目前,表征废水中有机物含量的检测,一般为COD检测仪的检测法,但该方法只能表征出水中有机物的总体量。也有采用色谱法,但这一类方法只能通过保留时间来确定废水有机物的含量,这种方法对于物质结构的判定不严谨。而采用气相色谱-质谱连用的检测方法在近些年来也有报导,但没有针对精细化工废水的细化方法。本文以精细化工合成常用的Wittig反应的废水作为研究对象,建立了针对这类废水中有机物定性定量的气相色谱-质谱联用(GC-MS)法,对该反应废水中的有机物进行了测量,该检测方法的建立对这一类化工废水的处理方法提供了设计依据。
1、实验部分
1.1 仪器与试剂
气相色谱质谱联用仪(GCMS-QP2010Plus),日本岛津公司(SHIMADZUCORPORATION)
电子天平:SartoriusCPA225D,Max220g,d=0.01mg(100g)0.1mg(220g)
标准品:四氢呋喃、叔丁醇(色谱纯,德国Merck),三苯基氧膦(分析纯)
样品:液晶产品合成中,Wittig反应产生的废水。
1.2 样品预处理
废水经蒸馏回收、吸附过滤后,用硬质玻璃容器,取上清液作为试样。
1.3 标准溶液配制及标准曲线制作
准确称取THF标准品3.0(g精确至0.0001g),放入含少量纯净水的100mL容量瓶中,加入纯净水混合均匀并定容,作为标准储备液1(30000mg/l)。取标准储备液1,采用相应移液管、容量瓶,加入纯净水稀释相应倍数,配置成浓度分别为30,300,3000,6000,15000,30000mg/L的系列标准溶液,上机分析即得标准曲线,
准确称取t-BuOH标准品3.0(g精确至0.0001g)于含少量纯净水的100mL容量瓶中,加入纯净水混合均匀并定容,作为标准储备液2(30000mg/l),取标准储备液2,采用相应移液管、容量瓶,加入纯净水稀释相应倍数,配置成浓度分别为30,300,3000,6000,15000,30000mg/L的系列标准溶液,上机分析即得标准曲线,
准确称取TPPO标准品0.02(g精确至0.0001g)于100mL容量瓶中,适量纯净水溶解,适量甲醇助溶,作为标准储备液3(200mg/l)。取标准储备液3,采用相应移液管、容量瓶,加入纯净水稀释相应倍数,配置成浓度分别为8,40,80,140,200mg/L的系列标准溶液,上机分析即得标准曲线。
1.4 气相色谱-质谱条件
1.4.1 色谱条件
色谱条件(1THF、t-BuOH)
色谱柱:DB-Wax(30m*0.25mm,0.25um),载气:He,进样口温度:200℃,初始柱温:50℃-3min-20℃/min-120℃-3min,接口温度:200℃,恒流模式:30cm/sec,分流比70:1,进样体积:0.2uL
色谱条件(2TPPO)
色谱柱:DB-1MS(30m*0.32mm,0.25um),载气:He,进样口温度:300℃,初始柱温:200℃-10℃/min-300℃-3min,接口温度:300℃,恒压模式:46kPa,分流比70:1,进样体积:0.2uL
1.4.2 质谱条件
离子源EI(70eV),离子源温度150℃,阈值:300
扫描模式:SIM
THF(m/z42、m/z71、m/z72),t-BuOH(m/z31、m/z43、m/z59),TPPO(m/z77、m/z199、m/z277)。
2、结果与讨论
2.1 Wittig反应废水中有机组分的定性
结合废水>
2.2 Wittig反应废水中有机组分的定量
2.2.1 方法线性范围
线性范围、线性方程、相关系数r见表1
2.2.2 方法回收率与精密度
取Wittig反应产生的废水3组,经蒸馏回收、吸附材料吸附后,按照实验方法测定其中各有机组分含量,平行测定6组,取平均值,根据2.1换算废水中总化学需氧量(COD),采用COD检测仪检测此3组废水COD,比较本实验方法与COD检测仪检测结果,确定本实验方法回收率。此方法回收率在87.1%-94.3%之间,三种有机物相对标准偏差均低于9%。
2.2.3 废水中有机组分含量对应的化学需氧量(COD)换算关系
根据THF分子式C4H8O,可计算其理论化学需氧量为16*(4*2+8*1/2-1)=176,则THF的理论化学需氧量与THF质量浓度的转换系数为176/72=2.44.
根据t-Bu(OH)分子式C4H10O,可计算其理论化学需氧量为为16*(4*2+10*1/2-1)=192,则t-Bu(OH)的理论化学需氧量与t-Bu(OH)质量浓度的转换系数为192/74=2.60
根据TPPO分子式C18H15OP,可计算其理论化学需氧量为16*(18*2+15*1/2-1+1*5/2)=720,则TPPO的理论化学需氧量与TPPO质量浓度的转换系数为720/278=2.59。
3、结语
本方法采用GC-MS法,能够定性定量精细化工wittig反应废水中有机物,为废水研究提供依据,并能根据废水中各自的理论化学需氧量系数,快速计算出废水中各组分的化学需氧量(COD)。并结合生化池生物对具有生物毒性的THF限值,确定该化工废水能否达到进入生化池的要求。该定量方法的相对标准偏差(RSD)<9%,其中有机组分四氢呋喃(THF)在30~30000mg/L、叔丁醇(t-BuOH)在30~30000mg/L线性关系良好,三苯基氧膦(TPPO)在10~200mg/L线性关系良好,方法回收率和精密度高,可作为精细化工废水深入研究的检测方法。(>
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