趙駿波++梁京梅++李書沐
摘 要:一氧化碳(CO)是毒性很強(qiáng)的污染物。以改善環(huán)境質(zhì)量,保護(hù)人員安全為目標(biāo),筆者探索了凈化密閉空間中CO的實踐方法。從有效、經(jīng)濟(jì)方面考慮,重點(diǎn)實驗探究了基于不同pH值的氯化亞銅溶液(CuCl)對CO的吸收特性,發(fā)現(xiàn)強(qiáng)酸性CuCl溶液,能夠比較好地吸收凈化密閉空間中的CO,而且CuCl溶液作為一種綠色環(huán)?;瘜W(xué)材料,還可以為分離和再生CO提供實驗思路和新的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:一氧化碳 氯化亞銅 吸收 綠色化學(xué)
中圖分類號:TD77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)10(a)-0095-02
一氧化碳(CO)是對血液和神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物,它可以通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體血液內(nèi),與血液中的血紅蛋白結(jié)合,對人體生命帶來極大危害。然而,CO的產(chǎn)生,主要原因碳物質(zhì)燃燒不充分。中國是人口眾多的發(fā)展中大國,近年來工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,隨之也帶來了環(huán)境污染要問題,CO已成為工業(yè)中由于碳物質(zhì)燃燒不充分排放的主要污染源之一,其排放量也呈逐年增加的趨勢,對人民生活帶來很多隱患,做好污染物CO的凈化是現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的一個重要課題。而且,CO排放多發(fā)生在煤礦開采、爆破作業(yè)、瓦斯爆炸等密閉空間,在短時間由于釋放大量CO,給環(huán)境中人員生命帶來隱患。
另外,冬季寒冷,家庭的房間通風(fēng)普遍差,遭遇取暖設(shè)備質(zhì)量不合格,極可能造成全家人的CO中毒。據(jù)統(tǒng)計,我國每年僅在冬天收治的家中一氧化碳中毒病人竟為上千人。所以,如果能推廣采用簡單、經(jīng)濟(jì)的方法,迅速凈化密閉環(huán)境空氣中的CO,降低其含量,不僅可以減少工業(yè)排污量,改善大氣環(huán)境,而且對保護(hù)家庭人員生命財產(chǎn)安全,都有重要意義。本文將針對密閉空間CO凈化問題開展實驗探究工作。
1 CO凈化方法
為尋找簡單、高效的密閉空間CO凈化實驗方法,國內(nèi)外科研工作者在應(yīng)對環(huán)境污染過程中一直積極探索。目前,大型化工企業(yè)通常采用的凈化CO方法有:(1)低溫催化氧化法;(2)光催化法;(3)甲苯的吸收法;(4)亞銅溶液吸附法[1-2]。
對于前三種處理方法,如低溫催化氧化法,對CO進(jìn)行凈化,目前多采用Pt和Pd等貴金屬制作,這些貴金屬金屬粒徑小、分散度高、活性表面積大、表面能高,采用貴金屬催化劑Pt/SnO2或Pd/SnO2對降溫后的CO進(jìn)行凈化,有一定實驗效果,但是由于需要貴金屬制作,該方法成本較高,不易在普通生活中使用;第二種光催化法,工作原理簡單,但由于需要二氧化鈦(TiO2)電極,利用TiO2在紫外光照射下,能對CO產(chǎn)生光催化加速分解的原理,把CO轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水,該實驗方法雖然原理簡單,但是實際工作過程需要非常干燥的環(huán)境,還要有一定強(qiáng)度的紫外光照射TiO2電極,在常溫、常濕環(huán)境中實施會有困難;第三種方法,用甲苯進(jìn)行吸收,看似簡單,但是甲苯材料非“綠色材料”,使用不當(dāng)容易造成二次污染;基于以上原因,最后把實驗探究的目標(biāo)鎖定在比較經(jīng)濟(jì)、實驗條件要求不高、綠色環(huán)保的亞銅材料上進(jìn)行化學(xué)吸附。
2 基于氯化亞銅化學(xué)吸附凈化CO
化學(xué)吸附法的工作原理是:金屬離子與CO絡(luò)合進(jìn)而凈化CO。所以利用亞銅材料對CO進(jìn)行凈化和吸附,主要是以Cu+的吸附特性工作原理,Cu+能與CO結(jié)合形成羰基絡(luò)合物,如果試驗中選用氯化亞銅溶液(CuCl)[3],該材料在工業(yè)界屬于“綠色化學(xué)”環(huán)保材料,CuCl對CO的吸收是基于以下化學(xué)反應(yīng):
CuCl+CO→Cu(CO)Cl
從原子結(jié)構(gòu)上看,CO結(jié)構(gòu)主要為:碳原子的兩個未成對P電子和氧原子的P電子形成的兩個共價鍵。CO攜帶孤對電子,Cu+有空軌道,可以接收這對孤對電子,二者比較容易結(jié)合,形成氯化碳酰銅。同時氯化碳酰銅溶液并不穩(wěn)固,加熱可以破壞配位鍵,從而又分解釋放CO。所以,利用CuCl溶液對CO不僅可以進(jìn)行吸收凈化,同時還提供一個CO凈化后再回收利用的思路。
實驗前,進(jìn)行了簡單計算,0.5mL的CO理論上可以被約0.0009g的CuCl完全吸收,按照以上原理,我們制定好CO吸收凈化的實驗方案設(shè)計,在老師的幫助下,我們來到中科院化學(xué)所,進(jìn)行了以下兩組對比實驗。
第一組:(1)0.5g的CuCl配制成的100mL的CuCl水溶液;(2)1g的CuCl配制成的100mL的水溶液;在通風(fēng)櫥內(nèi),分別取15mL的CuCl溶液于燒瓶中,用翻口塞蓋好,室溫下分別向燒瓶中各通滿氮?dú)?,再分別通入30mL的CO(已提前制取好),根據(jù)容器瓶中通入CO后CuCl溶液的顏色變化深度和速度對凈化反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行判斷。結(jié)果表明:選用不同濃度的CuCl水溶液進(jìn)行CO吸收的試驗中,發(fā)現(xiàn)中性的CuCl溶液的淡綠色,在反應(yīng)后靜置一段時間,溶液稍微變暗,但基本仍未淺綠色,顏色變化速度均不明顯,說明反應(yīng)不充分,主要原因是中性CuCl溶液中Cu+很不穩(wěn)定,在中性水溶液中吸附效果差。
第二組實驗:選取鹽酸作為CuCl的穩(wěn)定劑,容量瓶中分別配置:(1)0.5g的CuCl配制成的100mL的鹽酸溶液,調(diào)節(jié)pH值至4;(2)0.5g的CuCl配制成100mL鹽酸溶液,調(diào)節(jié)pH值至2;同第一組實驗過程一樣,在通風(fēng)櫥內(nèi),分別取15mL的CuCl溶液于燒瓶中,用翻口塞蓋好,再分別通入30mL的CO(已提前制取好),根據(jù)容器瓶中通入CO后CuCl溶液的顏色變化深度和速度對凈化反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行判斷。結(jié)果表明:發(fā)現(xiàn)通入CO后pH=2的CuCl溶液迅速變?yōu)樗{(lán)綠色,顏色變化非常明顯,pH=4的CuCl溶液通入CO后反應(yīng)速度和顏色變化介于pH=2和中性水溶液中間[4]。
結(jié)果表明:酸性CuCl溶液顯示出其對CO有更良好的吸收特性,酸性越強(qiáng),吸收特性越好。
3 結(jié)語
CO等污染廢氣有很多危害,凈化CO有重要意義。通過本次在中科院化學(xué)所的研究性學(xué)習(xí),實驗探究了酸性CuCl溶液,能夠比較好地吸收和凈化密閉空間CO,而且酸性越強(qiáng)凈化效果越好的特性。酸性CuCl溶液吸附實驗,操作簡單,非常符合綠色化學(xué)理念。未來工業(yè)對CO作為原材料其實需求很大,采用酸性CuCl溶液不僅可以對廢氣中的CO實現(xiàn)凈化,而且對吸附后的溶液,進(jìn)行有效處理,可以回收分離出CO,這不僅可降低生產(chǎn)成本,還可提高社會效益,變廢為寶,該種綠色化學(xué)實驗探究是下一步我們探究的方向。
參考文獻(xiàn)
[1] 陸軍民.工業(yè)CO廢氣回收利用現(xiàn)狀與展望[J].化工科技市場,2001(11):22-25.
[2] 張祎,劉有智,袁志國.密閉空間一氧化碳凈化技術(shù)探討[J].天然氣與化工,2014,39(2):85-90.
[3] 李麗.分子篩負(fù)載CuCl制備CO吸附劑的研究[J].山西化工,2013,33(6):16-18.
[4] 顏智殊,侯素蘭.氯化亞銅實驗室制備的綠色化研究[J].湖南人文科技學(xué)院學(xué)報,2006(6):34-36.endprint