Phân tích, đánh giá hàm lượng sắt trong nước và bùn trầm tích ở sông phú lộc

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ kinh tế, khoa học kĩ thuật công nghệ, đời sống vật chất người ngày nâng cao ngược lại, mơi trường sống trở nên nhiễm Trong loại nhiễm nhiễm kim loại nặng đóng vai trị đáng kể Đặc biệt diện kim loại nặng môi trường đất, nước vấn đề môi trường cộng đồng quan tâm Kim loại nặng gây độc hại với môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép Khi nhiễm vào thể, kim loại nặng thường tích tụ mơ Cơ thể có chế đào thải, tốc độ tích tụ lớn gấp nhiều lần Kim loại nặng tích tụ vào nội tạng gan, thận, thần kinh, xương khớp gây nhiều bệnh nguy hiểm ung thư, thiếu máu Chẳng hạn với sắt việc thừa sắt thể tác hại việc thiếu sắt Nếu lượng sắt thể thừa nhiều, chúng gây ảnh hưởng có hại cho tim, gan, khớp quan khác, tích trữ nhiều gây nguy ung thư Do vậy, xác định hàm lượng kim loại nặng môi trường cần thiết tính độc, tính bền vững tích tụ sinh học chúng Ý nghĩa thực tiễn ý nghĩa khoa học đề tài Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp lưu vực nước gần khu công nghiệp, thành phố lớn khu vực khai thác khống sản Ơ nhiễm kim loại nặng biểu nồng độ cao kim loại nặng nước Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng q trình đổ vào mơi trường nước nước thải công nghiệp nước thải độc hại chưa qua xử lý xử lý khơng đạt u cầu Ơ nhiễm nước kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống sinh vật người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào thể người Nước mặt bị ô nhiễm lan truyền chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất thành phần môi trường liên quan khác SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Sơng Phú Lộc bắt nguồn từ thơn Khánh Sơn, phường Hồ Khánh Nam, quận Liên Chiểu chảy qua phường Hoà Minh, Thanh Lộc Đán chảy vịnh Đà Nẵng thông qua cửa sông nằm đường Nguyễn Tất Thành thuộc P Thanh Khê Đông Hiện nay, mức độ ô nhiễm hạ lưu sông Phú Lộc lớn, kể ô nhiễm kim loại Với lí trên, em chọn đề tài: “PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG SẮT TRONG NƯỚC VÀ BÙN TRẦM TÍCH Ở SƠNG PHÚ LỘC.” nhằm mục đích: Tìm hiểu phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS Nghiên cứu điều kiện tối ưu xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng sắt nước bùn trầm tích Đánh giá mức độ nhiễm kim loại sắt nước bùn trầm tích sông Phú Lộc, Đà Nẵng SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lược nguyên tố Sắt [8] 1.1.1 Vị trí cấu tạo Sắt Sắt kim loại phổ biến nhất, người ta cho nguyên tố phổ biến thứ 10 vũ trụ Sắt nguyên tố phổ biến (theo khối lượng, 34.6%) tạo Trái Đất Kí hiệu STT Chu kì Nhóm Phân loại Cấu hình e Nguyên tử khối Fe 26 VIIIB Kim loại chuyển tiếp [Ar]3d64s2 55,845 1.1.2 Trạng thái thiên nhiên Sắt Sắt nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ sau O, Si, Al Sắt trạng thái tự mảnh thiên thạch khống vật,… Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền: 54Fe (5,8%) , 56Fe (91,8%) , 57Fe (2,15%) , 58 Fe (0,25%) Ngồi sắt cịn có tám đồng vị phóng xạ: (τ=8,27 giờ), 53 Fe (τ=258,8 ngày) , 55 Fe (τ=2,7 năm) , 59 Fe (τ=0,25 giây) , 52 Fe (τ=44,6 ngày) , 60 51 Fe Fe (τ=1,5.106 năm) , 61Fe (τ=182,5 ngày) , 62Fe (τ=68 giây) Những khoáng vật quan trọng sắt manhetit (Fe3O4) chứa đến 72,42 % sắt, hematit (Fe2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2) chứa 46,67 % sắt xiderit (FeCO3) chứa 35% sắt Ngoài mỏ lớn tập trung, sắt cịn phân tán khống vật ngun tố phổ biến nhơm, titan, mangan,… Sắt cịn có nước thiên nhiên, thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi xuống trái đất Trung bình 20 thiên thạch rơi xuống có thiên thạch sắt (chứa 90% sắt) SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Trong nước thiên nhiên, kể nước mặt nước ngầm điều có chứa sắt Hàm lượng sắt dạng tồn chúng tuỳ thuộc vào loại nguồn nước, điều kiện môi trường, nguồn gốc tạo thành Trong nước mặt, sắt tồn dạng hợp chất Fe3+, thường Fe(OH)3 không tan, dạng keo hay huyền phù, dạng hợp chất hữu phức tạp tan Hàm lượng sắt thay đổi vượt q mg/l, đặc biệt nước có tính kiềm khử trình làm nước Do ion sắt (II) dễ bị oxy hóa thành hydroxyt sắt (III), tự kết tủa lắng nên sắt tồn nguồn nước mặt Đối với nước ngầm, điều kiện thiếu khí, sắt thường tồn dạng ion Fe2+ hoà tan nước Khi làm thống, sắt (II) chuyển hóa thành sắt (III), xuất kết tủa hydroxyt sắt (III) có màu vàng, dễ lắng Trong trường hợp nguồn nước có nhiều chất hữu cơ, sắt tồn dạng keo (phức hữu cơ) khó xử lý Ngồi ra, nước có độ pH thấp, gây tượng ăn mòn đường ống dụng cụ chứa, làm tăng hàm lượng sắt nước Trong nước ngầm, có pH thấp, sắt tồn dạng ion Sắt có hố trị thành phần muối tan Fe(HCO3)2, FeSO4 Hàm lượng sắt có nguồn nước ngầm thường cao phân bố không lớp trầm tích sâu 1.1.3 Tinh chất vật lí tính chất hóa học 1.1.3.1 Tính chất vật lí Sắt kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng gia cơng học Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt Dưới 8000C sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút trở thành nam châm (tạm thời) Sắt có dạng thù hình ( dạng α , β , γ ,δ ) bền khoảng nhiệt độ định: C C C C Fe (α) 700   Fe (β) 911   Fe (γ) 1390   Fe (δ) 1538   Fe lỏng 0 0 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 (α) khác với Fe (β) không hịa tan C Dạng Fe (γ) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp diện, dạng Fe (δ) có cấu trúc lập phương tâm khối dạng α β tồn đến nhiệt độ nóng chảy Bảng 1.1 Các số vật lý quan trọng sắt Độ dẫn điện tos (oC) tonc (oC) BKNT Độ âm KLR Độ cứng (Ao) điện (g/cm3) (thang Mohs) 1,26 1,83 7,91 (106 S/m) 9,93 2862 1538 Bảng 1.2 Năng lượng ion hóa Mức lượng I1 I2 I3 I4 I5 I6 7,9 16,18 30,63 56* 79* 103 ion hóa Năng lượng ion hóa (eV) * Giá trị chưa đủ độ tin cậy 1.1.3.2 Tính chất hóa học hợp chất sắt Sắt kim loại có hoạt tính hóa học trung bình Ở điều kiện thường khơng có ẩm, chúng khơng tác dụng rõ rệt với nguyên tố phi kim điển O2 , S , Cl2 , Br2 có màng oxit bảo vệ Nhưng đun nóng, phản ứng xảy mãnh liệt, kim loại trạng thái chia nhỏ Khi đun nóng khơng khí khơ, sắt tạo nên Fe2O3 nhiệt độ cao hơn, tạo nên Fe3O4: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 3Fe + 2O2 t  Fe3O4 Khí Cl2 phản ứng dễ dàng với sắt tạo thành FeCl3 chất dễ bay nên không tạo màng bảo vệ: 2Fe SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP + 3Cl2 → 2FeCl3 Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Sắt tác dụng trực tiếp với khí CO tạo thành cacbonyl kim loại Sắt tinh khiết bền khơng khí nước Ngược lại, sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn tác dụng ẩm, khí cacbonic oxi khơng khí tạo nên gỉ sắt: Fe + 3O2 → 2Fe3O4 lớp gỉ sắt xốp giịn nên khơng bảo vệ sắt tránh bị oxi hóa tiếp Sắt phản ứng với nước: nhiệt độ nóng đỏ, sắt phản ứng với nước: 570 C Fe + H2O    FeO + H2 O 570 C 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2 Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe2+ Fe3+ Muối Fe2+ tạo thành hòa tan sắt dung dịch axit loãng trừ axit HNO3 Muối Fe2+ với axit mạnh như: HCl, H2SO4,… dễ tan nước, muối axit yếu như: FeS, FeCO3,… khó tan Khi tan nước, muối sắt dạng [Fe(H2O)6]2+ màu lục nhạt Màu lục [Fe(H2O)6]2+ yếu nên thực tế dung dịch muối Fe2+ khơng có màu Muối FeSO4 chất tinh thể màu trắng, dễ hút ẩm dễ tan nước Khi kết tinh từ dung dịch nước nhiệt độ thường, thu tinh thể hidrat FeSO4.7H2O Tinh thể FeSO4.7H2O có màu lục nhạt, nóng chảy nhiệt độ 640C, dễ tan nước rượu Khi đun nóng tinh thể FeSO4.7H2O dần nước trở thành muối khan FeSO4 Ở nhiệt độ cao (>5800C) muối khan bị phân huỷ thành oxit: 580 C FeSO4   Fe2O3 + SO3 + SO2 Quan trọng với thực tế (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O, gọi muối Mohr Tinh thể muối Mohr có màu lục, dễ kết tinh, khơng hút ẩm bền với oxi khơng khí nên dùng để pha dung dịch chuẩn Fe2+ hố học phân tích Fe(OH)3 bền khơng khí, khơng tan nước dung dịch NH3 Fe(OH)3 tan dễ dàng axit tạo thành dung dịch muối Fe3+ Đa số muối Fe3+ dễ tan nước, cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt Khi kết tinh từ dung dịch nước, muối Fe3+ thường dạng tinh thể hidrat như: FeCl3.6H2O, SVTH: Nguyễn Thị Hải Ly Lớp: 08CHP Trang Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Fe(NO3)3.9H2O màu nâu vàng, phèn sắt (NH4)Fe(SO4)2.12H2O màu tím nhạt… Muối Fe3+ bị thuỷ phân mạnh nên dung dịch có màu vàng nâu Chỉ dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH