III. Chuẩn bị dung dịch thuốc thử và dung dịch chất đầu:
1. Nguyên tắc xác định:
Chuyển Mn2+ về MnO4- có màu bằng persunfat (khi có mặt AgNO3 làm xúc tác) hoặc KIO4 trong môi trường axit khi có mặt của axit photphoric, rồi đem đo mật độ quang. Các phản ứng xẩy ra như sau:
2Mn2+ + 5S2O82- + 8 H2O = 2MnO4- + 10SO42- + 16H+
2Mn2+ + 5IO4- + 3H2O = 2MnO4- + 5IO3- + 6H+
Đo mật độ quang của dung dịch MnO4- ở bước sóng λ = 526 nm, cuvet 1cm, ta ghi được giá trị mật độ quang.
2. Xây dựng đường chuẩn:
Cách tiến hành:
- Chuẩn bị một dãy 9 bình định mức 100ml:
+ Cho lần lượt vào mỗi bình các thể tích dung dịch các thể tích dung dịch Mn2+ 0,01 mg/ml. Theo các thể tích: 0,5 ; 1 ; 2 ; 5 ; 10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 50 ml.
+ Thêm vào đó 2 ml HNO3 đặc, đun gần sôi trên bếp điện, rồi thêm vào dung dịch một thìa thủy tinh xúc tác hóa chất KIO4 ( khoảng 1÷ 1.5g), khuấy đều bằng đũa thủy tinh và đun tiếp 5 phút để oxi hóa Mn2+ thành MnO4-.
+ Để nguội 30 phút rồi chuyển vào bình định mức 100 ml thêm nước cất 2 lần tới vạch rồi đem đo mật độ quang tại λ = 526nm, ta ghi được giá trị mật độ quang của dung dịch.
Xây dựng đường chuẩn biễu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào hàm lượng của nguyên tố cần phân tích A = f ( C ).
Vdd lấy hấp phụ (ml) [Fe3+] ban đầu (mg/l) [Fe3+] còn lại (mg/l) [Fe3+] bị hấp phụ (mg/l) Hiệu suất (H%) q (mg/g) 50 50,2 1,56 48,64 96,89 1,621
Ta ghi được giá trị mật độ quang tương ứng với các dung dịch trên như sau:
Bảng 2.7. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Mn2+
Dựa vào kết quả đo mật độ quang ta xây dựng đường chuẩn (được xử lý bằng toán học thống kê) như sau:
Hình 2.7. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Mn2+
Theo toán học, phương trình đường chuẩn có dạng tổng quát: y = ( a ± εa ) x + ( b ± εb )
Từ các giá trị thực nghiệm ta xác định được phương trình đường chuẩn cụ thể: y = ( 0,0294 ± 0,0019) x + ( 0,0146 ± 0,0046)
II.Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng tới sự hấp phụ mangan lên than hoạt tính 1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ:
Quá trình khảo sát sự hấp phụ mangan trên than hoạt tính ở các giá trị pH khác nhau:
- Nồng độ mangan dùng khảo sát là 10 mg/l.
- Lượng than dùng trong các thí nghiệm là 1,5 gam.
TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
[Mn2+] (mg/l)
0,050 0,100 0,200 0,500 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 A 0,001 0,005 0,022 0,036 0,06 0,084 0,107 0,128 0,155
- Nhiệt độ duy trì ở nhiệt độ phòng ( 30°C ).
- Vì trong môi trường bazơ mangan dễ tạo kết tủa hidroxit, vì vậy ta chỉ khảo sát trong khoảng pH : 1 ± 8.
Cách tiến hành: Bước 1:
Chuẩn bị 8 bình định mức 50ml, đánh số từ 1 - 8 :
- Hút chính xác 50ml dung dịch có nồng độ Mn2+ 10 mg/l. - Điều chỉnh pH từ 1 ± 8 bằng NaOH loãng và HCl loãng. - Thêm 1,5 gam than hoạt tính vào.
- Lắc trên máy lắc với thời gian 120 phút. Bước 2:
- Lọc tách than.
- Dung dịch nước lọc được giữ lại để xác định hàm lượng mangan còn lại sau khi hấp phụ bằng phương pháp trắc quang:
+ Hút 10ml dung dịch nước lọc còn lại cho vào bình định mức 100ml, thêm vào đó 2 ml HNO3 đặc, đun gần sôi trên bếp điện, rồi thêm tiếp vào dung dịch một thìa thủy tinh xúc tác hóa chất KIO4 ( khoảng 1÷ 1.5g), khuấy đều bằng đũa thủy tinh và đun tiếp 5 phút để oxi hóa Mn2+ thành MnO4-.
+ Để nguội 30 phút rồi chuyển vào bình định mức 100 ml thêm nước cất 2 lần tới vạch rồi đem đo mật độ quang tại λ = 526nm, ta ghi được giá trị mật độ quang của dung dịch.
Bảng 2.8.Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào pH
Vdd lấy hấp phụ (ml) [Mn2+] ban đầu (mg/l) Lượng than (g) pH [Mn2+] còn lại (mg/l) [Mn2+] bị hấp phụ (mg/l) Hiệu suất (H%) 50 10 1,5 1 3,000 7,000 70,00 50 10 1,5 2 2,402 7,598 75,98 50 10 1,5 3 1,550 8,450 84,50 50 10 1,5 4 0,680 9,320 93,20
50 10 1,5 5 0,463 9,537 95,37
50 10 1,5 6 0,462 9,538 95,39
50 10 1,5 7 0,321 9,679 96,79
50 10 1,5 8 0,300 9,700 97,00
Hình 2.8.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ theo pH.
Từ số liệu thực nghiệm và đồ thị ta thấy, khi tăng pH thì hiệu suất hấp phụ cũng tăng. Tuy nhiên trong khoảng pH = 7 ÷ 8 thì Mn2+ bắt đầu kết tủa dưới dạng hidroxit, còn khoảng pH = 5 ÷ 6 hiệu suất hấp phụ xấp xỉ nhau, vì vậy ta chọn pH = 5,5 để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
2.Khảo sát ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đến khả năng hấp phụ Mn:
Cách tiến hành: Bước 1:
Lấy 6 cốc thủy tinh sạch, khô, dung tích 100ml, đánh số thứ tự 1 ÷ 6. Cho vào mỗi cốc:
- 50ml dung dịch có nồng Mn2+ 10 mg/l. - Điều chỉnh pH = 5,5.
- Thêm vào mỗi cốc lượng than hoạt tính tăng dần từ 0,5 -> 1 -> 1,5 -> 2 -> 2,5 -> 3 gam.
- Lắc trên máy lắc với thời gian 120 phút, ở nhiệt độ phòng 30°C. Bước 2:
- Lọc tách than.
- Dung dịch nước lọc được giữ lại để xác định hàm lượng mangan còn lại sau khi hấp phụ bằng phương pháp trắc quang:
+ Hút 10ml dung dịch nước lọc còn lại cho vào bình định mức 100ml, thêm vào đó 2 ml HNO3 đặc, đun gần sôi trên bếp điện, rồi thêm tiếp vào dung dịch một thìa thủy tinh xúc tác hóa chất KIO4 ( khoảng 1÷ 1.5g), khuấy đều bằng đũa thủy tinh và đun tiếp 5 phút để oxi hóa Mn2+ thành MnO4-.
+ Để nguội 30 phút rồi chuyển vào bình định mức 100 ml thêm nước cất 2 lần tới vạch rồi đem đo mật độ quang tại λ = 526nm, ta ghi được giá trị mật độ quang của dung dịch.
Bảng 2.9. Ảnh hưởng của lượng than hoạt tính đến sự hấp phụ Mn2+
V dd lấy hấp phụ (ml) [Mn2+] ban đầu (mg/l) Lượng than (g) [Mn2+] còn lại (mg/l) [Mn2+] bị hấp phụ (mg/l) Hiệu suất (H%) 50 10 0,5 2,900 7,100 71,00 50 10 1,0 1,279 8,721 87,21 50 10 1,5 0,460 9,540 95,40 50 10 2,0 0,458 9,542 95,42 50 10 2,5 0,456 9,544 95,44 50 10 3,0 0,456 9,544 95,44
Hình 2.9. Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào lượng than hoạt tính.
Từ kết quả thực nghiệm và đồ thị ta thấy, khi khối lượng than tăng dần từ 0,5 ÷ 3 g, thì hiệu suất hấp phụ tăng dần. Khi lượng than hoạt tính lớn hơn 1,5 gam thì hiệu suất hấp phụ gần như không đổi. Do đó ta chọn lượng than hấp phụ đối với mangan là 1,5 gam để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.