NGHIÊN cứu các QUI TRÌNH xác ĐỊNH MANGAN(II) TRONG nước SINH HOẠT và nước THẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÁC QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH MANGAN(II) TRONG NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÁC QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH MANGAN(II) TRONG NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI Thàn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH MANGAN(II) TRONG NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH MANGAN(II) TRONG NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI.

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 6 năm 2021

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ

án tốt

Tp.HCM, ngày…tháng….năm 2021

Sinh viên thực hành

MỤC LỤ

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT PHÂN TÍCH (Mn(II)) VÀ MẪU (NƯỚC THẢI VÀ NƯỚC SINH HOẠT 10

1.1 Giới thiệu chung về nguyên tố Mangan: 10

1.2 Tính chất của Mangan 10

1.2.1 Tính chất vật lý: 10

1.2.2 Tính chất hoá học 11

1.3 Những hợp chất của Mangan: 12

1.3.1 Hợp chất của Mn(II): 12

1.3.2 Hợp chất của Mn(III): 13

1.3.3 Hợp chất của Mn(IV) 14

1.3.4 Hợp chất của Mn(VI): 15

1.3.5 Hợp chất của Mn(VII): 15

1.4 Sự phân bố của Mangan trong tự nhiên: 16

1.5 Vai trò của Mangan: 16

1.6 Tổng quan về nước thải và nước sinh hoạt 18

1.6.1 Tổng quan về nước thải: 18

1.6.2 Tổng quan về nước sinh hoạt 19

2.1 Các phương pháp phân tích hoá học: 20

2.1.1 Phương pháp khối lượng: 20

2.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 21

2.2 Các phương pháp phân tích công cụ: 22

2.2.1 Các phương pháp phân tích điện hoá: 22

2.2.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 26

2.2.3 Phương pháp so màu 27

2.2.5 Các phương pháp quang học: 32

CHƯƠNG III: CÁC QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH MN (II) TRONG NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI 36

3.1 Xác định Mangan bằng phương pháp volt-ampere: 36

KẾT LUẬN 48 CHƯƠNG IV : TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

MỞ ĐẦU

Nước là hợp chất hoá học phổ biến nhất trên trái đất Nước có mặt ở mọi nơi, đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động thực tiễn đời sống con người Trong các ngành công nghiệp, nước được dùng làm dung môi, chất rửa, chất làm lạnh

và thực sự là nguồn nguyên liệu quý giá Cùng với sự phát triển mạnh mẽ, hiện nay môi trường sống ngày càng bị ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khoẻ con người, trong đó không thể nào bỏ qua được sự ô nhiễm môi trường nước.Trong quá trình sinh sống và phát triển con người càng khai thác nhiều

nguồn tài nguyên thiên nhiên hơn, trong đó có những tài nguyên không tái tạo được thì sẽ đi đến chỗ cạn kiệt như: nạn chặt phá rừng quá nặng nề, khai thác tài nguyên khoáng sản, khai thác nước … Mặt khác con người cũng sản sinh ra nhiều chất thải hơn và càng làm cho môi trường bị ô nhiễm và suy thoái Sự suy thoái của môi trường đang đe dọa tới sức khỏe và tính mạng của hàng trăm triệu người dân trên thế giới nhất là các nước đang phát triển

Chính vì vậy mà trong thời đại hiện nay, trên phạm vi toàn thế giới và trong từng quốc gia nổi lên vấn đề cơ bản nhất có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người đó là vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng

Như chúng ta đã biết, nước cũng như không khí rất cần thiết cho sự sống và các hoạt động của cơ thể con người, cho sự tồn tại và phát triển của môi trường xung quanh Trong cơ thể mỗi con người lượng nước sạch cần thiết trong một ngày dùng để ăn uống từ 2,5 – 3 lít nước và dùng cho các nhu cầu khác như tắm giặt … bình quân cần phải từ 100 – 120 lít/ngày

Nguy cơ khan hiếm nước và tình trạng các nguồn nước sạch bị ô nhiễm dẫn

đến tình trạng thiếu nước sạch phục vụ cho ăn uống và cho sinh hoạt của con người càng ngày càng trầm trọng Ở nước ta đang bước vào thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với sự gia tăng về dân số, do vậy mà vấn đề nước sạch đã trở lên cấp bách hơn bao giờ hết Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã tiến hành nghiên cứu cơ cấu bệnh tật ở Châu Á và đã đi đến kết luận như sau: “ Tại một số nước ở Châu Á có 60% bệnh nhiễm trùng và 40% tử vong là do nước dùng sinh hoạt không hợp vệ sinh”.

Quỹ Nhi Đồng Liên Hiệp Quốc (UNICEF) lại cảnh báo: “ Hàng năm, tại các nước đang phát triển có khoảng 14 triệu trẻ em dưới 5 tuổi bị chết và 5 triệu trẻ em

bị tàn tật do dùng nước bị ô nhiễm”

Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước như: độ pH, độ kiềm, độ axit, hàm lượng oxi (DO, BOD, COD), hàm lượng chất hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, hàm lượng các cation, anion… Nước sạch đưa vào cơ thể nhiều nguyên tố cầnthiết cho sự sống như: Iot, Sắt, Flo, Kẽm, Đồng, Mangan … Tuy nhiên khi nồng

độ của chúng trong nước vượt quá mức cho phép thì nó sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo Do đó nước dùng cho cuộc sống phải đủ về số lượng và đảm bảo an toàn

về chất lượng

Mangan là một trong những kim loại có nhiều trong vỏ trái đất Nhu cầu dinh dưỡng mỗi ngày đối với cơ thể con người từ 30 – 50 µg/kg thể trọng Nếu dư thừa,mangan thì sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như: viêm túi mật, ảnh hưởng đến vị giác và tuyến giáp trạng… Người ta đã ghi nhận được chứng cứ về tính nhiễm độc thần kinh do tiếp xúc lâu với bụi có chứa mangan là tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận và bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng có thể dẫn tới tử vong

Vì vậy, việc xác định chính xác hàm lượng các kim loại nặng độc hại nhưMangan trong nước là vô cùng cần thiết Nó góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng,đồng thời cũng góp phần xây dựng quy trình phục vụ kiểm tra chất lượng nước

Do hàm lượng Mn trong nước nhỏ nên để kiểm soát hàm lượng Mn đòi hỏi cácphương pháp phân tích phải có độ chọn lọc và độ chính xác cao Những phươngpháp von ampe hòa tan, phương pháp kích hoạt notron, phương pháp ICP-MS(quang phổ cao tần plasma - khối phổ), phương pháp AES (quang phổ phát xạnguyên tử) và rộng rãi hơn là phương pháp AAS (quang phố hấp thụ nguyên tử)được sử dụng để xác định lượng vết Mn Các phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắttiền, tốn thời gian phân tích, trình độ tay nghề cao và thường được trang bị chonhũng phòng thí nghiệm lớn Để khắc phục được những nhược điểm trên, phươngpháp đo quang phân tử (spectrophotometry) được ưu tiên xem xét Đặc biệt,phương pháp đo quang động học xúc tác là một nhánh quan trọng sẽ được quantâm đến vì thời gian phân tích ít, thiết bị rẻ tiền, thuốc thử dễ tìm mà đạt được độnhạy và độ chọn lọc thích hợp.

Xuất phát từ mục tiêu đó em lựa chọn đề tài:

“Phân tích và đánh giá hàm lượng Mangan trong nước sinh hoạt và trong nước thải”.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT PHÂN TÍCH (Mn(II)) VÀ MẪU

(NƯỚC THẢI VÀ NƯỚC SINH HOẠT 1.1.Giới thiệu chung về nguyên tố Mangan:

Mangan là kim loại chuyển tiếp, thuộc phân nhóm phục nhóm (VII) và nằm ở

ô số 25, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn

Cấu hình electron: ls2 2s2 2p6 3s2 3p63d5 4s2

Khối lượng nguyên tử: 54,938đvc

Trong tự nhiêm mangan là nguyên tố khá phổ biến, chiếm 0,1% trong lượng

vỏ trái đất, mangan có trong nước suối, nước hồ, nước biển và có trong cơ thể sống của động thực vật và con người Các khoáng vật chủ yếu của mangan làquặng piroluzit (MnO), các quặng hosmanit (Mn3O4) và bonit (Mn2O3) cũng có giátrị lớn

Lượng chứa mangan tính theo thành phần phần trăm trong thạch quyển là0,09%, trong đất là 0,085%, trong cơ thế sống là 0,01% Ngoài ra mangan còn tồntại ở một số khoáng vật như:

 Prilomelan: mMnO.MnO2.nH2O có thành phần hoá học không cốđịnh, tỷ lệ MnO và MnO2 thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo quá trình oxy hoá

 Mangan kim loại được điều chế bằng cách dùng nhôm khử oxit của

nó trong lò điện

1.2.Tính chất của Mangan

1.2.1 Tính chất vật lý:

Mangan là kim loại màu trắng xám tương đối hoạt động nhưng ở nhiệt độthường mangan phản ứng với oxy bao phủ bề ngoài kim loại bảo vệ cho kim loạikhông bị oxy hóa tiếp ngay cả khi đun nóng tỷ trọng là 7,43 Nhiệt độ nóng chảy1.250°C; nhiệt độ sôi là 2.151 °c.

3Mn + 8HNO3(L)  3 Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2OMangan không phản ứng với H2SO4 và HNO3 đặc nguội mà chỉ phản ứng vớiH2SO4 và HNO3 đặc, nóng.

Mn + 4HNO3(đ)  Mn(NO3)2+ 2NO2 + 2H2OMangan là kim loại đứng trước Fe, trong dãy điện hóa, nó có ái lực với oxycòn lớn hơn Fe, điều này có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp luyện thép.Trong khi nấu thép để tăng chất lượng của thép, người ta dùng Mn ở giai đoạncuối để khử S , O2 Mangan khử oxy của oxit ở trong thép biến MnO2 đi vào dướidạng xỉ silicat (MnSiO3)

Đồng thời magan khử lưu huỳnh của sunphat sắt (FeS) lẫn trong thép biếnSO2

Bột magan nóng (gần 1000°C) khử được nước

Đa số hợp chất Mn(II) dễ tan trong nước, ít tan là MnO màu lục xám, MnS,MnF2, Mn(OH)2, MnCO3 và Mn3(PO4)2 Khi tan trong nước các muối Mn(II) phân

li tạo phức aquơ kiểu [Mn(OH2)6]2+ làm cho dung dịch có màu hồng

Các muối Mn(II) trong môi trường kiềm dễ tạo thành Mn(OH)2 với tích số tan

là 7.1er15

Mn2+ + 2H2O + 2NH3  Mn(OH)2 + 2NH4+Khi NH4+ dư và đun nóng dung dịch sẽ có phản ứng

Mn(OH)2 + 2NH4+  Mn2+ + 2NH3 + 2H2O

Áp dụng phản ứng này đế có thể tách và xác định riêng từng kim loại tronghợp kim chứa Mn, Fe, Ba Màu được phân hủy bằng HC1, sau đó dùng dung dịchH2SO4 loãng kết tủa Ba ở dạng BaSO4, thêm NH4Cl vào dung dịch và cho từ từdung dịch NH3 đến khi metyl da cam chuyến màu thì Fe(III) kết tủa ở dạngFe(OH)3 Nước lọc chỉ chứa Mn(II)

Lượng Mn(II) trong dung dịch chứa Fe(III), Cr(III), Mn(II) được tách bằng bộtZnO dư Ban đầu dùng H2SO4 phân hủy mẫu, sau đó dùng dung dịch NH3 trunghòa lượng axit dư Cho dư bột ZnO vào bình, Fe(III) và Cr(III) sẽ đi vào kết tủanên Mn(II) nằm trong nước lọc:

ZnO + H2O  Zn2+ + 2OH

-Cr3++3OH-  Cr(OH)3

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3Mn(II) là chất oxi hóa yếu, phải dùng phương pháp điện phân hoặc chất khửmạnh như Al mới có thế chuyển Mn(II) về Mn(0)

Khi tác dụng với các chất oxi hóa các hợp chất Mn(II) thể hiện tính khử Trongmôi trường kiềm Mn(OH)2 bị O2 của không khí oxi hóa:

6Mn(OH)2 + O2 → 2Mn2MnO4 + 6H2O

(Đây là một phản ứng dùng để định lượng oxi hòa tan trong nước) Trong môitrường kiềm mạnh, Mn2+ có thể bị oxi hóa thành MnO42- :

3MnSO4 + 2KClO3 + 12KOH → 3K2MnO4 + 2KCl + 3K2SO4 + 6H2OTrong môi trường axit những chất oxi hóa mạnh như PbO2 oxi hóa Mn2+ thànhMnO4- :

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2OMn(II) có thể kết hợp với các chất vô cơ (như cyanua) và các chất hữu cơ (nhưetilendiamin, oxalat, EDTA) tạo thành các phức bền

1.3.2 Hợp chất của Mn(III):

Hợp chất của Mn(III) là hợp chất ít bền và có tính oxi hóa khử

Mn(III) oxit Mn2O3 màu đen tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vậtbraunit Khi tác dụng với axit loãng tạo ra MnO2 và muối Mn(II) Nhưng khi tácdụng với axit đặc cho muối Mn(III)

Mn(III) hiđroxit được kết tủa từ dung dịch nước không có thành phần ứngđúng Mn(OH)3 mà là hiđrat Mn2O3.xH2O Ở 1000C hiđrat này mất nước tạo thànhmono hiđrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn là MnOOH và tồn tại trong tựnhiên dưới dạng khoáng vật Manganit

Những muối Mn(III) đơn giản và tương đối thông dụng là: MnF3, Mn2(SO4)3,Mn(CH3COO)3 Trong dung dịch Mn3+ dễ bị phân hủy theo phản ứng:

2Mn3+ + 2H2O MnO2 + Mn2+ + 4H+Tuy nhiên Mn3+ tồn tại bền hơn khi ở các trạng thái phức chất Ví dụ:

M3[Mn(CN)6] trong đó M là Na+, K+, NH4+

Đa số các muối Mn(III) bền nhất trong môi trường kiềm, không bền trongdung dịch nước, dễ bị phân hủy thành muối Mn(II) và MnO2.

Muối Mn(III) dễ kết hợp với các anion của axit tạo thành phức chất bền như:K3(Mn(CN)6), K3(Mn(C2O4)3.3H2O, K(Mn(EDTA).3H2O

1.3.3 Hợp chất của Mn(IV)

Đối với Mn(IV) hợp chất bền là MnO2 màu đen và Mn(OH)4, các muốiMn(IV) không có nhiều và cation Mn4+ bị thủy phân mạnh trong dung dịch nướctạo thành MnO2

MnO2, Mn(OH)4 là những hợp chất vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử,không tan trong nước

Khi tác dụng với chất khử chúng đóng vai trò chất oxi hóa, Ví dụ:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2OKhi tác dụng với chất oxi hóa chúng đóng vai trò chất khử, sản phẩm là nhữnghợp chất Mn(VI), Mn(VII):

3MnO2 + KClO3 + 6KOH → 3K2MnO4 + KCl + 3H2O2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O

1.3.4 Hợp chất của Mn(VI):

Mn(VI) chỉ được biết trong ion manganat (MnO42-) có màu lục thẫm Người ta

đã tách được tinh thể muối manganat của kim loại kiềm, amôni, kim loại kiềm thổ,chì, cacđimi

MnO42- chỉ tồn tại trong dung dịch có dư kiềm, trong trường hợp ngược lạichúng thủy phân theo phương trình:

3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH

K2MnO4 + H2SO4 → H2MnO4 + K2SO4( 3H2MnO4 → 2HMnO4 + MnO2 + 2H2O)Các hợp chất Mn(VI) là những chất oxi hóa mạnh, tuy nhiên khi tác dụng vớicác chất oxi hóa mạnh hơn thì sẽ thể hiện tính khử:

2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCllon MnO42- theo thuyết trường tinh thể được xem là phức chất của kim loạichuyển tiếp

Trong môi trường axit mạnh:

MnO-4 + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2OTrong môi trường acid yếu, trung tính:

MnO-4 + 4H+ + 3e → MnO2 + 2H2O

Môi trường kiềm:

MnO4- + e → MnO4

2-1.4.Sự phân bố của Mangan trong tự nhiên:

Mangan là nguyên tố phổ biến ở mọi nơi trên trái đất chiếm khoảng

1000 ppm (0,1%) trong vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ 12 về mức độ phổ biến của cácnguyên tố ở đây Từ sông hồ, biển cả cho đến những cơ thể sống như động vật, thực vật và con người Có khoản 150 khoáng vật

Hàm lượng mangan trong vỏ trái đất chiếm khoản 0,1% và 0,03% tổng số nguyên tử

Các khoáng vật chủ yếu của mangan là quặng pyroluzit MnO2 hay heumanit Mn3O2, Braunit Mn3O2 cũng có giá trị lớn Các quặng quan trọng khác thường có

sự phân bố liên quan đến các quặng sắt.Các nguồn trên đất liền lớn nhưng phân bốkhông đều Khoảng 80% nguồn tài nguyên mangan đã được biết đến trên thế giới được tìm thấy ở Nam Phi, các mỏ khác được tìm thấy ở Ukraina, Ấn Độ, Trung Quốc, Brasil…

1.5.Vai trò của Mangan:

Các hợp chất của mangan được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân Gần 95% Mn được sản xuất là dùng để chế thép trong ngành luyện kim

Mn có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năng tạo hợp kim với sắt hành thép đặc biệt, truyền cho thép những phẩm chất tốt như khó gỉ, cứng và chịu mài mòn.Thép Mn chứa 1 – 2% Mn dùng làm đường ray, trụ mô tơ, bánh răng Thép mangan chứa 10- 15% Mn, có độ trắng và độ bền cao, dùng để làm những chi tiết cứng, chịu va đập như búa, má của máy đập đá, bi của mấy nghiền quặng và gàu của tàu nạo vét sông Thép không gỉ loại không có Ni chứa 14% Cr và 15% Mn chịu được axit HNO3 và những khí chứa lưu huỳnh Gang kính chứa 5-20%Mn Hợp kim chứa 83% Cu, 13% Mn và 4% Ni được dùng trong

kỹ nghệ sản xuất dây điện trở Hợp kim chứa 56,6% Cu; 0,5%Mn; 13% Ni được dùng làm cặp pin nhiệt điện

Trong ngành hoá học, mangan thường dùng làm chất xúc tác cho một số quá trình phản ứng

Trong các đối tượng sinh học, mangan đóng vai trò đặc biệt quan trọng ở thực vật Mangan tham gia vào nhiều quá trình như hô hấp, quang hợp, tổng hợp

Clorophylhidrocacbon và vitamin c

Mangan giữ vai trò quan trọng trong quá trình oxy hoá và có thành phần men oxy hoá, lon Mn2+ tham gia trong nhiều phản ứng trao đổi trung gian, thí dụ Mn2+kích thích sự phân giải của gluxit, hoạt hoá quá trình photphoric hoá glucoza (men photopho gluconutaza), sự tạo thành axit pyruvic (menenolaza), sự oxy isoxitric (men isoxiticcodehy draza) Ion mangan Mn2+ làm tăng cường sự trao đổi protit thông qua sự hoạt hoá các men dipeptidaza và acginaza Nguyên tố này tham gia vào quá trình tạo xương bằng cách hoạt hoá men photphataza của xương và

photphataza kiềm tích luỹ Ca3(PO4) ở mô xương Trong hầu hết các quá trình này những ion Mn2+ có thể thay thế được nhiều ion Mg2+

Vì tham gia vào phản ứng men, nên mangan ảnh hưởng đến nhiều qúa trình sinh lý, như tạo huyết, khả năng sinh trưởng của các động vật

Sự thiếu hụt của mangan sẽ gây dị dạng, xương kém phát triển Mangan đặc biệt cần cho gia súc non đương lớn để trống suy dinh dưỡng Gia cầm rất nhạy cảm khi thiếu mangan, chúng sẽ mắc bệnh perozit (làm biến dạng xương chân và cánh) Mangan có hàm lượng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lượng quan trọng đối với sự sống Đất thiếu Mn làm cho thực vật thiếu Mn, điều này ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của xương động vật Ion Mn là chất hoạt hóa một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể Mangan cần cho quá trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp protein v

Mangan có vai trò sinh lý rất quan trọng đối với cây trồng, đó là sự tham gia của mangan vào quá trình oxy hoá - khử xảy ra trong tế bào sống Người ta thườngthấy những triệu chứng thiếu mangan ở cây thể hiện ở việc xuất hiện trên lá nhữngđốm úa vàng nhỏ rải rác và sự phát triển bộ rễ rất yếu Đê bổ sung lượng mangan

trong đất trồng trọt, người ta thường bón phân NPK có chứa vi lượng mangan [Mn2+] như ở dạng muối MnSO4 Theo nghiên cứu ở vùng nhiệt đới có nhiều

người bị mắc bệnh bướu cổ đã phát hiện rằng, ngoài thiếu iốt, thức ăn, nước uống

ở đây còn có hàm lượng Zn, Mn, Co, Cu rất thấp Việc thiếu Mn, Co, Cu trong thức ăn đã góp phần làm suy yếu sức khỏe, góp phần thúc đẩy bệnh bướu cổ phát triển Nhu cầu Mangan của người lớn là 8 mg mỗi ngày Thực phẩm chứa nhiều

Mn là củ cải đỏ, cà chua, đậu tương, khoai tây Mn làm giảm lượng đường trong máu nên tránh được bệnh tiểu đường Người bị nhiễm Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động, nhiễm độc mức hàm lượng cao kim loại này sẽ gây các bệnh về hô hấp Với con người, mangan gây ra hội chứng được gọi là “manganism”, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, bao gồm các triệu chứng như đau đầu, mất ngủ, viêm phổi, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt à thậm chí ảo giác

Mangan không phải là tác nhân gây độc nguy hiểm, vì trong nhiều nguồn nước, nồng độ của nó dao động từ 0,005- lmg/ml Những hoạt động khai khoáng, nhà máy sản xuất pin, đốt nhiên liệu hoá thạch là những nguồn cung cấp nước Mnvào nước Với nồng độ quá cao trong nước, mangan là nguyên nhân gây ra hiện tượng nước cứng, hiện tượng nhuộm màu các dụng cụ nấu nướng, đồ dùng nhà tắm và quần áo, gây mùi trong thức ăn và nước uống

1.6.Tổng quan về nước thải và nước sinh hoạt

1.6.1 Tổng quan về nước thải:

Khái niệm: Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ quá trình côngnghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung l à cơ sở côngnghiệp), từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải của cơ sở côngnghiệp

Nguồn tiếp nhận nước thải là: hệ thống thoát nước đô thị, khu dân cư; sông,suối, khe, rạch; kênh, mương; hồ, ao, đầm; vùng nước biển ven bờ có mục đích sửdụng xác định

Trong tiêu chuẩn Việt Nam cũng có tiêu chuẩn nước mặt, nước ngầm, nướcthải công nghiệp nói chung Tuy nhiên, do đặc thù của từng ngành công nghiệp cókhác nhau, nên trong tương lai sẽ có tiêu chuẩn để đánh giá nước thải cho từngngành công nghiệp được ban hành

Bảng 1.Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

để làm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệpkhi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấpnước sinh hoạt

1.6.2 Tổng quan về nước sinh hoạt

Khái niệm: Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các hoạt động sinh hoạt củacon người như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân

Nguồn nước tiếp nhận nước thải là nguồn nước mặt hoặc vùng nước biển ven

bờ, có mục đích sử dụng xác định, nơi mà nước thải sinh hoạt thải vào

Theo tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước – tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, tiêu chuẩn này quy định giới hạn các thông số và nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm trong nước mặt.

Bảng 2 – Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô

nhiễm trong nước mặt:

2.1 Các phương pháp phân tích hoá học:

2.1.1 Phương pháp khối lượng:

Người ta xác định Mn bằng phương pháp khối lượng dựa trên sự kết tủa

MnO2.MnS Sau đó kết tủa được lọc, rửa sấy hoặc nung và cân

Phương pháp này đơn giản, có độ chính xác cao nhưng chỉ phù hợp để phân tích các chất có hàm lượng lớn hơn 0,1 %, mangan là một nguyên tố vi lượng, thì phương pháp này ít được sử dụng

Xác định mangan dưới dạng sunfua MnS Phương pháp này được tiến hành khitrong dung dịch có các muối của các kim loại kiềm thổ

Xác định dưới dạng kết tinh amôni phốt phát mangan MnNH4PO4.H2O đây làphương pháp có độ chính xác cao Cơ sở của phương pháp này là tạo kết tủa từmôi trường kiềm yếu có chứa một lượng muối amôni dư mangan amôni phốt phát1.050°c đến dạng Mn2P2O7

Có thể xác định mangan bằng cách kết tủa với axit picnô - lic, phương phápnày tương đối nhanh.Xác định mangan dùng O Phênantrolin, Manganat(II) trongmôi trường axit yếu có mặt ion SCN sẽ tạo thành với o Phênantrolin một hợp chất

ít tan có dạng [Mn(Cl2H8O2)2] (SCN)2 Các ion kim loại kiềm và kiềm thổ khôngcản trở việc xác định Môi trường thích hợp cho việc xác định này ở PH = 3→ 6.Xác định man gan dùng a, a - đipyriđin: Cơ sở của phương pháp này là tạo thànhkết tủa tinh thể màu vàng với a, a - đipyriđin và ion SCN", thành phần kết tủa đólà: [Mn(Cl2H8O2)2] (SCN)2

2.1.2 Phương pháp phân tích thể tích

Nguyên tắc chung của phương pháp này là chuẩn độ, như chuẩn độ phức chất,chuẩn độ đo thế, chuẩn độ ampe, chuẩn độ oxy hoá khử với các chỉ thị khácnhau Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng không cho phép xác địnhlượng vết các nguyên tố, thường dùng để xác định hàm lượng Mn(II) < 0,1% Sựxác định Manganat(II) bằng phương pháp thể tích dựa vào sự oxy hoá Mn2+ thành

Mn7+ (pemanganat MnO4-) với các chất oxy hoá mạnh và chuẩn độ (Mn04 ) bằngchất khử

Ví dụ: (MnO4-) + 5Fe2+ + 8H+  Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2OĐiểm tương đương trong phép chuẩn độ, là điểm chuyển từ màu đỏ tím củapemanganat (Mn04 ) sang không màu của Mn2+

Dùng phương pháp chuẩn độ ngược lượng dư EDTA bằng dung dịch Mg(II)với chỉ thị là của ETOO để xác định mangan hoặc sử dụng dung dịch Zn(II) Phép

đo chuẩn độ được tiến hành ở pH = 10 và thêm chất khử để ngăn cản Mn(II) bịoxy hoá lên Mn(III), thực tế thường dùng axit ascoobic và hydrazinsunphat Tuynhiên ở pH này khi lượng mangan lớn sẽ tạo thành kết tủa Manganat(OH)2, do đóphải thêm ion tactrat vào làm chất tạo phức phụ để ngăn ngầ kết tủa Nhưng có lẽphương pháp đơn giản nhất là phương pháp pha loãng không ảnh hưởng đế độchính xác của kết tủa phẩn tích và khi đó những phức của Mn(II) với chất chỉ thị

cũng như đối với EDTA đủ bền để có thể đảm bảo cho sự chuyển màu rất đẹp ngay

cả trong dung dịch rất loãng Cùng với Mn(II), Ca(II), và Mg(II) thường có mặttrong dung dịch nghiên cứu Do vậy cần che Ca(II), Mg(II) bằng ion Florua, tuynhiên nếu lượng Ca(II) lớn thì các kết tủa thu được được với Manganat sẽ giảm vì

Mn bị canxiAoarua hấp thụ Khó khăn này có thể khắc phục bằng cách thêmEDTA dư vào dung dịch kiềm hoá dung dịch rồi mới đưa ion Florua vào Có thểdùng KCN để che những cation tạo phức với ion xyanua

Ngoài ra còn có thể xác định mangan bằng cách chuẩn độ lượng dư EDTAbằng dung dịch muối côban hỗn hợp 50% - axeton - nước có mặt KSCN Tại điểmtương đương sẽ có sự chuyển màu từ đỏ tím của chỉ thị eriocromden T sang màuxanh biếc

Mangan được xác định bằng phương pháp complexon với EDTA, chất chỉ thị

là 4-(2-piriđinazo)-rezoxin hay còn gọi là tắt là PAR

Mn2+ +PAR  MnPAR

Đỏ nho Vàng:

MnPAR + H2Y2- MnY2- + PAR

2.2 Các phương pháp phân tích công cụ:

2.2.1 Các phương pháp phân tích điện hoá:

Khái niệm: Phân tích điện hóa đang đạt được ý nghĩa bên trong quy trình công

nghiệp kiểm soát, môi trường giám sát và đa dạng dược phẩm và công nghệsinh học các ứng dụng khác Việc sử dụng của điện cực không thay đổi để pháthiện điện hóa có một số hạn chế, chẳng hạn như độ chọn lọc và độ nhạy thấp,khả năng tái tạo kém, chậm phản ứng chuyển điện tử, ổn định thấp hơn trong mộtloạt các chế phẩm dung dịch và các tiềm năng cao tại đó quá trình chuyển điện tửquá trình xảy ra Sự biến đổi hoá học của điện cực nền trơ với màng mỏng hoạttính oxy hoá khử mang lại những ưu điểm đáng kể trong việc thế kế và phát triểncảm biến hoá

Vì mangan rất quan trọng và do nó có nồng độ rất thấp trong môi trường(không khí, nước, thực phẩm) nên bất kỳ phân tích nào cũng cần sử dụng phươngpháp phân tích chính xác với đủ độ chọn lọc và độ nhạy Nhiều kỹ thuật khác nhau

đã được sử dụng để xác định vết mangan như phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ,huỳnh quang tia X và quang phổ phát xạ nguyên tử plasma ghép cảm ứng (ICP-AES) Về tính chọn lọc và độ nhạy, nó thường chỉ thiên về một trong hai khía cạnhnày Tuy nhiên, các kỹ thuật này đòi hỏi thời gian đáng kể giữa việc thu thập vàphân tích mẫu Do đó, các kỹ thuật này không thích hợp để theo dõi nhanh Vìnhững lý do trên, các kỹ thuật điện hóa là sự thay thế rất hấp dẫn do tính chấtnhanh chóng, chọn lọc và di động của chúng

a) Phương pháp cực phổ:

Phương pháp cực phổ được Heyvosky phát minh ra năm 1922, được giảithưởng Nobel năm 1959 Ưu điểm của phương pháp này với thiết bị tương đối đơngiản mà có thể phân tích nhanh, nhạy, chính xác hàng loạt hợp chất vô cơ và hữu

cơ mà không cần tách chúng ra khỏi hỗn hợp, trong vùng nồng độ 10-3 đến 10-6mol/l

Nguyên tắc của phương pháp này là đặt các thế khác nhau vào điện cực để khửcác ion khác nhau vì mỗi ion có thể khử tương ứng và xác định Do đó qua thể khửcủa ion có thể tính được ion đó

Nếu tăng dần thế của cực nhúng và dung dịch chất cần xác định thì cường độdòng sẽ tăng đồng thời cho tới khi đạt được thế khử của ion trong dung dịch.Trongcác điều kiện nhất định cường độ dòng tăng tỉ lệ thuận với nồng độ mà định lượngđược ion đó

Bằng phương pháp này ta có thể xác định thủy ngân trên điện cực rắn (điệncực vàng (AuRDE)) Điện phân dung dịch chứa thủy ngân tại -0,37V trong thời

gian 120 phút, ta có thể xác định thủy ngân ở nồng độ cỡ 0,1 ppm Ta có thể xácđịnh đồng thời cả bốn nguyên tố (Hg, Pb, Cd, Cu) của mẫu trong môi trường đệmaxetat với ba hệ điện cực: Điện cực thủy ngân treo HMDE; điện cực so sánh:Ag/AgCl và điện cực hỗ trợ Pt.

Tuy nhiên do sự tồn tại của dòng tụ điện mà phương pháp này không thể phântích các đối tượng ở hàm lượng vết Để khắc phục người ta dung nhiều phươngpháp để tăng độ nhạy như: Phương pháp phổ sóng vuông, cực phổ xung vi phân …Các tác giả Gurtler, Chu Xuân Anh đã xác định lượng nhỏ Uran bằng cực phổsóng vuông Trong nghiên cứu của các tác giả Chương Huyến Lê Thị HươngGiang cho thấy có thể xác định Selen bằng phương pháp cực phổ xung vi phân.Dựa trên sự khử ion Manganat(II) về Manganat kim loại cho phép xác định

Mn khi có mặt Cu2+, Pb2+, Cd2+ Hay dựa trên sự oxy hoá (Mn2+) lên Mn3+), phươngpháp này được tiến hành trong môi trường kiềm

Phương pháp cực phổ xác định Manganat(II) chưa phát huy được hết tính ưuviệt của nó vì phải kết hợp với làm giàu thì mới tăng độ nhậy Phương pháp làmgiàu chủ yếu là phương pháp chiết, việc chiết làm giàu để xác định Manganat,bằng phương pháp cực phổ hay các phương pháp khác đều dựa trên nguyên tắc:Dùng một thuốc thử cho tác dụng với ion Mn2+, sau đó chiết vào một dung mộtthích hợp Dung môi chiết thường là MIBK, Benzoimin - dibenzoin mentanoxyquinolin, N-benzoin - N - phenylhydroxylamin Để làm giàu Manganat(II)trong mẫu phân tích bằng cách chuyển Manganat về dạng Mn02 trong môi trườngkiềm

2MnO4 + 3Mn2+ + 2H2O  5MnO2 + 4H +Sau đó lấy kết tủa MnO2, hoà tan trong axít loãng có H2O2

Độ nhạy của phương pháp cực phổ phụ thuộc vào cường độ và độ lặp lại củadòng dư Phương pháp này cho phép xác định tới các nồng độ 10-6 – 10-5 M Sai số

của phương pháp này thường là 2 - 3% , trong một số ít trường hợp đạt đến 1% đối

với nồng độ là 10-3 – 10-4M

b) Phương pháp volt-ampere hoà tan:

Theo truyền thống, phép đo điện áp trước anốt ở điện cực thủy ngân treo hoặcđiện cực màng thủy ngân là hình thức phân tích tước điện hóa được sử dụng nhiềunhất để xác định mangan (II) Tuy nhiên, khả năng hòa tan của mangan trong thủyngân thấp, khả năng khử Mn (II) gần với thế khử ion hydro, sự hình thành các hợpchất liên kim loại ở điện cực thủy ngân và độc tính của thủy ngân đã cản trở việc

sử dụng nó Mn (II) được cô đặc trên bề mặt điện cực bằng phương pháp lắng đọngđiện, nó bị oxi hóa anot thành Mn (IV) Dấu vết của mangan đã được xác địnhbằng phép đo vôn kế tước catốt sử dụng nhiều loại điện cực rắn khác nhau nhưngcác vấn đề về nhiễm bẩn bề mặt điện cực và các hiệu ứng ma trận dẫn đến thụ độngđiện cực dẫn đến mất độ nhạy vốn có

Phương pháp von - ampere hòa tan là một phương pháp điện hóa có độ nhạycao, có khả năng xác định được nhiều ion kim loại có nồng độ nhỏ khoảng 10-6 ÷

10-8 mol/l với sai số 5÷15% trong điều kiện tối ưu Phương pháp này cho phép xácđịnh định lượng vết trong khoảng thời gian ngắn, kỹ thuật phân tích đơn giản, tốn

ít hóa chất, máy móc không phức tạp

Mangan có thể làm giàu dưới dạng mangan kim loại hoặc các họp chất ít tan

trên các loại điện cực khác nhau.

Trên điện cực Hg tĩnh, thế điện phân ở - 1,6V → -1,9V

Đường chuẩn chỉ tuyến tính ở nồng độ Mn nhỏ vì độ hoà tan củ mangan trong

Hg nhỏ Trong đệm axetat có thể xác định được 5,lppm, với sai số ± 12,7%, Eđp =-1,55V (So với điện cực AgCl)

Hrabankova Dolezal và Masin đã nghiên cứu làm giàu và xác định Manganatdưới dạng MnOz trong môi trường đệm borat hay amoniac trên cực platin và đã điđến kết luận là sự khác nhau giữa Eđ - Ecđ/2 khoảng 0,6 V

Pic được tăng cao bằng cách khuấy mạnh dung dịch trong khi điện phân làgiàu và trong hoà tan Ôxy hoà tan trong dung dịch không gây ảnh hưởng đếnchiều cáo pic , nhưng Pb(II) có ảnh hưởng đến chiều cao pic khi tỉ lệ Mn(II):Pb(II)

Là 1/0,5 đến 1/1 ;Pic Man gan giảm đi 50%

Các kim loại kiềm, kiềm thổ Zn, Cd , Co ,Cu không gây cản trở cho việc xácđịnh khi chúng có mặt một lượng lớn gấp 10.000 lần.Fe(II) và Al(III) gây ảnhhưởng đáng kể,nếu có mặt với nồng độ cao hơn n.10-5 Vì chúng bị kết tủa trongdung dịch và Mn2+ bị hấp thụ trên kết tủa tạo thành

Phương pháp đã được sử dụng để xác định hàm lượng vết Paladi trong các mẫukhác nhau như mẫu dầu mỏ thô, xăng xe máy và xăng máy bay Paladi được xácđịnh bằng phương pháp Von- ampe hòa tan với catot xung vi phân trong dung dịchnền H2SO4 0,01N cùng với sự trợ giúp của 50 ng Te4+ tại thế - 0,82V

2.2.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Mangan có nhiều vạch phố đặc trung nhưng thường sử dụng ba vạch có bướcsóng sau: λ1=279,5 nm, λ2 =279,8 nm và λ3=280,1 nm