bài tiểuluận về tổng photpho, một chỉ tiêu quan trọng không thể thiếu trong phân tích môi trường

Mặc dù photpho là một dưỡng chất cần thiết cho tất cả các dạng sống nhưng một lượng cơ bản chất hóa học này có thể gây ô nhiễm chất lượng nước ở các sông, hồ và vùng ven biển.. Sau quá t

MỤC LỤC

Mở đầu 2

Chương 1: Tổng quan 3

1 Định nghĩa 3

2 Phân loại 3

3 Các hợp chất quan trọng của photpho 4

4 Ảnh hưởng của Photpho đến môi trường sinh thái 5

Chương 2: Các phương pháp phân tích tổng photpho 8

1 Phân tích tổng photpho trong nước 8

1.1 Nguyên tắc 8

1.2 Hóa chất và thiết bị 8

1.3 Chuẩn bị mẫu 9

1.4 Cách tiến hành 10

1.5 Tính toán kết quả 12

2 Phân tích tổng photpho trong đất 12

2.1 Lấy mẫu và xử lý mẫu 12

2.2 Cách tiến hành 13

Chương 3: Xử lý photpho 14

1 Nguyên tắc xử lý Photpho 14

2 Các biện pháp xử lý 14

3 Quy trình công nghệ 16

Kết luận 19

Tài liệu tham khảo 20

MỞ ĐẦU

Photpho (từ tiếng Hy Lạp phosphoros, có nghĩa là "vật mang ánh sáng" và

nó cũng là tên gọi cổ đại của Sao Kim) đã được nhà giả kim thuật người Đức là Hennig Brand phát hiện năm 1669 thông qua việc cô cặn nước tiểu Phốtpho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống Cơ thể chúng ta trung bình chứa 1 kg P Với số lượng đó, nhà máy diêm có thể sản xuất được hàng trăm bao diêm Và nếu trên trái đất không có P thì cũng không có một ngọn cỏ nào có thể mọc lên được Mặc dù photpho là một dưỡng chất cần thiết cho tất cả các dạng sống nhưng một lượng cơ bản chất hóa học này có thể gây ô nhiễm chất lượng nước ở các sông, hồ và vùng ven biển Nồng độ photpho cao trong hệ thủy sinh thường liên quan tới các hoạt động của con người ở các khu vực xung quanh như phát triển nông thôn và thành thị Tuy nhiên, những ảnh hưởng của nó đến nay vẫn chưa được khắc phục hoàn toàn Tìm hiểu rõ chỉ tiêu này sẽ cho phép phát triển, thực hiện và tiến hành các chiến dịch quản lý giá trị nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm chúng em đã hoàn thành bài tiểu luận về tổng photpho, một chỉ tiêu quan trọng không thể thiếu trong phân tích môi trường, sau đây em xin trình bày bài tiểu luận này

Chương I.TỔNG QUAN

1.Định nghĩa

Phôtpho (P) là một nguyên tố có nhiều trong tự nhiên dưới dạng quặng Ở sinh vật, Photpho có vai trò quan trọng, có nhiều trong xương động vật dưới dạng canxi phôtphate, trong não, lòng đỏ trứng, dưới dạng hợp hữu cơ…

Photpho là một á kim, nguyên tử lượng 31, tỷ trọng 1.83, điểm nóng chảy

94 oC, điểm sôi 278 oC, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ Là một chất rắn, dễ gãy ở nhiệt độ thường, mềm, dễ uốn

Tổng lượng photpho bao gồm ortho photphat (PO3 

4 ) , polyphotphat (hai phân tử axit orthophosphoric được ngưng tụ thành một phân tử ) và các hợp chất photpho hữu cơ trong đó ortho photphat luôn chiếm tỉ lệ cao nhất Photphat có thể

ở dạng hòa tan, keo hay rắn Trước khi phân tích cần xác định dạng tồn tại của Photpho Nếu chỉ xác định orthophotphat (mục đích kiểm soát quá trình kết tủa Photpho) thì mẫu cần được lọc trước khi phân tích Tuy nhiên nếu phân tích Photpho tổng (kiểm soát giới hạn thải) thì mẫu phải được đồng nhất và sau đó được thủy phân

2.Phân loại:

Phốtpho tồn tại dưới ba dạng thù hình cơ bản có màu: trắng, đỏ và đen Các dạng thù hình khác cũng có thể tồn tại, phổ biến nhất là phốt pho trắng và phốt pho đỏ

 Photpho trắng là chất hóa học có màu vàng mờ, có mùi cay nồng, có khả năng gây cháy và tự bốc cháy ở nhiệt độ thường Photpho trắng là chất được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự, đặc biệt là chế tạo bom

 Phôtpho đỏ là một dạng thù hình của phôtpho nhưng là chất trơ,

phôtpho trắng và được xem là an toàn Phốtpho đỏ là tương đối ổn định và thăng hoa ở áp suất 1 atm và 170 °C nhưng cháy do va chạm hay nhiệt do ma sát Photpho đỏ chủ yếu được dùng trong công nghiệp diêm, chế tạo pháo hoa, pháo lệnh,…

 Thù hình Photpho đen tồn tại và có cấu trúc tương tự như graphit – các nguyên tử được sắp xếp trong các lớp theo tấm lục giác và có tính dẫn điện

3.Các hợp chất quan trọng của Photpho

3.1 Axit Photphoric (H 3 PO 4 )

Axit photphoric (H3PO4) còn gọi là axit orthophotphoric, là một chất lỏng, trong sánh, tan trong nước và cồn Phân tử lượng : 98; tỷ trọng : 1,83; điểm nóng chảy : 42,3 oC; điểm sôi : 213oC

Axit photphoric là một axit tương đối mạnh, được dùng nhiều trong công nghiệp phân bón superphotphate Nó được dùng để làm sạch bề mặt kim loại trước khi sơn, nếu có lẫn tạp chất có thể sinh ra hiđrô, từ đó có thể tạo ra một khí cực độc là PH3…

Nếu bị axit bắn vào da hoặc mắt thì ngay tức khắc phải rửa với nhiều nước tại nguồn gần nhất trước khi đưa nạn nhân đi cấp cứu

3.2 Photpho pentaoxit (P 2 O 5 )

Còn gọi là anhiđrit photphoric, photphoric pentaoxit, là một bột trắng, chảy

ra trong không khí, tan trong H2SO4, phân hủy mạnh mẽ trong nước Phân tử lượng : 142; tỷ trọng 2,39; điểm nóng chảy 569 oC

Được dùng trong tổng hợp hữu cơ làm tác nhân khử nước Nó có tác dụng

ăn mòn đối với mắt, niêm mạc, da Hít phải hơi photpho pentaoxit có thể bị phù phổi

3.3.Photphin (PH 3 )

Là chất khí không màu, tinh khiết không mùi (mùi tỏi khi tạo thành từ

Rất ít tan trong nước, tan nhiều trong cồn và ete Nó có thể hóa lỏng và cháy với ngọn lửa màu xanh sáng

Rất độc, tác dụng lên hệ thần kinh trung ương gây hôn mê Gây kích ứng phần da hở, niêm mạc mắt, đường hô hấp, gây xuất huyết ở phổi

3.4 Photpho triclorua (PCl 3 )

Là chất lỏng không màu, bốc khói, tan trong dung môi hữu cơ Nó phân hủy trong nước, giải phóng nhiều nhiệt

Được dùng để sản xuất photpho pentaclorua (PCl5) là tác nhân clo hóa Photpho triclorua là một chất cực kỳ ăn mòn khi ẩm Nếu đun nóng sẽ tạo thành PH3 Phản ứng mạnh với kiềm

Photpho triclorua là một chất gây cháy, nổ

Tính chất nguy hiểm như PCl5 nên khi tiếp xúc phải rất thận trọng dự phòng

4.Ảnh hưởng của Photpho đến môi trường sinh thái

4.1.Nguồn sinh ra Photpho :

 Trong tự nhiên : mưa, tuyết tan, lũ lụt …

 Sản xuất hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, bom đạn

 Chất thải, các chất bài tiết của động vật, kể cả xác chết của chúng

 Trong bùn thải của hệ thống xử lý nước thải…

 Sản xuất nông nghiệp bón thuốc trừ sâu, thức ăn dư thừa trong sản xuất ngư nghiệp

4.2 Ảnh hưởng tốt:

Photpho vô cơ trong dạng phốtphat PO43- đóng một vai trò quan trọng trong các phân tử sinh học như ADN và ARN trong đó nó tạo thành một phần của cấu trúc cốt tủy của các phân tử này

Photpho là một nguyên tố rất phổ biến trong tự nhiên Ở bất kỳ nơi nào cũng có lượng nhỏ Photpho Do đó nếu Photpho trên trái đất mất đi thì trên trái đất hoàn toàn không có sự sống Ở bất kỳ nơi nào cũng có lượng nhỏ Photpho Nếu trên trái đất không có Photpho thì cũng không có một ngọn cỏ nào có thể mọc lên được vì phốtpho trong phân bón giúp cây trồng hấp thụ nguyên tố này từ đất

Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống dưới nước

4.3 Ảnh hưởng xấu:

Mặc dù Photpho là một dưỡng chất cần thiết cho tất cả các dạng sống nhưng một lượng cơ bản chất hóa học này có thể gây ô nhiễm chất lượng nước ở các sông, hồ và vùng ven biển Nồng độ Photpho cao trong hệ thủy sinh thường liên quan tới các hoạt động của con người ở các khu vực xung quanh như phát triển nông thôn và thành thị Photpho theo nước thải sinh hoạt, sản xuất và hoạt động nông nghiệp xả xuống các thủy vực không qua xử lý là nguyên nhân gây ra

sự ô nhiễm cho các nguồn nước

Với các mức độ xả lớn hay ở đầu nguồn xả có thể làm cho nguồn nước bị phú dưỡng (Eutrophication) Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng

độ chất dinh dưỡng N, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoa tảo, sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S v.v Nguyên nhân gây phú dưỡng là sự thâm nhập một lượng lớn N, P từ nước thải sinh hoạt của các khu dân cư, sự đóng kín và thiếu đầu ra của môi trường hồ Sự phú dưỡng nước hồ đô thị và các sông kênh dẫn nước thải gần các thành phố lớn đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu hết các nước trên thế giới Hiện tượng phú dưỡng hồ đô thị và kênh

thoát nước thải tác động tiêu cực tới hoạt động văn hoá của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của đô thị

VD:ở Hà Lan năm 1987, tổng chi phí cho việc xử lý hiện tượng phú dưỡng mất tới 760 triệu Guider Hà Lan Còn ở NaUy, các chất độc do tảo tạo ra gây thiệt hại hơn 10 triệu USD cho ngành công nghiệp nuôi cá hồi năm 1988

Ngoài việc gây những ảnh hưởng to lớn cho môi trường Photpho còn là nguồn gây ung thư tiềm tàng ở người Trong các độc chất môi trường thì Photpho được nhắc đến như là một độc chất nguy hiểm lớn cho con người, nhất là cư dân sống trong những đô thị có nguồn nước ô nhiễm hoặc dân cư ở những vùng nông thôn chưa tiếp cận được với nguồn nước sạch đảm bảo

Chương II.PHÂN TÍCH TỔNG PHOTPHO

1.Phân tích tổng Photpho trong nước ( theo TCVN 6202 : 1996)

1.1.Nguyên tắc

Phản ứng xảy ra giữa ion octophotphat và dung dịch axit chứa molipdat và ion antimon sẽ tạo ra phức chất amoni photphomolipdat màu vàng

PO3 

4 + 3(NH4)

2 + 12(MoO4)2  + 21H+  (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 10H2O

Khử phức chất bằng axit ascobic tạo thành phức Molipden màu xanh đậm

Đo độ hấp thụ quang của dung dịch sẽ xác định được nồng độ octophotphat

1.2.Thiết bị và hoá chất :

1.2.1.Thiết bị:

Phổ kế (máy quang phổ) , loại lăng kính, loại ghi, hoặc lọc, có khả năng đặt được các cuvet dày từ 10mm đến 50 mm Chú ý : phổ kế cần được chọn lựa thích hợp để đo độ hấp thụ trong vùng nhìn thấy và gần vùng hồng ngoại của máy quang phổ Bước sóng nhạy nhất là 880 nm, với độ nhạy cần thiết có thể đo ở 700nm

10 ống nghiệm sạch, khô, có cùng đường kính ,độ dày, và chất lượng thuỷ tinh trong suốt Đánh số thứ tự ống nghiệm từ 1 – 10

Dụng cụ thuỷ tinh dùng để phát triển màu cần tráng với dung dịch NaOH để loại trừ các phức chất có màu thường bám thành màng mỏng trên thành dụng cụ

1.2.2.Pha hoá chất:

H2SO4 30% : cho 700ml nước vào bình định mức 1l,thêm từ từ 300ml

H2SO4 đậm đặc, lắc đều

Axit ascorbic nồng độ 100g/l : hoà tan 10g tinh thể axit ascorbic C6H8O6

trong 100ml nước, khuấy kỹ Bảo quản dung dịch trong lọ thuỷ tinh nàu nâu, giữ lạnh

Molipdat : hòa tan 13g amoni heptamolipdat tetrahydrat [(NH4)6Mo7O24.4H2O] trong 100ml nước .Hòa tan 0,35g antimony kali tatrat hemyhydrat K(SbO)C4H6O6.1/2H2O trong 100ml nước Cho dung dịch molipdat vào 300ml dung dịch H2SO4 9 M, khuấy đều, thêm dung dịch tatrat, trộn kỹ

Dung dịch K2S2O8: Hoà tan 5g K2S2O8 vào 100ml nước cất

Dung dịch chuẩn 50 mg/l : Sấy khô vài gam kali dyhydrogen photphat tới khối lượng không đổi ở 105 oC Hòa tan 0,2197g KH2PO4 trong 800 ml nước cất trong bình định mức 1l Thêm 10ml H2SO4 4,5M, thêm nước tới vạch Bảo quản trong lọ thủy tinh nút kín, để trong tủ lạnh

1.3.Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu

1.3.1.Lấy mẫu

Lấy mẫu vào lọ Polietylen, PVC, tốt nhất là lọ thuỷ tinh, trong trường hợp nồng độ Photphat thấp, nhất thiết phải dung lọ thuỷ tinh

1.3.2.Chuẩn bị mẫu

Thêm 1 ml axit H2SO4 30% cho mỗi 100ml mẫu thử Độ axit của dung dịch cần phải tương đương pH = 1

Giữ trong chỗ mát, trong bóng tối tới khi phân tích

1.4.Tiến hành

Sơ đồ quá trình phân tích tổng Photpho

1ml H2SO4

Bình nón

Nước

4ml

K2S2O8

Mẫu

Đo độ hấp thụ quang

Nước

Hút 10 lần từ 1 đến 10 ml

1ml C6H8O6 2ml molipdat

Bình định mức Làm nguội

10 bình nón 100ml

1.4.1.Phá mẫu: bằng Kali perodisunphat (K2S2O8)

Dùng pipet lấy lượng mẫu thử tối đa 40ml vào bình nón 100ml ,thêm nước đến 40ml, thêm 4ml dung dịch K2S2O8 , đun nhẹ 30ph

Giữ thể tích ở 25-50 ml, làm nguội, chỉnh pH đến 310 ,chuyển sang bình định mức 50ml, thêm nước đến khoảng 40ml

CHÚ Ý :

 Thông thường 30ph là đủ để vô cơ hoá mẫu hợp chất Photpho, nhưng một vài axit poliphotphoric cần tới 90 ph để thuỷ phân, có thể thay đổi bằng cách vô cơ hoá mẫu trong nồi hấp 30 ph, nhiệt độ 115

-120oC ( có thể dùng nồi áp suất nấu ăn)

 Sự có mặt của muối Asen gây nhiễu cho quá trình phân tích Photpho Asen trong mẫu bị oxi hoá thành asenat ảnh hưởng đến quá trình phân tích Nếu biết rõ hoặc nghi ngờ có asen phải loại trừ bằng cách xử lý với dung dịch Na2SO3 ngay sau bước khoáng hoá.Trong trường hợp khoáng hoá nước biển trong nồi hấp, loại trừ Clo tự do bằng cách đun sôi trước khi khử Asen bằng Thiosunfat

 Ngoài ra có thể vô cơ hóa mẫu bằng axit nitric 1.4.2.Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn dựng đường chuẩn

Lấy bằng pipet dãy dung dịch octophotphat chuẩn 50 mg/l thể tích từ 1 đến

10 ml cho vào 10 bình nón 100ml , thêm nước cất đến 40ml

1.4.3.Phát triển màu

Thêm vào mỗi bình 1ml axit ascorbic (C6H8O6)

Sau 30 giây thêm vào 2ml molipdat trong axit

Thêm nước cất tới vạch

1.4.4 Đo phổ (đo độ hấp thụ quang )

Đo độ hấp thụ quang của mỗi dung dịch ở bước sóng 410nm

Nếu đã sử dụng thiosunphat thì phải tến hành đo ngay trong 10 phút nếu

1.4.5.Dựng đường chuẩn

Vẽ đồ thị độ hấp thụ quang của dung dịch theo nồng độ Photpho (mg/l) của dãy dung dịch hiệu chuẩn

Quan hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ quang là tuyến tính

1.5.Tính toán kết quả

Nồng độ Photpho tổng tính bằng mg/l là

(mg/l)P =

s

o

V

V f A

( 

Trong đó : A là độ hấp thụ quang của mẫu thử

Ao là độ hấp thụ quang của mẫu trắng

f là độ dốc của đường chuẩn

Vmax là thể tích lớp nhất của mẫu thử (40ml)

Vs là thể tích thực của mẫu thử Làm tròn kết quả

Nếu (mg/l) P < 0,1 thì lấy chính xác đến 0,001mg/l Nếu 0,1< (mg/l) P < 10 thì lấy chính xác đến 0,01 mg/l Nếu (mg/l) P > 10 thì lấy chính xác đến 0,1 mg/l

2.Phân tích tổng Photpho trong đất

2.1.Lấy mẫu và xử lý mẫu

Mẫu đất được gói trong giấy, túi vải Mẫu đất lấy về phải được hong khô ngay trong phòng thoáng, hoặc trong bóng râm Sau đó đóng gói cẩn thận

Xử lý mẫu phân tích : để xác định chỉ tiêu này chúng ta phải xử lý mẫu đất, đưa các dạng của Photpho trong đất về dạng muối tan của ion PO43- để xác định hàm lượng tổng Có 2 cách phân huỷ mẫu đẻ xác định hàm lượng tổng :

 Cách 1: Nung chảy một lượng a = 5g mẫu đất với 10g hỗn hợp kiềm mạnh ( Na2CO3 + KOH + Na2O2 : 1/2/2 ) ở 750 oC cho chảy đểu và thêm 10 phút

 Cách 2: Phân huỷ một lượng a = 5g mẫu đất bằng hỗn hợp axit mạnh ( HClO4 + H2SO4 + HNO3 ) trong bình Kendan hay trong lò vi sóng Ta được dung dịch mẫu để xác định hàm lượng tổng P trong đất

2.2.Cách tiến hành

2.2.1.Phương pháp chuẩn độ trung hòa

Lấy chính xác một lượng dung dịch mẫu đất (V=25ml) đã được xử lý ở trên, thêm 5ml NH4NO3 5% và đun sôi Kết tủa bằng thuốc thử Amoni-Molipdat trong môi trường axit HNO3 6M Sau khi làm muồi, lọc kết tủa qua giấy băng xanh

và rửa sạch kết tủa bằng dung dịch NH4NO3 1% đến hết môi trường axit ở nước rửa, và rửa lần cuối bằng nước cất Sau đó cho cả kết tủa và giấy lọc vào cốc, thêm 10ml dung dịch fomalin ( đã chỉnh pH = 7), hoà tan kết tủa bằng cách thêm chính xác 40ml dung dịch NaOH 0,2M, thêm chỉ thị phenolphthalein, khuấy đều cho tan hết kết tủa và chuẩn độ lượng NaOH dư bằng dung dịch axit HCl 0,1M

2.2.2.Phương pháp so màu dạng xanh Molipden

Làm tương tự như phân tích tổng Photpho trong nước

2.2.3 Phương pháp xác định gián tiếp bằng F-ASS

Kết tủa ion PO43- bằng hỗn hợp Manhê theo phản ứng sau trong môi trường kiềm yếu (pH = 8 - 9) :

PO43- + NH4+ Mg2+ = MH4MgPO4 

Chúng ta có thể làm một trong 2 cách

 Cho chính xác và có dư thuốc thử kết tủa MgCl2, sau đó xác định lượng Mg dư bằng F_AAS, như vậy sẽ biết đương lượng Mg tác dụng với PO43-. Từ đó tính hàm lưọng PO43- theo phản ứng trên

 Lấy kết tủa rửa sạch, hoà tan trong HCl 10%, sau đó xác định lượng Mg trong kết tủa Từ đó tính hàm lượng PO43- theo phưong trình trên