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水是生命之源,在人类的社会发展中起着重要作用,但是我国人均水资源仅占世界水平的四分之一,水污染问题突出,再加之对水资源缺乏合理的开采和利用,从而造成水资源严重短缺,如果这些问题得不到及时有效的解决,将制约我国经济社会的可持续发展。在解决这些问题的过程中,对水资源进行科学监测是必不可少的重要环节。在众多的监测指标中,其中最有代表性的是污水的化学需氧量(COD)。COD是用氧化剂(如重铬酸钾或高锰酸钾)在一定条件下氧化水中有机污染物质和一些还原性无机物质所需的氧量,以每升水样消耗氧的毫克数表示,COD往往作为衡量水中有机物质含量的指标,是水质监测的重要参数之一。测定COD的标准方法是重铬酸钾法,具有测定结果准确、重现性好等优点,但存在操作过程冗长,试剂用量大,二次污染较严重等问题。因此,分析工作者主要从提高消解速度、结合仪器快速检测方面提出改进措施。本文的研究内容主要包括以下四个方面:
(1)微波消解法对有机污染物进行降解,以K2Cr2O7为氧化剂,然后测定该水样中剩余Cr6+的吸光度,间接测定COD。确定了实验的最佳条件为:微波消解功率520 W,消解时间4min,浓硫酸的体积与试样总体积的比为1:2,无须催化剂。对模拟废水的加标回收率在101.50%~115.05%之间。该方法具有操作简单,测定快速等优点。
(2)探讨了一种微波消解水样、荧光分光光度法快速测定水样COD的新方法。确定了氢离子浓度1.00 mol/L,微波消解功率585 W,消解时间6 min为最佳条件,无需催化剂,当氯离子浓度小于800.00 mg/L时无需氯离子掩蔽剂。并于激发波长为250 nm,发射波长为366 nm处荧光分光光度法测定生成的Ce3+的荧光强度。结果表明,荧光强度与COD值在0~200.00 mg/L范围内呈良好的线性关系,检测限为0.90 mg/L,回收率为94.40%~111.00%。该方法具有操作简单、测定快速,灵敏度高等优点。
(3)分析了TiO2光催化降解水溶液中的有机污染物的影响因素并且用荧光分光光度法测定COD。其中TiO2用量、溶液的初始pH值、电子捕获剂Ce4+的初始浓度、紫外光照射时间和溶液的温度均能影响有机污染物的降解;实验获得最佳条件依次为1.00 g/L,0.38,6.00×10-3 mol/L,10 min和80℃。于最大激发波长和最大发射波长分别为250nm和366 nm处,用荧光分光光度法测量反应产物Ce3+的荧光强度。荧光强度和COD浓度在0~100.00 mg/L范围内呈线性关系,检测限为0.90 mg/L。此方法用来监测湖泊水和模拟废水COD的准确度和精密度良好,但该方法存在TiO2颗粒难以回收和利用率低的问题。
(4)为提高纳米TiO2光催化剂的利用率,涂敷法制作纳米TiO2薄膜,并结合XRD衍射法对其表征;探讨了2,2’-联吡啶荧光探针法评价纳米TiO2薄膜光催化活性的可行性,其结果与传统的染料法评价结果相吻合;以纳米TiO2-K2Cr2O7协同光催化氧化体系为基础,结合紫外可见分光光度法建立了一种快速测定水样中COD的简便方法。在选定的最佳条件下,剩余Cr6+的吸光度与COD浓度在0~150.00 mg/L范围内呈线性关系,检测限为0.40 mg/L;当氯离子含量在1000.00 mg/L以内时,相对误差在±3.10%范围内。本方法具有检测限低、灵敏度高、抗氯离子干扰能力强等优点。