Phân tích tổng hàm lượng Photpho trong nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UVVIS

1.3.2. Chu trình photpho 19 1.4. Các phương pháp định lượng photpho 22 1.4.1. Phương pháp chuẩn độ 22 1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UVVIS 22 1.4.3. Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV VIS 24 1.4.4. Các phương pháp đo quang (Phương pháp hấp thụ phân tử UVVIS) 25 1.4.5. Các phương pháp phân tích vi lượng 26 1.4.6. Quá trình chuyển hóa photpho trong nước thải 28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29 2.1. Hoá chất, dụng cụ, máy móc: 29 2.1.1. Hóa chất: 29 2.1.2. Dụng cụ: 29 2.1.3. Máy móc: 29 2.2. Pha hóa chất 31 2.2.1. Pha dung dịch chỉ thị phenolphtalein 31 2.2.2. Dung dịch H2SO4 40% 31 2.2.3. Dung dịch NaOH 1N 31 2.2.4. Dung dịch gốc PO4 – P (50 mg PL) 31 2.2.5. Dung dịch H2SO4 5N 31 2.2.6. Dung dịch Kali natri tartrat (PAT) 31 2.2.7. Dung dịch axit ascobic 0.1N 31 2.2.8. Dung dịch amoni molipdat (AMO) 31 2.2.9. Thuốc thử hiện màu 31 2.3. Quy trình xây dựng đường chuẩn: 31 2.3.1. Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn: 31 2.3.2. Các bước xây dựng đường chuẩn: 32 2.4. Quy trình phân tích photpho tổng bang phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UVVIS: 33 2.4.1. Phá hủy mẫu: 33 2.4.2. Xác định photpho hòa tan: 34 2.5. Quy trình lấy mẫu 34 2.5.1. Dụng cụ: 34 2.5.2. Cách lấy mẫu và bảo quản mẫu: 34 2.5.3. Địa điểm và thời gian lấy mẫu: 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 38 3.1. Kết quả khảo sát bước sóng cực đại λmax của dung dịch phân tích 38 3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn: 38 3.3. Phân tích đánh giá tổng hàm lượng photpho trong nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng 39 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 4.1. Kết luận: 43 4.2. Kiến nghị 43

1 Với lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Th.s Đào Văn Dũng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em, thầy luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành nghiên cứu khoa học này. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giảng dạy các bộ môn và các thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa-Trường đại học sư phạm Đà Nẵng đã dạy dỗ và dùi dắt chúng em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên chắc chắn đề tài này không tránh khỏi sai sót nhất định. Chúng em rất mong có sự góp ý và hướng dẫn thêm từ các thầy, cô. 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7 1.1. Tổng quan về photpho 7 Giới thiệu về photpho 7 Tính chất vật lý 7 Tính chất hóa học 8 Một số ứng dụng của photpho 9 1.2. Các hợp chất của photpho trong nước thải 10 Các hợp chất vô cơ 10 Các hợp chất P hữu cơ 11 1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng photpho tổng đến hiện tượng phú dưỡng 13 Hiện tượng phú dưỡng 13 Chu trình photpho 18 1.4. Các phương pháp định lượng photpho 21 Phương pháp chuẩn độ 21 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 21 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV- VIS 23 Các phương pháp đo quang (Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS) 24 Các phương pháp phân tích vi lượng 25 Quá trình chuyển hóa photpho trong nước thải 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1. Hoá chất, dụng cụ, máy móc: 28 Hóa chất: 28 Dụng cụ: 28 Máy móc: 28 2.2. Pha hóa chất 30 Pha dung dịch chỉ thị phenolphtalein 30 3 Dung dịch H 2 SO 4 40% 30 Dung dịch NaOH 1N 30 Dung dịch gốc PO 4 – P (50 mg- P/L) 30 Dung dịch H 2 SO 4 5N 30 Dung dịch Kali natri tartrat (PAT) 30 Dung dịch axit ascobic 0.1N 30 Dung dịch amoni molipdat (AMO) 30 Thuốc thử hiện màu 30 2.3. Quy trình xây dựng đường chuẩn: 31 Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn: 31 Các bước xây dựng đường chuẩn: 31 2.4. Quy trình phân tích photpho tổng bang phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS: 32 Phá hủy mẫu: 32 Xác định photpho hòa tan: 33 2.5. Quy trình lấy mẫu 33 Dụng cụ: 33 Cách lấy mẫu và bảo quản mẫu: 33 Địa điểm và thời gian lấy mẫu: 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 37 3.1. Kết quả khảo sát bước sóng cực đại  của dung dịch phân tích 37 3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn: 37 3.3. Phân tích đánh giá tổng hàm lượng photpho trong nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng 38 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 4.1. Kết luận: 42 4.2. Kiến nghị 42 4 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các dạng tồn tại của photpho………………………………………7 Hình 1.2. Chu trình photpho …………………………………………………19 Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ… 22 Hình 1.4. Sơ đồ của máy so màu quang điện hai chùm tia ………………… 23 Hình 1.5. Đồ thị phương trình đường chuẩn có dạng D = aC + b …………. 25 Hình 1.6. Chu trình Photpho trong nước thải ……………………………… 26 Hình 2.1. Cân phân tích 5 số Precisa ……………………………………… 28 Hình 2.2. Máy đo quang Lambda 25 ……………………………………… 28 Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn nồng độ PO 4 3- ……………………………… 35 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Địa điểm và thời gian lấy mẫu các chợ trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng Bảng 2.2 Địa điểm và thời gian lấy mẫu các kênh trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng Bảng 2.3 Địa điểm và thời gian lấy mẫu các hồ trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng Bảng 2.4 Địa điểm và thời gian lấy mẫu các cống thải trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng Bảng 3.1. Giá trị mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn Bảng 3.2. Kết quả phân tích các mẫu nước các kênh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Bảng 3.3. Kết quả phân tích các mẫu nước các chợ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Bảng 3.4. Kết quả phân tích các mẫu nước các kênh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Bảng 3.5. Kết quả phân tích các mẫu nước các hồ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng 6 MỞ ĐẦU Nước – nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận. Mặc dù lượng nước chiếm hơn 90% bề mặt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt và sản xuất rất ít. Chỉ chiếm khoảng 3%. Hiện nay nguồn nước này đang bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính là do hoạt động sản xuất và ý thức con người. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ về nền kinh tế nhu cầu sử dụng nguồn nước ngày càng tăng. Tuy nhiên cùng với sự phát triển ấy đã làm nảy sinh mặt trái không thể tránh khỏi đó là sự ô nhiễm nguồn nước. Hằng năm, bên cạnh các ngành công nghiệp đã thải vào môi trường một khối lượng chất thải khổng lồ. Trong đó phải kể đến sự phú dưỡng của nguồn nước do Nitrat (NO 3 - ) và Photphat (PO 4 3 - ) là một trong những chỉ tiêu quan trong để đánh giá nguồn nước. Để góp phần nhỏ trong quá trình nâng cao hiệu quả dụng và bảo vệ lâu dài nguồn nước nói chung trên địa bàn thành phố Đà Nẵng nói riêng, chúng em đã chọn đề tài: “Phân tích tổng hàm lượng Photpho trong nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS” Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu quy trình xác định PO 4 3- trong nước thải bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS - Tìm điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng PO 4 3- trong nước thải bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Thời gian ổn định phức màu; Lượng thuốc thử amoni molipdat thích hợp; Lập quy trình phân tích, xác định PO 4 3- với các điều kiện thích hợp; Áp dụng quy trình đã đề xuất để đánh giá hàm lượng PO 4 3- trong nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về photpho Giới thiệu về photpho Photpho là một nguyên tố khá phổ biến, nó chiếm khoảng 0,1% khối lượng vỏ Trái Đất. Do dễ bị oxy hóa nên khó gặp photpho trong thiên nhiên ở trạng thái tự do. Photpho là nguyên tố ở ô thứ 15, nhóm VA, chu kì 3 trong bảng Hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Cấu hình electron nguyên tử của photpho: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 . Do lớp ngoài cùng có 5 electron, nên trong các hợp chất, hoá trị của photpho có thể là 5. Ngoài ra, trong một số hợp chất, photpho còn có hoá trị 3. Photpho thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất diêm, thuốc trừ sâu, luyện kim… Tính chất vật lý Đơn chất photpho có thể tồn tại ở một số dạng thù hình, trong đó quan trọng nhất là photpho trắng và photpho đỏ; ngoài ra còn có photpho đen. Photpho trắng Photpho trắng là chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc vàng nhạt, trông giống như sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử: ở các nút mạng là các phân tử hình tứ diện P 4 . Các phân tử P 4 liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu. Do đó, photpho trắng mềm, dễ nóng chảy (t nc = 44,1 0 C). Photpho trắng không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, cacbon đisunfua, ete, … rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da. Photpho trắng bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ trên 40 0 C, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước. Ở nhiệt độ thường, photpho phát ra màu quang lục nhạt trong bóng tối. Khi đun nóng đến nhiệt độ 250 0 C không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn. Photpho đỏ Photpho đỏ là chất bột màu đỏ có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng. 8 Photpho đỏ không tan trong các dung môi thường, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Nó chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 250 0 C. Khi đun nóng không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi của nó ngưng tụ lại thành photpho trắng. Trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng photpho đỏ. Photpho đen 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. Hình 1.1. Các dạng thù hình của photpho. Tính chất hóa học Do liên kết trong phân tử photpho kém bền hơn trong phân tử nitơ nên ở điều kiện thường photpho hoạt động hóa học mạnh hơn nitơ, mặc dù độ âm điện của photpho (2,19) nhỏ hơn của nitơ (3,04). Trong hai dạng thù hình, photpho trắng hoạt động hơn photpho đỏ. Để đơn giản, trong các phản ứng hóa học người ta viết phân tử photpho dưới dạng một nguyên tử P. Khi tham gia phản ứng hóa học, số oxi hóa của photpho có thể tăng từ 0 đến +3 hoặc +5, có thể giảm từ 0 đến −3, nên photpho thể hiện tính khử và tính oxi hóa. Tính oxy hóa Photpho chỉ thể hiện rõ rệt tính oxi hóa khi tác dụng với một số kim loại hoạt động, tạo ra photphua kim loại. 9 Thí dụ: 2P + 3Ca → Ca 3 P 2 Canxi photphua Tính khử Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh cũng như với các chất oxi hóa mạnh khác.  Tác dụng với oxi Thiếu oxi: 4P+3O 2 → 2P 2 O 3 Diphotpho trioxit Thừa oxi: 4P+5O 2 → 2P 2 O 5 Diphotpho pentaoxit  Tác dụng với clo Thiếu clo: 2P+3Cl 2 → 2PCl 3 Photpho triclorua Thừa clo: 2P+5Cl 2 → 2PCl 5 Photpho pentaclo  Tác dụng với các hợp chất khác Photpho tác dụng dễ dàng với các hợp chất có tính oxi hóa mạnh như HNO 3 đặc, KClO 3 , KNO 3 , K 2 Cr 2 O 7 , Một số ứng dụng của photpho - Axit photphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% P 2 O 5 rất quan trọng đối với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân bón. - Các photphat được dùng trong sản xuất các loại thủy tinh đặc biệt được sử dụng trong các loại đèn hơi natri. - Tro xương, phophat canxi, được sử dụng trong sản xuất đồ sứ. - Tripolyphotphat natri được sản xuất từ axit photphoric được sử dụng trong bột giặt ở một số quốc gia. - Photphat trinatri được dùng trong các chất làm sạch để làm mềm nước và chống ăn mòn cho các đường ống, nồi hơi. - Photpho được sử dụng rộng rãi để sản xuất các chất làm dẻo, các chất làm chậm cháy, thuốc trừ sâu, các chất chiết và các chất xử lý nước. - Nguyên tố này cũng là thành phần quan trọng trong sản xuất thép, trong sản xuất đồng thau chứa photpho và trong nhiều sản phẩm liên quan khác. 10 - Photpho trắng được sử dụng trong các ứng dụng quân sự như bom lửa, tạo ra các màn khói như trong các bình khói và bom khói và trong đạn lửa. - Photpho đỏ được sử dụng để sản xuất các vỏ bao diêm an toàn, pháo hoa và nhất là metamphetamin (C 10 H 15 N). - Photpho được dùng như là chất thêm vào cho các loại bán dẫn loại n. Photpho P 32 và photpho P 33 được dùng như là các chất phát hiện dấu vết phóng xạ trong các phòng thí nghiệm hóa sinh học 1.2. Các hợp chất của photpho trong nước thải Các hợp chất vô cơ Photphin (PH 3 ) Là chất khí không màu, tinh khiết không mùi (mùi tỏi khi tạo thành từ photphua). Tỉ trọng 1,175; sôi ở -87,4 o C; nóng chảy-132,5 o C. 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. Axit photphoric (H 3 PO 4 ) Axit photphoric (H 3 PO 4 ) 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°C; điểm sôi: 213°C (mất V 2 H 2 O) Axit photphoric là một axit tương đối mạnh, được dùng nhiều trong công nghiệp phân bón supephotphat. Nó được dùng để làm sạch bề mặt kim loại trước khi sơn, nếu có lẫn tạp chất có thể sinh ra hiđdro, từ đó có thề tạo ra một khí cực độc là PH 3 Neu bị axit bắn vào da hoặc mắt thì ngay tức khắc phải rủa với nhiều nước tại nguồn gần nhất trước khi đưa nạn nhân đi cấp cứu. Photpho pentaoxit (P 2 O 5 ) Còn gọi là anhiđrit photphoric, photphoric pentaoxit, là một bột trắng, chảy ra trong không khí, tan trong H 2 SO 4 , phân hủy mạnh mẽ trong nước. Phân tử lượng: 142; tỷ trọng 2,39; điểm nóng chảy 569°C. 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 photphopentaoxit có thê bị phù phổi. [...]... định bằng dung dịch chuẩn NaOH Từ đó tính được lượng Photpho trong mẫu Các phương trình phản ứng: Mg2+ + NH4+ + HPO42- → MgNH4PO4(vàng) + H+ MgNH4PO4 + 2H+ → Mg2+ + H2PO4- + NH4+ H+dư + OH- → H2O Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử hay còn gọi là phương pháp đo quang, phương pháp phân tích trắc quang. .. quang, phương pháp phân tích trắc quang phân tử là một trong những phương pháp phân tích công cụ thông dụng với rất nhiều hệ máy khác nhau được gọi là máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Các máy đo quang làm việc trong vùng tử ngoại (UV) và vùng khả kiến (VIS) từ 190nm đến khoảng 900nm Cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS:  Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch có màu:  Dung... định lượng các nồng độ nhỏ hơn 10-7 M Do đó được ứng dụng trong hai lĩnh vực: Thứ nhất là trong lĩnh vực phân tích lượng vết các cấu tử của mẫu có hàm lượng cỡ 1ppm về khối lượng Thứ hai là trong lĩnh vực vi phân tích có thể xác định, định lượng các cấu tử chính trong mẫu có kích thước rất nhỏ So với phương pháp chuẩn độ và trọng lượng truyền thống thì phép phổ trắc quang là một phương pháp phân tích. .. do đó việc ghi phổ hết sức thuận lợi nhờ có những chương trình đo tự động theo các chế độ khác nhau Ngoài ra, còn có thể lưu giữ phổ đối chiếu và so sánh khi cần thiết Các phương pháp đo quang (Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS) Phương pháp này dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch có màu Nguyên tắc để phân tích photpho theo phương pháp này là trước tiên phải chuyển mẫu phân tích về dạng... photpho Một số loài tảo (tảo lam) có khả năng cố định đạm từ khí photpho để phát triển, nguồn photpho chỉ có được từ nguồn nước Trong các nguồn nước tự nhiên, lượng photpho tan thường có nồng độ rất thấp, ít khi vượt quá 0,1 mg/l Nồng độ photpho trong nước mặn, nước lợ còn thấp hơn (~ 0,02 mg/l) do trong nước biển chứa nhiều canxi, tạo thành các hợp chất khó tan Do nồng độ photpho tan trong nước thấp,... lệ với lượng Photpho có trong mẫu Sau đó sử dụng phương pháp đường tiêu chuẩn để định lượng Các phương trình phản ứng: 2(MoO2.4MoO3) + H3PO43- + 4H2O → (MoO2.4MoO3)2.H3PO4.4H2O 24 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng axit ascobic Nguyên tắc: Amoni molipdat và kali antimon tartrat phản ứng với ortophotphat trong môi trường axit tạo thành axit dị đa photpho molipdic Axit dị đa này bị khử thành. .. một phức màu với photpho bền trong một khoảng thời gian nhất định Sau đó đo độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch này hay gọi là đo mật độ quang của dung dịch, rồi từ đó suy ra nồng độ của photpho có trong dung dịch - Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng axit sunfomolipdic: Nguyên tắc: Chuyển toàn bộ lượng Photpho trong mẫu về dạng PO43- Ion PO43- kết hợp với Mo4+ và Mo6+ hình thành nên phức có... độ PO43- trong dung dịch theo phương pháp đường tiêu chuẩn hoặc phương pháp thêm chuẩn Các phương pháp phân tích vi lượng Phương pháp đường chuẩn Quy trình thực hiện gồm các bước: - Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác, tăng dần nhất định C1, C2, C3, C4, C5, C6 của chất chuẩn phân tích, chất chuẩn phân tích X đã được đưa về dạng phức màu bằng thuốc thử thích hợp - Đo mật độ quang D1,... chuẩn thải về photpho thường rất ngặt nghèo, thường được qui định là 1 mg/l 20 1.4 Các phương pháp định lượng photpho Phương pháp chuẩn độ Là phương pháp phân tích thể tích dựa trên phản ứng giữa NaOH và HCl với chỉ thị metyl da cam Nguyên tắc: Chuyển tất cả các dạng tồn tại của Photpho trong mẫu về dạng kết tủa MgNH4PO4 Dùng một lượng chính xác và dư dung dịch chuẩn HCl để hoà tan kết tủa này, lượng. .. molipdic Axit dị đa này bị khử thành xanh molipden bằng axit ascobic Đo mật độ quang của dung dịch ở 715nm để xác định hàm lượng PO4 3Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sử dụng thiếc điclorua Nguyên tắc: Axit molipdophotphoric được hình thành và bị khử bởi thiếc diclorua tạo thành hợp chất xanh molipden Mật độ quang của dung dịch tỉ lệ với nồng độ PO43có trong dung dịch Sau khi tham khảo tài liệu, chúng