Nghiên cứu sự tạo phức đa ligan trong hệ 1 (2-pyridylazo)-2-naphtol (pan)-Pb(II)-SCN− và bước đầu ứng dụng phân tích

Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng Pb2+ trong nước bằng phương pháp phân tích chiết - trắc quang dựa trên sự tạo phức của PAN–Pb2+–SCN− và bước đầu đề xuất phương pháp xử lý Pb2+ bằng than làm từ gáo dừa.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2012, Vol 57, No 3, pp 81-88 NGHIÊN CỨU SỰ TẠO PHỨC ĐA LIGAN TRONG HỆ 1-(2-PYRIDYLAZO)-2-NAPHTOL (PAN)-Pb(II)-SCN− VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH Bùi Thị Thư(∗) Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Đặng Xuân Thư Đào Văn Bảy Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (∗) E-mail: buithu84@yahoo.com Tóm tắt Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng Pb2+ nước phương pháp phân tích chiết - trắc quang dựa tạo phức PAN–Pb2+ –SCN− bước đầu đề xuất phương pháp xử lý Pb2+ than làm từ gáo dừa Kết cho thấy điều kiện tối ưu trình tạo phức đa ligan PAN–Pb2+ –SCN− chiết dung môi ancol isoamylic; λmax = 560 nm; pHopt = 5, 7; phức có tỉ lệ PAN:Pb(II):SCN− = 1:1:1 bền theo thời gian; than làm từ gáo dừa vật liệu có triển vọng xử lý nước bị nhiễm Từ khóa: Phức đa ligan, hệ PAN–Pb(II)–SCN− , phương pháp chiết - trắc quang, định lượng chì (II) Mở đầu Nước coi nguồn tài nguyên quốc gia, đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu cho sống trái đất Nước giữ vai trò cân hệ sinh thái, điều hịa khí hậu đảm bảo phát triển bền vững Tuy nhiên gia tăng dân số, tốc độ cơng nghiệp hố tăng nhanh thải lượng lớn chất độc hại vào môi trường nước, đặc biệt môi trường nước xung quanh khu công nghiệp, thành phố lớn Trong kim loại nặng gây độc hại cho người động thực vật hấp thụ vào thể, chúng tích luỹ trình sinh trưởng phát triển Các kim loại vượt giới hạn cho phép gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người Chì gây ảnh hưởng đến trình tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu, ngồi cịn gây rối loạn chức thận phá hủy não Để xác định xác vi lượng chì địi hỏi phải nghiên cứu phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc độ xác cao, dựa việc ứng dụng phản ứng tạo phức đơn đa ligan [1,3] Phức đơn ligan chì với 1-(2pyridilazo)2-naphthol (PAN) phức đặc biệt phức đa ligan PAN–Pb2+ –SCN− 81 Bùi Thị Thư, Đặng Xuân Thư Đào Văn Bảy chưa nghiên cứu đầy đủ [4] Vì việc nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ PAN–Pb2+ –SCN− phương pháp chiết - trắc quang phương pháp hiệu để nâng cao tiêu phân tích [5] Trong báo nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng 2+ Pb nước phương pháp phân tích chiết - trắc quang dựa tạo phức PAN–Pb2+ –SCN− bước đầu đề xuất phương pháp xử lý Pb2+ than làm từ gáo dừa 2.1 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp phân tích trắc quang [3] Phương pháp phân tích trắc quang áp dụng để nghiên cứu điều kiện tạo phức màu cation kim loại với ligan vô ligan hữu tiến hành theo bước: nghiên cứu xác định pH tối ưu, khoảng thời gian tạo phức tối ưu, bước sóng hấp thụ cực đại, nồng độ thuốc thử tối ưu, ảnh hưởng lực ion, Các dung dịch đo chuẩn bị theo thứ tự: lấy dung dịch chứa Pb2+ , thêm thuốc thử PAN, SCN− , điều chỉnh pH thích hợp, định mức đến vạch lắc kĩ, chuyển dung dịch vào phễu chiết, thêm dung môi hữu lắc chiết Đem dung dịch chiết tiến hành đo độ hấp thụ quang bước sóng thích hợp Mỗi dung dịch đo từ ba đến năm lần lấy giá trị mật độ quang trung bình * Phương pháp chiết phức đa ligan dung môi hữu Sử dụng phương pháp chiết - trắc quang để tách, làm giàu phức màu từ dung môi nước sang dung môi không nước, tham số cần xác định phép chiết hiệu suất chiết phụ thuộc vào số lần chiết:    Rn % =  1 − Vo 1+ D Vn   n  100 Vo , Vn thể tích pha hữu pha nước, n số lần chiết Nếu tiến hành chiết lần phần trăm chiết tính theo phương trình: R% = 100.D D+ Vo Vn * Xác định thành phần phức dung dịch Hiện có nhiều phương pháp để xác định thành phần phức như: phương pháp hệ đồng phân tử, phương pháp tỉ số mol, phương pháp đường thẳng Asmus, phương pháp chuyển dịch cân bằng, phương pháp Staric - Bacbanel, Tùy theo độ bền phức mà áp dụng phương pháp thích hợp [4] 82 Nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol 2.2 2.2.1 Kết thảo luận Khảo sát phổ hấp thụ electron phức đa ligan PAN–Pb2+–SCN− Trong trình nghiên cứu tiến hành khảo sát sau: Chuẩn bị dung dịch: Dung dịch 1: CP AN = 5.10−5 M; Dung dịch 2: CP b(II) = 2.10−5 M, CP AN = 5.10−5 M; Dung dịch 3: CP b(II) = 2.10−5 M, CP AN = 2.10−5 M , CSCN − = 0,1 M Trong bình định mức 10 ml, cố định lực ion (µ = 0, ) KNO3 , điều chỉnh pH KOH HNO3 đến pH = 5,7 Sau tiến hành chiết 5,0 ml dung dịch ancol isoamylic Khảo sát phổ hấp thụ electron PAN phức Pb2+ –PAN, phức PAN–Pb2+ –SCN− , kết biểu diễn Hình Hình Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng (1): Thuốc thử PAN so với nước; (2): Phức Pb(II)-PAN so với PAN; (3): Phức PAN-Pb(II)-SCN− so với nước; (4): Phức PAN-Pb(II)-SCN− so với PAN Kết thí nghiệm cho thấy bước sóng hấp thụ cực đại phức đaligan PAN–Pb2+ –SCN− trùng với bước sóng hấp thụ cực đại phức đơn ligan Pb(II)–PAN 560 nm, có độ hấp thụ quang lớn Trong PAN hấp thụ cực đại bước sóng 470 nm, có chuyển dịch bước sóng 90 nm sang vùng dài thuận lợi cho phép phân tích với lượng PAN dư 2.2.2 Nghiên cứu điều kiện tạo phức PAN–Pb2+ –SCN− * Tìm dung mơi chiết phức đa ligan PAN–Pb2+ –SCN− Tiến hành thí nghiệm tương tự trên, thay đổi dung mơi chiết, kết biểu diễn Hình cho thấy bước sóng 560 nm ancol isoamylic có khả chiết phức đaligan tốt 83 Bùi Thị Thư, Đặng Xuân Thư Đào Văn Bảy Hình Phổ hấp thụ electron phức PAN–Pb2+ –SCN− dung môi khác nhau: (1): ancol isoamylic; (2): clorofom; (3): ancol isobutylic; (4): metyl isobutylxeton * Các điều kiện tối ưu khác phức Sau tiến hành thí nghiệm, kiểm tra điều kiện tối ưu cho tạo phức chì với PAN SCN− , thu kết sau: - pH tối ưu tạo phức đaligan PAN–Pb2+ –SCN− 5,7 - Thời gian lắc chiết tối ưu khoảng phút - Thể tích dung mơi hữu ancol isoamylic tối ưu ml 2.2.3 Xác định thành phần số thông số phức PAN–Pb2+ –SCN− Sử dụng phương pháp tỷ số mol, phương pháp hệ đồng phân tử, phương pháp Staric - Bacbanel, phương pháp chuyển dịch cân để xác định thành phần phức, kết thu tỉ lệ cấu tử phức PAN–Pb2+ –SCN− = 1:1:1 Trong theo kết phương pháp Staric - Bacbanel giá trị tuyệt đối PAN Pb2+ phức Vì vậy, phức hình thành đơn nhân, đa ligan Tiến hành thí nghiệm để xây dựng phương trình đường chuẩn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ phức PAN–Pb2+ –SCN− , kết xác định hệ số hấp thụ phân tử phức theo phương trình đường chuẩn khoảng nồng độ Pb2+ từ 0,1.10−5 M đến 1,5.10−5 M 2,993.104 Từ giản đồ phân bố Pb2+ , PAN SCN− kết xác định thành phần phức đaligan PAN–Pb2+ –SCN− = 1:1:1, tính số cân phức, lgKcb = 5,58 Các thông số lớn thông số phức đơn ligan Pb(II)–PAN tạo thành môi trường axit yếu (pH = 6,1), phức tạo thành theo tỉ lệ 1:1 có cực đại hấp thụ 580 nm, có số bền phức lgK = 5,30 hệ số hấp thụ mol phân tử 1,7.104 [5] 84 Nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng số ion kim loại đến tạo phức PAN–Pb(II)–SCN− Để tiến hành nghiên cứu khả ứng dụng phân tích, cần phải nghiên cứu ảnh hưởng cation kim loại thường kèm mẫu phân tích chì Sự có mặt cation cản trở làm thay đổi độ hấp thụ quang 5% coi chúng gây ảnh hưởng đến phép phân tích Kết cho thấy: Cation Cd2+ , Cu2+ Zn2+ cation có ảnh hưởng lớn đến tăng mật độ quang CCd2+ CCu2+ phức, tỉ lệ nồng độ gây cản Cd2+ = 0, 25, Cu2+ = 0, CP b2+ CP b2+ CZn2+ = 12, Zn2+ CP b2+ Trong ion Fe3+ , Ni2+ , Cr3+ cho ảnh hưởng không đáng kể đến khả sử dụng phức màu PAN–Pb(II)–SCN− phép xác định chì phương pháp chiết trắc quang ancol isoamylic Để giảm sai số ảnh hưởng cation Cd2+ , Cu2+ Zn2+ sử dụng CN− để chuyển cation thành ion phức bền không hấp thụ − 2− xạ điện từ vùng khảo sát: Cd(CN)2− ; Cu(CN)2 Zn(CN)4 Kết cho thấy việc che CN− loại trừ ảnh hưởng cation Cd2+ , Cu2+ Zn2+ [2] Sau xác định ion kim loại ảnh hưởng đến tạo phức chì, chúng tơi xây dựng đường chuẩn có mặt ion ngưỡng gây cản phức PAN–Pb2+ –SCN− Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ dịch chiết iso amylic có hai khoảng tuyến tính khác nhau: - Trong khoảng nồng độ thấp Pb2+ từ 0,1 - 1,0.10−5 M ta có phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ có dạng A = (3,567 ± 0,014).C.104 + (0,099 ± 0,003) - Trong khoảng nồng độ thấp Hình Đường chuẩn phức Pb2+ từ 1,0 - 4,0.10−5 M phụ PAN–Pb(II)–SCN− thuộc độ hấp thụ quang vào nồng có mặt ion ngưỡng cản độ có dạng A = (2,400 ± 0,012)C.104 + (0,272 ± 0,001) 2.2.5 Xác định hàm lượng chì mẫu nước Đối tượng để xác định hàm lượng kim loại chì mẫu nước sinh hoạt nước thải xã huyện Từ Liêm, Thành phố Hà Nội Mẫu Bảng lấy theo quy trình TCVN [7] 85 Bùi Thị Thư, Đặng Xuân Thư Đào Văn Bảy Bảng Các mẫu nước mặt nước thải khu vực Từ Liêm, Hà Nội Kí hiệu Stt Địa điểm lấy mẫu mẫu M1 Nước hồ Phú Diễn, xã Phú Diễn M2 Nước hồ câu cá K3 cạnh trường Đại học Cảnh sát, xã Cổ Nhuế M3 Nước hồ Xuân Phương, xã Xuân Phương M4 Nước hồ cạnh trường Học viện Tài chính, xã Đơng Ngạc M5 Nước thải nhà máy sơn, xã Phú Diễn M6 Nước thải nhà máy hóa chất, xã Xuân Phương M7 Nước sông Nhuệ, thuộc khu vực xã Phú Diễn Nước sinh hoạt kí túc xá trường Đại học Tài nguyên Môi M8 trường Hà Nội M9 Nước giếng khoan hộ gia đình địa 37A-K1- Cầu Diễn 10 M10 Nước sinh hoạt khu tập thể Quân đội, Tân Xuân, xã Xuân Đỉnh Lấy mẫu 100 ml mẫu nước, thêm axit HNO3 đặc, lọc loại bỏ cặn vẩn đục lơ lửng, cô đặc dung dịch, để nguội Điều chỉnh pH dung dịch = 5,7 , định mức vào bình 100 ml dung dịch HNO3 loãng dung dịch mẫu Sau đó, tiến hành đo xác định nồng độ ion nghiên cứu mẫu phương pháp chiết đo quang Kết phân tích trình bày Bảng Bảng Kết xác định hàm lượng chì mẫu nước M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 STT mẫu 40,3 — 5,3 34,8 62,7 69,7 0,62 — — — C(mg/l) Ghi (—): Nồng độ kim loại nằm mức đường chuẩn đo Bảng Thống kê Quy chuẩn Việt Nam chất lượng nước Pb (mg/l) [7,8] Giới hạn xác định Tên tiêu chuẩn Loại A Loại B QCVN 08:2008/BTNMT (Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia 0,02 0,05 chất lượng nước mặt) QCVN 09:2008/BTNMT (Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia 0,01 chất lượng nước ngầm) QCVN 24:2009/BTNMT (Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia 0,1 0,5 nước thải công nghiệp) Kết cho thấy phần lớn mẫu nước thải, nước hồ vượt tiêu chuẩn cho phép hàm lượng chì theo tiêu chuẩn B (Nước có thơng số nồng độ chất ô nhiễm nhỏ giá trị quy định cột B đổ vào nguồn nước phục vụ cho mục đích giao thơng thủy, tưới tiêu, bơi lội, ) Các mẫu nước sinh hoạt nước ngầm nằm giới hạn xác định đường chuẩn 86 Nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol Do nguồn nước thải vượt giới hạn cho phép chì nên chúng tơi đề xuất phương án xử lý kim loại chì mẫu nước 2.2.6 Bước đầu thử nghiệm phương án xử lý nhiễm chì nước thải Hiện có nhiều phương pháp xử lý khác nhau, nghiên cứu đề xuất, phương án xử lý Pb2+ than làm từ gáo dừa Than tạo từ sọ cứng dừa phương pháp đốt yếm khí 400 - 500◦C nhằm loại bỏ thành phần bay cacbon nguyên liệu, đưa nguyên liệu trở dạng cacbon Trong q trình than hóa cần khống chế nhiệt độ, oxy để cháy phân hủy mạng cacbon Sau than hoạt hóa để phát triển độ xốp nguyên liệu thông qua phản ứng oxi hóa nhiệt độ cao (800 - 1100◦C) Cột lọc có chiều cao 100 cm nhồi vật liệu: Lót đáy lớp vải Lớp sỏi to dày 10 cm Lớp sỏi nhỏ dày 10 cm Lớp cát to dày 10 cm Lớp than dày 30 cm Lớp cát mịn dày 10 cm Giữa lớp lớp vải mịn Trước tiên bão hịa cột lọc văng nước cất, sau tiến hành cho 1000 ml nước mẫu thải, tốc độ chảy qua cột lọc 1000 ml 30 phút Phân tích hàm lượng chì nước khỏi cột lọc phương pháp chiết–trắc quang dựa tạo phức Pb với thuốc thử PAN SCN− Bảng Kết phân tích mẫu sau Stt M1 M2 40,3 — CP b trước lọc (mg/l) CP b sau lọc (mg/l) — — lọc qua M3 M4 5,3 34,8 — — than M5 62,7 0,86 hoạt tính M6 M7 69,7 0,62 1,12 — Kết thu Bảng cho thấy hàm lượng chì giảm đáng kể, số mẫu cho mức có khả xác định trực tiếp chiết trắc quang, có hai mẫu có hàm lượng chì vượt ngưỡng cho phép QCVN Tuy nhiên, vật liệu tốt để xử lý ô nhiễm chì, cần nghiên cứu thêm Kết luận Chúng tơi nghiên cứu, xác định hình thành phức đa ligan với thành phần phức PAN:Pb2+ :SCN = 1:1:1 pH = 5,7; phức chiết tốt dung môi ancol isoamylic cho độ hấp thụ quang cực đại 560 nm với hệ số hấp thụ mol 2,993.104 vùng nồng độ thấp (từ 0,1 - 1,0.10−5 M) lớn so với hệ số hấp thụ 87 Bùi Thị Thư, Đặng Xuân Thư Đào Văn Bảy mol phức đơn ligan tạo thành môi trường axit 1,70.104 Phương pháp chiết - trắc quang dung môi hữu ancol isoamylic áp dụng phân tích hàm lượng chì mẫu nước mặt, nước thải trực tiếp không qua giai đoạn làm giàu Bước đầu đề xuất phương pháp xử lý kim loại chì than chế tạo từ gáo dừa cho kết khả quan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ales Hrdlika and Marie Langova, 1980 Complex equilibria and spectrophotometric determination of copper with 4-(2-resorcinol and 4-(2- thiazolyzo) resorcinol Collect Czech Chemical communication, Vol 45, pp 1502-1524 [2] Devuyst, E.A., Ettel, V.A., Borbely, G.J., 1982 A new process for treatment of wastewaters containing cyanide and related species Prepint, 21st Annual Conference and Metallurgist, Toroto [3] Fancherre I, Souchay, 19/722/1991 Analytical and process intrumentation P.Bull Face [4] Kleckova Z, Larogovana M, Havel J, 1978 Spectrophotometric study complex equilibria and determination of lead with 4-(2pyridylazo)-resorainol-colelection Czechoslov Chemical comprucation, Vol 43, p 3163 [5] Korn, Maria das Gracas Andrade, Ferreira, Adriana Costa, Teixeira, Leonardo Sena Gomes; Costa, Antonio Celso Spinola, 2000 Spectrophotometric determination of lead using 7- (4- nitrophenylazo)-8-hydroxylquinoline-5-sunfonic axid J Braz Chem Soc., 10 (1), pp 46-50 Chem Abs Vol 131, 67331 [6] Subramanyyam B, Eshwar M.C, Extractive Spectrophotometric determination of Bismuth(III) with 1-(2-pyridylazo) naphthol, Anal, Chem, 21 (873), pp 873-877 [7] Tuyển tập 31 tiêu chuẩn Việt Nam môi trường bắt buộc áp dụng, 2002 Trung tâm đo lường Tiêu chuẩn Hà Nội [8] QCVN 09:2008/MTNMT, 2008 Quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia chất lượng nước ngầm ABSTRACT Study of the formation of multiligand complex in 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN)–Pb2+ –SCN− and analytical application This paper introduced scientific reseach on the method of determining levels of Pb2+ in water by extract - spectrophotometry method based on the complexing of the PAN–Pb2+ –SCN− and initially proposed treatment Pb2+ with carbon made from coconut shells The results showed that the optimal extraction conditions of multi-ligand complex in the solvent isoamylic alcohol: PAN–Pb2+ –SCN− ; λmax = 560 nm; pHopt = 5.7; the ratio of components PAN:Pb2+ :SCN− = 1:1:1, the multiligand complex was stable for a long time And carbon made from coconut shell is a material that might be used in treating polluted water 88 ... bền phức mà áp dụng phương pháp thích hợp [4] 82 Nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ 1- (2-pyridylazo)-2-naphtol 2.2 2.2 .1 Kết thảo luận Khảo sát phổ hấp thụ electron phức đa ligan PAN–Pb2+–SCN− Trong. .. 6 ,1) , phức tạo thành theo tỉ lệ 1: 1 có cực đại hấp thụ 580 nm, có số bền phức lgK = 5,30 hệ số hấp thụ mol phân tử 1, 7 .10 4 [5] 84 Nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ 1- (2-pyridylazo)-2-naphtol 2.2.4... chưa nghiên cứu đầy đủ [4] Vì việc nghiên cứu tạo phức đa ligan hệ PAN–Pb2+ –SCN− phương pháp chiết - trắc quang phương pháp hiệu để nâng cao tiêu phân tích [5] Trong báo chúng tơi nghiên cứu