6 废水中重金属电化学法回收
化工、印染、电镀、有冶炼、有金属矿山开采、电子材料漂洗废水、染料生产等过程中常产生含有大量铜离子的废水。铜是工业废水中非常常见的重金属，若不经适当的处理直接排入环境中，会严重威胁水生态系统健康，并通过食物链危害人体健康。目前处理含铜废水的方法主要有化学絮凝、离子交换、电解法等。本实验主要采用电解法处理含铜废水，电解法可直接得到金属铜并且具有操作简单、易实现自动化和设备化控制等优点。
6.1实验目的
(1) 了解电解法处理含铜废水的原理和方法；化学实验报告
(2) 计算不同电流密度条件下得到铜的电流效率。
6.2实验原理
电流效率是电解生产过程中的一项重要的技术经济指标。电流效率是指电解时在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比，通常用符号η表示。
其中铜的电化当量为1.185g/A∙h。
6.3实验设备及条件
6.3.1 实验装置
电解实验装置如图6.1 所示。本实验采用烧杯盛装铜离子废水溶液，极板间距20 mm。
实验中采用DH1765-1 型程控直流稳压稳流电源(35 V,3A)，采用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，以使电解液在反应器内分散均匀。
磁力加热搅拌器
图6.1 实验装置图
6.3.2仪器及化学试剂
仪器：电子天平，精度为万分之一克；烘箱；磁力搅拌器；直流稳压电源；pH计。
实验材料：实验中阳极采用石墨板、阴极均采用铁板，极板尺寸为115 mm ×65 mm × 2 mm ( 有效面积68 cm2 )。
化学试剂：硫酸铜；去离子水；
器皿：500ml烧杯；搅拌子；
6.4实验步骤
（1）配置模拟实验废水：用天平称取一定量CuSO4∙5H2O加入到去离子水中，使Cu2+初始浓度保持在C(Cu2 +) = 40 mg∙L-1置于烧杯中，用硫酸调整溶液pH为5。
（2）取3份300ml溶液置入3个烧杯中，并放在磁力搅拌器上。
（4）将阴极板用砂纸磨光，阴极干燥后称重，质量计为A1。将数据填入表6-1中。
（3）将石墨阳极板和铜阴极板连接好导线固定并浸入溶液中，测量浸入溶液中电极的深度，计算电极面积，计为S。将数据填入表6-1中。
（4）稳压直流电源正极接石墨，负极接铜片。打开稳压直流电源，采用电流密度1A/cm2，2A/cm2，3A/cm2电解，电解1h。电解电流I为电流密度与阴极铜片面积的乘积。将数据填入表6-1中。
（5）电解结束后，关闭稳压电源。取出阴极板，采用去离子水清洗电极表面。置入烘箱中80℃烘干20min，取出称量阴极板质量，计为A2。将数据填入表6-1中。
（6）将上述质量A2，A1，相减得到质量即为铜的实际沉积量，计为m1。将数据填入表6-1中。
6.5实验数据及处理6.5.1 实验数据
试样编号电流密
度
电极面积
S(cm2)
电流强
度I(A)
电解前电极
质量A1(g)
电解后电极
质量A2(g)
产物质量
m1(g)
理论产物
质量m0(g)
电流效
率η
1 0.1 31.525 3.1 10.682
2 10.7007 0.269 0.306 89.3%
2 0.15 32.5 4.9 10.6552 10.6824 0.441 0.484 91.2%
3 0.2 32.5 6.3 10.5650 11.1187 0.575 0.622 93.4% 6.5.2 数据处理
t/s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
U1/V 25.4 22.2 19.9 18.1 15.8 14.0 12.7 11.9 11.5 10.8 10.9
U2/V 28.5 25.2 22.1 19.9 18.6 17.4 16.6 15.8 15.2 14.5 14.0
U3/V 20.3 19.4 18.5 17.7 17.1 16.5 15.9 15.3 14.8 14.3 13.8
图1
（2）作出电流密度与电流效率的关系。
图 2
6.6思考题
（1）影响电流效率的主要因素有那些? 答：根据公式%100%1001
01⨯⋅⋅=⨯=
t
I k m m m η我们可得在电解实验中影响电流效率的主要因素有电化当量、电流强度和通电时间，电化当量由电解液的种类决定，电流强度
I=J·S ，由电流密度和电极参与电解面积决定。在本次实验中影响电流效率的主要因素为电流强度，由表6.1可知电流效率随着电流强度的增大而增大，由图2可知电流效率随着电流密度的增大而增大。
发布评论