A. 費電池能否短期內自行分解
不同品牌電池中汞滲漏情況的研究
組長：沈旻婧
小組成員：李霏、趙玥、王夢溪、張福華
摘要：由於電池中含有許多對環境和人體有毒有害的金屬離子，廢舊電池的處理問題一直以來都是人們關注的焦點。目前對於廢舊鋅錳干電池，國內外大都採用掩埋的方法處理。掩埋法的一大問題就是重金屬離子的滲漏。因此，我們對不同品牌電池中汞離子的滲漏進行了初步的比較。
關鍵詞：電池 不同品牌 汞滲漏
一 干電池及其危害
1.1 干電池的組成
目前人們使用的干電池主要有普通鋅錳電池和鹼性鋅錳電池，他們也是日常生活中拋棄最多的。干電池通常由鋅皮（鐵皮）、碳棒、汞、硫酸化物、銅帽組成，通常還含有假底，包裝得其他附屬物，以1號廢舊鋅錳電池為例，重量為70克左右，其中碳棒5.2克，鋅皮7.0克，錳粉25克，銅帽0.5克，其他32克。
1.2 廢舊電池的危害
廢舊電池的危害主要集中在其中所含的少量的重金屬上，如鉛、汞、鎘等。這些有毒物質通過各種途徑進入人體內，長期積蓄難以排除，損害神經系統、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。
表1-1 電池中重金屬對人體的危害表現
金屬種類 危害表現
鉛 鉛主要作用於神經系統、活血系統、消化系統和肝、腎等器官引起神經衰弱、手足麻木、消化不良、腹部絞痛、血液中毒和其他的病變，對嬰幼兒影響甚大，它將導致兒童體格發育遲緩，慢性鉛中毒可導致兒童的智力低下。
鎘 鎘主要造成腎損傷以及骨疾——骨質疏鬆、軟骨症及骨折。
鎳 鎳溶解於血液，參加體內循環，有較強的毒性，能損害中樞神經，引起血管變異，嚴重者導致癌症。
汞 汞具有明顯的神經毒性,對內分泌系統、免疫系統等有不良影響。脈搏加快，肌肉顫動，口腔和消化系統病變
這些電池的組成物質在使用過程中，被封存在電池殼內部，並不會對環境造成影響。但經過長期機械磨損和腐蝕，使得內部的重金屬和酸鹼等泄露出來，進入土壤或水源，其他水源植物食品消化生物從環境中攝取的重金屬可以經過食物鏈的生物放大作用，逐級在較高級的生物中成千上萬地富積，然後經過食物進入人的身體，在某些器官中積蓄造成慢性中毒。日本的水吳病就是汞中毒的典型案例。
由於汞在電化學方面的優良性質，很長時間以來都被用於電池生產。到目前為止，雖然世界各國都已經意識到了汞對人體的危害並努力減少電池中汞的含量，但我們使用的干電池還沒有做到真正的無汞。因此，廢舊電池中汞的滲漏問題仍然值得我們關注。
1.3廢舊電池的重金屬滲漏
對於廢舊鋅錳干電池的處理，目前世界各國均採用掩埋法，即將用過的廢舊電池深埋於土壤中。由於土壤溶液是有一定酸鹼性的鹽溶液，必將對電池的包裝有腐蝕分解的作用。隨著電池的腐蝕，電池中的各種重金屬離子也就滲漏到了土壤中，進而進入食物鏈，危害環境和人類的健康。因此，汞離子在土壤中的滲漏情況也是評價一種電池好壞的重要因素。基於以上的原因，我們配製了與福建省土壤酸度相當的緩沖溶液，將電池浸泡於其中，對幾個不同品牌電池中汞的滲漏情況進行了測定和比較，並且進行了相關的社會調查。
二 實驗部分
2.1試驗原理：
採用分光光度法對電池中微量汞進行測定。HgI42-絡陰離子在含有聚乙烯醇(PVA)的水溶液中與羅丹明B(RB)陽離子形成溶於水的有色離子締合物。。在聚乙烯醇存在下，在580nm處有最大吸收波長，0~6μg/25m1范圍內服從比爾定律，表觀摩爾吸光系數為7.08 *105L/mol *ml.測定中除鐵(Ⅲ)，鋅(Ⅱ)外，電池中存在的其它元素均不幹擾測定。試驗中用5%抗壞血酸掩蔽Fe3+ ，10%檸檬酸掩蔽Zn2+。
2.2試驗儀器及葯品：
儀器：分光光度計
主要葯品：碘化鉀，硫氰酸銨，氯化汞，羅丹明B，聚乙烯醇,抗壞血酸，檸檬酸等。
2.3實驗內容：
2.3.1電池的處理
取相同品牌的電池兩只，分別將電池稱重，准確至0.1000g。解剖電池並將外包裝，銅帽，假底和逆風材料棄去，將解剖好的電池正負極材料和隔膜層等分別放入150ml燒杯中，分為兩組，分別加入已配好的pH=3.43 的甲酸-甲酸鈉緩沖溶液和pH=4.77 的NaAC-HA緩沖溶液100ml，用玻棒攪拌，蓋上表面皿，靜置浸泡一周。
將浸泡一周的的電池浸泡液過濾，沉澱用0.04mol/l硝酸洗滌，將濾液和洗滌液一同轉入250ml容量瓶中，用0.04mol/l硝酸稀釋至刻度，搖勻。
2.3.2 吸光度的測量
2.3.2.1 試劑及溶液的配製
准確稱取0.1353gHgCl2 固體，用硝酸溶解，定容至1L。將此溶液稀釋100倍，配製成1μg/ml的Hg標准溶液。用pH計測定Hg標准溶液的pH=1.67
取25ml浸出液，調節pH=1.67，用0.04mol/l硝酸定容至100ml。
2.3.2.2吸收曲線的繪制
於25m1比色管中加人1. 5ml 0. 50rnol/l KI溶液，2ml 1mol/L硫酸溶液，2m1 1 %聚乙烯醇和10ml 0.1%丁基羅丹明B，搖勻，稱為G液。在G液中加人,4m1, 汞標准溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。移取上述溶液0.5ml，稀釋10倍，對照試劑空白，在不同波長下測定吸光度A。以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，求最大吸收波長為558nm。
2.3.2.3 汞標准曲線的測定
於25m1比色管中加人1. 5ml 0. 50rnol/L碘化鉀溶液，2ml 1mol/L硫酸溶液，2m1 1 %聚乙烯醇和10ml 0.1%丁基羅丹明B，搖勻，稱為G液。在G液中分別加人1ml, 2ml, 3m1,4m1, 5m1 , 6rn1和7rrm1汞標准溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，溶液稀釋20倍，對照試劑空白，在558nm下測定吸光度A。
2.3.2.4 樣品的測定
分別取各份樣品3ml於25ml比色管中，分別加入掩蔽劑抗壞血酸和檸檬酸，。以同樣方法加人G液並稀釋後，測定溶液吸光度。
表2.1各品牌電池吸光度的測定結果
松 下 南孚 三圈 豹王 LPNLIFE
3.44 1.163 1.202 1.219 1.181 1.236
4.77 1.087 1.141 1.099 1.125 1.111
2.4 結果和討論
由於電池中存在許多種金屬離子，並且都可與羅丹明B形成配合物，導致標准曲線出現了波動，但分析表中的數據，可知在相同的條件下，松下電池的泄漏情況要好於其它幾種品牌。同時，從表中的數據可以看出，pH值對電池中金屬離子的泄漏情況有很大的影響，pH 值越低泄漏越嚴重。
2.5 實驗方面的經驗與教訓：
在這次實踐的過程中，我們充分地體會到了科研工作中所要面對的種種問題和困難。對於我們來說，在這次課外實踐獲得的最大的收獲就是學會了如何提出問題，分析問題和解決問題，尤其是當我們碰到預想不到了問題時，我們結合自己已有的知識，通過分析研究將問題解決的能力是我們獲得的巨大的財富，這種能力將會對我們今後的學習和科研帶來幫助，這也正是這次課外實踐的真正意義所在。
在這次課外實踐中，我們小組遇到了很多問題，也在學習中解決了許多問題，我們認為這些經驗是十分寶貴的，因此我們希望在與同學們分享這些經驗。
1.電池在浸泡了一周後，南孚電池的浸泡液出現了與眾不同的現象。其它電池的浸泡液都呈現無色透明，而南孚電池的兩份浸泡液出現不同程度的黃棕色，並且在pH=4.77的浸泡液中出現了大量的氣泡。根據我們的分析，可能是由於溶液的鹼性過高所致。我們用廣泛pH試紙對浸出液進行了測試，結果發現兩組浸出液的pH值均有微小的升高，但都在酸性范圍內，並不會影響我們的測定。
2.在處理好浸泡液後，我們分別用SnCl2 和2%CuSO4加Na2SO3 加 KI兩種方法對汞進行定性檢出，都出現白色沉澱。由於電池中Hg2+的含量十分小，而Fe2+ 和Zn2+ 是大量存在的離子，因此很有可能是這些離子干擾了Hg2+的反應。於是，我們又加了抗壞血酸和檸檬酸掩蔽劑重復檢出實驗，都沒有出現現象，說明之前出現的現象確實都是由於干擾離子的存在，而Hg2+ 由於含量太小，超過試劑的檢測下限，不能被檢出。
3.根據我們查閱的資料，Hg2+ 離子可以分別與I- 和SCN– 形成配合物，在聚乙烯醇體系中，分別用羅丹明B和丁基羅丹明B做為顯色劑，生成紫紅色配合物。我們查閱的文獻中指出用SCN– 和丁基羅丹明B的方法檢出下限更低。考慮到I- 和SCN– 性質相似，我們分別嘗試了羅丹明B和I- 、SCN– 的實驗方法准備從中選取一種較好的進行實驗。但是，在加入SCN– ，聚乙烯醇和羅丹明B後，溶液即出現了混濁，這可能是由於有機物的溶解度較小或是生成了沉澱，對吸光度的測量是有影響的，因此我們最終採用Hg2+ 離子與I- 羅丹明B做為顯色劑的方法。
4.在測吸光度的過程中，由於對實驗的過於理想化的預期，我們略去了配合劑用量、酸鹼度等顯色時間條件實驗，而只是將我們的實驗條件控制在了文獻所說的最佳條件。事實證明，這是不行的。由於省略了條件實驗，我們的測定很混亂，當我們實際測得的最大吸收與文獻的紀錄有很大差距時，就沒有了系統分析問題的條件而只能憑經驗和推測改進實驗方案，這也是導致我們實驗最終失敗的主要原因之一。
三 社會調查
為了調查廈門地區人們日常使用電池，以及對廢舊電池危害的認識情況，我們在廈門商場，餐飲店等地區進行了一下這份社會調查。
社會調查
你好我們是廈門大學的學生為了完成研究性學習請您幫助完成這份調查問卷 謝謝！
1. 您的學歷 （ ）
A.高中及以下 B.大學本科 C.碩士及以上
2. 您的年齡（ ）
A.20歲及以下 B 20~40歲 C 40~60歲 D 60歲及以上
3. 您一月的電池消耗量（ ）
A.1~2節 B.2~10節 C.10節以上
4. 您通常怎樣處理廢舊電荷池（ ）
A.與生活垃圾一同丟棄 B.放入廢舊電池回收箱
5. 您一般選擇何種品牌的電池？( )
A.三圈 B.松下 C.南孚 D.豹王 E.其它--------------------（請填寫一個品牌）
6. 您一般選擇何種電池？（ ）
A.一次性干電池 B.可充電電池
6. 您認為以下哪種電池對環境的污染最大？（ ）
A.一次性干電池 B.鈕扣電池 C.可充電電池
7.在您選擇電池的時候您會考慮電池的（ ）
A.價格 B.品牌 C.對環境的污染的大小
8.您所知道的處理廢舊電池的方法? （ ）
A.掩埋 B.焚燒 C.回收再利用 D.其它
9.您獲取關於電池污染的相關知識的途徑?（ ）
A.電視、報刊和雜志 B.網路 C.其它
10 購買用電電器時是否會考慮到選擇可使用可充電電池的產品（ ）
A 是 B 否
11.你的電池用於（可多選）：（ ）
A、隨身聽或CD唱機 B、電筒 C、電子辭典 D、其他
從我們的調查中可以看出，廈門地區人們對電池的危害認識情況較好，有較強的環保意識，並取能夠較為自覺地將廢舊電池放入回收箱中集中回收。也許是由於地域的原因，廈門人較多的使用的是南孚和三圈的電池。調查同時也顯示，廈門人們對我國廢舊電池處理現狀不是非常了解。現階段我國的廢舊電池大多被掩埋，距離回收再利用在技術及金費上還有相當的差距。