báo cáo thực hành thực tập phân tích môi trường

XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TRAO ĐỔI CỦA CATIONIT VÀ HỆ SỐ PHÂN BỐ CỦA MỘT SỐ ION KIM LOẠI TRÊN CATIONIT 1.. Xác định hàm lượng trao đổi của cationit và hệ số ion kim loại trên cationnit đểtách

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠTKHOA MÔI TRƯỜNG



BÁO CÁO THỰC HÀNH

THỰC TẬP PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

Trang 1

BÀI 1

XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TRAO ĐỔI CỦA CATIONIT VÀ HỆ SỐ PHÂN

BỐ CỦA MỘT SỐ ION KIM LOẠI TRÊN CATIONIT

1 Mục đích thí nghiệm.

Xác định hàm lượng trao đổi của cationit và hệ số ion kim loại trên cationnit đểtách ion kim loại ra các hỗn hợp, dùng nhựa hấp thu các ion cần thiết rồi dungdung dịch giải hấp thích hợp có ái lưc lớn hơn ion cần tách để tách ion đó vàodung dịch giải hấp

Ứng dụng để tách chiết các ion chứa trong các mẫu cần phân tích để xem hàmlượng và nồng độ của chúng và có thể dung để sử lý nước cho từng mục đích khácnhau

2 Cơ sở lý thuyết.

a Trao đổi ion là quá trình dung dịch và chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch

trao đổi cho nhau các ion cùng dấu

Các chất có khả năng trao đổi ion gọi là các ionit

Một đặc trưng quan trọng của các ionit là dung lượng trao đổi của chúng Dunglượng trao đổi là đạo lượng đo khả năng hấp thu các ion từ dung dịch của ionit.Dung lượng trao đổi toàn phần của ionit được xác định bởi số mili đương lượnggam(mili equivalent, meq) cực đại của các ion có thể được hấp thu trên 1g ionitkhô ở dạng H+ (đối với cationit) hoặc dạng Cl- (đối với anionit)

Để xác định dung lượng trao đổi của ionit, có thể dùng phương pháp tĩnh hoặcphương pháp động Nội dung của phương pháp tĩnh là cho một lượng ionit xác

định tiếp xúc với một thể tích dung dịch chất điện ly cho trước đến khi thiết lậpcân bằng trao đổi ion.

Bình 1:

R-H + NaOH(dd)  R-Na + H2O (1)

Khi chuẩn độ xác định lượng NaOH còn lại trong dung dịch sẽ xác định đượcdung lượng trao đổi Q(meq/g) của cationit

NaOHdư + HCl  NaCl + H2O (2)

HCl tham gia phản ứng: V2,N2

Dựa vào phương trình (2) ta có phương trình chuẩn độ:

(CN.V)NaOH dư = V2.N2

Mà Q = số mili gam đương lượng /m nhựa khô

Số mili đương lượng gam NaOH ban đầu =V1.N1 = 100.N1 (meq)

Chỉ lấy 25mL NaOH trong 100mL để đem chuẩn độ

 V1 = 4V2

 meq dư = 4V2.N2 (meq)

Ta có quy đổi nhựa ước ra nhựa khô:

100(

.4100)

100

100(

.4

1

X M

N V N X

M

N V N

Trang 3

2RH+ +CaCl2  R2Ca +2HCl (1)

HCl + NaOH  NaCl +H2O

meqH+ = meqCa2+ =meqCl- meqHCl

trong bình 25mL

meqHCl25mL = meqNaOH chuẩn độ =V1.N1

Lấy 25mL để chuẩn độ nên lượng HCl trong bình 100mL là

meqHCl = 4V1.N1

100

100(

4 1 1

X m

N V

−

b Các hệ số phân bố

Lắc một thể tích dung dịch đã biết Vdd(mL) chứa ion cần trao đổi Mn+ với mộtlượng cân chính xác cationit khô là gR đến khi thiết lập cân bằng trao đổi ion sauđây:

Kết thúc quá trình chuẩn độ là dung dịch trong bình chuyển từ màu tím sang xanh

- Hệ số phân bố khối lượng:

S

R m

Q Q

D =

Trong đó: - QR là lượng ion (mmol) Mn+ (Cd2+,Zn2+) bám trên pha tĩnh(cationit).

- QS là lượng ion (mmol) Mn+ nằm trong pha động (còn lại trongdung dịch)

Từ phương trình chuẩn độ ta có: (CN.V)Mn+ = (CN.V)EDTA



+

+ =

n n

M

EDTA N

M

V C

.

) ( V mmol

C

M M

N M

+ +

+ =

Số mol Mn+ còn lại trong dung dịch (QS) trong 50mL

2

) (

10

10

M M

N M

+ +

+ =

2

) (

.

5 C ( )V mmol

M M

N M

+ +

+ =

- Mặt khác:

Nồng độ mol/L của dung dịch Mn+ ban đầu là:

Trang 5

M bd

M

mL g T

) )(

(

Số mmol (Qtồng) của dung dịch Mn+ ban đầu là:

) (

10

) )(

( ) )(

( )

nM n+ bd = M M n+ bd M n+ bd

) (

10

) / (

) )(

( )

(

)

mmol V

M

mL g T

M

M bd

R R

V D V Q

g Q

gR – số gam nhựa cationit dùng để trao đổi

- Hệ số phân bố trao đổi ion nồng độ:

Dc = d.Dg

Trong đó: d – khối lượng riêng của cationit

C Xác định hệ số phân bố của Cd 2+ và Zn 2+ trên

- Dc tính theo d = 0.68g/mL nhỏ hơn Dc tính theo kết quả thí nghiệm là do cationit

mà ta cân 1g đem làm thí nghiệm đã bị hút ẩm dẫn đến khi làm thí nghiệm xảy ra sai số…tương tự đối với Zn2+

V

- Biểu đồ hệ số phân bố trao đổi ion Dg:

- Biểu đồ hệ số phân bố trao đổi ion nồng độ Dc:

- Biểu đồ hệ số phân bố trao đổi ion nồng độ Dc tính theo d = 0.68g/mL

- Biểu đồ hệ số phân bố thể tích Dv:

Trang 11

Bài tập:

1 Thể tích lưu của Cd2+ Và Zn2+

) 4 , 0 (

56 , 12 ) (

14 , 3 4 , 0 25 )

σ = 0,45g/mL

 gR = 0,45 x 1256 = 565,2g

- Tổng dung lượng có thể đạt được của cột:

Ta có: dung lượng trao đổi của cationit R-H = 5 meq/g

=> Tổng dung lượng trao đổi có thể đạt được của cột (meq) trong gR=562,5 gamlà:

Qtổng = 5*562,5= 2812,5 (meq)

2 Thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột:

ta có: dung lượng trao đổi của cột là 2812,5meq/g

Nước có độ cứng 215mg/L theo CaCO3

Hiệu suất trao đổi 80%

Vậy thể tích nước được khử cứng trong một chu kỳ hoạt động của cột là :

) ( 08 13 215

5 2812

Trang 13

a Dùng cationit acid dạng Na+ làm pha tĩnh.

Tách sắc ký hỗn hợp Cu2+ và Ni2+ trên cột nhồi cationit acid dạng Na+ gồm các giaiđoạn sau:

Thay đổi dạng ion linh động của cationit từ H+ sang Na+ đầu tiên nhồi vào nacoộtcationit yếu dạng H+, sau đó cho qua cột một dung dịch hỗn hợp NaOH-CaCl.Phản ứng trao đổi diễn ra như sau:

2 R-OONa + Ni2+  (R-OO)2Ni + 2Na+(dd)

c giải hấp

Trước hết giải hấp Cu2+ bằng cách dội qua cột dung dịch glycerin – NaOH Ion

Cu2+ tạo phức mang điện âm màu xanh dương với glycerinat, không bị giữ bởicationit, trong khi đó Ni2+ không tạo phức, vẫn được giữ trên cationit

d Rửa cột sau khi giải hấp bằng nước cất.

e Định lượng Cu2+ và Ni2+ trong các phân đoạn giải hấp:

- Xác định Cu2+ bằng phương pháp iod-thiosulphat dấu hiệu kết thúc chuẩn độdung dịch trong bình tam giác chuyển từ màu xanh tím sang mất màu

Cu2+ + I-  CuI  + I3

-CuI + SCN-  Cu(SCN)2 + I

-Trang 15

I3- + 2S2O3-  S4O6- + 3I

Xác định Ni2+ bằng phương pháp comlexon Dấu hiệu kết thúc chuẩn độ dungdịch trong bình tam giác chuyển từ màu vàng sang tím hồng

Ni2++ H4Ind-  NiH2Ind- + 2H+

NiH2Ind- + H2Y2-  NiY2- + H4Ind

-3 Kết quả thí nghiệm.

- Hiện tượng:

+ Giải hấp Cu2+: khi cho hỗn hợp dung dịch giải hấp glycerin – NaOH vào bắt đầuxuất hiện màu xanh lá trong cột ionit, đến khi dung dịch chảy xuống có màu xanhdương(màu đặc trưng của Cu2+), độ giản vùng của các hạt ionit giảm(các hạt ionit

co lại)

+ Giải hấp Ni2+: khi cho HCl 3M vào các hạt ionit có màu xanh dần dần thừ trênxuống, dung dịch chảy ra có màu xanh lá(màu đặc trưng của Ni2+)

4 Kết luận

Nhựa catinonit co khả năng hấp thu các ion kim loại rất tốt nên có thể dùng đểtách các chất cần thiết ra khỏi hỗn hợp cần tách, dùng để sử lí nước thải hay làmgiàu các chất làm tăng nồng độ của chúng ở dạng vết…

Khi thao tác luôn phải để nuocs ngập nhựa tên 1mL, ko để nứt cột, bể cột hay cóbọt khí xuất hiện vì khi sối dung dịch vào thì tại các vị trí đó các cationit ko thểhấp thụ được các ion…

Trang 17

- Tính nồng độ dung dịch phân tích bằng phương pháp đường chuẩn.

Quan hệ giữa 1 tính chất vật lí hoặc hóa lí được đo y nào đó của chất định phânvới hàm lượng x của nó trong mẫu thường là quan hệ tuyến tính:

y= a + bx (1)

theo định luật Beer, ta có quan hệ giữa mật độ quang D của 1 chất màu với nồng

độ C (mol/L) của nó trong dung dịch bằng biểu thức :

A = ƐlC

Trong đó: Ɛ – hệ số hấp thụ mol của chất màu L/mol.cm

l – bề dày của lớp dung dịch, cm

Ta có:

1

3 1 2

3 1

3 1

3 1

3 1 2

i i

i i

i

x x

y x x y

x

b= 3 2

1

3

1 2

3 1

3 1

i

i

i i

i i

i i

x x

y x y

x n

Trong đó:

xi: nồng độ mẫu định phân

yi: độ hấp thụ quang của mẫu định phân

từ phương trình đường chuẩn (1) ta xác định được x = (y – a)/b

x – hàm lượng chất định phân trong mẫu phân tích

y – giá trị đại lượng y đo được ứng với mẫu phân tích trong cùng điều kiện nhưkhi xây dựng đường chuẩn

3 kết quả thí nghiệm

Trang 19

045.0 = 0.5960 (ppm)

4 Kết luận

Theo TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5942-1995 (Chất lượng nước - Tiêuchuẩn chất lượng nước mặt) thì nồng độ chất tẩy rửa trong hồ đại học đã hơi vượtmức ngưỡng cho phép của tiêu chuẩn đặt ra

Nguyên nhân chính là do hồ nằm ở vị trí thấp hơn so với các khu dân cư xungquanh nên chất thải của các chất tẩy rửa theo mưa đổ xuống hồ…

Về kết quả xây dựng đường chuẩn xảy ra sai số dẫn đén đường chuẩn ko đượcchính xác nguyên nhân chính là do thao tác thực hành chưa đúng kĩ thuật và có thể

do dụng cụ đo chưa chính xác, làm chuẩn độ định mức sai…

BÀI 4

XÁC ĐỊNH SẮT TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG

SO MÀU VỚI THUỐC THỬ THYOCYANAT

1 Mục đích thí nghiệm.

Tương tự bài 2 Xác định lượng sắt tổng có trong mẫu nước máy bằng phươngpháp trắc quang so màu

2 Cơ sở lý thuyết.

Dựa trên định luật Beer và phản ứng oxi hóa - khử đưa Fe2+ về Fe3+ bằng KMnO4

với xúc tác là H2SO4 và nhiệt độ(quá trình oxi hóa được diễn ra nhanh hơn và hoàntoàn) để tính lượng sắt tổng chứa trong mẫu nước

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4  2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

Sau đó thêm từng giọt H2C2O4 lắc đến khi mất màu tím hoàn toàn để khử hếtKMnO4 còn dư trong dung dịch

2H2C2O4 + 2KMnO4 +3H2SO4  2MnSO4 + 10CO2 + K2SO4 + 8H2O

Lại thêm từng giọt dung dịch KMnO4 đồng thời lắc đều đến khi dung dịch có màuhồng nhạt giai đoạn này để cố định quá trình oxi hóa – khử bảo đảm Fe2+ không về

Fe3+ để tránh gây sai số

Thêm HCl và dung dịch thiocyanat vào định mức đến vạch 100mL đậy kín lắcđều.(HCl làm môi trường để Fe3+ kết hợp với thiocyanat tạo phức màu đỏ cam[Fe(SCN)3-]

Cuối cùng đem đi đo với bước sóng 495nm

Trang 21

Định luật Beer như bài 2.

.(

).()

(

1000

500 1000

1000 500

l mg V

V C C

V C V

C

ml

ml ml

ml ml

Ba2+ (aq) + CO2 (g) + 2OH- (aq) → BaCO3 (s) + H2O(l)

sau đó chuẩn độ lượng dư base bằng acid oxalic từ đó tính nồng độ CO2

Ba(OH)2 + H2C2O2 → BaC2O4 + H2O

thiết bị lấy mẫu

b một thiết bị lấy mẫu thông thường có những thành phần cơ bản sau:

Trang 23

Bơm khí

Bình hấp thu hoặc sensor Thiết bị đo tốc độ dòng

c. Hấp thu mẫu không khí.

Tại phòng thí nghiệm: lấy vào mỗi bình tam giác 150ml dung dịch hấp thu

khí, đậy kín bình bằng nút cao su Mang các bình hấp thu khí đến vị trí cần lấy

mẫu

Tại hiện trường: sau khi lựa chọn vị trí cần lấy mẫu khí để phân tích, lắp đặt dụng

cụ lấy mẫu tránh những bề mặt rắn hoặc những yếu tố cản trở vật lý khác, đồng

thời phải đặt tránh những nguồn điểm (nhà máy, thiết bị điện, đường cao tốc )

nếu mẫu không mang tính đại diện Ghi số đếm hiện tại của máy, bật máy bơm hút

khí; tiến hành hút khí trong 3h đồng hồ thường xuyên ghi lại nhiệt độ và áp suất

khí quyển trong suốt quá trình lấy mẫu

Sau khi hút khí xong, tắt máy và ghi số đếm của máy Gộp tất cả dung dịch chứa

mẫu vào một bình đựng mẫu; đưa về phòng thí nghiệm phân tích

d. Xác định nồng độ CO2

Lấy 10ml dung dịch cần định phân vào bình tam giác 100ml, thêm 2-3 giọt

chỉ thị phenolphtalein rồi chuẩn độ bằng acid oxalic 0.0089N đến khi mất màu

hồng của chỉ thị

Tiến hành tương tự đối với mẫu trắng lấy 10ml dd Ba(OH)2 0.0135N vào bình

tam giác thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein rồi chuẩn độ bằng acid oxalic

0.0089N đến khi mất màu hồng của chỉ thị

3 Kết quả thí nghiệm.

thiết lập công thức tính hàm lượng CO2, mg/l

Ba2+ (aq) + CO2 (g) + 2OH- (aq) → BaCO3 (s) + H2O(l)

Ba(OH)2 + H2C2O2 → BaC2O4 + H2O

Từ phản ứng trên ta có:

4 2 2 4

2 2 2

2 2

2 1

2

4 2 2 2

2 2

4 2 2 2

2 1

) (

)

(

) (

) ( )

.

(

) ( )

( )

.

(

) ( )

( )

.

(

1 2

) (

) 2 ( )

1 ( 1

2 )

( )

2 ( 2

1 )

( )

1 ( 1

O C H O

C H N CO

N

CO N

CO N

CO N

O C H N

bd OH Ba N

CO N

O C H N

bd OH Ba N

CO N

V V

C V

C

V C V

C V

C

V C V

C V

C

V C V

C V

Số đếm đầu của máy: 262354

Số đếm cuối của máy: 191860

Thể tích không khí trong 600ml dung dịch hấp thu là:

) ( 6215

0 ) ( 52 621 529

, 0 ) 191860 262354

Vậy hàm lượng của CO2 là:

- V2: thể tích acid oxalic tiêu tốn để chuẩn mẫu

- V1: thể tích acid oxalic tiêu tốn để chuẩn mẫu trắng

) (

1 2 ) ( ) (

2

4 2 2 4

2 2 2

).(

CO kk

O C H O

C H N CO

N

V

V V C

- Bề dày của dung dịch hấp thu có thể chưa đảm bảo để hấp thu hết lượng

CO2 đi qua dung dịch hấp thu

- có thể do thiết bị đo chưa chính xác

- Áp suất và nhiệt đọ không khí thay đổi liên tục do vị trí địa lí của Đà Lạt

nằm trên cao

Trang 25

CO2 không gây độc hại đối với con người Nhưng nồng độ CO2 ngày càng tăng doviệc sản suất công nghiệp và khai thác quá mức các nguồn nhiên liệu hóa thạch.Gây nên hiệu ứng nhà kính, Trái Đất nóng lên và làm biến đổi khí hậu toàn cầu….

MỤC LỤC

BÀI 1

XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TRAO ĐỔI CỦA CATIONIT VÀ HỆ SỐ PHÂN

BỐ CỦA MỘT SỐ ION KIM LOẠI TRÊN CATIONIT………trang 2BÀI 2

TÁCH Cu2+ VÀ Ni2+ TRÊN CỘT SẮC KÝ TRAO ĐỔI CATION……….trang14BÀI 3

XÁC ĐỊNH CHẤT TẨY RỬA TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT – TRẮC QUANG SO MÀU VỚI THUỐC THỬ XANH METYLEN… trang 18BÀI 4

XÁC ĐỊNH SẮT TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SO MÀU VỚI THUỐC THỬ THYOCYANAT………trang 21BÀI 5

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CO2 TRONG KHÔNG KHÍ……….……….trang 23

Trang 27