Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống nung than
Ghi chú :
1: Bình khí Nitơ 3: Bộ nguồn gia nghiệt 5: Bộ hiển thị nhiệt độ 2: Lò phản ứng 4: Can nhiệt (đầu dò) 6: Ống thải khí Nitơ Dây điện trở được quấn trong các con sứ, được cố định trên một bản kẽm nhỏ bao quanh lò nhiệt phân, tiếp đến là lớp bông thủy tinh (đảm bảo lớp bông thủy tinh không được tiếp xúc với dây điện trở trong quá trình gia nhiệt) và ngoài cùng là lớp kẽm lớn bao bên ngoài tạo thành một hình trụ để đặt lò phản ứng vào.
Hộp điện được đặt bên cạnh thiết bị phản ứng, nối dây điện với điện trở để gia nhiệt. Nối đầu dò nhiệt độ từ hộp điện vào bên ngoài bình phản ứng. Bình khí N2 được gắn với lưu lượng kế, từ đó dẫn tới lò phản ứng. Lò nhiệt phân được nối với thiết bị ngưng tụ bằng mặt bích, trên mặt bích có 2 lỗ khoan-một lỗ dùng để đưa đầu dò nhiệt độ vào, một lỗ dùng để dẫn khí từ thiết bị phản ứng sang thiết bị ngưng tụ. Xung quanh phía trên mặt bích có 8 bulong siết chặt lại không cho khí thoát ra ngoài và để tránh tiếp xúc với không khí bên ngoài.
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất
- Than hoạt tính sử dụng cho phòng thí nghiệm - Phenol - Metylen xanh - Khí N2 - Muối CuCl2.6H2O - Muối FeCl3.6H2O - Muối NiCl2.6H2O - Muối CoCl2.6H2O 2.2. Phương pháp trắc quang 2.2.1. Định nghĩa và nguyên tắc * Định nghĩa:
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.
* Nguyên tắc:
Nguyên tắc của phương pháp trắc quang là dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thu bởi chất hấp thu để tính hàm lượng của chất hấp thu.
2.2.2. Đặc trưng của miền quang phổ
- Ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 200nm, bị hấp thu bởi oxi không khí, hơi nước và nhiều chất khác, vì vậy chỉ có thể đo quang ở bước sóng nhỏ hơn 200 nm bằng máy chân không.
- Ánh sáng có bước sóng từ 200 – 400 nm, được gọi là ánh sáng tử ngoại (UV), trong đó vùng từ 200 – 300 nm được gọi là miền tử ngoại xa, còn vùng từ 300 – 400 nm gần miền khả kiến được gọi là miền tử ngoại gần.
- Ánh sáng có bước sóng trong khoảng từ 800 – 2000 được gọi là ánh sáng hồng ngoại (IR). Sự hấp thu ánh sáng ở miền phổ này ít được sử dụng để giải quyết trực tiếp các nhiệm vụ phân tích, nhưng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cấu tạo của phân tử.
- Trong phương pháp trắc quang – phương pháp hấp thu quang học, chúng ta thường sử dụng vùng phổ UV – VIS có bước sóng từ 200 – 800 nm.
2.2.3. Cơ sở của phương pháp trắc quang
a) Tính chất hấp phụ ánh sáng của hệ keo [16],[17]
Tính chất hấp phụ ánh sáng chỉ đúng khi hạt keo không mang điện, nếu hạt keo mang điện mà nó có khẳ năng hấp phụ một tia sáng đơn sắc nào đó, thì lúc đó sự tương quan giữa nguồn sáng tới I0 với và thể tích V không còn đúng nữa. lúc này khi ánh sáng đi qua dung dịch keo nó bị hấp phụ một phần và tia sáng đi qua dung dịch người ta gọi là tia ló và cường độ là Il.
Lamrbert đo được cường độ ánh sáng tia ló bằng công thức: [10,tr. 25] Trong đó: Il: Là cường độ tia tới.
I0: Là cương độ tia ló.
k: Hệ số hấp phụ.
d: Độ dày của lớp dung dịch.
Từ đây ta thấy khi d tăng theo cấp số cọng thì Il giảm theo cấp số nhân.
Sau này Beer nhận thấy hệ số hấp phụ k tỷ lệ với nồng độ hạt nên có thể biểu diễn theo công thức liên hệ giữa K và nồng độ hạt C là: k=K.C (với K: là hệ số hấp phụ mol).
Từ đây ta thấy Đặt là độ hấp phụ đơn sắc
Ta có: A=KCD có dang y=ax phương trình mô tả sự biến thiên mật độ quang theo nồng độ hạt.
Trong kỹ thuật người ta đo mật độ đo quang của các dung dịch bằng những cuvet có chiều dày cố định 1cm.
b) Phổ hấp phụ
Dung dịch hấp phụ ánh sáng có tính chọn lọc. Đồ thị biểu diễn A= f( ) gọi là phổ hấp phụ ánh sáng của dung dịch. Trên phổ hấp phụ có thể có một hoặc nhiều cực đai, nhưng thường chỉ có một tại .
2.2.4. Phương pháp xây dựng đường chuẩn để xác định nồng độ các chất [17] Có nhiều cách để xác định nồng độ của các chất bằng phương pháp trắc quang Có nhiều cách để xác định nồng độ của các chất bằng phương pháp trắc quang như:
- Nguyên tắc và cơ sở định lượng của phương pháp - Phương pháp đường chuẩn
- Phương pháp thêm chuẩn - Phương pháp vi sai (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phương pháp chuẩn độ trắc quang - Phương pháp so sánh
Tuy nhiên, trong điều kiện sẵn có tại phòng thí nghiệm của trường tôi chọn phương pháp đường chuẩn bởi những ưu điểm của nó là dễ làm và thực hiện được nhiều lần.
- Pha một loạt dung dịch chuẩn có nồng độ chuẩn (Cchuẩn)tăng dần một cách đều đặn (thường 5 – 8 Cchuẩn và các dung dịch chuẩn phải có cùng điều kiện như dung dịch xác định).
- Tiến hành đo A hoặc T của dãy chuẩn ở max đã chọn.
- Dựng đồ thị AX = f(Cx). Viết phương trình tuyến tính của đường chuẩn.
- Tiến hành pha chế dung dịch xác định. - Do A hoặc T của mẫu cần xác định nồng độ.
- Căn cứ vào phương trình tuyến tính của dãy chuẩn độ hấp thụ A của mẫu mà xác định nồng độ của mẫu.
2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của các chất
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn, xác định nồng độ của một số chất cần thiết [13]
* Nồng độ đương lượng gam hay nồng độ đương lượng:
Nồng độ đương lượng số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch. CN= số đương lượng gam chất tan (n)
số ldung dịch (v) [13,tr. 3]
Trong đó:
n= MĐ , với Đ: Là số đương lượng gam và Đ = M
Z: Số electron trao đổi trong 1 mol, số H+(OH-) hay ion tham gia phản ứng trung hòa. * Mối liên hệ: CM= C% 10 M CN= C% 10 Đ CN= .
* Pha dung dịch có nồng độ đương lượng(CN) :
- Đối với chất rắn : Lượng cân chất rắn cần lấy để pha Vml dung dịch có nồng độ CN
mcân = CN. Đ. V.100
1000.p [13,tr. 4]
Với : m - khối lượng cân chất rắn(g)
CN - nồng độ đương lượng dung dịch vần pha
V - thể tích cần pha (ml) p - độ tinh khiết chất rắn (%)
- Đối với chất lỏng: thể tích chất lỏng đậm đặc cần dùng để pha V(ml) dung dịch có nồng độ CN
Vdamdac = CN. Đ. V.100
1000.d.C% [13,tr. 4] Với : Vdamdac - thể tích dung dịch đậm đặc (ml)
D - khối lượng riêng (tỷ trọng) của dung dịch (g/ml) C% - nồng độ % của dung dịch đậm đặc
Từ 2 công thức (2.1) và (2.2) ta có thể pha một số dung dịch với nồng độ dương lượng xác định cho quá trình tẩm than hoạt tính và khảo sát độ hấp phụ của than hoạt tính đã thành chất hấp phụ-xúc tác.
2.3.2. Metylen xanh
a) Giới thiệu metylen xanh
Thuốc nhuộm metylen xanh là một chất được sử dụng rất thông dụng trong kỹ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong у học. Metylen xanh khó phân hủy khi thải ra môi trường làm mất vẻ đẹp mĩ quan của môi trường, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Công thức phân tử: C16H18ClN3S.3H2O
- Công thức cấu tạo:
b) Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau. Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa: Phẩm nhuộm,chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng... Nước thải dệt nhuộm thường không ổn định và đa dạng. Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên thường thải trực tiếp ra môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu của nước thải dệt nhuộm. Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Cụ thể đối với con người gây ra các bệnh về da, đường hô hấp,phổi, ung thư.. đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức
chế khả năng sinh sống của vi sinh vật. Với những tác hại trên, việc nghiên cứu ra than hoạt tính thích hợp để hấp phụ tốt metylen xanh là cần thiết.
c) Xác định đường chuẩn của metylen xanh
- Dung dịch đo quang: Metylen xanh 250mg/l, 200mg/l, 150mg/l, 100mg/l, 50mg/l.
- Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 655nm - Số liệu thực tế thu được:
Bảng 2.1. Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn metylen xanh
Nồng độ (mg/l) 50 100 150 200 250
ABS 0,54 0,93 1,49 1,82 2,13
- Đường chuẩn:
2.3.3. Phenol
a) Giới thiệu về phenol
- Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43°C.
- Để lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước.
- Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ. Phenol rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da.
- Phenol tan vô hạn ở 660C.
b) Tác hại của phenol:
Phenol và các dẫn xuất của phenol là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và mọi sinh vật sống. Trên góc độ môi trường phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại chất gây ô nhiễm. Đây là nhóm tương đối bền , có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể các phenol nói chung và Clophenol nói riêng gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu.
c) Xác định đường chuẩn của phenol
* Pha hóa chất:
- Phenol: Hòa tan 0,1g phenol vào nước cất (đun sôi để nguội) định mức 1000ml (phenol 100mg/l)
- Dung dịch đệm: Dung dịch NH4Cl (20g/l) được điều chỉnh độ pH = 10 bằng NH4OH.
- Dung dịch 4-amino antipyrin 20g/l.
- Dung dịch Kali hexaxyanoferat (III) 80g/l.
Theo thứ tự trên, các mẫu 0,1,2,3,4,5 tương ứng mẫu trắng 1,2,3,4 và mẫu 5. Lắc đều các mẫu, ở nhiệt độ phòng trong vòng 15 phút. Sau đó tiến hành đo độ hấp phụ trên máy quang phổ Thermo Spectronic 200 ở bước sóng 490nm.
Cho lần lượt hóa chất vào các bình định mức 10ml theo thứ tự.
Bảng 2.2. Bảng pha hóa chất xây dựng đường chuẩn phenol THỨ TỰ MẪU (ml) 0 1 2 3 4 5 1 Phenol chuẩn (100mg/l)(ml) 0 1 2 3 4 5 2 Đệm (NH4Cl + NH4OH) (ml) 2 2 2 2 2 2 3 4-amino antipyrin (ml) 2 2 2 2 2 2
4 Kali hexaxyanoferat (III) (ml) 1 1 1 1 1 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5 Nước cất (ml) 5 4 3 2 1 0
Tổng thể tích (ml) 10 10 10 10 10 10
- Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 450nm - Kết quả đo độ hấp thụ theo bảng số liệu sau:
Hình 2.4. Các mẫu chuẩn của phenol
Bảng 2.3. Đo độ hấp thụ Abs của hợp chất phenol
Hàm lượng phenol (mg/l) 10 20 30 40 50
- Đường chuẩn:
Hình 2.5. Đường chuẩn xác định nồng độ phenol
2.3.4. NiCl2.6H2O (Nickel chloride herahydrate M=237,59g/mol) a) Giới thiệu Niken [1] a) Giới thiệu Niken [1]
Nikel là một kim loại thuộc nhóm VIII của bảng tuần hoàn. Số nguyên tử là 28 và khối lượng nguyên tử 58,71. Ni có thể xuất hiện trong một số trạng thái oxi hóa nhưng chỉ có Nikel(II) bền vững trên dãy pH rộng và điều kiện oxy hóa– khử trong môi trường đất. Bán kính ion của Ni (II) là 0.065nm (gần với bán kính ion của Fe, Mg, Cu và Zn). Nikel có thể thay thế các kim loại thiết yếu trong các enzym kim loạivà gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất.
Đặc tính cơ học: Cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, nikel xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asenic trong khoáng chất niccolit, và với asenic cùng lưu huỳnh trong quặng nikel. Ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong không khí và trơ với ôxi nên thường được dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v.., cho các thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim, như bạc Đức. Nikel có từ tính, và nó thường được dùng chung với Co, cả hai đều tìm thấy trong sắt từ sao băng. Nó là thành phần chủ yếu có giá trị cho hợp kim nó tạo nên. Nikel là một trong năm nguyên tố sắt từ.
b) Tác hại Nikel
Nikel xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, da, mắt, và hô hấp. Tác hại của việc nhiễm độc bởi nikel có thể gây ra các triệu chứng như nhức đầu, choáng váng, dị ứng trên da. Nếu tích luỹ nikel trong cơ thể với nồng độ cao có thể dẫn đến ung thư gan, ung thư tuyến tiền liệt, rối loạn tim mạch, những khiếm khuyết khi sinh con. Với những tác hại này việc hấp phụ Ni2+ trong nước và khí thải là cần thiết. Đồng thời Ni2+ còn có màu đỏ tươi dễ khảo sát nồng độ trong điều kiện phòng thí nghiệm nên được chúng tôi chọn làm dung dịch thử độ hấp phụ của than hoạt tính.
Nikel là kim loại nặng, khó hấp phụ. Do đó cần thiết để nghiên cứu ra loại than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt Ni2+ để giảm tác hại của ion kim loại này đến sức khỏe con người.
c) Xác định đường chuẩn của NiCl2.6H2O:
- Dung dịch đo quang: Ni2+ 200; 400 ; 600 ; 800 ; 1000 mg/l - Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 390n
- Số liệu thực tế đo quang thu được:
Bảng 2.4. Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn Ni2+
Nồng độ (mg/l) 200 400 600 800 1000
ABS 0,086 0,175 0,255 0,343 0,436
- Đường chuẩn:
2.3.5. CoCl2.6H2O (Cobalt chloride herahydrate M=237,93g/mol)
a) Giới thiệu về Cobalt [12]
- Nguyên tử Co có 27 electron, được phân bố thành 4 lớp: 2e, 8e, 15e, 2e. - Là nguyên tố d.
- Cấu hình e nguyên tử: 1s22s22p63s23p63d74s2 hay viết gọn là [Ar]3d74s2
- Co có số oxi hóa phổ biến là +2, ngoài ra còn có số oxi hóa là +3. - Cấu hình e của Co2+: 1s22s22p63s23p63d7
b) Tác hại của Co2+ :
60
Co là nguồn phát ra tia gamma mạnh nên tiếp xúc với nó sẽ dẫn đến nguy cơ ung thư. Nuốt 60Co sẽ khiến coban thâm nhập vào mô tế bào và quá trình thải ra rất chậm chạp. 60Co là yếu tố rủi ro gây tranh cãi về vấn đề hạt nhân vì nguồn nơtron sẽ chuyển hóa 59Co thành đồng vị này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c) Xây dựng đường chuẩn của CoCl2.6H2O:
- Dung dịch đo quang: CoCl2.6H2O 200; 400; 600; 800; 1000 mg/l
- Bước sóng đạt Abs tối đa: λ = 510nm - Số liệu thực tế đo quang thu được:
Bảng 2.5. Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn dung dịch CoCl2.6H2O
NỒNG ĐỘ (mg/l) 200 400 600 800 1000
ABS 0,08 0,22 0,29 0,38 0,62
- Đường chuẩn:
Hình 2.7. Đường chuẩn xác định nồng độ CoCl2.6H2O
2.3.6. FeCl3.6H2O a) Giới thiệu sắt a) Giới thiệu sắt
- Sắt là kim loại chuyển tiếp, có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4.
- Cấu hình e: [Ar]3d64s2. Cấu hình đơn chất tinh thể lập phương tâm khối