光催化NaH2PO2去除给水中溶解氧的研究

张欣1，吴仁涛1，喻宗仁2，张超3
(1.泰山学院 化学系，山东 泰安 271021；2.泰安市环保监测站，山东 泰安 271000；3.泰山学院 物理系，
山东 泰安 271021)

　　摘要：进行了在紫外光的催化下，NaH₂PO₂去除给水中溶解氧的研究，结果表明，NaH₂PO₂的用量，水温，光照时间和pH值对给水中溶解氧的去除有影响。NaH₂PO₂的用量为25.00mg／L、给水温度在60℃、给水pH值为8.0左右、紫外光照射时间为1 min时，给水中溶解氧的去除率达98％。
　　关键词：光催化；溶解氧；次亚磷酸二氢钠；给水处理
　　中图分类号：TU991.27 文献标识码：A 文章编号：1009-2455(2004)03-0018-02

A Study of Removing Dissolved Oxygen in Feed water by
photocatalysis of NaH₂PO₂
Zhang Zin1，Wu Ren-tao1，Yu Zong-ren2，zhang Chao3
(1.Department of Chemistry,Taishan College，Tai’an 271021，China,2.Tai’an Environmental Protection A gency Monitoring Station，
Tai’an 271000，China；3，Physical Department of Taishan College，Tai’an 271021，China)

　　Abstract： The removal of dissolved oxygen in feed water with NaH₂PO₂ under the catalysis of ultraviolet　was studied.The results showed that dosage of NaH₂PO₂，the temperature of water，the time of illumination and　the pH value had effects on the removal of the dissolved oxygen in feed water， Under the conditions that the　dosage of NaH₂PO₂ was 25.00 mg／L，the temperature of feed water was 60℃，the pH Value of the feed water was　about 8.0.and the time of illumination was 1 minute，the removal rate of dissolved oxygen in feed water reached　98％.
　　Key words：photo catalysis；dissolved oxygen；NaH₂PO₂；feed water treatment

　　给水中的溶解氧通常是造成热力设备腐蚀的主要原因，化学除氧是在热力除氧的基础上进行的深度除氧。目前使用的化学除氧剂有：肼(N₂H₄)、亚硫酸钠(Na₂SO₃)、异抗坏血酸(ErA)等[1]。肼的缺点是低温时与水中溶解氧反应较慢，并且对人体有致癌作用；亚硫酸钠在使用中易分解生成SO₂，会腐蚀汽轮机叶片、凝气器、加热器铜管和凝结水管道；异抗坏血酸属于新型化学除氧剂，缺点是价格太高，锅炉运行费用大。与以上目前常用的化学除 氧剂相比，本试验所采用的化学除氧剂次亚磷酸二氢钠(NaH₂PO₂)本身及反应产物都没有毒性，而且反应产物对热力设备金属表面有钝化作用；使用NaHaPO2作除氧剂还具有除氧迅速，除氧率高等特点；NaH₂PO₂价格相对较低，用NaH₂PO₂作除氧剂可比用肼作除氧剂运行费用降低20％以上。

1 溶解氧腐蚀与光催化NaH₂PO₂除氧的反应机理

1.1 溶解氧与钢铁的腐蚀
　　氧在中性水中对一些金属的腐蚀起着重要的作用。溶解氧在腐蚀的金属表面上，起着阴极去极化作用，促进了金属的腐蚀。钢铁在水中的腐蚀过程显示，溶解氧的浓度是腐蚀速率的控制因素。图1为淡水中的低碳钢的腐蚀速率与氧含量和温度间的关系。由图1可以看出，在实验的温度和氧含量范围内，低碳钢腐蚀速率随氧的含量增加而增加。

1.2 NaH₂PO₂去除给水中溶解氧的反应机理
　　H2PO2-离子的氧化还原电位，在碱性介质中为-1.57 V，在酸性介质中是-1.36V^[2]。由此可见，NaHPO₂是最强的还原剂之一。
　　根据原子氢态理论^[3]，在催化作用下，H₂PO₂^-分解析出初生态原子氢。
　　H₂PO₂^-+H₂0→ HPO₃^2-+H⁺+2[H]
　　在这里紫外光起到了使H2PO2-催化分解的作用。随之，初生态的氢又在紫外光的作用下与水中的溶解氧迅速化合成水。

2 试验部分
2.1 试验方法
　　用烧杯盛取500mL原水(水中溶解氧为2.6mg／L)，向水中加入NaH₂PO₂溶液，根据试验要求条件调节pH值、温度，用30W(λmax=253.7 nm)紫外线灯照射，然后测定水中的溶解氧。
2.2 给水中溶解氧的测定方法
　　根据试验条件用碘量法分别进行溶解氧测定，方法同文献^[4]。

3 结果与讨论

3.1 NaH₂PO₂用量对溶解氧去除率的影响
　　在给水温度为60℃、pH值为8.0、紫外光照射时间为1 min条件下，测定NaH₂PO₂用量对给水中溶解氧去除率的影响，结果如图2所示。
　　从图2可以看出随着NaH₂PO₂的用量增加，溶解氧去除率升高，当NaH₂PO₂，用量为25.00mg／L时，给水中溶解氧去除率达到最高。超过25.00mg／L再增加aH2PO2的用量，溶解氧去除率反而会略有下降。故试验确定NaH₂PO₂的用量为25.00mg／L。

3.2 给水温度对溶解氧去除率的影响
　　当给水的pH值为8.0，紫外灯照射1 min，NaH₂PO₂的用量分别为25.00，12.50，6.25 mg／I条件下改变给水的温度时，溶解氧的去除率如图3所示。从图3可以看出，温度对给水中溶解氧的去率有较大的影响，而且随NaH₂PO₂的用量不同，都有不同的使用最佳温度条件。当NaH₂PO₂用量在25.00mg／L时，给水的最佳使用温度为60℃。

3.3 给水pH值对溶解氧去除率的影响
　　NaH₂PO₂用量为25.00mg／L、给水温度为60℃、光照时间为1 min条件下，随溶液的pH值变化，溶解氧去除率也有较大的改变，如图4所示。NaH₂PO₂在给水pH值8.0附近，对溶解氧有较高图4 给水pH值对溶解氧去除率的影响的去除率。

3.4 光照时间对溶解氧去除率的影响
　　改变紫外灯对给水的照射时间，其它试验条件同3.3节，给水中溶解氧去除率如图5所示。从图5可以看出紫外光照射时间为1 min时，给水中溶解氧有较高的去除率，去除率可达98.5％。如果延长紫外光的照射时间，水中溶解氧的去除率反而会下降。其原因是，随着紫外光照射时间的延长，水本身会发生催化分解，而造成水中的溶解氧浓度有所增大。

4 结论

　　影响NaH₂PO₂去除给水中溶解氧的因素较多，且比较复杂。其中NaH₂PO₂的用量、给水的pH值以及紫外光照射时间对给水中溶解氧的去除率都有较大的影响。根据试验结果显示，当NaH₂PO₂的用量为25.00 mg／L、给水温度在60℃、给水pH值在8.0附近、紫外光照射时间为1 min时，给水中溶解氧的去除率为98.5％。NaH₂PO₂是一种较好的化学除氧剂，可用于锅炉给水深度化学除氧。

参考文献：
　　[1] 周本省.工业水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2002.
　　[2] Wolfgang Riedel. 化学镀[M].上海：上海交通大学出版社，1996.
　　[3] 伍学高.化学镀技术[M].成都：四川科学技术出版社,1985.
　　[4] 郑淳之.水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法[M].北京：化学工业出版社，2000.

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作者简介：张欣(1948-)，男，山东泰安人，高级实验师，泰山学院化学系实验室主任， 主要从事化学教学、科研工作，tazxzx@163.com。