摘要：精细化工废水处理中，废水中含有的铅、镉、铬、汞等有毒的重金属离子不仅难以被生物降解，而且容易在生物体内积累，对环境和生态系统构成严重威胁。为此，本文提出精细化工废水处理中重金属离子成分的检测研究。运用镀碳石英纳米管来检测重金属离子。通过将镀碳石英纳米管修饰到电极表面，可以显著提高电极的电化学性能，从而实现对重金属离子的高灵敏度检测。实验结果表明：在标准溶液中，随着Cu2+摩尔浓度的增加，电化学传感器的电流响应峰强度逐渐增强。当Cu2+浓度为40×10-6 mol/L、Cb2+浓度为50×10-6 mol/L、Pb2+浓度为20×10-6 mol/L时，电化学传感器表现出明显的电流响应峰，且响应峰强度与重金属离子浓度呈良好的线性关系。证明本文方法能够准确检测出重金属离子的存在，而不受其他成分的干扰。

　　关键词：重金属离子；成分检测；化工废水

　　0引言

　　离子成分检测技术不仅提高了检测的准确性和灵敏度，实现废水的全面达标排放，还能够加强废水处理工艺的优化。电化学重金属检测技术，在精细化工废水处理中重金属离子成分的检测方面表现出了优异的性能，具有广泛的应用前景。在研究过程中，文献［1］构建MOFs基电化学传感器，将MOFs与石墨烯或碳纳米管复合，通过电化学阻抗谱对传感器进行性能测试。MOFs材料的合成和复合材料的制备过程相对复杂。文献［2］通过构建特定的试验装置，模拟多场耦合作用下重金属离子在土壤中的迁移过程。室内模拟试验的试验条件与实际环境存在一定的差异。

　　因此现阶段，以精细化工废水处理中重金属离子成分的检测为分析对象，结合实际情况进行试验与分析。

　　1试验准备

　　1.1材料及制备

　　在电化学传感器检测过程中，运用镀碳石英纳米管来检测重金属离子。通过将镀碳石英纳米管修饰到电极表面，可以显著提高电极的电化学性能，从而实现对重金属离子的高灵敏度检测。因此，需要镀碳石英纳米管进行制备。碳纳米电极通过将热解碳沉积在纳米管内获得。使用的试剂及材料包括：θ型石英毛细管、H2O2、H2SO4、超纯水（UP，电阻率>18 MΩ·cm）、高纯氮气、丁烷、羟甲基二茂铁。此外，配置OD标准溶液，以浓度为500 mg/L的二甲酸氢钾标准溶液为原液，稀释至刻度线并摇匀[3]。对双光束紫外可见分光光度计进行波长校正和暗电流校正。测量时，波长区间设置为300 nm，测量时间间隔为1 s。将θ型石英毛细管依次使用溶液（30%H2O2与浓盐酸V以3∶7的体积比混合）和超纯水浸泡清洗，并在烘箱中烘干15 min后使用。然后，使用激光拉制仪将θ型石英毛细管拉制成尖端孔径为70 nm±20 nm的石英纳米管[4]。接着进行镀碳工作，利用高温少氧环境中该物质裂解出碳纳米颗粒的方式，在高温和N2氛围保护下将碳纳米颗粒沉积在石英毛细管内部，从而制备出碳纳米电极。采用电化学的方法对纳米管进行测试。计算石英纳米管的管径D公式为式（1）：

　　式中：g为电导率；l为石英纳米管的变形长度；G为溶液电导率；d为初始管径。将石英纳米管通过气相沉积完成镀碳实验后，采用SEM表征该碳纳米电极的外貌。

　　1.2电化学分析测试

　　采用场发射扫描电子显微镜，来表征拉制的石英纳米管和制备出的碳纳米电极的形貌。同时，采用电化学分析测试，来表征石英纳米管和碳纳米电极的电化学性能。电化学分析测试均在室温环境下进行，测试溶液均在被测前于N2中除氧12 min以上，且在测试过程中均处于N2氛围保护下。电化学实验以碳纳米电极为工作电极，Ag/AgCl为中等电极，Pt丝（0.3 mm）为低级电极组成整体电极来测定该电极的电化学性能。实验所使用的仪器使用王水浸泡后，再使用清水进行冲洗直至变得干净。电化学分析测试能够研究物质在电场作用下的化学反应过程，从而获取电化学参数。

　　1.3电化学重金属检测

　　电化学重金属检测技术针对精细化工废水处理污染物，选择离子重金属离子进行检测。利用适配体-印迹聚合物电化学生物传感器来实现对重金属离子的高灵敏度与选择性测定，具体过程如图1所示。

　　将金纳米颗粒与适配体技术结合，构建对玻碳电极（GCE）的表面修饰。通过精密的化学反应，金纳米颗粒被均匀地沉积在玻碳电极的表面，增强电极的导电性能。适配体作为单链DNA分子，能够特异性地识别并结合目标分子重金属离子离子。

　　通过特定的化学键合作用，适配体被牢固地绑定在AuNPs修饰的GCE上，形成检测重金属离子的基础结构。当待测样品中含有重金属离子时，这些离子会与电极表面的适配体发生特异性相互作用，引发适配体构象的变化。随后，利用壳聚糖-氧化石墨烯复合材料进行电沉积，并通过GA作为交联剂，进一步固化这一特定构型的印迹聚合物分子。从而稳固适配体与重金属离子的结合状态，还通过印迹效应在聚合物内部形成与重金属离子形状、大小相匹配的空腔，提高了检测的选择性。为了定量检测重金属离子，利用乙二胺四乙酸（EDTA）将印迹聚合物内部的重金属离子洗脱出来。EDTA与重金属离子的结合能力极强，能够将重金属离子从印迹聚合物中置换出来，并通过电化学信号的变化进行监测。这种检测技术能够间接地根据电化学信号的强弱来推算出样品中重金属离子的浓度，确保传感器在pH值范围为6.0~8.0的广泛区间内都能保持出色的稳定性。同时，在存在其他重金属离子的复杂环境中也能准确识别重金属离子。

　　2测试结果与分析

　　采用电化学分析方法对水中的重金属离子Cu2+进行检测。使用经过优化的电化学传感器，该传感器基于纳米复合材料修饰的工作电极。实验溶液为含有不同浓度Cu2+的标准溶液，以及实际水样。将电化学传感器浸入待测溶液中，确保工作电极与溶液充分接触。启动电化学分析仪器，进行电位扫描并记录电流响应。其结果如图2所示。

　　由图2结果可知，在标准溶液中，随着Cu2+浓度的增加，电化学传感器的电流响应峰强度逐渐增强。当Cu2+浓度为40μmol/L时，电化学传感器表现出明显的电流响应峰，且响应峰强度与Cu2+摩尔浓度呈线性关系。这表明本检测方法能够准确检测出Cu2+的存在，并且测定的浓度与标准溶液中的浓度相近，验证方法的准确性。在单离子存在条件下，Cu2+能显著增强体系响应信号的幅值。具体而言，当向体系中单独加入Cu2+时，观察到响应信号显著增大，表明Cu2+与体系中的其他成分发生特定的相互作用，从而引发信号变化。当加入其他常见离子时，体系响应信号的幅值并未发生显著变化，不足以干扰Cu2+的检测。证明本文检测方法对Cu2+具有良好的选择性，能够在复杂环境中准确识别并检测Cu2+的存在，而不受其他常见离子的干扰。表现出良好的检测性能，具有较强的实际应用潜力。

　　同时，针对在精细化工废水处理中，应用电化学重金属检测技术对废水中的重金属离子成分进行详细检测与分析。检测废水中的多种重金属离子，包括铅离子和镉离子。其检测结果如图3所示。

　　由图4结果可知，电化学传感器在适当的电位和扫描速率下，对不同浓度的重金属离子溶液表现出稳定的电流响应。具体而言：Pb2+浓度为20μmol/L时，电化学传感器表现出明显的电流响应峰，且响应峰强度与Pb2+浓度呈线性关系；Cb2+浓度为50μmol/L时，电化学传感器表现出明显的电流响应峰，且响应峰强度与Cb2+浓度呈线性关系电流响应峰的强度与重金属离子的浓度呈现出良好的线性关系，从而确保了检测的准确性和灵敏度。在实际废水样品中，准确识别并测定出重金属离子的存在及其浓度，进一步验证该方法的准确性。

　　综上，电化学重金属检测技术表现出良好的选择性，在废水中存在其他复杂成分的情况下，也能够准确检测出目标重金属离子的存在，而不受其他成分的干扰。能够为废水处理过程的优化提供支撑，可以应用于重金属排放的监测中。

　　3结语

　　化工废水处理中重金属离子成分的检测关系到环境保护和生态平衡。通过本文方法能够准确、快速地识别废水中的重金属离子种类和浓度，为后续的废水处理工艺提供支撑。在实际操作中，要注重检测技术的准确性，还要关注其实用性，以确保检测工作能够广泛推广和应用。不断更新和完善检测技术，以适应新的需求。但要实现废水的全面达标排放，还需要结合其他处理工艺和技术进行综合治理。因此，化工废水处理中的重金属离子检测技术将不断更新，保护水资源和生态环境，守护美好家园。

　参考文献

　　[1]任书芳，吕蕊，王仲来，等.MOFs基电化学传感器及其重金属离子检测应用研究进展[J].化学试剂，2023，45（10）：101-109.

　　[2]武靖，陈庚，冯钿杰，等.多场耦合下重金属离子迁移特性的试验研究[J].地下空间与工程学报，2023，19（S2）：656-662.

　　[3]张瑞雪，王丹，周彦宏，等.钙镁钾离子混合物对水体中几种重金属离子毒性的影响及作用机理[J].西安交通大学学报，2024，58（11）：185-195.

　　[4]刘立虎，樊萍，孙学成，等.电化学驱动水钠锰矿高效吸附去除混合重金属离子[J].环境化学，2022，41（2）：740-748.