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温泉水中硫的形态分析

作　者: 黄旺银
导　师: 苏庆平；龙小玲
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿产资源化学
关键词: 温泉水硫形态分析
分类号: P314.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

温泉在我国利用已有4000多年的历史,极大的丰富了我们的人民生活和文化底蕴。但是,温泉在人们生活和社会中的应用却一直微乎其微。近年来,随着国民经济和社会的快速发展,温泉旅游已发展成为新兴的旅游主题。以沐浴温泉、体验温泉、感悟温泉文化为主题,休闲、养生、度假为目的的旅游活动蓬勃发展。同时,温泉水在农业、养殖业、地热发电以及人民生活中也有着极广泛的应用。由此可见,温泉在当今社会中发挥着越来越重要的作用。但是,温泉作为一种富含丰富矿物质的高矿化度水体,含有许多的对人体有益和一些有毒有害微量元素。迄今为止,有关温泉水中有毒有害元素的危害及其作用机理研究的文献报道较少,尤其是关于温泉研究的基础数据工作太少。本文选取温泉水中常见的硫为研究对象,建立了快速、简便的硫形态分析方法,系统研究了温泉水中硫的存在形态及相互间的关系,采用VB语言编程,绘制了水中硫各形态的理论电位-pH图。同时以pH和温度为主要影响因素进行了温泉水中硫的变化关系和转化规律的研究。本文建立了快速、连续测定温泉水中硫离子、亚硫酸根、硫代硫酸根的形态分析方法。该方法工作线性范围宽,在0²50μg/mL浓度范围内呈线性关系,其摩尔消光系数ε分别为11.62×10⁴、5.36×10⁴、3.18×10⁴L·mol^-1·cm^-1。平均加标回收率在97.7—102.8%之间。该法灵敏度高、结果准确,且操作起来简单、快速。初始的电位-pH图都是根据化学反应进行计算然后由手工绘制而成,但是随着研究的深入,所要表达的内容已扩展到包括配位体和较高温度条件的复杂体系,考虑的化学反应和条件越来越多,各种化学平衡中的计算也越来越复杂和繁琐,用手工绘制复杂体系的电位-pH图也越来越困难。本文根据绘制Eh-pH图的需要,通过Visual Basic 6.0开发包实现绘图程序的编写,具有工作量小、速度快,同时是可视化的特点。绘制了温泉水在室温（25℃）下各种形态硫的电位-pH图。通过硫各形态的理论电位-pH图,可以清晰的看出硫各种形态的优势区域,以及影响相邻形态转化的影响因素。为下一步的实验提供了准确的指导。从电位-pH图可以看出,酸度对温泉水中的各种形态硫有着极其重要的影响。改变体系的pH,硫的各种形态含量变化差异较大。硫代硫酸根、硫酸根随着含量变化随体系pH的变化不是很明显。亚硫酸根随着体系pH的变化发生明显的递增趋势。单质硫S⁰含量随着体系酸度的改变而发生较大的变化。即在中性及酸性的环境中,单质硫呈现升高的趋势,在碱性环境中呈现递减的趋势。-2价的硫含量随着酸度不同而发生较大的变化,在pH<5.5时体系中的硫离子含量明显低于体系正常酸度条件,这是因为气态的H₂S在水-气界面上很容易逸散到空气中。造成水系中H₂S的含量发生明显的降低,这也就是为什么温泉水通常都带有臭鸡蛋气味的原因。在5.5<pH<8.5相对中性的环境中,硫离子含量逐渐增加,这说明体系中其它形态的硫转化生成了S^2-。而在pH>9.0时,硫离子的含量呈现出先降低后升高的现象,这可能是由于硫离子在不同pH的存在形态不一致的原因。而温度对温泉水中硫形态间的转化影响不是很明显,而且各形态含量在一定的范围内波动。温泉水中的硫化氢为剧毒物质,对周边环境、人生安全和仪器设备造成了不同程度的危害。故对含H₂S温泉水进行脱硫处理具有较大的社会和经济效益。本文根据硫化物的化学性质,分别采用加入氧化剂和金属离子沉淀剂进行硫化物的去除,取得了良好的效果,但是不太适用于温泉水中硫化物的去除。同时根据硫的理论电位-pH图中,-2价的硫在pH<7.09时主要为H₂S,7.09<pH<12.95时为HS^-,pH>12.95时则生成S^2-。故而我们通过调节温泉水的pH来改变体系中H₂S的含量,达到降低、消除温泉水中H₂S的目的。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 温泉水的概况  11-13
    1.1.1 温泉的定义  11
    1.1.2 我国的温泉资源分布概况及其类型  11-13
  1.2 温泉水利用现状  13-16
    1.2.1 温泉水在保健、疗养上的应用  13-14
    1.2.2 温泉水在水产养殖及农业生产上的应用  14-15
    1.2.3 温泉水在工业发电上的应用  15-16
  1.3 温泉水的危害及主要问题  16-18
    1.3.1 温泉水中硫化物对工农业生产的危害  16-17
    1.3.2 主要存在问题  17-18
  1.4 研究对象的选择及方法的确立  18-21
    1.4.1 研究对象的选择  18-19
    1.4.2 研究方法的确立  19
    1.4.3 本文创新点及预期目标  19-21
第2章分析方法的建立和样品的处理  21-29
  2.1 实验药品及仪器  21-23
    2.1.1 实验仪器设备  21
    2.1.2 实验药品试剂  21-22
    2.1.3 实验试剂的配制  22-23
  2.2 温泉水中硫形态分析方法  23-29
    2.2.1 S0_4~(2-)的测定  23-24
    2.2.2 S~(2-)、S0_3~(2-)、S_20_3(2-)的测定方法  24-28
    2.2.3 总硫及S0的测定  28-29
第3章温泉水中的EH-PH 图  29-41
  3.1 泡佩克斯与电位-PH 图  29-30
  3.2 绘制EH-PH 图算法的实现及程序的编写  30-34
    3.2.1 VB 图形基础介绍  30-31
    3.2.2 程序算法的实现  31-33
    3.2.4 绘制程序运行示例  33-34
  3.3 温泉水中硫化物的EH-PH 图  34-41
    3.3.1 S0_4~(2-)-H_20 体系Eh-pH 图  34-35
    3.3.2 S0_3~(2-)、S_20_3~(2-)-H_20 体系Eh-pH 图  35-37
    3.3.3 S~(2-)、HS~-、H_2S-H_20 体系Eh-pH 图  37-38
    3.3.4 S-H_20 体系Eh-pH 图  38-39
    3.3.5 温度对Eh-pH 图的影响  39-41
第4章温泉水中硫的形态分析  41-50
  4.1 温泉水中硫的存在形态及其含量  41-42
  4.2 温泉水中负二价硫的分布特征和变化规律  42-43
  4.3 温泉水中亚硫酸根的分布特征和变化规律  43-44
  4.4 温泉水中硫代硫酸根的分布特征和变化  44-45
  4.5 温泉水中硫酸根的分布特征和变化  45-47
  4.6 温泉水中单质硫的分布特征和变化  47-48
  4.7 温泉水中硫各种形态随温度的变化规律  48-50
第5章温泉水中硫化氢的危害及工艺处理方案探讨  50-55
  5.1 温泉水中硫化氢的危害  50
  5.2 硫化氢气体对人体的毒害机理  50-51
  5.3 硫化氢处理工艺探讨  51-55
    5.3.1 温泉水中硫化氢的产生机理  51-52
    5.3.2 硫化氢的去除方法  52
    5.3.3 对硫化氢去除新工艺的探讨  52-55
结论  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
攻读学位期间取得学术成果  62-63
附录A 程序的源代码  63-75

温泉水中硫的形态分析

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