Nghiên cứu xác định hàm lượng sắt trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận liên chiểu, thành phố đà nẵng để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS

1 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nước có đất đai màu mỡ phì nhiêu, đặc biệt đất bùn chiếm lượng lớn phân bố khắp vùng nước Than bùn giàu nitơ, nghèo lân nghèo kali, thường chua Than bùn có nhiều ứng dụng thực tế làm chất đốt, làm chất kích thích sinh trưởng, làm chất hấp phụ… Hiện than bùn sử dụng rộng rãi nông nghiệp chất độn để ủ với loại phân khác (phân lân, phân xanh, phân hữu cơ) Ở miền Trung nói chung Đà Nẵng nói riêng, có nhiều mỏ than bùn thăm dị, tìm kiếm nghiên cứu để đưa vào sử dụng Bón phân cho đất tức tăng cường loại chất dinh dưỡng nitơ, phốt kali vi chất dinh dưỡng Bo, Cl, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo Se mục đích để thúc đẩy cối phát triển Việc xác định sắt than bùn để sử dụng hợp lý quan trọng, đặc biệt chuẩn bị hỗn hợp than bùn phân khống Khi có sắt với hàm lượng lớn than bùn khơng thể hỗn hợp với supephotphat Đồng thời than bùn chứa nhiều sắt bón phân vào đất làm cho độ xốp đất bị giảm ảnh hưởng đến hấp thụ chất dinh dưỡng trồng, mặt khác gây nhiễm mơi trường đất Vì việc xác định sắt than bùn để sử dụng làm phân bón vấn đề chúng tơi quan tâm đề tài Để khảo sát hàm lượng sắt than bùn phục vụ làm phân bón chúng tơi thực đề tài: Nghiên cứu xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng để làm phân bón phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết thu đề tài nhằm góp phần xây dựng phương pháp phân tích thích hợp để xác định hàm lượng sắt than bùn phù hợp điều kiện phịng thí nghiệm Trên sở áp dụng vào phân tích số mẫu than bùn thực tế để đánh giá hàm lượng sắt than bùn địa bàn quận Liên Chiểu Thông qua kết phân tích xác định mẫu than bùn dùng để làm phân bón CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sắt dư lượng than bùn 1.1.1 Giới thiệu sắt [2,14] Vị trí cấu tạo sắt Sắt kim loại phổ biến (34,6% theo khối lượng) tạo trái đất, nguyên tố phổ biến thứ 10 vũ trụ Ký hiệu: Fe Số thứ tự: 26 Nguyên tử khối: 55,847 Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 Sắt thứ 26, thuộc chu kỳ 4và phân nhóm phụ VIIIB Trạng thái tự nhiên Trong thiên nhiên sắt có đồng vị bền: 54 Fe, 56 Fe (91,68%), 57 Fe 58 Fe Những khoáng vật quan trọng sắt manhetit (Fe3O4) chứa đến 72% sắt, hematite (Fe2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2) xiderit chứa 35% sắt Có nhiều mỏ quặng sắt sắt nằm dạng khoáng chất với nhơm, titan, mangan,…Sắt cịn có nước thiên nhiên thiên thạch sắt Tính chất vật lý sắt Sắt kim loại có màu trắng xám, có ánh kim, dễ rèn, dễ dát mỏng gia công học Sắt có dạng thù hình (dạng α, β, γ, δ) bền khoảng nhiệt độ xác định Những dạng α β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối có kiến trúc electron khác nên Fe α có tính sắt từ Fe β có tính thuận từ, Fe γ có kiến trúc lập phương tâm diện tính thuận từ, Fe δ có kiến trúc lập phương tâm khối Fe α Fe β tồn đến nhiệt độ nóng chảy Ở điều kiện thường, sắt nguyên tố sắt từ, tức bị nam châm hút Ngoài tác dụng dòng điện, sắt trở thành nam châm Một số số vật lý quan trọng sắt Nhiệt độ nóng chảy: 1536oC Nhiệt thăng hoa: 418 kJ/mol Nhiệt độ sôi: 2880oC Khối lượng riêng: 7,91 g/cm3 Tính chất hóa học sắt Sắt kim loại có hoạt tính hóa học trung bình Ở điều kiện thường, khơng có ẩm, sắt kim loại thụ động Sắt không tác dụng rõ rệt với phi kim điển oxi, lưu huỳnh, clo, brơm có màng oxit bảo vệ Khi đun nóng (đặc biệt dạng bột nhỏ) sắt tác dụng với hầu hết phi kim Khi đun nóng khơng khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 nhiệt độ cao tạo nên Fe3O4 Sắt phản ứng mạnh với halogen Khi đun nóng sắt với halogen thu Fe (III) halogenua khan FeX3 Khí clo dễ dàng phản ứng với Fe tạo thành FeCl3 Tuy nhiên nghiền bột I2 với Fe sản phẩm tạo thành có thành phần Fe3I8 (hay 2FeI3.FeI2): 3Fe + 4I2 → Fe3I8 Nung Fe với S có phản ứng tạo sắt sunfua: Fe + S → FeS Sắt tác dụng trực tiếp với CO tạo thành hợp chất cacbonyl nung nóng Fe ống chứa CO 150 – 200oC áp suất khoảng 100 atm: Fe + 5CO → Fe(CO)5 Sắt tinh khiết bền khơng khí nước Ngược lại sắt có chứa tạp chất bị ăn mịn dần tác dụng ẩm, khí cacbonic oxi khơng khí tạo nên gỉ sắt Do lớp gỉ sắt xốp dịn nên khơng bảo vệ sắt khỏi bị oxi hóa tiếp Sắt tan axit loãng Sắt bị thụ động tác dụng với axit H2SO4 đặc nguội axit HNO3 đặc nguội Khi tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh axit H2SO4 HNO3 sắt bị oxi hóa thành Fe (III) giải phóng sản phẩm phụ Trong dung dịch kiềm đun nóng Fe khử ion H+ nước tạo thành H2 sản phẩm Fe3O4 Fe(FeO2)2 màu đen Một số hợp chất sắt Sắt (II) oxit (FeO): FeO chất bột màu đen, điều chế cách cho H2 để khử Fe2O3 300oC: Fe2O3 + H2 → FeO + H2O Hàm lượng sắt FeO thường bé so với hàm lượng nguyên tố ứng với cơng thức phân tử, ngun tử Fe chiếm khơng hồn tồn mắt mạng lưới tinh thể, ứng với công thức Fe0,95O FeO không tan nước có phản ứng với nước đặc biệt đun nóng Sau đun nóng mạnh FeO bị trơ, nghĩa hoạt tính hóa học cao FeO dễ tan dung dịch axit, không tan dung dịch kiềm, oxit bazơ Khi tan dung dịch axit loãng tạo ion [Fe(OH2)6]2+: FeO + 2H+ + 5H2O → [Fe(OH2)6]2+ Sắt (II) hidroxit (Fe(OH)2): Fe(OH)2 chất kết tủa màu trắng, hấp thụ mạnh oxi, màu sắc xanh thẫm dần cuối có màu nâu Fe(OH)3: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 Chú ý amoniac khơng thể kết tủa hồn tồn Fe(OH)2, có lượng lớn muối amoni, kết tủa Fe(OH)2 khơng có tạo thành phức chất amoniacat Fe (II): FeCl2 + 6NH3 → [Fe(NH3)6]Cl2 Phức chất Fe (II) amoniacat bền trạng thái rắn, dung dịch nước dễ dàng bị thủy phân: [Fe(NH3)6]Cl2 + 2H2O ↔ Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3 Fe(OH)2 tan dung dịch axit lỗng khơng có khơng khí, tan dung dịch kiềm tạo hipoferit: Fe(OH)2 + 2NaOHđặc → Na2[Fe(OH)4] Muối sắt (II): Muối sắt (II) bền oxi khơng khí Muối axit mạnh clorua, nitrat sunfat tan dễ nước muối axit yếu sunfua, cacbonat, photphat, khó tan Muối khan có màu khác với muối dạng tinh thể hidrat Ví dụ FeCl2 màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt; FeSO4 màu trắng, FeSO4.7H2O màu lục nhạt Sắt (III) oxit (Fe2O3): Sắt(III) oxit tạo dạng thù hình, α-Fe2O3 dạng thuận từ, γ-Fe2O3 dạng sắt từ, δ-Fe2O3 có cấu trúc kiểu corindon Khi nung sắt(III) hidroxit hay xác dạng Fe2O3.nH2O, nhiệt độ thấp 650oC tạo chất rắn dạng bột màu nâu đỏ, nung nhiệt độ cao tạo tinh thể xám đen không khả tan axit tương tự Cr 2O3, Al2O3 dạng tinh thể: t Fe2O3.nH2O   Fe2O3 + nH2O o Fe2O3 điều chế cách nung FeSO4 7H2O, FeO, muối Fe(II) axit dễ bay khác Trong công nghiệp điều chế cách nung quặng pirit mà thành phần FeS2: t 4FeS2+ 11O2   2Fe2O3 + 8SO2 o Fe2O3 nóng chảy 1565oC thăng hoa 2000oC Fe2O3 tan axit tạo thành phức [Fe(OH2)6]3+ không màu, màu nâu dung dịch muối sắt(III) màu sản phẩm phản ứng thủy phân, tức màu phức hiđroxo – aquơ: [Fe(OH2)6]3+ + H2O → [Fe(OH2)5OH]2+ + H3O+ (Vàng nâu) Bên cạnh tính chất chủ yếu tính bazơ, Fe2O3 cịn có tính axit, tạo thành muối ferit có màu vàng màu đỏ Khi nung hỗn hợp Na2CO3 với Fe2O3: Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2 Khi nung với C nung luồng khí CO, H2 khí than đá, Fe2O3 bị khử thành Fe: Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2 Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O Sắt (III) hidroxit (Fe(OH)3): Sắt (III) hidroxit chất kết tủa màu nâu đỏ tạo cho muối sắt (III) tác dụng với dung dịch kiềm, amoniac, cacbonat: FeCl3 +3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4Cl Thực dạng kết tủa vơ định hình dạng Fe2O3.nH2O, với hàm lượng H2O khác Trong công thức thường viết Fe(OH)3 thực dạng Fe2O3.3H2O, thiên nhiên dạng hemantit nâu Fe2O3.2H2O FeO(OH) Khả tan axit phụ thuộc vào “tuổi” kết tủa Kết tủa vừa điều chế tan axit vô hữu để thời gian khó tan Khi nung nóng đến 500 – 700oC nước hồn tồn biến thành Fe2O3 Bên cạnh tính bazơ chủ yếu, Fe(OH)3 cịn thể tính axit yếu: Fe(OH)3 + NaOH → NaFeO2 + 2H2O NaFeO2 hay ferit khác bị thủy phân kiềm tạo Fe2O3: 2NaFeO2 + H2O → 2NaOH + Fe2O3 1.1.2 Nguồn gốc xuất sắt than bùn [6] Sự phát triển công nghiệp thải nhiều loại bụi kim loại, có sắt gây nhiễm mơi trường khơng khí, nước đất từ sắt tích tụ than bùn Các nhà máy sản xuất hoạt động thải thứ cặn bã mặt đất, trôi xuống sông hồ, sau lắng xuống bùn Sắt có thiên nhiên dạng hợp chất oxit, sunfua, cacbonat silicat Các hợp chất qua thời gian dài bị ngành khai thác khoáng sản, nguyên liệu khai thác đổ mặt đất, trôi xuống sơng hồ, sa lắng xuống bùn Từ nguồn phân bón nhân tạo vơ hữu cơ: phân bón vơ hữu nguồn làm xuất sắt than bùn Do lượng phân bón chứa sắt đưa vào đất ngày lớn thường xuyên nên ảnh hưởng lớn đến hàm lượng sắt than bùn Thơng qua q trình rửa trơi sắt đất bị rửa trôi theo nước xuống ao, hồ tích tụ than bùn 1.1.3 Vai trò sắt 1.1.3.1 Trong đời sống sản xuất [14] Sắt thường dùng dạng hợp kim có giá trị kỹ thuật Sự kết hợp giá thành thấp đặc tính tốt chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho trở thành vật liệu thay được, đặc biệt ứng dụng sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, khung cho cơng trình xây dựng Sắt nguyên chất sử dụng cho mục đích đặc biệt, ví dụ sản xuất lõi từ nam châm điện dùng thay đồng đồng thau thuộc loại vật liệu mềm sản xuất vòng đệm, loại vỏ đạn, 1.1.3.2 Đối với trồng [13] Sắt thành phần thiết yếu đóng vai trị quan trọng trình sinh học thực vật như: hoạt hóa enzim q trình quang hợp hơ hấp; cố định đồng hóa nitơ; tổng hợp ADN; nhân tố nhiều enzim có liên quan đến q trình tổng hợp hocmon thực vật Ngồi sắt cịn chất xúc tác để hình thành nên diệp lục hoạt động chất mang oxi Nó khơng tham gia vào thành phần diệp lục có ảnh hưởng định tới tổng hợp diệp lục Sắt hấp thu lượng mặt trời vào giúp sẫm màu làm tăng bề dày Nó giúp hình thành nên số hệ thống men hô hấp 1.1.3.3 Đối với thể người [8] Chất sắt dưỡng chất quan trọng thể, có mặt tế bào cần thiết việc trì khỏe mạnh hệ miễn dịch, điều chỉnh phát triển tế bào Sắt tham gia vào trình hình thành phát triển hồng cầu Sắt trợ giúp việc vận chuyển oxi đến tế bào, đảm bảo q trình ni sống chúng thông qua việc tổng hợp nên hemoglobin cấu trúc não Sắt cịn có mặt myoglobin để dự trữ oxi cho tham gia vào sắc tố hơ hấp mơ bào catalaza, peroxidaza Ngồi ra, sắt thành phần quan trọng enzym hệ miễn dịch, nhân tế bào giúp vận chuyển oxi chất dinh dưỡng Lượng sắt thể phụ thuộc vào giới tính độ tuổi: + Trẻ em (1 – 10 tuổi): – 10 mg ngày + Phụ nữ (19 – 50 tuổi): 18 mg ngày + Phụ nữ mang thai: 27 mg ngày + Phụ nữ cho bú: – 10 mg ngày + Nam giới (từ 19 tuổi): mg ngày Như sắt cần thiết cho tất người, trẻ em sắt vơ quan trọng, trẻ em đối tượng dễ bị thiếu sắt nhu cầu tăng cao Nhu cầu sắt trẻ bú mẹ tăng gấp lần so với người lớn tính theo trọng lượng thể 1.1.4 Tác hại sắt [8, 13, 14, 15, 16, 17] 1.1.4.1 Đối với trồng Khi đất có nhiều hay thiếu sắt gây ảnh hưởng đến việc hấp thu sắt thực vật Cụ thể thiếu hụt sắt thường xảy đất có đá vơi Thiếu sắt gây tượng màu xanh nhợt nhạt (bạc lá) với phân biệt rõ ràng gân màu xanh khoảng màu vàng Vì sắt khơng vận 10 chuyển phận nên biểu thiếu trước tiên xuất non gần đỉnh sinh trưởng Thiếu sắt nặng chuyển toàn thành màu vàng tới trắng lợt phần thịt gân cịn xanh Sự thiếu sắt xảy thiếu cân với kim loại khác molipden, đồng hay mangan Một số yếu tố khác gây thiếu sắt thừa lân đất; pH cao kết hợp thừa canxi, đất lạnh hàm lượng cacbonat cao; thiếu sắt di truyền cây; thiếu hàm lượng chất hữu đất thấp Thừa sắt gây ngộ độc sắt, biểu thường bên dưới, điểm nâu nhỏ đầu lan dần xuống đáy Thường điểm liền lại gân giữa, màu xanh không thay đổi Trường hợp trầm trọng có màu nâu tím Đồng thời thừa sắt làm cho độ xốp đất bị giảm ảnh hưởng đến hấp thụ chất dinh dưỡng trồng 1.1.4.2 Đối với người Mặc dù sắt đóng vai trị quan trọng sức khỏe người việc hấp thu nhiều sắt gây ngộ độc sắt (II) dư thừa phản ứng với peroxit thể để sản xuất gốc tự Khi hàm lượng sắt bình thường thể có chế chống oxi hóa để kiểm sốt trình Khi dư thừa sắt lượng dư thừa khơng thể kiểm sốt gốc tự sinh Tình trạng thừa sắt khơng điều trị gây nhiều hậu nguy hiểm chậm phát triển trẻ em, tổn thương suy giảm chức gan, tim tuyến nội tiết sinh dục, tiểu đường, cuối gây tử vong Các triệu chứng thường gặp ngộ độc sắt: đau bụng, buồn nôn, nôn, tiêu chảy kèm theo tiểu máu, nước chí dẫn đến tử vong Nếu sắt nhiều thể (chưa đến mức gây chết người) loạt hội chứng rối loạn tải sắt phát sinh hemochromatosis Khi thiếu máu khả vận chuyển oxy hồng cầu bị giảm, làm thiếu oxy tổ chức đặc biệt tim, bắp, não gây nên tượng tim đập nhanh, trẻ nhỏ bị suy tim thiếu máu, biểu hiện: hoa mắt, chóng mặt thiếu oxy não, ù tai, bắp yếu cuối thể mệt mỏi, chán ăn Thiếu máu não trẻ lớn làm cho trẻ mệt mỏi hay ngủ gật, thiếu tập trung học dẫn đến học tập 32 Độ lệch chuẩn đại lượng trung bình cộng S X tính theo: S2 SX   n (X i  X )2 n(n  1) Độ lệch tiêu chuẩn tương đối (% RSD) tức hệ số biến động Cv: đặc trưng độ lặp lại hay độ phân tán kết thí nghiệm xác định hệ số thức: Cv = S 100% RSD hay Cv nhỏ độ lặp lại tốt X Biên giới tin cậy (độ xác phép đo trực tiếp) Sai số tin cậy ε giá trị tuyệt đối hiệu giá trị trung bình cộng X giá trị thực μ đại lượng phải đo:   X   Trong thực tế ε đánh giá ứng với độ tin cậy α cho (đó xác suất để kết lần đo rơi vào khoảng tin cậy ( X - εα    X + εα tức P ( X εα    X + εα) = α) Độ tin cậy thường cho trước α = 0,95 (95%) α = 0,99 (99%) ε tính theo εα = S X t(P,k) t(P,k) = hệ số Student ứng với số bậc tự k = n – 1, giả sử đo lần (k = 4) mức ý nghĩa (khả chấp nhận giả thiết) P, – P độ tin cậy phương pháp kiểm tra Ở ta chọn mức ý nghĩa P = 0,05 nên t(P,k) = 2,78  ε = 2,78 S X Vậy giá trị thực   X   Sai số tương đối Δ%: %  X   Để đánh giá sai số thống kê, chúng tơi tiến hành quy trình phân tích 10 mẫu giả, mẫu đo lần với nồng độ ban đầu Fe3+ biết xác 0,004 mg/ml 0,008 mg/ml 2.9 Quy trình phân tích Trên sở tiến hành khảo sát chọn lượng dung môi, nhiệt độ nung, thời gian 33 nung mẫu thích hợp, điều kiện tối ưu khác tiến hành xây dựng quy trình phân tích hàm lượng sắt than bùn phương pháp trắc quang Các yếu tố ảnh hưởng có mặt Si làm đục dung dịch loại trừ dung dịch gelatin 1%, ảnh hưởng Cu2+ không đáng kể tạo phức màu nhạt cịn Al3+ khơng ảnh hưởng tạo phức khơng màu với axit sunfosalixilic 2.10 Phân tích mẫu thực tế Dựa vào quy trình phân tích xây dựng mục 2.9 chúng tơi tiến hành phân tích xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu 2.10.1 Lấy mẫu chuẩn bị mẫu 2.10.1.1 Địa điểm lấy mẫu Để xác định hàm lượng sắt than bùn, tiến hành lấy mẫu than bùn hồ (hình 2.2): Bàu Tràm Bàu Vàng Bàu Sấu Bàu Mạc 34 Vịnh Xuân Dương Hồ gần nhà máy xi măng Cosevco Hồ tổ 15, phường Hòa Minh Hồ tổ 31, Hòa Phú 3C Hồ gần gác chắn niên Hồ tổ 11, phường Hịa Khánh Bắc Nguyễn Sinh Sắc Hình 2.2 Địa điểm lấy mẫu 2.10.1.2 Thời gian lấy mẫu Đợt 1: ngày 15/01/2012 Đợt 2: ngày 05/05/2012 2.10.1.3 Chuẩn bị mẫu 35 Mẫu sau lấy phơi khô nơi thống khí, tránh nơi có nguy làm nhiễm kim loại nặng vào mẫu Sau làm mẫu khơ khơng khí, trộn đều, dùng phương pháp lấy mẫu hỗn hợp để thu hẹp khối lượng đến khoảng 500g, tiến hành nghiền rây mẫu qua rây 1mm để loại bỏ hạt đất đá, rễ có kích thước lớn Sau tiến hành vơ hóa mẫu 2.10.2 Phân tích mẫu Dùng điều kiện tối ưu khảo sát để tiến hành phân tích hàm lượng sắt mẫu than bùn theo quy trình xây dựng mục 2.9 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết khảo sát điều kiện vơ hóa mẫu Phức sunfosalixilat sắt bền theo thời gian, hấp thụ cực đại λ = 418,5nm Sự có mặt Al, Cu với hàm lượng nhỏ ảnh hưởng không đáng kể đến việc xác định sắt nên bỏ qua Ảnh hưởng Si loại trừ gelatin [9] 3.1.1 Kết khảo sát dung mơi vơ hóa mẫu Qua tham khảo tài liệu [9] sử dụng hỗn hợp dung môi HNO3 đặc + HClO4 đặc + H2SO4 đặc + H2O2 30% Tuy nhiên đặc điểm than bùn giàu hợp chất hữu chúng tơi thay đổi thể tích HNO3 H2SO4 đem sử dụng Kết khảo sát thể tích HNO3 đặc H2SO4 đặc sử dụng để vơ hóa mẫu thể bảng 3.1 bảng 3.2 Bảng 3.1 Kết khảo sát thể tích HNO3 đặc sử dụng để vơ hóa mẫu Mẫu Thể tích HclO4 đặc (ml) Thể tích HNO3 đặc (ml) D 0,5 0,3245 0,5 0,3739 0,5 0,3850 0,5 0,3887 Từ bảng kết khảo sát thể tích HNO3 đặc sử dụng để vơ hóa mẫu chúng tơi thấy thể tích HNO3 đem sử dụng để vơ hóa mẫu hợp lý 3ml Bảng 3.2 Kết khảo sát thể tích H2SO4 đặc sử dụng để vơ hóa mẫu Thể tích HClO4 đặc Thể tích HNO3 Thể tích H2SO4 (ml) đặc (ml) đặc (ml) 0,5 0,3700 0,5 3 0,3915 0,5 0,4568 0,5 0,4578 0,5 0,4588 Mẫu D 37 Từ bảng kết khảo sát thể tích H2SO4 đặc sử dụng để vơ hóa mẫu chúng tơi thấy thể tích H2SO4 đem sử dụng để vơ hóa mẫu hợp lý 4ml Vậy lượng dung môi tối ưu để vơ hóa mẫu than bùn 0,5ml HClO4 đặc + 3ml HNO3 đặc + 4ml H2SO4 đặc Đồng thời thêm 2ml H2O2 30% 2ml KNO3 10% để q trình oxy hóa, hóa trắng nhanh bảo vệ mẫu khơng bị bắn ngồi làm mẫu 3.1.2 Kết khảo sát nhiệt độ nung mẫu Kết khảo sát nhiệt độ nung mẫu thời gian tương ứng với lượng dung môi thể bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết khảo sát nhiệt độ nung Nhiệt độ nung (oC) 450 460 470 480 490 500 Hiện tượng - + + + + + Mật độ quang D 0,4152 0,4685 0,4692 0,4672 0,4643 0,4636 (-): mẫu chưa chuyển màu (+): mẫu hóa trắng Từ bảng kết khảo sát nhiệt độ nung thấy nhiệt độ 460oC mẫu hóa trắng cho giá trị mật độ quang tương đương với nhiệt độ 470oC, 480oC, 490oC, 500oC nên để thực khảo sát chọn nhiệt độ nung mẫu 460oC 3.1.3 Kết khảo sát thời gian nung mẫu Từ kết khảo sát nhiệt độ nung mẫu trên, tiến hành khảo sát thời gian nung mẫu nhiệt độ 460oC để chọn thời gian nung tối ưu Kết thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết khảo sát thời gian nung Thời gian (giờ) 1,5 2,5 Hiện tượng - - + + + Mật độ quang D 0,2806 0,3957 0,4651 0,4664 0,4675 (-): mẫu chưa chuyển màu (+): mẫu hóa trắng Từ bảng kết khảo sát thời gian nung thấy nung nhiệt độ 38 460oC từ trở lên mẫu hóa trắng cho giá trị mật độ quang tương đương Vì để giảm thời gian nung mẫu mà mật độ quang thu cao, chọn thời gian nung mẫu Vậy, điều kiện tối ưu để vơ hóa mẫu than bùn theo phương pháp vơ hóa mẫu khơ – ướt kết hợp là: Dung môi: 0,5 ml HClO4 đặc, ml HNO3 đặc, ml H2SO4 đặc, ml H2O2 30%, ml KNO3 10% Nhiệt độ nung mẫu 460oC thời gian 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn Dãy chuẩn gồm bình định mức dung tích 50 ml, thêm vào bình 0,5 ml; 1ml; 2ml; ml; ml dung dịch Fe3+ 0,1 mg/ml Thêm vào bình ml dung dịch axit sunfosalixilic 10% ml dung dịch NH3 10% Lắc định mức nước cất đến 50 ml (hình 3.5) Trong bình định mức 50 ml khác chuẩn bị dung dịch trống với lượng dung dịch NH3 axit sunfosalixilic khơng có dung dịch Fe3+ Đo mật độ quang máy UV – VIS λmax = 418,5 nm Kết xây dựng đường chuẩn thể bảng 3.5 hình 3.1 Bảng 3.5 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Fe 3+ CFe3+ (mg/ml) 0,001 0,002 0,004 0,006 0,008 D 0,1138 0,1916 0,4020 0,6129 0,8096 39 0.9 D = 101.03C + 0.0017 R2 = 0.9991 0.8 0.7 D 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 C (mg/ml) Hình 3.1 Đường chuẩn phép xác định sắt thuốc thử axit sunfosalixilic 3.3 Kết khảo sát hiệu suất thu hồi phương pháp Bảng 3.6 Kết khảo sát hiệu suất thu hồi phương pháp Nồng độ Fe3+ ban đầu Nồng độ Fe3+ đo (C.10-3 mg/ml) (C.10-3 mg/ml) 4,00 3,57 89,25 4,00 3,63 90,75 4,00 3,66 91,50 4,00 3,51 87,75 4,00 3,50 87,50 Mẫu H trung bình Hiệu suất H (%) 89,35 Như vậy, hiệu suất trung bình phương pháp 89,35% đáp ứng yêu cầu phương pháp phân tích lượng vết kim loại 3.4 Kết đánh giá sai số thống kê phương pháp Kết đánh giá sai số thống kê phương pháp thể qua bảng 3.6 bảng 3.7 40 Bảng 3.7 Kết nồng độ đo dung dịch Fe3+ 0,004 0,008 mg/ml Mẫu Nồng độ Fe3+ đo Fe3+ 0,004 (mg/ml) 3,57 3,63 3,66 3,51 3,50 (C.10-3 Fe3+ 0,008(mg/ml) 7,48 7,41 7,54 7,35 7,50 mg/ml) Bảng 3.8 Kết đánh giá sai số thống kê phép đo Các đại lượng đặc trưng Fe3+ 0,004 (mg/ml) Fe3+ 0,008 (mg/ml) Nồng độ trung bình đo 3,57.10-3 7,46.10-3 Phương sai S2 5,03.10-9 7,75.10-9 Độ lệch chuẩn S 7,09.10-5 8,80.10-5 Hệ số biến động Cv (%) 1,98 1,18 3,17.10-5 3,94.10-5 Sai số tin cậy ε ± 8,82.10-5 ± 1,09.10-4 Sai số tương đối Δ% ± 2,53% ± 1,45% Độ lệch chuẩn đại lượng trung bình cộng S X Như nồng độ lớn có hệ số biến động sai số nhỏ so với nồng độ nhỏ Kết đánh giá sai số thống kê cho thấy phương pháp có sai số nhỏ, chứng tỏ độ xác cao hệ số biến động nhỏ, chứng tỏ độ lặp lại tốt Do đó, ta sử dụng phương pháp để xác định tổng hàm lượng sắt có mẫu phân tích 3.5 Quy trình phân tích xác định hàm lượng sắt than bùn Trên sở kết khảo sát mục 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3 chúng tơi đề xuất quy trình phân tích sau: Cân xác khoảng 0,5 gam than bùn rây mịn cho vào bát sứ, thêm 0,5 ml HClO4 đặc, ml HNO3 đặc, ml H2SO4 đặc, ml KNO3 10% Dùng đũa thủy tinh khuấy đun đuổi dung môi bếp điện khô, thêm dần 2ml H2O2 30% mẫu than bùn có màu đen Sau chuyển tồn 41 mẫu than bùn vào chén sứ có nắp đậy đem nung 460 oC giờ, thu tro trắng (hình 3.3) Lấy mẫu cho vào cốc thủy tinh, thêm 10 ml HCl 10%, khuấy đều, gạn lọc dung dịch hứng dịch lọc vào bình định mức 50 ml, định mức nước cất lên 50 ml (hình 3.4) Dùng pipet lấy xác ml dung dịch mẫu cho vào cốc thủy tinh, chưng cách thủy 700C, thêm ml dung dịch gelatin 1%, khuấy đều, lọc lấy dịch hứng dịch lọc vào bình định mức 50 ml khác; thêm ml axit sunfosalixilic 10%, ml NH4OH 10% định mức nước cất đến vạch Đem đo mật độ quang máy UV – VIS λmax = 418,5 nm Sơ đồ quy trình phân tích thể hình 3.2 Hàm lượng sắt than bùn tính theo công thức: Hàm lượng sắt (g/kg than bùn)  C  V1  V3 m  V2 Trong đó: C nồng độ sắt suy từ phương trình đường chuẩn (mg/ml) m khối lượng mẫu đem vô hóa mẫu (g) V1 thể tích dung dịch phân tích (ml) V2 thể tích dung dịch phân tích đem tạo màu (ml) V3 thể tích dung dịch màu (ml) 42 Cân xác khoảng 0,5 gam than bùn + 0,5 ml HClO4 đặc + 3ml HNO3 đặc + ml H2SO4 đặc + ml H2O2 30% + ml KNO3 10% Than đen - Nhiệt độ nung 460oC - Thời gian nung Tro trắng - Hòa tan HCl 10% - Gạn lọc bỏ cặn, định mức nước cất lên 50 ml Dung dịch phân tích - Hút ml dung dịch - Chưng cách thủy 700C, thêm ml gelatin 1%, khuấy - Lọc lấy dịch hứng dịch lọc vào bình định mức 50 ml + ml axit sunfosalixilic 10% + ml NH4OH 10% - Định mức nước cất lên 50 ml Dung dịch màu Đo máy UV - VIS Hình 3.2 Sơ đồ qui trình phân tích hàm lượng sắt than bùn 3.6 Kết phân tích mẫu thực tế Trên sở qui trình phân tích xây dựng, chúng tơi áp dụng để tiến hành phân tích xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS Kết phân tích mẫu than bùn lấy hai đợt thể bảng 3.9, 3.10 43 Bảng 3.9 Kết phân tích hàm lượng sắt số mẫu than bùn đợt (15/01/2012) Mẫu Địa điểm lấy mẫu than bùn Hàm lượng sắt/khối lượng than bùn (g/kg) Bàu Tràm 18,709 Bàu Sấu 15,095 Bàu Vàng 14,860 Bàu Mạc 9,750 Vịnh Xuân Dương 13,689 Hồ gần nhà máy xi măng Cosevco 9,372 Hồ tổ 11, phường Hòa Khánh Bắc 11,173 Hồ tổ 15, phường Hòa Minh 7,523 Hồ tổ 31, Hòa Phú 3C 7,698 10 Hồ gần gác chắn niên Nguyễn Sinh Sắc 10,821 Bảng 3.10 Kết phân tích hàm lượng sắt số mẫu than bùn đợt (05/05/2012) Mẫu Địa điểm lấy mẫu than bùn Hàm lượng sắt/khối lượng than bùn (g/kg) Bàu Tràm 18,089 Bàu Sấu 14,780 Bàu Vàng 14,050 Bàu Mạc 8,950 Vịnh Xuân Dương 12,978 Hồ gần nhà máy xi măng Cosevco 9,227 44 Hồ tổ 11, phường Hòa Khánh Bắc 10,931 Hồ tổ 15, phường Hòa Minh 7,023 Hồ tổ 31, Hòa Phú 3C 7,442 10 Hồ gần gác chắn niên Nguyễn Sinh Sắc 9,795 Kết phân tích số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu cho thấy hàm lượng sắt than bùn thuộc loại trung bình Hàm lượng sắt giảm dần theo thời gian Điều giải thích mùa mưa lượng nước chảy vào hồ lớn nên hàm lượng sắt tích tụ than bùn cao cịn mùa khơ lượng nước chảy vào hồ giảm nên hàm lượng sắt than bùn giảm tương ứng Đồng thời tùy theo đặc điểm địa lý khu vực mà hàm lượng sắt than bùn khác Than bùn hồ Bàu Tràm có hàm lượng sắt cao hồ lại hồ gần nằm lọt vào khu cơng nghiệp Hịa Khánh nơi chứa lượng lớn nước thải công nghiệp sở cơng nghiệp khu cơng nghiệp Hịa Khánh So với hồ cịn lại lượng nước vào hồ thường xuyên lượng sắt tích tụ than bùn nhiều Than bùn lấy từ hồ tổ 15, phường Hòa Minh hồ tổ 31, Hịa Phú 3C có hàm lượng sắt thấp xung quanh hồ nhà dân Lượng nước chảy vào hai hồ chủ yếu nước thải sinh hoạt người dân nên hàm lượng sắt không đáng kể Các hồ Bàu Sấu, Bàu Vàng, vịnh Xuân Dương, hồ tổ 11, phường Hịa Khánh Bắc có hàm lượng sắt hồ Bàu Tràm nhiều hồ cịn lại gần khu vực hồ có đường sắt chạy ngang qua Còn hồ lại, hàm lượng sắt dao động gần khu vực người ta trồng rau Trong trình trồng rau người ta sử dụng phân bón để bón cho lượng phân bón cịn thừa lại đất theo nước mưa chảy xuống hồ Qua kết phân tích cho thấy có than bùn hồ Bàu Tràm dùng để sản xuất phân bón hồ nằm gần khu cơng nghiệp Hịa Khánh nên ngồi chứa sắt chứa nhiều kim loại khác dùng than bùn để sản 45 xuất phân bón ảnh hưởng đến trồng gây ô nhiễm môi trường Cịn than bùn hồ cịn lại sử dụng để sản xuất phân bón Mẫu than bùn sau phơi khô Mẫu than bùn sau đun bếp điện Mẫu than bùn sau nghiền rây Mẫu than bùn sau nung Hình 3.3 Các mẫu than bùn q trình phân tích Hình 3.4 Màu dung dịch phân tích Hình 3.5 Màu dãy dung dịch chuẩn 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã khảo sát tìm điều kiện tối ưu q trình vơ hóa mẫu than bùn: - Dung môi: 0,5 ml HClO4 đặc, ml HNO3 đặc, ml H2SO4 đặc, ml H2O2 30%, ml KNO3 10% - Nhiệt độ nung mẫu 460oC - Thời gian nung Hiệu suất thu hồi phương pháp 89,35%, kết đánh giá sai số thống kê cho thấy phương pháp có sai số nhỏ (± 2,53% ± 1,45%) chứng tỏ có độ xác cao, hệ số biến động nhỏ (1,98 1,18) chứng tỏ độ lặp lại tương đối tốt Lập dựng phương pháp phân tích hàm lượng sắt than bùn phương pháp trắc quang phân tử UV - VIS Áp dụng qui trình xây dựng để xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu Kết phân tích cho thấy hàm lượng sắt mẫu than bùn phân tích đạt trung bình Cụ thể đợt hàm lượng sắt từ 7,523 ÷ 18,709 g/kg than bùn đợt hàm lượng sắt từ 7,023 ÷ 18,089 g/kg than bùn Trong than bùn hồ Bàu Tràm có hàm lượng sắt cao với 18,709 g/kg than bùn đợt 18,089 g/kg than bùn đợt Kết phân tích cho thấy trừ mẫu than bùn hồ Bàu Tràm than bùn hồ cịn lại sử dụng để sản xuất phân bón Kiến nghị Phân tích hàm lượng kim loại khác, đặc biệt kim loại độc hại Phân tích tiêu khác than bùn để sở có kế hoạch khai thác sử dụng hợp lý than bùn ... tài Để khảo sát hàm lượng sắt than bùn phục vụ làm phân bón chúng tơi thực đề tài: Nghiên cứu xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng để làm phân bón phương. .. dựng phương pháp phân tích hàm lượng sắt than bùn phương pháp trắc quang phân tử UV - VIS Áp dụng qui trình xây dựng để xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu Kết phân. .. tích mẫu thực tế Trên sở qui trình phân tích xây dựng, áp dụng để tiến hành phân tích xác định hàm lượng sắt số mẫu than bùn địa bàn quận Liên Chiểu phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS Kết phân