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マンガンが含まれる水を処理する場合、塩化第二鉄と次亜塩素酸ナトリウムを添加して共沈させる方法がありますが、原理がよくわかりません。
共沈の原理と、なぜ次亜塩素酸ナトリウムが必要なのか教えて下さい。また、この方法で亜鉛等ほかの金属も除去できるのでしょうか?

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A 回答 (4件)

少し補足させて頂きます。


第二鉄(FeIII)のpH変化による溶解度は参考URL(4)のFig2で示されます。単純にFe+3のみだと左側に実線ですがその他の水酸化鉄イオンも存在し、それらを合わせると最小値のある曲線のようになります。pHが6以上で鉄は20nM(1.1μg/L ≒ 1.1ppb)となります。(pHが8以上になると溶解度は高まります。) 
水酸化第二鉄の沈殿はフロック(水中にフワフワしていて綿毛に似た状態)は懸濁あるいは溶解する物質も包み込んで一緒に沈殿させるもので水処理では凝集沈殿であり、化学では共沈(coprecipitation)と言い微量であって沈殿や遠心分離では分離できない重金属を濃縮するのに使われます。
重金属のpH変化による溶解度の例は参考URL(5)のFig2-8のようでそれぞれの金属で異なります。これも他の金属水酸化イオンや共存するイオンや有機物との関係があって単純なものではなく、例えば亜鉛であればZn(OH)2だけでなく、[Zn(OH)4]-2、[Zn(NH3)4]+2 なども考慮せねばなりません。亜鉛が最小の溶解度を示すpHは約11で、凝集剤の第二鉄とは同じではありません。
水酸化第二鉄フロックに他の重金属が取り込まれるイメージは少し異なりますが参考URL(1)のFig6を参照ください。
参考URL(1)の図14に各種重金属の凝集剤の第二鉄で凝集沈殿したときのpHと残留値がありますが、亜鉛ではpH≒8.5になっています。また中和剤に何を使うかも影響します。参考URL(3)の2ページ最下段の図に一例があります。
これらは、共存する物質や濃度、装置や操作条件などで異なるので、理論はあくまで基本であって、それ以上に経験が求められる世界でもあります。

参考URL:
(1)重金属の沈殿分離
http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gi …
(2)無機廃液処理の概要
http://www.okayama-u.ac.jp/user/ace/haieki/syori …
(3)亜鉛の処理技術について
http://www.env.go.jp/council/09water/y099-02/mat …
(4)Hydrolyzing metal salts as coagulants
http://www.iupac.org/publications/pac/2001/pdf/7 …
(5)Treatment of wastewater including heavy metals
http://www.apec-vc.or.jp/co-op/mekki/pdf/2_5.pdf
http://www.apec-vc.or.jp/co-op/mekki/docs/2_5_01 …
(6)UNIPURE Process Technology
http://www.unipure.com/tech/index.shtml
(7)A high-resolution TEM-AEM, pH titration, and modeling study of Zn2+ coprecipitation with ferrihydrite
http://www.netl.doe.gov/osta/techpapers/2005-013 …
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>この方法で亜鉛は沈殿するんでしょうか?


ある程度としかお答えできません。
>添加した塩化第二鉄の鉄分はほとんど全て沈殿するのでしょうか?
Fe3+の溶解度は中性付近で計算上はng/Lレベルです。長時間静置すれば大部分は沈殿しますが、気泡がフロックに付いたり、水質によっては一部が微粒子になって残ることがあります。それらは急速ろ過でもキャッチされないこともあり、ろ過水に0.01~0.1mg/L位検出されることもあります。それも精密膜フィルターでろ大部分除けます。処理技術次第で決まります。
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この回答へのお礼

私は某市役所勤務で、この4月から一般廃棄物焼却灰の埋立地からの浸出水の処理施設の水質管理をしていますが、畑違いの仕事のため、水処理の原理も理解しないままでいました。kei533さんのおかげで少しはわかるようになりました。ありがとうございます。

お礼日時:2005/07/16 00:00

地下水などに含まれるマンガン(Mn2+)は多くても数mg/L以下です。

次亜塩素酸ナトリウムで酸化されて不溶性のMnOxになりますが、それらが凝集して沈殿しやすいフロックには容易になりません。場合によってはコロイドを形成することもあります。そこで凝集剤の一種である塩化第二鉄を加えて、そのフロックに抱き込んで沈殿させる(凝集沈殿)わけです。次亜塩素酸は水処理では二価鉄イオン(Fe2+)やシアンの酸化にも使われますが、滅菌にも使われます。凝集沈殿は中性付近で水酸化物をつくる金属イオンは濃度次第では水酸化第二鉄フロックと共沈して濃度が低下することもあります。
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この回答へのお礼

なるほど、ありがとうございます。
この方法で亜鉛は沈殿するんでしょうか?
それと、添加した塩化第二鉄の鉄分はほとんど全て沈殿するのでしょうか?

お礼日時:2005/07/14 23:42

前者だけ。


「やってみたら.いっしょに沈殿した」が昔の内容。
近年は.たかく錯体の形成
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もし何か知っている方がおられたら、是非教えて下さい!お願いします。

Aベストアンサー

経験がないので分かりませんが、検索するといろいろ出てきます。
たとえば、
http://purewater-ec.com/?mode=f6
問い合わせてみたらいかがでしょうか?

でもいろいろな所を見ていると、最初の方が回答されたより、大きくて高いものもあります。

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長文失礼いたしました

Aベストアンサー

自身で、凝集剤として使用したことはないのですが・・・(汗)

ポリ塩化アルミニウムは、澄明溶液ではなく懸濁液ではなかった
でしょうか。

浄水などでは「凝析・塩析」の効果が期待され、また一部は
アルミニウム塩となることでの溶解性の低下を目的に使用される
場合もありますが、今回ご質問の染料の凝集に使用する場合は、
「懸濁粒子への吸着」がメインかと思います。
(いわば、レーキ顔料のようなものを作っている、と)

その視点に立つと、酸性下・塩基性下での除去率低減の
理由としては、以下のような考察が立てられます:

【酸性下での除去率低下の理由】
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(ポリ塩化アルミニウムの懸濁粒子には、その加水分解によって
 生じる水酸化アルミニウムが多く含まれるが、これが酸によって
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【塩基性下での除去率低下の理由】
懸濁粒子の水酸化アルミニウム(=弱塩基性)が、液性が
アルカリ性となることで電離しにくく(=正電荷を帯びにくく)なる
結果、(酸性)染料のカルボキシル基などに対する吸着能力
が低下


・・・以上、参考まで。

自身で、凝集剤として使用したことはないのですが・・・(汗)

ポリ塩化アルミニウムは、澄明溶液ではなく懸濁液ではなかった
でしょうか。

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 (1) SiO2 + 2H2O → H4SiO4
 (2) SiO2 + 2H2O → H3SiO4- + H+
 (3) SiO2 + 2H2O → H2SiO42- + 2H+
 (4) SiO2 + 2H2O → HSiO43- + 3H+
 (5) SiO2 + 2H2O → SiO44- + 4H+

(1)式はPHに関係なく一定で、溶解度にすると常温で約100mg/L(as SiO2)です。(2)-(5)式は溶解はPHに依存しH+イオンが少ないアルカリ領域で反応は右側に進み、シリカの溶解量が増えることになります。詳しくは参考URLをご覧下さい。

http://chem.agri.kagoshima-u.ac.jp/~chem/Shokuryo/soil/clay_1/text.html
http://www.geol.sci.hiroshima-u.ac.jp/~geohist/kano/EducFolder/silica.html
http://wwwoa.ees.hokudai.ac.jp/edu/mag/lecture/collo2000/232.html

参考URL:http://chem.agri.kagoshima-u.ac.jp/~chem/Shokuryo/soil/clay_1/text.html

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(1)式はPHに関係なく一定で、溶解度にすると常温で約100mg/L(as SiO2)です。(2)-(5)式は溶解はPHに依存しH+イオンが少ないアルカリ領域で反応は右側に進み、シリカの溶解量が増えることになります。詳しくは参考URLをご覧下さい。

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またさらにこれを水(pH7とした場合)で薄めた場合のpH値の計算方法も教えてください。

初歩的な質問で申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

計算自体は良いかと思います。

ということで気付いたことを2つほど。

・解答の記述方法にも気を配りましょう

記述式の解答を書く場合、読んでもらう人がいるということを忘れないで下さい。
たとえばはじめの方で書いていなかった水溶液の体積(1L)もそうですが、
質問者様にとっては記述の必要のないくらい当たり前のこと
と思っても、読んでいる人からすると飛躍している印象があるところがあります。
また、読んでもらうような代物でないとしても、あまりにも省略すると
自分で記述していて自分で勘違いすることもあります。

例えば、
> 水酸化ナトリウムは40g/molなので、4gだと0.1mol。  …1
> mol濃度は0.1/1で0.1。 …2
> pOH=log(1/mol濃度)で1  …3
> pH=14-pOHで13.0  …4

2行目で計算しているのは何のモル濃度でしょうか?また単位は何ですか?
3行目でpOHを計算しているところを見ると、2行目ではOH-のモル濃度を
計算しているようですが、そうすると、一つ重要なことを書き忘れています。
水酸化ナトリウムのモル濃度とOH-のモル濃度は一致するのでしょうか、
ということです。
また3行目の式で、(1/mol濃度)と表記していますが、自分は初見では
1/molという単位に換算した濃度と読めてしまい、これは何を意味しているのだろう?
と思ってしまいました。実際にはモル濃度の逆数のことを意味しているのでしょうけれど、
式の中に言葉があるのは不自然です。そしてこれについては(1/x)として
式の外に(x…OH-のモル濃度)と記したほうが読む方の勘違いは少なくなりますよね。

・この問題の有効数字はいくつですか?

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でもそこまでの桁数で表記しなければならないものなのでしょうか。
逆に、pH=13.69897と書いていますが、最後の桁の数字まで信憑性のある
数字なのでしょうか?時間があれば、そのあたりも考えてはいかがでしょうか。

計算自体は良いかと思います。

ということで気付いたことを2つほど。

・解答の記述方法にも気を配りましょう

記述式の解答を書く場合、読んでもらう人がいるということを忘れないで下さい。
たとえばはじめの方で書いていなかった水溶液の体積(1L)もそうですが、
質問者様にとっては記述の必要のないくらい当たり前のこと
と思っても、読んでいる人からすると飛躍している印象があるところがあります。
また、読んでもらうような代物でないとしても、あまりにも省略すると
自分で記述していて自分で勘違いす...続きを読む

Q酸化マンガンの溶かし方

この間、酸化・還元反応の実験で、試験管の中の過マンガン酸カリウム溶液に、
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試験管の中の黒い(褐色?)液体を流すと、中に褐色の固体が少しだけ残っていました。
先生が、「今日使った液体で落とせるから、時間がある班は、考えてごらん。」と
言っていたのですが、私の班は時間がなかったので、たわしで
ガシガシとこすって無理矢理落としてしまいました。
「今日使った液体」とは、過マンガン酸カリウム水溶液、
塩化スズ((2))水溶液、ニクロム酸カリウム水溶液、過酸化水素水、
亜硫酸ナトリウム水溶液、硫酸、水酸化カリウム溶液です。
後から考えたのですが、よくわかりません。
どなたか知っていましたら教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「試験管の中の過マンガン酸カリウム溶液に、過酸化水素水を加えてお湯につけて温め、酸化マンガンを発生させるという作業」には硫酸を使ってはいないのですね?

でしたら、中に残った褐色の固体(二酸化マンガンMnO2)は「硫酸」を加えることで溶解・除去することができます。

参考URL:http://www2.tomato.ne.jp/~shin/aqua_kiso/sankakangen.htm, http://www.kagakukan.sendai-c.ed.jp/yakuhin/yak/086.htm

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Aベストアンサー

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Aベストアンサー

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Q次亜塩素酸ナトリウムの中和

次亜塩素酸ナトリウムをNa2S2O3(ハイポ)で中和しようと思いますが、この時の反応で生成される物質を知りたいのですが、複数生成されると思うのですが、出来れば全部お教え頂きたいと思います。

Aベストアンサー

お尋ねの反応は、次亜塩素酸ナトリウムが酸化剤、チオ硫酸ナトリウムが
還元剤として働く酸化還元反応ですね。「還元剤として働く」ということは、
自身は酸化されるわけですが、やっかいなことに、チオ硫酸ナトリウムが
どの程度まで酸化されるかは、状況によって様々です。

#1参考URLの回答#3では、CL2 をヨウ化物イオン I- によって還元し、
生成したヨウ素 I2 をチオ硫酸ナトリウムで還元してます。後段で還元剤は
2S2O3-- → S4O6-- + 2e- (1)
硫黄の酸化数は +2 から +2.5(平均)に増えています。 #2の反応だと
S2O3-- → S2O4-- + 2e- + 2H+ (2)・・・四チオン酸は(1)?
硫黄の酸化数は +3 に増えています。他にも
S2O3-- → 2SO3-- + 4e- + 6H+ (3)・・・右辺の硫黄は酸化数 +4
S2O3-- → 2SO4-- + 8e- + 10H+ (4)・・・右辺の硫黄は酸化数 +6

ClO- + 2e- + 2H+ → Cl- + H2O に対応する S2O3-- の反応が
どうなるか、手元に便覧もないので「自信なし」ですが、直感的には
(1)の四チオン酸や(2)のハイドロサルファイトで止まらずに、
(4)の硫酸まで進んでしまいそうな気がします。いずれにせよ、生成物は
S_O_ のナトリウム塩、NaCl、(H2O)ですね。

お尋ねの反応は、次亜塩素酸ナトリウムが酸化剤、チオ硫酸ナトリウムが
還元剤として働く酸化還元反応ですね。「還元剤として働く」ということは、
自身は酸化されるわけですが、やっかいなことに、チオ硫酸ナトリウムが
どの程度まで酸化されるかは、状況によって様々です。

#1参考URLの回答#3では、CL2 をヨウ化物イオン I- によって還元し、
生成したヨウ素 I2 をチオ硫酸ナトリウムで還元してます。後段で還元剤は
2S2O3-- → S4O6-- + 2e- (1)
硫黄の酸化数は +2 から +2.5(平均)に増...続きを読む


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