模拟氧化还原交替变化的简易装置的制作方法

1.本发明涉及一种化学试验装置，尤其涉及一种能够模拟氧化还原交替变化的简易装置，属于化学试验仪器。


背景技术：

2.氧化还原条件动态变化是稻田、湿地等重要生态环境系统中最典型的地球化学特征之一，氧化还原状态影响土壤等环境介质中元素和矿物的价态/形态转化、微生物群落及活性变化、有机质周转等过程，从而控制系统中重金属、碳、氮、硫、铁等关键元素的地球化学循环，影响有害元素的环境风险、区域碳循环等。因此，开展元素环境行为对氧化还原条件变化的响应机制研究极为关键。由于野外长期监测投入大且多有不便，故实验模拟氧化还原条件变化是开展以上研究的主要技术手段。
3.目前，科研人员主要采用厌氧手套箱-大气氛围、淹水-排水等手段来改变实验模拟体系的氧化还原条件，然而该技术难以实现氧化还原状态的精准控制和自动采集数据，且操作和控制过程较繁琐；国外部分厂商的成型设备虽克服了以上难点，但存在设备复杂、售价高、购置困难等问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种模拟氧化还原交替变化的简易装置，以实现对氧化还原状态的精准控制和数据自动采集。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：它包括密闭的反应器、ph电极、orp电极以及供气装置；与数据记录器电连接的ph电极、orp电极分别伸入反应器中；所述供气装置由氧气瓶、氮气瓶以及加湿器构成，氧气瓶、氮气瓶通过三通管与该加湿器，加湿器通过进气管与反应器连通。
6.反应器中插有带阀门的采样管；反应器中插有带单向阀的气压平衡管；数据记录器与计算机电连接；反应器的底部有磁力搅拌器。
7.与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，因此具有以下优点：1）通过调节氧气瓶、氮气瓶上阀门的开度即可精确控制气体通过流量计的流量。
8.2）采用加湿器可有效保证进入玻璃反应器的气体为水饱和状态，以减少因挥发而导致工作溶液体积变化。
9.3）气压平衡管上连接单向阀门，保证气体只出不进，减少外界空气对氧化还原电位的扰动；采样管连接有阀门，可减少外界干扰。
10.4）在反应器的底部安装磁力搅拌器可保证工作溶液一直处于混合状态，防止局部不均匀，并可加速反应进程。
11.5）数据记录器可直接记录电极电位变化。当数据记录器与计算机连接时，还可通过对应的软件导出所记录的数据。其中，氧化还原电位可直接读取，ph可通过输入eh-ph转化方程由软件自动计算后获得，实现数据自动记录；记录间隔可通过软件设置。
附图说明
12.图1是本发明的结构原理示意图；图2是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化实验1的氧化还原电位变化图；图3是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化实验1的ph变化图；图4是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化实验2的氧化还原电位变化图；图5是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化实验2的ph变化图；图6是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化实验2反应体系fe和as的变化图。
13.图中：氧气瓶1、氮气瓶2、加湿器3、三通管4、进气管5、采样管6、磁力搅拌器7、反应器8、ph电极9、orp电极10、数据记录器11、气压平衡管12。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明。
15.如图1所示：密闭的玻璃反应器8内有工作液，与数据记录器11电连接的ph电极9、orp电极10分别伸入反应器8中。供气装置由氧气瓶1、氮气瓶2以及加湿器3构成，氧气瓶1、氮气瓶2通过带有流量计（图中未标示出）的三通管4与该加湿器连通，加湿器3通过进气管5与反应器8连通。为了便于气体流量，三通管4上连接有流量计（图中未标示出）。
16.为了减少外界干扰，反应器8中插有采样管6，该采样管上连接有阀门（图中未标示出）。
17.为了保证反应器8内的气压平衡，反应器8中插有带单向阀（图中未标示出）的气压平衡管12。
18.为了便于记录和导出数据，数据记录器11与计算机电连接。
19.为了保证工作溶液混合均匀，反应器8的底部安装有磁力搅拌器7。
20.实验时，根据需求调节氧气瓶1、氮气瓶2上的阀门，控制所需气体的流量。通过数据记录器11实时监测和自动记录结果，并可通过氧气瓶1、氮气瓶2上的阀门随时调节氧化还原电位，实现响应实验目的。采集样品时，打开采样管6上的阀门，利用注射器抽取实验工作液，即可作为后续分析的样品。
21.以下是采用本发明装置模拟氧化还原条件交替变化的两个实验。
22.试验1：在玻璃反应器8中加入尾矿和电解液溶液，调节初始ph值，打开氮气瓶2的阀门，关闭氧气瓶1的阀门，流量计设置为0.4 l/min，数据记录时间设置为10 min，运行7天（还原阶段），在第1、3、7天取样监测；随后关闭氮气瓶2的阀门，打开氧气瓶1的阀门，同样运行7天（氧化阶段），在第1、3、7天取样监测。按相同步骤循环5次，以研究氧化-还原条件交替变化对铁矿物和砷的形态变化和迁移活性的影响。
23.图2、图3是反应体系ph、eh变化情况：在该实验体系中，氧化还原电位得到了很好的控制，eh和ph数值按照每10分钟的间隔，通过数据记录器得到了很好的记录，可以很好的满足实验需求。
24.试验2：在玻璃反应器8中加入尾矿和堆肥浸滤液，调节初始ph值，打开氮气瓶2的阀门，关闭氧气瓶1的阀门，流量计设置为0.4 l/min，数据记录时间设置为10 min，运行7天（还原阶段），在第1、3、7天取样监测；随后关闭氮气瓶2的阀门，打开氧气瓶1的阀门，同样运
行7天（氧化阶段），在第1、3、7天取样监测。按相同步骤循环5次，以研究氧化-还原条件交替变化对铁矿物和砷的形态变化和迁移活性的影响。
25.图4～6是反应体系ph、eh变化情况：在精准控制氧化还原条件的情况下还原阶段fe矿物溶解，释放出fe，同时与之结合的as也被释放；而氧化阶段释放的fe重新沉淀，并固定as，降低迁移性。在氧化还原条件多次交替变化的情况下，as在还原阶段的释放有增加趋势。


技术特征：
1.一种模拟氧化还原交替变化的简易装置，包括密闭的反应器、ph电极、orp电极以及供气装置；其特征在于：与数据记录器（11）电连接的ph电极（9）、orp电极（10）分别伸入反应器（8）中；所述供气装置由氧气瓶（1）、氮气瓶（2）以及加湿器（3）构成，氧气瓶（1）、氮气瓶（2）通过三通管（4）与该加湿器连通，加湿器（3）通过进气管（5）与反应器（8）连通。2.根据权利要求1所述的模拟氧化还原交替变化的简易装置，其特征在于：反应器（8）中插有带阀门的采样管（6）。3.根据权利要求1所述的模拟氧化还原交替变化的简易装置，其特征在于：反应器（8）中插有带单向阀的气压平衡管（12）。4.根据权利要求1所述的模拟氧化还原交替变化的简易装置，其特征在于：数据记录器（11）与计算机电连接。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的模拟氧化还原交替变化的简易装置，其特征在于：反应器（8）的底部有磁力搅拌器（7）。

技术总结
本发明公开了一种模拟氧化还原交替变化的简易装置，以实现对氧化还原状态的精准控制和数据自动采集；属于化学试验仪器。它包括密闭的反应器、pH电极、ORP电极以及供气装置；其特征在于：与数据记录器（11）电连接的pH电极（9）、ORP电极（10）分别伸入反应器（8）中；所述供气装置由氧气瓶（1）、氮气瓶（2）以及加湿器（3）构成，氧气瓶（1）、氮气瓶（2）通过三通管（4）与该加湿器连通，加湿器（3）通过进气管（5）与反应器（8）连通。本发明不仅能精准控制氧化还原条件，而且还可自动记录实验数据；是一种模拟氧化还原交替变化的化学试验装置。原交替变化的化学试验装置。原交替变化的化学试验装置。


技术研发人员：刘意章 刘承帅 宁增平 孙静
受保护的技术使用者：中国科学院地球化学研究所
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2022/1/6