Nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang phân tử UV VIS với thuốc thử đimetylglioxim

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - - PHAN THỊ THU HIỀN Nghiên cứu khả hấp phụ Niken nước oxit sắt từ phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA PHẨM Nghiên cứu khả hấp phụ Niken nước oxit sắt từ phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim GVHD : ThS Nguyễn Thị Hường SVTH : Phan Thị Thu Hiền Lớp: 08CHP LỜI MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Nước cần thiết cho hoạt động sống người sinh vật Nước chiếm 74% trọng lượng trẻ sơ sinh, 55% đến 60% thể nam trưởng thành, 50% thể nữ trưởng thành Nước cần thiết cho tăng trưởng trì thể liên quan đến nhiều q trình sinh hoạt quan trọng Muốn tiêu hóa, hấp thu sử dụng tốt lương thực thực phẩm cần có nước Hiện nay, vấn đề nhiễm kim loại nặng nước vấn đề quan tâm độc tính chúng tích lũy theo thời gian dài mơi trường Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp khai thác dầu mỏ, công nghiệp mạ luyện kim, giao thông vận tải, hoạt động sản xuất tái chế kim loại làng nghề… nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng cho nguồn nước Trong đó, niken (Ni) kim loại điển hình với đặc tính bền vững mơi trường, khả gây độc liều lượng thấp tích lũy lâu dài chuỗi thức ăn, xem chất thải nguy hại cần xử lý triệt để Vì vậy, để đánh giá khả hấp phụ niken oxit sắt từ môi trường nước chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ niken nước oxit sắt từ phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử đimetylglioxim” 2.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết đề tài nhằm góp phần xây dựng phương pháp thích hợp cho việc xác định khả hấp phụ niken oxit sắt nước phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Kim loại nặng dư lượng mơi trường [1, 4, 12] 1.1.1 Giới thiệu kim loại nặng niken [4, 12] Niken nguyên tố hóa học bảng HTTH Kí hiệu Ni , có số hiệu nguyên tử 28, thuộc chu kì 4, nhóm VIIIB Khối lượng nguyên tử 58.69 đvC Các hợp kim niken sử dụng tuabin động phản lực đại, công nghiệp mạ, kỹ thuật điện, vô tuyến chế tạo máy… Trong tự nhiên Niken thường gặp dạng hợp chất với Asen lưu huỳnh: Cufeniken(NiAs), gecdofit(NiAsS) *Tính chất vật lí Niken: Niken nằm thứ 28 BTH, cấu hình [Ar]3d84s2, thuộc nhóm VIIIB (họ sắt), chu kì 4, khối lượng nguyên tử 58,69 đvC Trong tự nhiên, Niken có đồng vị bền 58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Ni, 64 Ni, phổ biến 58 Ni chiếm 60,077% Niken kim loại có ánh kim, màu trắng bạc dễ rèn dễ dát mỏng, nhiệt độ nóng chảy 1453 oK, nhiệt độ sơi 3185 oC, tỉ khối 8,908 (g/cm3) có độ cứng theo thang Moxo Niken bốn ngun tố có tính chất từ nhiệt độ phịng, khơng bị ăn mịn, Niken sử dụng nhiều ngành công nghiệp luyện kim, mạ, sản xuất tiền xu, nam châm vật dụng phổ biến gia đình Niken chất xúc tác cho phản ứng hidro hóa cơng nghiệp sơn, muối Niken sử dụng làm bột màu Ngoài Niken nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể sống trung tâm hoạt động enzyme số thể sống Trong hợp chất số oxi hóa đặc trưng Niken +2 Niken có khả xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học, ion dễ tạo phức bền *Tính chất hóa học niken: Niken kim loại có hoạt tính hóa học trung bình Ở điều kiện thường khơng có ẩm, Niken khơng tác dụng rõ rệt với nguyên tố phi kim điển O2, Cl2, Br2, S có màng oxit bảo vệ Khi đun nóng phản ứng diễn mảnh liệt Ở trạng thái chia nhỏ Niken chất tự cháy Ở 500oC Niken tác dụng với oxi tạo NiO Niken khơng phá vỡ Flo nhiệt độ cao thiết bị làm việc khí Flo làm Niken Niken tác dụng trực tiếp với khí CO tạo Ni(CO)4 Ni + 4CO → Ni(CO)4 Ni(CO)4 chất lỏng có khả bay nhiệt độ phịng Khi đun nóng, Ni(CO)4 lại bị phân hủy trở Ni CO 1.1.2 Nguồn gốc xuất kim loại nặng nước Kim loại nặng tồn môi trường nước từ nhiều nguồn khác như: nước thải từ khu công nghiệp, nước thải sinh hoạt, từ giao thông y tế, hoạt động khai thác khống, sản xuất nơng nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu), công nghệ mạ kim loại,…Ngay nguyên nhân tự nhiên như: núi lửa, động đất, bão lũ Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng kéo theo ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm nước ngầm, ô nhiễm khơng khí… 1.1.3 Tác hại kim loại nặng Kim loại nặng xâm nhập vào thể phần bị đào thải, phần giữ lại thể Các kim loại nặng nguồn chất độc nguy hiểm hệ sinh thái, đất, chuỗi thức ăn người Những kim loại có độc tính cao nguy hiểm là: Thủy ngân (Hg), Chì (Pb), Niken (Ni) Các kim loại có tính độc mạnh là: Asen (As), Crom (Cr), Kẽm (Zn), Thiếc (Sn), Đồng (Cu) Trong thực tế, kim loại nặng hàm lượng thích hợp cần cho sinh trưởng phát triển thực vật, động vật người Tuy nhiên, chúng tích lũy nhiều gây hại động thực vật người Đối với người: Gây độc hại cấp tính, ví dụ thủy ngân hay asen với liều lượng cao gây chết người Gây độc hại mãn tính tích lũy với liều lượng nhỏ ngày, liên tục, sau thời gian gây nhiễm độc khó chữa Đối với thực phẩm Làm hư hỏng thực phẩm, giảm giá trị dinh dưỡng thực phẩm, ví dụ cần vết kim loại nặng đủ để kích thích phân hủy vitamin C, vitamin B1, vv… 1.1.4 Tính chất độc hại niken (Ni)[1] Niken chất gây ô nhiễm xếp thứ tự độc hại là129, coi 14 kim loại nặng độc hại Niken liệt kê số 25 hóa chất độc hại có nguy đe dọa lớn sức khỏe người Niken chất gây ung thư cho người, làm kìm hãm phát triển ảnh hưởng đến môi trường không khí, đất, nước Tiêu chuẩn cho phép hàm lượng niken nhỏ 0,02mg/l(0,02ppm) Con người nhiễm độc niken thông qua hít thở khơng khí hút thuốc có chứa niken (đây nguồn niken gây phơi nhiễm cho hầu hết người), sử dụng nguồn nước có chứa niken, tiếp xúc với tiền xu vật liệu kim loại khác có chứa niken Cho đến nay, chưa tìm thấy ảnh hưởng việc thiếu niken đến sức khỏe hoạt động tế bào thể người Tuy nhiên, lượng nhỏ niken có lẽ cần thiết Đối với người bị dị ứng niken, tiếp xúc với niken gây số tượng dị ứng thể ngứa, mẫn đỏ, da gà phát ban Một số người đặc biệt nhạy cảm với niken lên suyễn sau tiếp xúc với niken Các triệu chứng liên quan đến phổi, viêm phế quản mãn tính, giảm chức hoạt động phổi phát cơng nhân hít phải lượng lớn niken Khi bị phơi nhiễm nồng độ cao, bệnh nhân ho, khó thở lập tức, tượng xảy sau 1-2 ngày tiếp xúc gây phù phổi bị nhiễm lượng lớn niken Niken hợp chất niken dự đoán tác nhân gây ung thư Khi hít nhiều bụi có chứa hợp chất niken gây bệnh viêm xoang nhẹ viêm vọng Trong thời gian dài, gây ung thư phổi, niken gây hại đến phát triển thai nhi thai phụ tiếp xúc với môi trường khơng khí nguồn nước bị nhiễm niken 1.1.5 Giới hạn cho phép Niken loại nước Theo tiêu chuẩn Việt Nam giới hạn cho phép Niken nước bề mặt nước thải đưa bảng 1.1 bảng 1.2 Bảng 1.1 Giá trị nồng độ giới hạn cho phép niken nước bề mặt (QCVN 08:2008/BTNMT Đơn vị A1 A2 B1 B2 mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1 Trong đó: - Cột A1 sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt mục đích khác loại A2, B1 B2 - Cột A2 dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt phải áp dụng công nghệ xử lí phù hợp, bảo tồn động thực vật thủy sinh mục đích sử dụng loại B1 B2 - Cột B1 dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự mục đích sử dụng loại B2 - Cột B2 giao thơng thủy mục đích khác u cầu chất lượng nước thấp Bảng 1.2 Giá trị nồng độ giới hạn cho phép Niken nước thải (QCVN 24:2009/BTNMT) Đơn vị A B mg/l 0,2 0,5 Trong đó: - Cột A quy định giá trị nồng độ thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả thải vào nguồn tiếp nhận nguốn nước dùng cho mục đích cấp sinh hoạt - Cột B quy định giá trị nồng độ thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả thải vào nguồn tiếp nhận nguồn nước không dùng cho mục đích cấp sinh hoạt 1.2 Các phương pháp xác định niken [ 3, 5, 9] 1.2.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) Khi điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát lượng bị kích thích điện tử hoá trị nhận lượng chuyển lên trạng thái có lượng cao (trạng thái kích thích) Trạng thái khơng bền, chúng có xu hướng giải phóng lượng để trở trạng thái ban đầu bền vững dạng xạ Các xạ gọi phổ phát xạ nguyên tử Phương pháp AES dựa xuất phổ phát xạ nguyên tử tự nguyên tố phân tích trạng thái khí có tương tác với nguồn lượng phù hợp Hiện nay, người ta dùng số nguồn lượng để kích thích phổ AES lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)… Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy cao ( thường từ n.10-3 đến n.10-4%), tốn mẫu, phân tích đồng thời nhiều nguyên tố mẫu Vì vậy, phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hố chất, ngun liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc nước, lương thực, thực phẩm Tuy nhiên, phương pháp lại cho biết thành phần nguyên tố mẫu mà không trạng thái liên kết mẫu a Nguyên tắc: Trên sở xuất phổ phát xạ nguyên tử, để ứng dụng phổ phát xạ để phân tích nguyên tố cần thực nguyên tắc sau: Tìm điều kiện phù hợp để hóa mẫu phân tích hồn tồn tốt nhất, đưa mẫu trạng thái Nguyên tử hóa đám mẫu để tạo đám nguyên tử tự nguyên tố cần nghiên cứu hoàn toàn ổn định Kích thích nguyên tử nguyên tố cần phân tích để chúng phát phổ phát xạ cho có hiệu suất cao, ổn định lặp lại Thu toàn chùm sáng phát xạ mẫu, phân li ghi phổ thu Như ta có phổ phát xạ mẫu phân tích Đánh giá định tính định lượng phổ thu b) Ưu điểm phương pháp Phương pháp có đặc điểm: Có thể phân tích hàng loạt mẫu lúc, cho độ nhạy cao, tốn mẫu, độ nhạy lên tới 10-5% 1.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả hấp thụ chọn lọc xạ cộng hưởng nguyên tử trạng thái tự Đối với nguyên tố vạch cộng hưởng thường vạch quang phổ nhạy phổ phát xạ ngun tử ngun tử Thơng thường hấp thụ xạ cộng hưởng nguyên tử chuyển từ trạng thái ứng với mức lượng sang mức lượng cao gần với mức lượng nhất, người ta gọi bước chuyển cộng hưởng Trong phương pháp q trình ngun tử hóa mẫu thực phương pháp không lửa phương pháp sử dụng lửa Trong điều kiện nhiệt độ không cao (1500 – 3000oC) đa số nguyên tử tạo thành trạng thái Khi chiếu vào đám nguyên tử tự chùm xạ điện từ có tần số tần số cộng hưởng nguyên tử tự hấp thụ xạ cộng hưởng làm cho cường độ chùm xạ điện từ giảm Sự xạ đám tuân theo định luật Lambert – Beer: I = Io.e-(Kv.N.L) 10 Với: Kv: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào chất, bước sóng xạ đơn sắc; N: số nguyên tử tự môi trường hấp thụ (đám nguyên tử tự do); L: bề dày môi trường hấp thụ (phụ thuộc vào máy) Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ: D = A = 2,303.Kv.N.L = K.N Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C ; D = k.Cb b = C  Co; b < C > Co Co: ngưỡng tuyến tính định luật Lambert – Beer cho phương pháp AAS k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích Thơng thường số ngun tử kích thích đám khơng q – 2% nên phương pháp có độ nhạy, độ xác cao, thực nhanh đơn giản Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu lửa đèn khí axetylen + khơng khí dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hấp thụ cộng hưởng chiếu vào đám nguyên tử thu phân ly ghi phổ hấp thụ Ưu điểm số ứng dụng Phương pháp có đặc điểm: độ nhạy, độ chọn lọc, độ lặp lại cao, tốn mẫu, đơn giản, thuận lợi cho việc phân tích nhanh hàng loạt mẫu, phục vụ yêu cầu sản xuất nghiên cứu Hiện vào kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu, người ta chia phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử thành loại: Phương pháp phân tích dựa phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật lửa (F-AAS) có độ nhạy tới 0,1ppm Phương pháp phân tích dựa phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật khơng lửa (F-AAS) có độ nhạy tới ppb 1.2.3 Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử hay gọi phương pháp đo quang Ở điều kiện thường, phân tử, nhóm phân tử chất bền vững nghèo lượng Đây trạng thái Nhưng có chùm sáng với 28 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 2.1.1 Thiết bị Máy đo quang Jasco |V| - |5|3|0|UV/VIS Spectrophotometer Nhật Bản Lò nung, cân phân tích Hình 2.1 Máy đo quang Jasco Hình 2.2 Giá đựng cuvet |V| - |5|3|0|UV/VIS Spectrophotometer 2.1.2 Dụng cụ Chén sứ, bát sứ Bếp điện, bếp cách thủy Phễu lọc, giấy lọc Máy khuấy từ Cân phân tích, tủ sấy, bình hút ẩm Đũa thủy tinh; cốc thủy tinh loại; pipet loại Một số dụng cụ khác 2.1.3 Hóa chất Các hóa chất thuộc loại tinh khiết phân tích - Tinh thể Ni(SO4)2.6H2O 29 - Axit xitric, axit HNO3 đặc, axit H2SO4 đặc - NaOH, NH4OH đặc - FeCl3.4H2O - Cồn tuyệt đối - Muối natri đimetylglioxim - Dung dịch brom bão hòa - H2 O2 2.2 Pha loại dung dịch 2.2.1 Pha dung dịch chuẩn Ni2+ 0,1 mg/ml Cân xác 4,475g NiSO4.6H2O hòa tan 200ml axit HNO3 35% định mức nước cất đến 1000ml 2.2.2 Pha dung dịch khác Đimetylglioxim 1,2%: Hòa tan 1,2g muối natriđimetylglioxim tinh khiết phân tích rượu etylic pha lỗng thành 100ml Axit H2SO4 20%: Dùng pipet hút xác 20ml H2SO4 98% pha loãng nước cất đến 100ml 2.3 Những vấn đề cần nghiên cứu 2.3.1 Nghiên cứu điều chế Fe3O4 2.3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất điều chế Fe3O4 Tiến hành khảo sát mẫu Mỗi mẫu cho 10g FeCl3.4H2O cốc thủy tinh chứa sẵn 200ml nước, khuấy đến tan hồn tồn Sau đó, điều chỉnh pH ban đầu mẫu thay đổi pH= đến 10 cách nhỏ từ từ giọt dung dịch NH3 vào cốc để nâng pH dung dịch lên đến kết tủa Trong trình dung dịch khuấy liên tục nhờ máy khuấy từ Sau kết thúc phản ứng, sản phẩm thu dạng huyền phù Các hạt có kích thước nhỏ màu xám đen Lọc lấy kết tủa rửa nhiều lần nước cất đạt mơi trường trung tính, sau sấy nhẹ 35oC 20 30 Cuối cân sản phẩm thu từ mẫu khảo sát, so sánh, khối lượng màu sắc Từ chọn pH tối ưu cho q trình điều chế Fe3O4 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thể tích cồn tuyệt đối thêm vào hiệu suất điều chế Fe3O4 Tiến hành khảo sát mẫu Mỗi mẫu cho 10g FeCl3.4H2O cốc thủy tinh chứa sẵn 200ml nước, khuấy đến tan hồn tồn Sau thêm vào mẫu lượng cồn tuyệt thể tích thay đổi: 0ml, 30ml, 40ml, 50ml, 60ml Tiếp đó, nhỏ từ từ giọt dung dịch NH3 vào cốc để nâng pH dung dịch lên pH tối ưu khảo sát 2.3.1.1 Trong trình dung dịch khuấy liên tục nhờ máy khuấy từ Sau kết thúc phản ứng, sản phẩm thu dạng huyền phù Các hạt có kích thước nhỏ có màu xám đen Lọc lấy kết tủa rửa nhiều lần nước cất đạt môi trường trung tính, sau sấy nhẹ 35oC 20 Cuối cân sản phẩm thu từ mẫu khảo sát, so sánh, khối lượng màu sắc Từ chọn thể tích tối ưu cồn tuyệt đối thêm vào cho trình điều chế Fe3O4 2.3.1.3 Tiến hành điều chế Fe3O4 với điều kiện tối ưu khảo sát Sau khảo sát điều kiện tối ưu cho trình điều chế Fe3O4 Tiến hành tổng hợp Fe3O4 điều kiện pH tối ưu thể tích cồn tối ưu chọn Trên sở nghiên cứu điều kiện tối ưu phương pháp xác định hàm lượng niken, tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý niken oxit sắt từ Đó yếu tố: thời gian khuấy, pH dung dịch nồng độ niken 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý niken oxit sắt từ Khảo sát mẫu chuẩn, thể tích mẫu 100ml, nồng độ 0,20ppm Thêm 0,50g Fe3O4, khuấy khuấy từ khoảng thời gian thay đổi 10 31 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút Sau lọc chất hấp phụ giấy lọc Lấy xác 50ml dung dịch niken sau xử lý cho vào bình phản ứng, thêm dung dịch nước brom bão hịa, để n phút Sau cho vào bình phản ứng 5ml NH3, 2ml đimetylglioxim Để yên dung dịch 10 phút Ngay sau đó, chuyển dung dịch vào cuvet tiến hành đo bước sóng ‫ג‬max= 540nm, dung dịch so với mẫu trắng Thực đo mật độ quang trước xử lý sau xử lý 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý niken oxit sắt từ Lấy mẫu chuẩn với thể tích 100ml dung dịch niken 0,20ppm, điều chỉnh pH dung dịch niken dung dịch axit H2SO4 loãng (20%) dung dịch NaOH 0.,05M Khảo sát với giá trị pH thay đổi từ đến Thêm 0,50g Fe3O4 khuấy thời gian tối ưu khảo sát mục 2.3.2 Sau lọc bỏ chất hấp phụ giấy lọc Lấy xác 50ml dung dịch niken sau xử lý cho vào bình phản ứng, thêm dung dịch nước brom bão hòa, để yên phút Sau cho vào bình phản ứng 5ml NH3, 2ml đimetylglioxim Để yên dung dịch 10 phút Ngay sau đó, chuyển dung dịch vào cuvet tiến hành đo bước sóng ‫ג‬max= 540nm, dung dịch so với mẫu trắng Thực đo mật độ quang đồng thời mẫu giả trước xử lý sau xử lý 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến hiệu suất xử lý niken oxit sắt từ Khảo sát mẫu chuẩn, thể tích mẫu 100ml, với nồng độ thay đổi từ 0,05ppm đến 0,30ppm, mẫu thêm vào 0.5g Fe3O4 khuấy máy khuấy từ thời gian, pH tối ưu khảo sát 2.3.2 2.3.3 Sau lọc bỏ chất hấp phụ giấy lọc Lấy xác 50ml dung dịch niken sau xử lý cho vào bình phản ứng, thêm dung dịch nước brom bão hòa, để n phút Sau cho vào bình phản ứng 5ml NH3, 2ml đimetylglioxim 32 Để yên dung dịch 10 phút Ngay sau đó, chuyển dung dịch vào cuvet tiến hành đo bước sóng ‫ג‬max= 540nm, dung dịch so với mẫu trắng Thực đo mật độ quang trước xử lý sau xử lý 2.3.4 Đánh giá sai số thống kê phương pháp Tiến hành q trình phân tích hai mẫu chuẩn, mẫu lần với nồng độ dung dịch niken 0,10ppm 0,15ppm Các điều kiện tối ưu chọn mục 2.3.2, 2.3.3, 2.3.4 Đo mật độ quang sau phản ứng kết thúc Tính độ xác phương pháp thơng qua giá trị ε với chuẩn student mục 1.8 Đánh giá sai số thông qua đại lượng thống kê quan trọng đề cập mục 1.8 là: + Giá trị trung bình + Phương sai S2 + Độ lệch chuẩn S + Hệ số biến động V + Độ lệch chuẩn σ + Biên giới tin cậy ε + Sai số tương đối Δ% 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết điều chế oxit sắt từ 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất điều chế Fe3O4 Tiến hành khảo sát mẫu Mỗi mẫu cho 10g FeCl3.4H2O vào cốc thủy tinh 500ml chứa sẵn 200ml nước cất, khuấy đến tan hồn tồn Sau điều chỉnh pH ban đầu thay đổi từ pH=6 đến 10 cách nhỏ từ từ giọt dung dịch NH3 vào cốc để nâng pH dung dịch lên đến kết tủa Sau phản ứng kết thúc, lọc lấy kết tủa rửa nhiều lần nước cất đạt mơi trường trung tính, sau sấy nhẹ 350C 20 Sản phẩm thu từ mẫu khảo sát So sánh, khối lượng màu sắc Từ chọn pH tối ưu cho trình điều chế Fe3O4 Với khối lượng Fe3O4 thu theo lý thuyết 3,2978g hiệu suất điều chế thay đổi theo thay đổi pH thể qua bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất điều chế Fe3O4 pH 10 Khối lượng sp (g) 0,1936 1,3720 2,0500 3,0800 3,0790 Hiệu suất 5,871 42,603 62,164 93,561 93,396 Hiệu suất điều chế sắt từ Hiệu suất 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Hiệu suất 10 12 pH Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất điều chế Fe3O4 34 Từ số liệu cho thấy pH tăng lên lượng Fe3O4 tạo tăng lên Đặc biệt hiệu suất hiệu suất tăng nhanh tăng pH= lên pH= Đến lúc tiếp tục tăng pH hiệu suất điều chế tăng mức chậm Do ban đầu, tăng pH đồng nghĩa việc tăng ion OH - dung dịch Mà OH- tác nhân phản ứng Fe3+ để tạo kết tủa Fe3O4 Khi tăng pH từ pH= lên pH= lượng Fe3O4 tạo thành tăng hiệu suất điều chế tăng lên Nhưng đến lúc ta tiếp tục tăng pH (OHtăng) mà lượng Fe3+ tham gia phản ứng giảm gần hết dung dịch lượng Fe3O4 tạo Vậy nên hiệu suất điều chế tăng chậm pH>9 Cuối tăng pH lên giá trị pH>10 hiệu suất khơng tăng lên kết thúc phản ứng tạo Fe3O4 (do Fe3+ phản ứng hết) Vì lí mà pH = điều kiện tối ưu giá trị pH chọn cho trình điều chế oxit sắt từ 3.1.2 Kết khảo sát thể tích cồn tuyệt đối thêm vào hiệu suất điều chế Fe3O4 Tiến hành khảo sát mẫu Mỗi mẫu cho 10g FeCl3.4H2O vào cốc thủy tinh 500ml có chứa 200ml nước cất, khuấy đến tan hồn tồn Sau thêm vào mẫu cồn tuyệt thể tích thay đổi từ 0ml đến 60ml Tiếp đó, nhỏ từ từ giọt dung dịch NH3 vào để nâng pH dung dịch lên pH=9 (đã xuất kết tủa) Sau kết thúc phản ứng, sản phẩm thu dạng huyền phù Lọc lấy kết tủa rửa nhiều lần nước cất đạt mơi trường trung tính, sau sấy nhẹ 35oC 20 Cân sản phẩm thu từ mẫu khảo sát Với khối lượng Fe3O4 thu theo lí thuyết 3,2978g So sánh khối lượng màu sắc Từ chọn thể tích cồn tuyệt đối tối ưu thêm vào cho trình điều chế Fe3O4 Kết thu thể qua bảng 3.2 35 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích cồn tuyệt đối thêm vào hiệu suất điều chế Fe3O4 V(ml) 30 40 50 60 Khối lượng Fe3O4 2,895 3,071 3,185 3,327 3,345 Hiệu suất 88,268 93,634 97,110 98,192 98,732 Hiệu suất điều chế sắt từ H (%) Hiệu suất 100 98 96 94 Hiệu suất 92 90 88 86 20 40 60 80 V (ml) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích cồn tuyệt đối thêm vào hiệu suất điều chế sắt từ Khi tăng thể tích cồn tuyệt đối hiệu suất điều chế tăng lên Tuy nhiên, hiệu suất tăng mạnh thể tích tăng từ giá trị 0ml đến 50ml, tăng chậm thể tích cồn tuyệt đối lớn 50ml Do chọn thể tích cồn tuyệt đối 50ml điều kiện tối ưu cho trình điều chế oxit sắt từ Như điều kiện tối ưu cho trình điều chế oxit sắt từ pH= 9, thể tích cồn tuyệt đối thêm vào 50ml Thông qua phương pháp tổng hợp oxit sắt từ cho thấy rằng: Ở điều kiện pH= lượng cồn tuyệt đối thêm vào 50ml xét hiệu suất điều chế đạt hiệu suất cao (98,73%) Còn xét màu sắc tạo hạt oxit sắt từ mịn có màu xám đen so với điều chế khác Trên sở đó, điều kiện pH= 50ml cồn tuyệt đối chon để điều chế Fe3O4 sử dụng cho việc đánh giá khả xử lí niken 36 3.1.3 Sản phẩm Fe3O4 thu sau trình điều chế với điều kiện tối ưu chọn Cho 10g FeCl3.4H2O vào cốc thủy tinh 500ml có chứa sẵn 200ml nước, khuấy đến tan hoàn toàn Cho thêm 50ml cồn tuyệt đối vào cốc, khuấy khoảng thời gian 30 phút Nhỏ từ từ dung dịch NH3 vào cốc để nâng pH dung dịch lên pH=9 (đến kết tủa) Trong trình dung dịch khuấy liên tục nhờ máy khuấy từ Sau phản ứng kết thúc, sản phẩm thu dạng huyền phù Hình 3.3 Kết tủa dạng huyền phù Fe3O4 Các hạt có kích thước thô màu xám đen Lọc lấy kết tủa rửa nhiều lần nước cất đạt môi trường trung tính, sau sấy nhẹ 35oC 20 Hình 3.4 Kết tủa Fe3O4 trước sau sấy khô 37 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý niken oxit sắt từ Khảo sát mẫu chuẩn, thể tích mẫu 100ml, nồng độ 0,20ppm, pH=7 Thêm 0,50g Fe3O4, khuấy máy khuấy từ khoảng thời gian thay đổi từ t= 10 phút đến t= 60 phút Sau lọc bỏ chất hấp phụ giấy lọc Tiến hành đo mật độ quang trước sau xử lý Kết thu thể qua bảng 3.3 hình 3.4 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý Thời gian (phút) 10 Dtrước 0,3893 0,3895 0,3892 0,3894 0,3893 0,3894 Dsau 0,3186 0,2836 0,2760 0,2401 0,2634 0,2546 H % (theo D) 18,164 27,181 29,098 38,341 32,321 34,630 20 30 40 50 60 Hiệu suất Hiệu suất xử lí Niken 50 40 30 Hiệu suất 20 10 0 20 40 60 80 Thời gian ( phút) Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý Kết cho thấy thời gian khuấy tăng hiệu suất xử lý tăng, đến 40 phút gần đạt cân hiệu suất thay đổi Để đạt đến trạng thái cân bằng, hệ hấp phụ cần có thời gian để chất tan (Ni2+) khuếch tán đến bề mặt chất rắn (Fe3O4) Hiệu suất hấp phụ đạt giá trị lớn trung tâm hấp phụ vật liệu hấp phụ Fe3O4 lấp đầy chất hấp phụ (Ni2+) Trong khảo sát này, với thời gian tiếp xúc 60 phút hầu hết ion Ni2+ dính bám lấp đầy lỗ xốp hạt oxit sắt từ Tức sau thời gian khuấy 40 phút ( thời 38 gian để ion Ni2+ khuếch tán đến bề mặt Fe3O4 ) hệ hấp phụ gần đạt đến trạng thái cân Vì thời gian khuấy 40 phút chọn làm thời gian tối ưu cho khảo sát 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Niken Khảo sát mẫu chuẩn với thể tích 100ml dung dịch Ni2+ với nồng độ ban đầu đưa vào xử lý 0,20ppm Điều chỉnh pH mẫu thay đổi từ pH= đến pH= Thêm 0,50g Fe3O4, khuấy thời gian 40 phút Sau lọc bỏ chất hấp phụ giấy lọc Tiến hành đo mật độ quang trước sau xử lý Kết thu thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất xử lý pH dung dịch DTrước 0,3893 0,3894 0,3893 0,3894 0,3895 0,3894 DSau 0,3169 0,2842 0,2770 0,2402 0,2638 0,2547 H%( theo D) 18,608 27,008 29,098 38,321 32,350 34,596 Hiệu suất xử lí Niken Hiệu s uất 45 40 35 30 25 20 15 10 Hiệu s uất 10 pH Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Niken 39 Qua kết cho thấy tăng giá trị pH dung dịch từ pH= lên pH= hiệu suất xử lý tăng lên Nhưng tiếp tục tăng pH lên mơi trường bazo(pH>7) hiệu suất xử lý Niken giảm xuống Quá trình hấp thụ tốt phụ thuộc vào yếu tố pH Do khả hấp phụ trao đổi với H+ OH- chúng làm thay đổi pH mơi trường Ở pH 7 lại có ảnh hưởng ion OH-, tạo hidroxit Ni(OH)2 không mong muốn, gây cản trở trình hấp phụ lên bề mặt hạt Fe3O4, làm cho hiệu suất hấp phụ giảm xuống Vậy nên pH= chọn làm điều kiện tối ưu cho trình khảo sát sau 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến hiệu suất xử lý Niken oxit sắt từ Nồng độ Niken cần cho nghiên cứu thể qua bảng 3.5 Bảng 3.5 Pha nồng độ Ni2+ cần cho nghiên cứu Nồng độ Ni2+ cần cho nghiên Thể tích Ni2+ 10ppm cần lấy để cứu(ppm) pha(ml) 0,05 1,25 0,10 2,50 0,15 3,35 0,20 5,00 0,25 6,25 0,30 7,50 Định mức nước cất đến 250ml bình định mức 250ml Khảo sát mẫu chuẩn, thể tích mẫu 100ml, nồng độ thay đổi từ 0,05 đến 0,30 ppm, pH= 7, mẫu thêm vào 0,50g oxit sắt từ khuấy máy khuấy từ thời gian 40 phút Sau lọc bỏ chất hấp phụ giấy lọc Tiến hành đo mật độ quang trước sau xử lý 40 Mẫu giả đưa xử lý lượng 0,50g Fe3O4 cho mẫu khuấy thời gian 50 phút, dung dịch có pH=7 Kết thu thể bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến hiệu suất xử lý Nồng độ (ppm) 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 DTrước 0,2754 0,3676 0,3725 0,3894 0,4564 0,4850 DSau 0,2250 0,2861 0,2610 0,2401 0,2934 0,3210 H%(theoD) 18,301 22,162 29,928 38,330 35,714 33,814 Hiệu suất xử lí Niken Hiệu s uất 50 40 30 Hiệu s uất 20 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Nồng độ (ppm) Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ Niken đến hiệu suất xử lý Đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý tăng nồng độ Niken tăng từ 0,05ppm đến 0,20ppm Tuy nhiên tiếp tục tăng nồng độ Niken 0,20ppm hiệu suất xử lý Niken giảm Trước tăng nồng độ Ni2+ đến 0,20ppm, ban đầu số lượng chất bị hấp phụ khuếch tán đến bề mặt chất hấp phụ tăng lên, chưa đạt đến cân hấp phụ nên hiệu suất tăng Nhưng tiếp tục tăng nồng độ 0,20ppm hệ hấp phụ đạt trạng thái cân (Fe3O4 khơng cịn khả hấp phụ thêm nữa), Ni2+ tự (chưa bị hấp phụ) nhiều tiếp tục tăng dung dịch, điều làm cho hiệu suất hấp phụ giảm xuống 41 Do nồng độ Ni2+ tối ưu cho trình xử lý Niken 0,20ppm 3.5 Kết đánh giá sai số thống kê phương pháp Tiến hành q trình phân tích mẫu chuẩn, mẫu lần với nồng độ dung dịch Niken 0,10ppm 0,15ppm Đo mật độ quang sau phản ứng kết thúc Tính độ xác phương pháp thông qua giá trị ε với chuẩn student, độ tin cậy 95%(a=0,95; k=4; ta,k=2.78) theo mục 1.9 kết thể bảng 3.7 bảng 3.8 Bảng 3.7 Mật độ quang thu sau lần đo mẫu trước, sau xử lý hiệu suất tương ứng Lần phân tích Ni2+ Dtrước 0,3675 0,3677 0,3678 0,3677 0,3675 0,10ppm DSau 0,1910 0,1893 0,1879 0,1898 0,1893 H(%) 48,03 48,51 48,88 48,38 48,46 Ni2+ Dtrước 0,3725 0,3723 0,3724 0,3725 0,3724 0,15ppm DSau 0,0971 0,0978 0,0975 0,0982 0,0986 H(%) 73,94 73,72 73,82 73,65 73,53 Bảng 3.8 Kết đánh giá sai số thống kê phép đo Các đại lượng đặc trưng Ni2+ 0,10(ppm) Ni2+ 0,15(ppm) Giá trị hiệu suất trung 48,45 73,73 bình(%) Phương sai S2 0,09248 0,02468 Độ lệch chuẩn S 0,3041 0,1571 Hệ số biến động V 0,6277 2,130.10-3 Độ sai chuẩn σ 0,1360 0,0703 Biên giới tin cậy ε ± 0,3781 ± 0,1953 Sai số tương đối ∆% ± 0,7804 ± 0,2242 Kết khảo sát cho thấy phương pháp có sai số nhỏ tức độ xác cao, hệ số biến động nhỏ chứng tỏ độ lặp lại tốt 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã khảo sát điều kiện tối ưu điều chế oxit sắt từ: Mơi trường pH =9, thể tích cồn tuyệt đối 50ml Điều chế oxit sắt từ theo điều kiện khảo sát tối ưu Đã khảo sát tìm điều kiện tối ưu trình hấp phụ Niken oxit sắt từ nước: thời gian khuấy 40 phút, pH dung dịch 7, nồng độ Niken 0,2ppm Kiến nghị Ứng dụng điều chế oxit sắt từ để xử lí số vùng nước bị ô nhiễm Niken ... vậy, để đánh giá khả hấp phụ niken oxit sắt từ môi trường nước chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ niken nước oxit sắt từ phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS với thuốc thử đimetylglioxim? ?? 2.Ý...2 Nghiên cứu khả hấp phụ Niken nước oxit sắt từ phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS với thuốc thử Đimetylglioxim GVHD : ThS Nguyễn Thị Hường SVTH... 1.3 Phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV- VIS 1.3.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV- VIS 1.3.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng dung dịch màu: Dung dịch có màu thân dung dịch hấp thụ