Файл: Лурье, Ю. Ю. Химический анализ производственных сточных вод.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 167
Скачиваний: 3
49.1.1. Сточная вода с небольшим количеством летучих веществ
В зависимости от содержания органических веществ в сточной воде отбирают для анализа пробу от 25 до 1000 мл. Объем пробы зависит от того, ограничится ли анализ взвеши ванием каждой группы выделенных веществ или необходимо разделить и определить компоненты, входящие в ту или иную группу.
Реактивы
Хлористоводородная кислота, пл. 1,19 г/см3, разбавленный (1 : 7) раствор.. Диэтиловый эфир.
Едкий натр, 5%-ный раствор, содержащий 20% хлорида натрия.
Сульфат натрия, безводный. Двуокись углерода.
Бикарбонат натрия, 5%-ный раствор, содержащий 20% хлорида натрия.
Уксусная кислота.
Ход определения. Отобранную пробу 25—1000 мл насы щают хлоридом натрия и приливают хлористоводородную кис лоту до получения 5%-ной концентрации. Затем проводят экс тракцию диэтиловым эфиром. Объем эфира и число экстракций зависят от объема взятой для анализа сточной воды. Общим правилом является многократное экстрагирование малыми порциями эфира. Все эфирные вытяжки соединяют и про мывают небольшим объемом разбавленной (1:7) хлористово дородной кислоты, присоединяя промывные воды к первона чальному раствору.
Если на этой стадии анализа получится слишком большой объем эфирного раствора, эфир отгоняют, пока не останется 20—50 мл раствора. В нем содержатся нейтральные, кислотные (включая фенолы) и некоторые амфотерные органические сое динения.
Эфирный раствор обрабатывают по одному из описанных
ниже вариантов. |
Эфирный раствор экстрагируют тремя пор |
|
В а р и а н т |
1. |
|
циями по 30 |
мл |
раствора едкого натра, отделяют эфирный |
слой, высушивают его безводным сульфатом натрия и отго няют эфир. В остатке содержатся все нейтральные соединения пробы; остаток взвешивают.
Щелочной водный раствор охлаждают, насыщают дву окисью углерода до появления осадка бикарбоната натрия и затем экстрагируют несколькими порциями эфира. Эфирные вытяжки соединяют, высушивают безводным сульфатом натрия
и отгоняют эфир. Так получают |
остаток, |
состоящий из |
очень |
|||
слабых кислот |
(в основном из |
фенолов), |
содержавшихся в |
|||
пробе; его также взвешивают. |
двуокисью |
углерода |
вод |
|||
Оставшийся |
после |
обработки |
||||
ный слой нагревают |
на водяной бане до |
удаления эфира, |
||||
7* |
195 |
охлаждают, подкисляют и экстрагируют несколькими порциями эфира. Соединив эфирные вытяжки, высушив их и отогнав эфир, получают остаток соединении кислотного характера; оп ределяют их массу.
Ва . риа нт 2. Эфирный раствор экстрагируют тремя не большими порциями раствора бикарбоната натрия, отделяют эфирный слой и экстрагируют его тремя порциями по 30 мл раствора едкого натра. Затем эфирный слой отделяют, высу шивают его безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. Полученный остаток состоит из нейтральных соединений, со державшихся в пробе; его взвешивают.
Водный раствор после обработки едкой щелочью подкис ляют хлористоводородной кислотой примерно до рН = 2, экстра гируют эфиром, отделяют эфирный слой, высушивают его без водным сульфатом натрия, отгоняют эфир и взвешивают оста ток. Так находят содержание очень слабых кислот главным образом фенолов.
Оставшийся после обработки бикарбонатом натрия водный слой осторожно подкисляют (выделяется СОг!), экстрагируют эфиром, отделяют эфирный слой, высушивают его безводным сульфатом натрия, отгоняют эфир и взвешивают остаток; по лучают содержание кислотных соединений.
Первоначальный водный раствор, содержащий хлористово дородную кислоту в отношении (1 :7), подщелачивают едким натром до pH не менее 10 и экстрагируют несколькими пор циями эфира по 50 мл каждая. Соединяют эфирные вытяжки, высушивают их безводным сульфатом натрия, отгоняют эфир и остаток взвешивают. Остаток состоит из органических соеди нений основного характера (амины, пиридиновые основания и т. п.). Оставшийся после экстракции водный раствор может содержать амфотерные вещества, а также нелетучие, лучше растворимые в воде, чем в эфире, органические соединения, например многоосновные кислоты, оксикислоты, многооснов ные спирты, аминокислоты, галогено- и сульфокислоты, ча стично многоосновные фенолы, простые углеводы, мочевину и ее производные. Этот раствор точно нейтрализуют уксусной кисло той и экстрагируют несколькими порциями эфира. Эфирные вы тяжки высушивают безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. В остатке содержатся амфотерные соединения.
Оставшийся после всех экстракций водный раствор приво дят к pH = 3 или 4 добавлением разбавленной серной кис лоты и выпаривают досуха на водяной бане. Остаток состоит из неорганических солей и органических веществ, лучше раст воримых в воде, чем в эфире. В нем можно определить содер жание углерода. Зная происхождение сточной воды, этот оста ток можно подвергнуть специальной обработке, например многоосновные кислоты экстрагировать горячим спиртом, неко торые многоосновные спирты — экстрагировать пиридином или
196
L Схема выделения и разделения органических компонентов сточных вод
Сточная воца (от 25 до 1000 мл) |
|
Прибавляют NaCl до насыщения и HCI до концентрации |
1:7 |
* |
I |
* |
В а р и а н т |
1 |
Э к с т р а г и р у ю т с м е с ь ю , |
с о д е р ж а щ е й |
5% N a O H и 2 0 % N a C l
Э ф и р н ы й раст вор
В а р и а н т 2
Э к с т р а г и р у ю т с м е с ы о . с о д е р ж а щ е й 5% Ы а Н С О з и 20% N a C l (
В о д н ы й к и с л о т н ы й раст вор
П р и б а в л я ю т р а с т в о р N a O H д о p H н е м е н е е 10 н э к с т р а г и р у ю т
э ф и р о м
I
*
Э ф и р н ы й раст вор
Вы с у ш и в а ю т
N a 2S 0 4,
о т г о н я ю т э ф и р
Н е й т р а л ь н ы е с о е д и н е н и я *
I
Э ф и р н ы й
раст вор
Высушивают, отгоняют эфир
Ф е н о л ы и д р у г и е о ч е н ь
сл а б ы е
ки с л о т ы
I
В о д н ы й щ е л о ч н о й раст вор
О х л а ж д а ю т , н а с ы щ а ю т С 0 2,
эк с т р а г и р у ю т
эф и р о м
•1
Во д н ы й раст вор
Н а г р е в а ю т д л я у д а л е н и я э ф и р а ,
п о д к и с л я ю т , э к с т р а г и р у ю т э ф и р о м ,
э ф и р н ы й с л о й в ы с у ш и в а ю т N a 2SO,j,
о т г о н я ю т э ф и р
Ки с л о т н ы е
со е д и н е н и я
Э ф и р н ы й |
раст вор |
|
Э к с т р а г и р у ю т с м е с ы о , |
с о д е р ж а щ е й |
|
0% N a O H + 20% |
N a C l |
|
Э ф и р н ы й |
|
В о д н ы й |
раст вор |
щ е л о ч н о й раст вор |
|
В ы с у ш и в а ю т
Na 2S O .j, о т г о н я ю т
эф и р
Не й т р а л ь н ы е
со е д и н е н и я
П о |
д к и с л я ю т |
Н С 1 |
д о р Н = 2 . |
Э к с т р а г и р у ю т
эф и р о м , э ф и р н ы й
сл о й в ы с у ш и в а ю т
N a 2S O .|, о т г о н я ю т э ф и р
Ф е н о л ы и д р у г и е о ч е н ь
сл а б ы е
ки с л о т ы
*
Во д н ы й
би к а р б о н а т н ы й
раст вор
О с т о р о ж н о п о д
к и с л я ю т |
НС1 |
( в ы д е л я е т с я |
С 0 2 I), |
э к с т р а г и р у ю т э ф и р о м , э ф и р н ы й с л о й
в ы с у ш и в а ю т |
N a 2S 0 4 , |
о т г о н я ю т |
э ф и р |
Ки с ю о т н ы е
со е д и н е н и я
|
I |
Э ф и р н ы й |
В о д н ы й раст вор |
раст вор |
П о д к и с л я ю т |
В ы с у ш и в а ю т |
у к с у с н о й к и с л о |
N a 2SO.j, |
т о й т о ч н о д о |
о т г о н я ю т |
н е й т р а л ь н о й |
э ф и р |
р е а к ц и и и |
|
э к с т р а г и р у ю т |
О с н о в н ы е |
э ф и р о м |
|
|
с о е д и н е н и я |
|
. 'ir |
4 |
Э ф и р н ы й |
В о д н ы й раст вор |
раст вор |
У с т а н а в л и в а ю т |
В ы с у ш и в а ю т , |
р Н = 3 —4, в ы п а |
о т г о н я ю т э ф и р |
р и в а ю т д о с у х а н а |
|
в о д н о й б а н е |
А м ф о т е р |
Н е л е т у ч и е с о е |
н ы е |
д и н е н и я , р а с т в о |
с о е д и н е н и я |
р и м ы е в в о д е |
|
з н а ч и т е л ь н о л у ч - |
|
ш е . ч е м в э ф и р е |
Н е й т р а л ь н ы е с о е д и н е н и я м о ж н о р а з д е л и т ь н а а л и ф а т и ч е с к и е , а р о м а т и ч е с к и е и о к и с л е н н ы е , к а к у к а з а н о в т е к с т е ( с т р . 198).
превратить в ацетали обработкой масляным альдегидом в при сутствии разбавленной хлористоводородной кислоты и т. д.
Нейтральные соединения, выделенные, как описано выше (см. вариант 1 или вариант 2), можно после взвешивания раст ворить в эфире и перенести раствор в колонку, заполненную силикагелем, затем последовательным элюированием различ ными растворителями провести следующие разделения. Сна чала изооктаном извлечь алифатические соединения, потом бензолом — ароматические соединения и, наконец, смесью хло роформа с метанолом в отношении 1 : 1 извлечь окисленные соединения. Каждый элюат надо нагреть до удаления раство рителя, остаток высушить, пропуская над ним нагретый до 55—60 °С очищенный воздух, и взвесить.
Схема анализа этим методом приведена на стр.’197.
49.1.2.Сточная вода с большим количеством летучих органических веществ
Если анализируемая вода содержит относительно большие количества летучих органических веществ, то рекомендуется начинать анализ с дистилляции. Ее можно проводить сначала из кислой среды, потом, подщелочив дистиллят, из щелочной среды или, наоборот, сначала вести отгонку из щелочной среды, потом из кислой, подкислив дистиллят. Выбор зависит от того, преобладают лк в пробе летучие кислоты или летучие амины, и от того, желательно ли в процессе разделения отделить друг от друга летучие и нелетучие кислоты. Таким образом могут быть предложены два варианта.
В а р и а н т 1. Пробу сточной воды подкисляют серной кис лотой до слабокислой реакции и перегоняют с водяным паром, пока в колбе не останется лишь очень небольшой объем жидкости. Этот-остаток анализируют, как описано выше (см. схему), учитывая, что в нем будут лишь нелетучие кислоты, фе нолы и нейтральные вещества, а также сернокислые соли ами нов и других оснований. Дистиллят подщелачивают и снова отгоняют почти весь раствор. Остаток, содержащий натриевые соли летучих кислот и фенолов, анализируют по той же схеме (подкисляют, экстрагируют эфиром после добавления NaCl и т. д.). Во втором дистилляте будут лишь нейтральные лету чие вещества.
В а р и а н т 2. Сначала проводят дистилляцию из щелочной
среды |
(в остатке летучие и нелетучие кислоты в виде их солей |
и все |
другие нелетучие вещества; в отгоне летучие основания |
и нейтральные вещества). Остаток анализируют по схеме, при веденной в разд. 49.1.1. Отгон подкисляют, дистилляцию повто ряют, оставляя в колбе небольшой объем жидкости. В этом остатке — соли летучих оснований. Последние выделяют, под
198
щелачивая жидкость и извлекая эфиром, как указано в схеме. Второй отгон содержит лишь летучие нейтральные вещества, как и в первом варианте.
Определение этих нейтральных летучих соединений, при сутствующих в очень разбавленном растворе, представляет наибольшую трудность. Их можно концентрировать сорбцией на активированном угле (см. ниже) с последующей десорб цией (но при этом неизбежны некоторые потери), выморажи ванием и т. п. В ряде случаев возможно прямое их определение в таком разбавленном растворе специальными очень чувстви тельными методами (определение карбонильных соединений, сложных эфиров и др.).
49.2.АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ И РАЗБАВЛЕННЫХ (ИЛИ ОЧИЩЕННЫХ) СТОЧНЫХ ВОД
Для анализа вод, содержащих органические вещества в очень малых концентрациях, рекомендуется метод, в котором эти вещества сначала сорбируются активным углем, а затем десорбируются тем или иным растворителем. При этом неко торые органические вещества углем не извлекаются, а часть летучих веществ теряется в последующих операциях. Если со держание летучих веществ относительно велико и общая кон
центрация |
органических |
веществ допускает предварительную |
дистилляцию (например, |
из объема 2—5 л), то лучше сначала |
|
произвести |
дистилляцию, |
как описано в предыдущем разделе, |
а сорбции на угле подвергать лишь фракцию нейтральных ве ществ.
В зависимости от концентрации органических веществ в воде берут от 10—20 г активированного угля до 1,5 кг (послед нее— при анализе природных вод). Соответственно этому оп ределяются и размеры колонки.
Активированный уголь надо сначала очистить. Для этого его обрабатывают органическим растворителем в приборе Сокслета и промывают водой. Органический растворитель при меняют тот же, который используют -для экстракции органиче ских веществ. Активированный уголь часто приходится очи щать от железа, обрабатывая его хлористоводородной кисло той. а затем промывая водой до удаления хлорид-ионов.
Природные и сильно разбавленные сточные воды обычно имеют реакцию, близкую к нейтральной, и во многих случаях их можно анализировать, пропуская через уголь без предвари
тельной обработки. Однако более точные |
результаты |
полу |
|
чают, если |
пользуются двумя колонками с углем; через одну |
||
пропускают |
анализируемую воду, подщелоченную до |
pH = |
|
= 8—8,5, |
через другую — подкисленную |
до pH = |
3—3,5. |
После десорбции органических веществ полученные растворы или соединяют для исследования, или исследуют раздельно.
199