返还,在这期间的时间越短,返还的FeO 2-4浓度越大,而且随时间的延长呈逐渐减弱的趋势,直至高铁不能被重新得到,从整体上来说,酸性条件下可供FeO 2-4返还的时间很短,在本实验中pH=4和5时,此时间分别为5秒和30秒。另外,对于同一浓度的FeO 2-4越高,可供返还的时间越长,在可比的同一时刻,返还的浓度也越大。此研究的意义在于证明了在酸条件下,高铁瞬间分解后,其氧化性仍然滞留在水中

7、,在不同的pH 条件下,按保守估7第1期王立立等:高铁稳定性及其影响因素的研究计,滞留强度和时间可用返还的FeO 2-4浓度和可供返还时间来表征。图2 FeO 2-4在低pH 下氧化性滞留曲线2.3 高铁颜色返还原因探讨等人的研究结果和其它文献的报道,高铁的分解历程是由Fe(Ö离子生成Fe (Õ、Fe(Ô、过氧化氢等中间态物质和它们之间的络合物,直至最后生成Fe(Ó的氢氧化物并放出氧气。在没有其它因素干扰的情况,促使高铁Fe(Ö、Fe(Õ的分解原因是质子化作用,在分子内部结构调整,发生氧化还原反应,配位氧原子在分子内以自由基的反应速度

8、被氧化到-1价,并且与Fe 的中间态物质形成络合物。在上一实验的微酸性水中,由于质子化作用显著,Fe(Ö被迅速还原到上述过程的某一中间态,当pH 即时返还1011时,由于脱质子化作用,和FeO 2-4在水溶液中呈稳定的正四面体结构,所以反应向逆方向进行,同样是在分子内氧化还原和结构调整,FeO 2-4瞬间被重新生成。高铁在低pH 值下的行为反过来也验证了有关高铁分解的理论,同时它还验证了高铁在酸性条件下其氧化性仍然存在。2.4 影响高铁稳定性的因素图3是高铁酸钾分解时溶液pH 值随时间变化的曲线,由于OH -是高铁酸盐分解产图3 高铁酸钾水溶液的浓度对其分解行为的影响物之一,所以溶液

9、中OH -的多少可以代表高铁的分解程度8,这些曲线即为高铁分解曲线。从中可以看出以浓度0.03mol/L 为界限,大于0.03mol/L 时高铁迅速分解很快(在10min 内达到最大pH 值,小于0.03mol/L 时高铁在前60分钟内分解缓慢,在到达某一临界点后,突然加快分解速度,迅速达到最大pH 值。由此可以看出:高铁酸钾在水溶液中的浓度对FeO 2-4离子的分解速率也具有显著的影响,高铁溶液越稀,高铁溶液越容易稳定。由于Fe(Ó在水中极少以Fe 3+形式存在,在水溶液中,Fe 3+迅速发生水解、络合等图4 三价铁盐对高铁分解的影响反应,通常以水解生成的铁单体(monomer 或

10、初聚物(oligomer形式存在,现将所有这些铁的形态统称为Fe(Ó离子,Fe(Ó离子对高铁酸钾催化作用如图4所示,从中可以看出Fe(Ó离子对FeO 2-4具有明显的催化作用,随着三价铁量的增多,作用就更加明显。有一个现象值得注意,一定量的Fe(Ó离子加入后,在初始阶段激烈反应过后,FeO 2-4分解反应均趋于平缓。高铁的分解量与三氯化铁加入量有关,三氯化铁加入量越多,FeO 2-4剩余量越少。由此可以推断Fe(Ó并不象普通催化剂,而是与高铁相互作用共同生成了某种(些产物。由于Fe(Ó是高铁分解的最终产物,所以这种共同生成的产物应当是

11、铁的中间价态的物质。3 结 论通过对高铁在不同pH 条件下的行为的研究,证明,在pH =1011时,FeO 2-4表现非常稳定,当pH=810,FeO 2-4的稳定性也较好,在pH =7.5以下,FeO 2-4稳定性急剧下降。在微酸性的水中(pH=45,高铁瞬间分解,但在它的某个中间态产物消失之前,迅速把溶液调回碱性(pH =1011,高铁即刻重新生成,这证明了在酸性条件下,高铁瞬间分解后,其氧化性仍然滞留在水中,在不同的pH 条件下,滞留强度和时间按保守的估计可用返还的FeO 2-4浓度和返还时间来表征。这种现象同时还验证了高铁在低pH 下其氧化性仍然存在以及有关高铁分解的理论。另外,溶液的

12、含碱量和pH 值及高铁在水溶液中的浓度对高铁的稳定性都有很大的影响。三价铁盐的存在能促进高铁快速分解,Fe (Ó并不象普通催化剂,而很可能与高铁作用生成了某种(些铁的中间价态的物质。参 考 文 献rate.Journal Water Pollution C ontrol Federation,1979,50(3:5432799第1期王立立等:高铁稳定性及其影响因素的研究10东北电力学院学报第19卷5Chao A.C.,Deluca S.J.,Use of Potassi um Ferrate as An Oxidant/Coagulant for Removing Aterhome

13、Priority Pollu26De Luca S.J.,Chao A.C.,M.ASCE,and Smallwood C.,Jr.,F.AS.,Removal of Organic Priority Poll utants by Oxi2dation-Coagulaiton.Journal of Environm ental Engineeri ng,109:(1,February,19837Robert H.W.,The Heat,Free Energy an d Entropy of the Ferrate(ÖIon,Joural of the American Chemica

14、l Science,8:2038,1958(9:9,1951Ch em.,28:3947,1989Stability and Effect Factors Study of Ferrate,Iron(ÖWang lili(Department of Applied ChemistryQu Jiuhui(Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chiese Academy of SciencesWang Zhongqiu(Department of Applied ChemistryLi Junwen(FeiTer Water T reatment CompanyAbstractT he stability of ferrate,iron(Ögreatly influences its multi-functions in water treat2 ment.T his study qualitatively and quantitatively investigates the stability of ferrate over vari2 ous pH an