1.2 .Tổng quan về đá ong, quặng apatit
1.5. Giới thiệu phương pháp nghiên cứu tính chất hấp phụ của chất hấp phụ
1.5.4. Hấp phụ trong môi trường nước
Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo ra các cặp ion hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo được tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân. Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra q trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó. Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại. Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion như SO2
4 , PO3
4 , CrO2
4 … thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép. Các ion hoặc các phân tử có độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nước, do đó
t C Co
bán kính của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện. Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn. Hấp phụ trong mơi trường nước cịn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH. Tại giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng khơng, trên giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt hấp phụ tích điện dương. Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả q trình hấp phụ và tạo phức chất .
Ngồi ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [1].
1.6. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử xác định Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II).
Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử là muốn xác định một cấu tử X nào đó, người ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X.
Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer - Lambert- Beer. Biểu thức của định luật:
0 I A lg Cl I (1.7) Trong đó:
- Io, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏ i dung dịch.
- l là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.
- C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
hấp thụ ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( ε = f (λ) ).
Như vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, bề dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng.
A = f (λ, l, C) (1.8)
Do đó, nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày l xác
định thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đường thẳng. Tuy nhiên, do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên khơng có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu thức (1.16) có dạng:
A= k.ε.l.Cxb (1.9) Trong đó: - Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
- k: hằng số thực nghiệm.
- b: hằng số bản chất có giá trị 0 < b ≤ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx.
Giá trị b = 1 khi nồng độ Cx nhỏ, khi Cx tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.
Đối với một chất phân tích trong một dung mơi xác định và trong một cuvet
có bề dày xác định thì ε = const và l = const. Đặt K = k.ε.l ta có:
b
C K
A . (1.10)
Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng UV-Vis, thì ln có một giá trị nồng độ giới hạn C0 xác định, sao cho:
- Với mọi giá trị Cx < C
0: thì b = 1, và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là tuyến tính.
- Với mọi giá trị Cx > C0: thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi C x tăng) và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là khơng tuyến tính.
Phương trình (1.10) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Trong phân tích, người ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản
chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm. Với các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy, tức giá trị ε của chất đó càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn C0 càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp [8].
Để xác định các ion kim loại nói chung, các ion Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) nói riêng, có thể sử dụng rất nhiều phương pháp. Tuỳ thuộc vào trang thiết bị của phịng thí nghiệm, tuỳ thuộc vào nồng độ của các ion kim loại có trong mẫu... mà người phân tích lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Qua các tài liệu tham khảo và điều kiện hiện có của phịng thí nghiệm, chúng tơi sử dụng phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử để xác định nồng độ của các ion Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) có trong mẫu phân tích trước và sau khi hấp phụ trên vật liệu đá ong tự nhiên và quặng apatit.