使用鋁試劑的含氧陰離子濃度測定制造技術(shù)

為了測定水溶液中含氧陰離子的濃度，將鋁試劑添加至水溶液中以形成光學(xué)分析溶液。鋁試劑的添加可能形成或不形成鋁?含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀。將光導(dǎo)入光學(xué)分析溶液以測定所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)。其后，根據(jù)光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)測定水溶液中含氧陰離子的濃度。例如，當(dāng)鋁試劑濃度與光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)拐點(diǎn)對應(yīng)時，含氧陰離子的濃度可使用使含氧陰離子濃度與鋁試劑濃度關(guān)聯(lián)的摩爾比來計算。

Determination of the concentration of oxygenated anions using aluminium reagents

In order to determine the concentration of an oxygen-containing anion in an aqueous solution, an aluminum reagent is added to an aqueous solution to form an optical analytical solution. Aluminum reagent addition may form or not form aluminum oxyanion hydroxide hydrate precipitation. Light is introduced into an optical analytical solution to determine the optical response of the optical analysis solution. Thereafter, the concentration of the oxygen-containing anions in the aqueous solution is measured according to the optical response of the optical analysis solution. For example, when the concentration of an aluminum reagent corresponds to the inflection point of the optical response of an optical analytical solution, the concentration of the oxygen-containing ion may be calculated by using the molar ratio of the concentration of the oxygen-containing anion to the concentration of the aluminum reagent.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】使用鋁試劑的含氧陰離子濃度測定可發(fā)現(xiàn)本申請與2013年3月6日提交的美國專利申請第13/787,365號和共同提交的題目為“ADDITIONOFALUMINUMREAGENTSTOOXOANION-CONTAININGWATERSTREAMS”且委派代理人案號為29805.171.1的申請相關(guān)。這兩個申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
本公開內(nèi)容涉及含氧陰離子的量化，并且更具體地，涉及量化具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中的含氧陰離子。
技術(shù)介紹
含氧陰離子是可在工業(yè)過程期間形成的一類含氧陰離子分子。在商業(yè)加工操作期間遇到的典型含氧陰離子包括硼酸根、碳酸根、磷酸根、硫酸根、鉻酸根和砷酸根。這些含氧陰離子可在包含含氧陰離子的非氧元素的物質(zhì)暴露于氧氣、水和/或細(xì)菌時形成。例如，在土制材料的挖掘(如采礦操作和碾磨操作)期間，巖石中的礦物質(zhì)可暴露于氧化條件，在滲水或工藝廢物流中形成含氧陰離子。由于與許多含氧陰離子相關(guān)的不良健康和環(huán)境作用，政府管理部門經(jīng)常限制可將某些含氧陰離子與廢水排入環(huán)境中的水平。因此，產(chǎn)生含氧陰離子的工藝操作員和制造廠常常希望監(jiān)測存在于釋放至環(huán)境中的工藝流，例如廢水流中的含氧陰離子的濃度。含氧陰離子濃度信息還可用于制定或調(diào)整旨在減小存在于被排入環(huán)境之前的流中的含氧陰離子的濃度的處理方案。實(shí)際上，含氧陰離子組成和濃度可隨時間和在環(huán)境因素下改變。諸如雨量、溫度、工業(yè)工藝條件、土制物含量和工藝化學(xué)組分的因素可引起給定廢水流中的含氧陰離子隨時間的組成變化。確保準(zhǔn)確并及時地測量含水流中的含氧陰離子濃度可以幫助確保與政府規(guī)章要求相一致以及良好的環(huán)境和健康管理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
總之，本公開內(nèi)容涉及使用基于鋁的試劑光學(xué)測定具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中含氧陰離子的濃度的裝置、系統(tǒng)和技術(shù)。在一些實(shí)例中，所述技術(shù)涉及將鋁試劑添加至水溶液中，以形成改變所述水溶液光學(xué)性質(zhì)的鋁-含氧陰離子微粒。例如，將鋁試劑添加至水溶液中可能形成在觀察中保持懸浮在所述水溶液中的鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀。水溶液的光學(xué)響應(yīng)可根據(jù)形成的所述沉淀的程度和特性而變化，反過來，形成的所述沉淀的程度和特性可根據(jù)存在于所述水溶液中的含氧陰離子的濃度而變化。通過在添加鋁試劑之后光學(xué)分析水溶液，可使用所述溶液的光學(xué)響應(yīng)來測定存在于所述溶液中的含氧陰離子的濃度。不希望受任何具體理論束縛，據(jù)信鋁試劑在添加至水溶液后可水解而形成AlKeggin離子型結(jié)構(gòu)。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可能是將一個或更多個含氧陰離子分子并入低聚物結(jié)構(gòu)的低聚物種類。該低聚物種類可以與存在于所述溶液中的低聚物種類的濃度成比例地吸收和/或反射導(dǎo)入水溶液中的光。此外，低聚物種類的濃度可根據(jù)存在于水溶液中的含氧陰離子的濃度而變化。因此，存在于水溶液中的含氧陰離子的濃度可根據(jù)在添加鋁試劑之后水溶液的光學(xué)響應(yīng)來測定。實(shí)際上，在一些實(shí)例中已經(jīng)觀察到，在特定的鋁濃度下，包含含氧陰離子種類的水溶液的光學(xué)響應(yīng)在給定范圍內(nèi)可預(yù)測(例如，大致線性的、曲線的、指數(shù)的)，但在所述范圍外不可預(yù)測。在水溶液具有預(yù)期在給定濃度范圍內(nèi)的未知含氧陰離子濃度的情況下，可將預(yù)定量的鋁試劑添加至水溶液中，與用于開發(fā)可預(yù)測(例如，大致線性的、曲線的、指數(shù)的)校準(zhǔn)信息的量對應(yīng)。水溶液中的含氧陰離子濃度可通過使用校準(zhǔn)信息使所述溶液的光學(xué)響應(yīng)與含氧陰離子濃度相關(guān)聯(lián)來測定。在預(yù)期未知含氧陰離子濃度不在給定濃度范圍內(nèi)的其他應(yīng)用中，含氧陰離子濃度可如下測定：將鋁試劑的部分連續(xù)添加至水溶液中，從而逐漸增加添加至溶液中的鋁試劑的量。水溶液的光學(xué)響應(yīng)可在將每部分鋁試劑添加至水溶液中之后進(jìn)行測定。在一些實(shí)例中，當(dāng)含氧陰離子的濃度相對于鋁濃度處于特定摩爾比或摩爾比范圍內(nèi)時，觀察到光學(xué)拐點(diǎn)(例如，最小值或最大值)。因此，含氧陰離子濃度可根據(jù)與光學(xué)響應(yīng)的拐點(diǎn)對應(yīng)的鋁試劑的量，和在該位置使含氧陰離子濃度與鋁濃度關(guān)聯(lián)的已知摩爾比來確定。在一些應(yīng)用中，將熒光團(tuán)添加至具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中，以根據(jù)熒光響應(yīng)測定含氧陰離子濃度。實(shí)際上，在一些實(shí)例中已經(jīng)觀察到，熒光團(tuán)的發(fā)射強(qiáng)度隨著增加的含氧陰離子濃度(在固定的鋁濃度下)降低直至含氧陰離子濃度拐點(diǎn)，屆時熒光團(tuán)發(fā)射強(qiáng)度開始隨著繼續(xù)增加的含氧陰離子濃度而增加。再次不希望受任何特定理論束縛，據(jù)信熒光團(tuán)種類和含氧陰離子種類可能均競相與存在于水溶液中的鋁反應(yīng)。例如，在將鋁添加至水溶液中時AlKeggin離子型結(jié)構(gòu)可能形成，產(chǎn)生并入一個或更多個含氧陰離子分子和/或熒光團(tuán)分子的低聚物種類。熒光團(tuán)并入低聚物(并因此對應(yīng)于熒光發(fā)射響應(yīng)減弱)的程度與溶液中的含氧陰離子濃度以及其他因素有關(guān)，這允許量化含氧陰離子濃度。在一個實(shí)例中，描述了一種方法，其包括將鋁試劑添加至具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中，從而形成包含鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀的光學(xué)分析溶液。所述方法還包括將光導(dǎo)入所述光學(xué)分析溶液中，并由此測定所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)，以及根據(jù)所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)測定具有未知濃度的含氧陰離子的所述水溶液中含氧陰離子的濃度。在另一個實(shí)例中，描述了一種系統(tǒng)，其包括具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液源和鋁試劑源，所述鋁試劑源被構(gòu)造成向所述水溶液供給鋁試劑，并因而形成包含鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀的光學(xué)分析溶液。所述系統(tǒng)還包括光學(xué)傳感器，其包括：發(fā)射器，其被構(gòu)造成將光導(dǎo)入所述光學(xué)分析溶液；和檢測器，其被構(gòu)造成檢測來自所述光學(xué)分析溶液的光并由此提供光學(xué)響應(yīng)。所述系統(tǒng)還包括控制器，其被構(gòu)造成根據(jù)所述光學(xué)分析溶液的所述光學(xué)響應(yīng)測定具有未知濃度的含氧陰離子的所述水溶液中含氧陰離子的濃度。一個或更多個實(shí)例的詳情在下文中的附圖和描述中進(jìn)行陳述。其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將由說明書和附圖以及權(quán)利要求書而明顯。附圖說明圖1為示出使用基于鋁的試劑光學(xué)測量含氧陰離子濃度的示例性方法的流程圖。圖2為示出對于圖1的技術(shù)，根據(jù)所分析的水溶液的特性控制鋁添加的示例性方法的流程圖。圖3為示出可用于根據(jù)圖1和2的示例性技術(shù)現(xiàn)場分析水溶液以便測定含氧陰離子濃度的示例性流體系統(tǒng)的概念圖。圖4為示出示例性實(shí)驗(yàn)熒光發(fā)射響應(yīng)數(shù)據(jù)作為Al劑量和硫酸根濃度的函數(shù)的圖。圖5為示出示例性實(shí)驗(yàn)濁度響應(yīng)數(shù)據(jù)作為硫酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖6為示出附加示例性實(shí)驗(yàn)熒光發(fā)射響應(yīng)數(shù)據(jù)作為Al劑量和硫酸根濃度的函數(shù)的圖。圖7為示出對于不同示例性硫酸根溶液，熒光發(fā)射最小值處示例性Al濃度的圖。圖8為示出附加示例性實(shí)驗(yàn)濁度響應(yīng)數(shù)據(jù)作為硫酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖9為示出示例性實(shí)驗(yàn)熒光發(fā)射響應(yīng)數(shù)據(jù)作為Al劑量和鉬酸根濃度的函數(shù)的圖。圖10為示出示例性實(shí)驗(yàn)濁度響應(yīng)數(shù)據(jù)作為鉬酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖11為示出示例性實(shí)驗(yàn)濁度響應(yīng)數(shù)據(jù)作為鉻酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖12為示出示例性實(shí)驗(yàn)熒光響應(yīng)數(shù)據(jù)作為硒酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖13為示出示例性實(shí)驗(yàn)熒光響應(yīng)數(shù)據(jù)作為硼酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖14為示出示例性實(shí)驗(yàn)熒光響應(yīng)數(shù)據(jù)作為砷酸根濃度和Al劑量的函數(shù)的圖。圖15為示出熒光發(fā)射最小值處含氧陰離子濃度與Al濃度之間示例性線性關(guān)系的圖。圖16為示出濁度最大值處含氧陰離子濃度與Al濃度之間示例性線性關(guān)系的圖。圖17為示出在不存在任何含氧陰離子的情況下，示例性熒光團(tuán)的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種方法，包括：將鋁試劑添加至具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中，從而形成光學(xué)分析溶液；將光導(dǎo)入所述光學(xué)分析溶液中，并由此測定所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)；以及根據(jù)所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)測定所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中所述含氧陰離子的濃度。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種方法，包括：將鋁試劑添加至具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中，從而形成光學(xué)分析溶液；將光導(dǎo)入所述光學(xué)分析溶液中，并由此測定所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)；以及根據(jù)所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)測定所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中所述含氧陰離子的濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)響應(yīng)包括光散射、透射率和吸光度中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述鋁試劑添加至所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中包括將逐漸增加量的所述鋁試劑添加至所述水溶液中，直至所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)顯示出拐點(diǎn)，并且測定所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中所述含氧陰離子的濃度包括根據(jù)與所述光學(xué)分析溶液的光學(xué)響應(yīng)拐點(diǎn)對應(yīng)的鋁試劑的量測定所述含氧陰離子的濃度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述拐點(diǎn)為最小值和最大值之一，并且其中當(dāng)所述拐點(diǎn)為最小值時，所述光學(xué)響應(yīng)為吸光度或熒光，而當(dāng)所述拐點(diǎn)為最大值時，所述光學(xué)響應(yīng)為光散射或透射率。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中根據(jù)與所述光學(xué)響應(yīng)拐點(diǎn)對應(yīng)的鋁試劑的量測定所述含氧陰離子的濃度包括使用一摩爾含氧陰離子/三摩爾鋁至一摩爾含氧陰離子/六摩爾鋁的摩爾比計算所述含氧陰離子的濃度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述摩爾比為約3.7至約4.9。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述鋁試劑添加至所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中包括將預(yù)定量的所述鋁試劑添加至所述水溶液中，并且測定所述具有未知濃度的含氧陰離子的水溶液中所述含氧陰離子的濃度包括根據(jù)在預(yù)定量的鋁試劑下使光學(xué)響應(yīng)與含氧陰離子濃度關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)信息測定所述含氧陰離子的濃度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述水溶液的pH調(diào)節(jié)至低于8的pH。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述水溶液的pH包括添加酸以將所述pH調(diào)節(jié)至約3至約6。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含氧陰離子具有式AxOyz-，其中A為選自Se、P、As、Cr、B、Mo、V和S的化學(xué)元素；X是值為1或2的整數(shù)；O為氧；Y是值為至少1的整數(shù)；并且Z是值為至少2的整數(shù)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含氧陰離子為硫酸根。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鋁試劑包括以下中的至少一種：鋁酸鈉、鋁酸鈣、氯化鋁、聚氯化鋁、氫氧化鋁、乙酸鋁和硝酸鋁。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將熒光團(tuán)添加至所述水溶液中，并且其中所述光學(xué)響應(yīng)包括熒光。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述熒光團(tuán)包含一個或更多個陰離子側(cè)基。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一個或更多個陰離子側(cè)基包括磺酸及其鹽。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述熒光團(tuán)包括以下中的至少一種：1,3,6,8-芘四磺酸、1-芘磺酸、8-羥基-1,3,6-芘三磺酸、y-氧代-l-芘丁酸、1-芘甲酸、1,5-萘二磺酸、4-氯-2-苯基亞氨基甲基苯酚、N,N’-二亞水楊基-1,3-二氨基-2-羥基丙烷、和1-萘磺酸。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述水溶液的pH調(diào)節(jié)至約3至約6，并且其中所述含氧陰離子具有式AxOyz-，其中A為選自Se、P、As、Cr、B、Mo、V和S的化學(xué)元素；X是值為1或2的整數(shù)；O為氧；Y是值為至少1的整數(shù)；并且Z是值為至少2的整數(shù)。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述熒光團(tuán)包括1,3,6,8-芘四磺酸，并且所述含氧陰離子包括硫酸根。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在將光導(dǎo)入所述光學(xué)分析溶液并...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尼古拉斯·S·埃岡，羅納德·V·達(dá)維斯，
申請(專利權(quán))人：藝康美國股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國,US