Nghiên cứu quá trình hấp phụ nguyên tố đất hiếm Lantan (La) và Praseodym (Pr) bằng nhựa poly (hydroxamic axit)”.

Do đó, việc nghiên cứu phương pháp phân chia, làm sạch các NTĐH từ nguồn đất hiếm trong nước và triển khai ứng dụng chúng là một vấn đề hết sức có ý nghĩa nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghệ khai thác, chế biến đất hiếm, góp phần đáng kể vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Trong khi đó, Việt Nam là nước có thành phần các NTĐH thuộc nhóm nhẹ là chủ yếu đồng thời nó có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp hiện đại. Vì vậy, việc nghiên cứu các phương pháp để tách các nguyên tố này cũng rất quan trọng và cần thiết, trong đó có phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion đang được sử dụng nhiều và mạng lại hiệu quả cao. Nhưng việc tìm ra được vật liệu để trao đổi và điều kiện trao đổi đạt hiệu quả cao nhất cũng là vấn đề rất quan trọng.

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển khoa học và côngnghệ, các tính năng ưu việt của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) ngày càngđược khám phá, ứng dụng vào đời sống trong nhiều lĩnh vực khác nhau Từnhiều năm nay, việc nghiên cứu triển khai công nghệ và ứng dụng đất hiếm đãđạt được những kết quả đầy thuyết phục Đặc biệt trong những năm cuối củathế kỷ 20, cùng với những phát triển mạnh của các ngành công nghiệp hiệnđại, đất hiếm với những tính chất vật lý và hóa học vô cùng phong phú cho tanhững ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.NTĐH là nguyên liệu không thể thiếu trong lĩnh vực chế tạo sợi cáp quang,vật liệu từ, vật liệu gốm siêu dẫn, vật liệu cho công nghiệp điện tử, vật liệuhạt nhân, chế tạo hợp kim trung gian, biến tính tăng chất lượng thép, dùnglàm chất khử màu, tạo màu cho thủy tinh, chế tạo lăng kính thấu kính chịunhiệt, vật liệu mài bóng và thiết bị quang học Đặc biệt, sản xuất chất xúctáctrong công nghệ xử lý khí thải, công nghệ xúc tác hóa dầu và tổng hợp hữu

cơ, chế phẩm dinh dưỡng kích thích sinh trưởng cho cây trồng và mang lạihiệu quả kinh tế cao trong nông nghiệp, gốm siêu dẫn [1,2,11,12] Như vậy,các NTĐH có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế, môi trường và côngnghệ nên trong giai đoạn hiện nay, nó được nhiều quốc gia trên thế giới quantâm nghiên cứu và sử dụng

So với các nước trên thế giới, nước ta là một trong số các nước có tàinguyên phong phú về đất hiếm (trữ lượng khá lớn khoảng 10 tấn oxit, các loại

mỏ đa dạng như đất hiếm nhẹ Đông Pao, Nam Nậm Xe, đất hiếm nặng nhưYên Phú, Mường Hum, sa khoáng ven biển,…)[3]

Do đó, việc nghiên cứu phương pháp phân chia, làm sạch các NTĐH từnguồn đất hiếm trong nước và triển khai ứng dụng chúng là một vấn đề hếtsức có ý nghĩa nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghệ khai thác,

chế biến đất hiếm, góp phần đáng kể vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đạihóa của đất nước.

Trong khi đó, Việt Nam là nước có thành phần các NTĐH thuộc nhómnhẹ là chủ yếu đồng thời nó có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngànhcông nghiệp hiện đại Vì vậy, việc nghiên cứu các phương pháp để tách cácnguyên tố này cũng rất quan trọng và cần thiết, trong đó có phương pháp sửdụng nhựa trao đổi ion đang được sử dụng nhiều và mạng lại hiệu quả cao.Nhưng việc tìm ra được vật liệu để trao đổi và điều kiện trao đổi đạt hiệu quảcao nhất cũng là vấn đề rất quan trọng

Đó cũng là lí do em tìm hiểu và trình bày trong bài khóa luận tốt nghiệp

của mình: “Nghiên cứu quá trình hấp phụ nguyên tố đất hiếm Lantan (La)

và Praseodym (Pr) bằng nhựa poly (hydroxamic axit)”.

Do kiến thức và thời gian có hạn, bài khóa luận của em còn nhiều thiếusót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để bài viết được hoànchỉnh hơn và hiểu biết của em về vấn đề này được toàn diện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

MỤC LỤC v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Lý thuyết quá trình hấp phụ và giải hấp 3

1.1.1 Các khái niệm 3

1.1.1.1 Hấp phụ 3

1.1.1.2 Giải hấp phụ 4

1.1.1.3 Cân bằng hấp phụ 5

1.1.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 6

1.1.2.1 Mô hình động học hấp phụ 6

1.1.2.2 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản 6

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 9

1.1.3.1 Độ pH 9

1.1.3.2 Thời gian tiếp xúc giữa polyme với ion kim loại 10

1.1.3.3 Nồng độ polyme ban đầu 10

1.1.3.4 Nhiệt độ của quá trình tiếp xúc giữa polyme với ion 11

1.2 Giới thiệu về nguyên tố đất hiếm Lantan, Praseodym 11

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo 11

1.2.2 Tính chất vật lý 12

1.2.3 Tính chất hóa học 13

1.2.3.1 Sơ lược tính chất hóa học của Lantan, Praseodym 13

1.2.3.2 Sơ lược tính chất các hợp chất của Lantan, Praseodym 14

1.2.3.3 Khả năng tạo phức của Lantan và Praseodym 17

1.2.4 Ứng dụng của đất hiếm 17

1.3 Giới thiệu chung về nhựa poly(hydroxamic axit) (PHA) 20

1.3.1 Đặc điểm chung của poly(hydroxamic axit) 20

1.3.2 Ứng dụng của PHA trong việc hấp phụ và tách các đổi ion KLĐH 21 1.4 Các phương pháp xác định hàm lượng La 3+ , Pr 3+ 26

1.4.1 Phương pháp trắc quang (phổ hấp thụ phân tử UV-VIS) 26

1.4.2 Phương pháp ICP-MS 28

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 29

2.1.1 Hóa chất 29

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 29

2.2 Phương pháp tiến hành 30

2.2.1 Xác định hàm lượng các nhóm chức và độ hấp thụ nước của nhựa 30 2.2.2 Phá mẫu các oxit đất hiếm 31

2.2.3 Khảo sát phổ hấp thụ của phức các dung dịch La 3+ , Pr 3+ 31

2.2.4 Xây dựng phương trình đường chuẩn 32

2.2.5 Động học quá trình hấp phụ 32

2.2.5.1 Xác định độ hấp phụ của La 3+ và Pr 3+ 32

2.2.5.2 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ của La 3+ và Pr 3+ 33

2.2.6 Động học quá trình giải hấp để thu hổi ion KLĐH 35

2.2.6.1 Ảnh hưởng dung môi đến khả năng giải hấp 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Một số đặc điểm của nhựa poly(hydroxamic axit) 36

3.2 Phổ hấp thụ của phức các dung dịch ion KLĐH 36

3.3 Xây dựng đường chuẩn của La 3+ và Pr 3+ 38

3.3 Động học quá trình hấp phụ 40

3.3.1 Ảnh hưởng của độ pH đến khả năng hấp phụ của nhựa 40

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ 44

3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến độ hấp phụ của nhựa 46

3.3.3.1 Lantan (III) 46

3.3.3.2 Praseodym (III) 49

3.4 Động học quá trình giải hấp phụ 53

3.4.1 Ảnh hưởng của dung môi rửa giải tới quá trình giải hấp 53

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Thông thường quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.

Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ vàchất bị hấp phụ Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệthấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

• Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vander Waals giữa pần tử chất bịhấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Vì vậy hấpphụ vật lý có tính thuận nghịch cao Cấu trúc điện tử của các phần tử các chấttham gia quá trình hấp phụ vật lý ít bị thay đổi Hấp phụ vật lý không đòi hỏi

sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh

• Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấpphụ và phần tử chất bị hấp phụ, trong đó có những lực liên kết mạnh như lựcliên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí gắn kết nhữngphần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợpchất bề mặt Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó

liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ Vì vậy hấp phụ hóa học thường khôngthuận nghịch và không thể vượt quá một đơn lớp phân tử.

Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chấttham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liênkết hóa học Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy rachậm

Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ làtương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tạiđồng thời cả hai hình thức hấp phụ Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấpphụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụhóa học tăng lên [7,8]

1.1.1.2.Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ.Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trìnhhấp phụ Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng

về hiệu quả kinh tế

Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:

- Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ

nên tiết kiệm được thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụnchất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn

Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sửdụng phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằngkhông có lợi cho quá trình hấp phụ

- Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay

hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi

- Phương pháp vỉ sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật

liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [7]

1.1.1.3.Cân bằng hấp phụ

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Khi tốc độ hấp phụ (quátrình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụđạt trạng thái cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên mộtđơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định

về nồng độ và nhiệt độ [9,10]

(1.1)Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (1)m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)

Co: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/1)

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/1)Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độdung dịch ban đầu

(1.2)

1.1.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.1.2.1.Mô hình động học hấp phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạtgiai đoạn kế tiếp nhau:

- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ Đây là giai đoạn

khuếch tán trong dung dịch

- Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ

chứa các hệ mao quản Đây là giai đoạn khuếch tán màng

- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp

phụ Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản

- Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ Đây là

giai đoạn hấp phụ thực sự

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định haykhống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môitrường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định[7,10]

1.1.2.2.Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản

Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT ( p hoặc C) được gọi làđường hấp phụ đẳng nhiệt

Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấpphụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụtại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thìđường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình như: phươngtrình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir [9,10]

* Phương trình hấp phụ đắng nhiệt Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.

- Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên

các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểuphân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

(1.3)

Trong đó:

q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

1 : Độ che phủ

Ccb : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/1)

b : Hằng số Langmuir

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ :

+ Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb « 1 thì q = qmaxax-b.Ccb mô tả vùng hấpphụ tuyến tính

+ Trong vùng nồng độ lớn b.Ccb » 1 thì q = qmaxax-b.Ccb mô tả vùng hấpphụ bão hòa

Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳngnhiệt biểu diễn là một đoạn cong

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir có thể biểu diễm dưới dạng

phương trình đường thẳng:

(1.4)Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb sẽ xác địnhđược các hằng số b, qmax trong phương trình.

Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb

Từ giá trị qmax ta sẽ tính được hằng số b

* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thựcnghiệm mô tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm

vi một lớp

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:

q = k.C cb 1/ n (1.7)Trong đó: q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của vật liệu hấpphụ đối với Lantan, Praseodym theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.

1.1.3.1.Độ pH

Một trong những yếu tố chính và có ảnh hưởng nhất là độ pH trong quátrình tương tác của polyme với ion kim loại Tính năng trao đổi ion của vậtliệu chủ yếu được quyết định bởi các nhóm chức Mật độ nhóm chức xácđịnh dung lượng trao đổi ion với kim loại của nhựa.Bản chất nhóm chức ảnhhưởng đến cân bằng của quá trình trao đổi mà bản chất chất nhóm chứctrước hết được thể hiện ở cường độ axit- bazo của nó Nhóm axit yếu chỉphân ly ở pH cao, ở vùng pH thấp nó liên kết với H+ và trở nên trung hòa

- COOH và mất đi khả năng trao đổi và liên kết với kim loại Ngược lạinhóm axit mạnh - SO3 phân li ở mọi vùng pH vì vậy nó luôn có tác dụng traođổi ion và liên kết với kim loại Tương tự như vậy, nhóm bazo yếu – NH3+

trong anionit yếu nó sẽ mất đi một proton tạo thành nhóm trung hòa – NH2

tại vùng pH cao, nhóm bazo mạnh luôn ở trạng thái ion ngay cả vùng pH

Do đó, dung dịch có tính axit hay tính bazơ đóng vai trò quan trọngtrong việc kiểm soát các liên kết xảy ra Còn khi pH quá cao xảy ra quá trìnhkết tủa các ion kim loại ở trạng thái hydroxyl vì thế khả năng tương tác diễn

ra khó khăn do sự cản trở của các phân tử kết tủa này Khi nghiên cứu quátrình tương tác này cần khảo sát một khoảng pH nhất định từ đó tìm ra pH tối

ưu cho quá trình

1.1.3.2.Thời gian tiếp xúc giữa polyme với ion kim loại

Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới quá trình hấp phụ bởi polyme làthời gian tối thiểu để đạt trạng thái hấp phụ cân bằng được xem xét trong tất

cả các thí nghiệm hấp phụ Nó được đánh giá bằng cách sử dụng nhiều thànhphần dung dịch tổng hợp nồng độ ion kim loại Theo yêu cầu về thời giantiếp xúc để hấp phụ được hoàn thành là rất quan trọng để mô tả quá trình hấpphụ vì nó cho biết thời gian tối thiểu cần thiết cho hấp phụ ion kim loại

1.1.3.3.Nồng độ polyme ban đầu

Nồng độ ban đầu của polyme cũng ảnh hưởng đến quá trình tương táccủa kim loại Khi tăng nồng độ polyme thì các điện tích dương trong mạngpolyme sẽ tăng và các chuỗi polyme sẽ có lực đẩy tĩnh điện tăng Như vậy,tăng nồng độ polyme sẽ làm biến dạng cấu trúc ban đầu của mạng polyme

Sự giãn mạch và độ trương của polyme làm tăng khả năng liên kết với ionkim loại do tăng vị trí mới có khả năng liên kết với kim loại Khi chuỗipolyme được giãn ra, các nhóm chức đặc trưng của polyme ở bên trong mạng

sẽ được tiếp xúc với dung môi tạo thành nhóm linh động mới có khả năngliên kết với ion kim loại làm cho tương tác của polyme với kim loại tăng đếnkhi đạt trạng thái cân bằng Khi tăng tiếp nồng polyme chuỗi polyme khôngthể giãn thêm được nữa, nhóm chức năng liên kết với kim loại cũng khôngtăng vì thể khả năng liên kết với kim loại cũng không tăng thêm

1.1.3.4 Nhiệt độ của quá trình tiếp xúc giữa polyme với ion

Những polyme nghiên cứu trong chuyên đề là các polyme ưa nước vìvậy mà tại nhiệt độ thấp quá trình hòa tan polyme không cao làm cho quátrình hấp phụ của polyme với kim loại không cao Khi tăng nhiệt độ quátrình hấp phụ này tăng đến khi đạt trạng thái cân bằng Nếu tiếp tục tăngnhiệt độ sẽ diến ra quá trình phân ly của polyme làm cho khả năng hấp phụnày giảm đi Vì thế khi nghiên cứu tương tác của polyme với kim loại nhiệt

độ của quá trình tiếp xúc cũng là một yếu tố quan trọng cần phải khỏa sát đểtìm nhiệt độ tối ưu cho quá trình Về bản chất chính là tìm nhiệt độ để trạngthái cân bằng đạt được

Giới thiệu về nguyên tố đất hiếm Lantan, Praseodym

1.1.4 Đặc điểm cấu tạo

Là 2 nguyên tố đất hiếm thuộc phân nhóm Xeri (phân nhóm nhẹ) có sốthứ tự nguyên tử lần lượt là: 57, 59 Số electron của La, Pr ở phân lớp 4f tăngdần

Bảng 1.1 Đặc trưng của nguyên tố lantan, praseodym

Cấu hình electron [Xe]5d16s2 [Xe]4f36s2

Bán kính ion giảm chậm vì phân lớp 4f với số electron từ 4f0 đến 4f3 nằmsâu bên trong nên bị các electron 5s25p6 với số electron đã bão hòa là 8 chắnlực hút của các hạt nhân với các electron ở phân lớp bên ngoài (5d và 6s) hiệntượng này gọi là sự co lantanoit

1.1.5 Tính chất vật lý.

Bảng 1.2 Một số thông số vật lí quan trọng của La, Pr[13,14]

nó lại không hiếm Lantan có sẵn với lượng tương đối lớn (32 ppm trong lớp

vỏ Trái Đất)

Praseodym ( Pr): là một kim loại mềm, có cấu trúc tinh thể lục phương,

có khả năng chống ăn mòn trong không khí tốt hơn một chút so với lantan,xeri hay neodymi, nhưng nó phát triển một lớp che phủ bằng ôxít màu xanhlục dễ bở vụn ra khi bị lộ ra ngoài không khí, làm cho nó tiếp tục bị ôxi hóa.Praseodymi có sẵn ở lượng nhỏ trong lớp vỏ Trái Đất (9,5 ppm) Nó được tìmthấy trong các khoáng vật đất hiếm như monazit và bastnasit, thông thườngchiếm khoảng 5% các nguyên tố nhóm lantan chứa trong đó, và có thể đượcphục hồi từ bastnasit hay monazit bằng công nghệ trao đổi ion hay bằng chiếtdung môi ngược dòng

Các nguyên tố này là những kim loại khó nóng chảy và khó sôi

1.1.6 Tính chất hóa học.

1.1.6.1.Sơ lược tính chất hóa học của Lantan, Praseodym.

Lantan có cấu hình electron [Xe]5d16s2, Preseodym có cấu hình[Xe]4f36s2 khi bị kích thích 1 electron 4f nhảy sang 5d tạo cấu hình dạng5d16s2, obitan 4f còn lại bị các electron 5s25p6 che chắn với tác dụng bênngoài nên không có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của Pr Do đó cáchợp chất La, Pr thể hiện chủ yếu là mức oxi hóa +3 Vì vậy chúng có chungnhững tính chất hóa học đặc trưng

Lantan, Praseodym là chất khử mạnh:

- Kim loại dạng tấm bền trong không khí khô Trong không khí ẩm bị mờ

đục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat bazơ được tạo nên do tác dụng với

H2O và CO2:

2Ln + 6H2O = 2Ln(OH)3 + 3H2 (Ln = La, Pr)Ln(OH)3 + CO2 = Ln(OH)CO3 + H2O

- Ở 200 – 4000C, cháy trong không khí tạo thành oxit và nitrua:

4Ln + 3O2 = 2Ln2O3

2Ln + N2 = 2LnN12Pr + 11O2 = 2Pr6O11

- Tác dụng với halogen ở nhiệt độ không cao, với N, S, C, Si, P à H khi

đun nóng:

2Ln + 3X2 = 2LnX3 (X: Halogen, t0 = 3000C)2Ln + 3S = Ln2S3 (t0 = 500 – 8000C)

- Tác dụng chậm với nước nguội và nhanh với nước nóng để tạo thành

hidroxit và giải phóng H2

2Ln + 6H2O = 2Ln(OH)3 + 3H2

- Tan dễ dàng trong dung dịch axit, trừ HF và H3PO4 vì tạo muối LnF3,LnPO4 ít tan

- Không tan trong kiềm kể cả khi đun nóng.

- Ở nhiệt độ cao có thể khử được nhiều oxit kim loại.

1.1.6.2.Sơ lược tính chất các hợp chất của Lantan, Praseodym

a) Oxit của Lantan, Praseodym.

Các oxit Ln2O3 (Ln: La, Pr) là chất có nhiệt độ nóng chảy cao và bềnnhiệt và là những oxit bazơ điển hình không tan trong nước (độ tan trongnước tương đối nhỏ như La2O3 là 1,33.10-5g Tác dụng được với nước nóng(trừ La2O3 không cần đun nóng, với Ce2O3 cần đun sôi):

Ln2O3 + 3H2Onóng → 2Ln(OH)3

Tan trong các axit vô cơ tạo thành dung dịch chứa [Ln(H2O)n]3+ (n:6,8,9) Các oxit này không tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong kiềmnóng chảy và tan dần trong muối amoni

Ngoài ra với Pr còn có oxit bền là Pr6O11

 Lantan oxit (La2O3)

La2O3 là chất rắn màu trắng, khó nóng chảy, có tính chất giống CaO, hấpthụ CO2 , H2O trong không khí tạo cacbonat bazơ; La2O3 hấp thụ H2O toảnhiều nhiệt:

Pr2O3 + 3H2O = 2Pr(OH)3

Pr2O3 + Na2CO3= 2NaPrO2 + CO2

Pr2O3 + 3H+ + nH2O = [Pr(H2O)n]3+ + 3H2O

Pr2O3 được dùng làm bột màu

b) Hydroxit của Lantan, Praseodym

La(OH)3 là chất kết tủa màu trắng La(OH)3 là bazơ mạnh (tương đươngvới Ca(OH)2), hấp thụ CO2 trong khí quyển, tác dụng với muối amoni giảiphóng NH3, bị mất H2O khi nung nóng tạo oxit:

2La(OH)3 + 3CO2 = La2(CO3)3+ 3H2OLa(OH)3 + 3NH4Cl = LaCl3 + 3NH3+ 3H2O2La(OH)3 = La2O3 + 3H2O

Pr(OH)3 là chất kết tủa dạng vô định hình, thực tế không tan trong nước,

là bazơ mạnh (trong khoảng giữa Mg(OH)2 và Al(OH)3), hấp thụ CO2trongkhông khí Do đó hiđroxit của Prazeodim thường lẫn cacbonat bazơ:

Pr(OH)3 + CO2 = Pr(OH)CO3 + H2O

La(OH)3 và Pr(OH)3 được điều chế bằng cách cho dung dịch muối của

La3+ và Pr3+ tác dụng với dung dịch kiềm hoặc dung dịch NH3

Ln3+ + 3OH−

= Ln(OH)3

c) Muối của La, Praseodym

 Các muối của La, Pr (Ln3+)

LnX3(X: halogen): là những chất rắn màu trắng, LnF3 khó nóng chảy(t0

nc= 1450 - 1550 0C) LnX3 (X = Cl, I, Br) có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn(t0

nc = 800 - 900 0C), hút ẩm, tan trong nước và bị thuỷ phân tạo LnOX:

1.1.6.3.Khả năng tạo phức của Lantan và Praseodym

La3+, Pr3+ có khả năng tạo phức với những phối tử vô cơ thông thườngnhư: NH3, Cl-, CN-, NO3-, SO42-, những phức kém bền

La3+ và Pr3+ có khả năng tạo phức tương đối bền với những phối tử đacàng, những phối tử hữu cơ như: C2O42-, β-đixetonat, EDTA, DTPA,IMDA,.v.v

Sự tạo phức của La3+ và Pr3+ với những phối tử hữu cơ được giải thích là

do hai yếu tố là hiệu ứng Chelat và điện tích của các phối tử:

1 Hiệu ứng Chelat (hiệu ứng tạo vòng): làm cho entropi của hệ tăng làmtăng độ bền của phức, ví dụ như: H5DTPA tạo phức với Ln3+:

Ln(H2O)n3++ DTPA5- → [Ln(H2O)n-8DTPA]2- + 8H2O

Số tiểu phân tạo thành tăng từ 2 đến 9 làm entropi của hệ tăng lên dẫnđến phức tạo thành bền

2 Điện tích của các phối tử: các phối tử có điện tích càng âm (điện tích

âm của phối tử càng lớn) lực tương tác giữa các phối tử với ion đất hiếm càngmạnh, phức tạo thành càng bền

Phức của các Ln3+ có số phối trí cao và biến đổi Số phối trí đặc trưng là

6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Nguyên nhân là do bán kính của các Ln3+ lớn( RLa3+ =1.06 A0, RPr3+ = 1.013 A0) và bản chất của liên kết kim loại – phối tử trongphân tử phức chất gồm cả liên kết ion lẫn liên kết cộng hoá trị Trong dãy đấthiếm, khả năng tạo phức tăng theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, đó là dođiện tích hạt nhân tăng thì lực hút tới phối tử tăng

1.1.7 Ứng dụng của đất hiếm

Các NTĐH là nguyên liệu cực kì quan trọng cho nhiều ngành khoa học,

kĩ thuật và công nghệ Vai trò của NTĐH trong công nghệ chế tạo vật liệu làkhông thể thiếu được

Các NTĐH được dùng làm xúc tác cracking dầu mỏ, xúc tác đất hiếmđược dùng trong quá trình tổng hợp amoniac, xilen và nhiều hợp chất hữu cơkhác NTĐH còn được dùng làm xúc tác để làm sạch khí thải ôtô, xúc táctrong lò đốt rác y tế So với các xúc tác cùng loại chứa nguyên tố quý (Pt),xúc tác chứa NTĐH bền với nhiệt, bên hóa học, có hoạt tính cao hơn và điềuquan trọng là giá thành rẻ hơn Sử dụng một thời gian các xúc tác đất hiếmđược phục hồi bằng cách rửa bằng dung dịch HCl loãng

Nhiều kim loại đất hiếm có tiết diện bắt nơtron lớn, nên được dùng đểhấp thụ nơtron nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân.

Trong công nghiệp luyện kim, các NTĐH được dùng để cho thêm vàomột số hợp kim Chẳng hạn để sản xuất gang biến tính người ta cho thêm cácNTĐH Do tác dụng của các NTĐH, không những một số tạp chất có hạitrong gang bị loại ra mà cấu trúc của cacbon trong gang cũng biến đổi làmgiảm tính giòn của gang và gang biến tính có thể thay thép Thêm NTĐH vàohợp kim của Magie làm cho hợp kim bền cơ học và bền nhiệt hơn Những hợpkim này được dùng để chế tạo thiết bị trong máy bay Thép chứa 6% xeridùng làm dụng cụ phẫu thuật trong y tế

Trong lĩnh vực vật liêu từ, các NTĐH cũng đóng vai trò quan trọng Cávật liệu từ chứa đất hiếm có độ phản từ và mật độ năng lượng từ cao, giáthành rẻ và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo động cơ điện, máy gia tốcproton, máy tính Đó là các hợp kim NdFeB, SmCo6, SmFeCu có từ tínhmạnh gấp nhiều lần nam châm làm bằng sắt Dùng để chế tạo các thiết bị trênmáy bay và tàu vũ trụ

Trong công nghiệp thủy tinh, các NTĐH được sử dụng khá nhiều: CeO2,

Nd2O3 được dùng để khử màu thủy tinh Một số NTĐH được sử dụng đểnhuộm màu thủy tinh như Nd2O3 (tím hồng), CeO2 (vàng chanh), …Y2O3 và

Eu2O3 được dùng để chế tạo gốm kĩ thuật và dân dụng chịu nhiệt cao

Các NTĐH còn được dùng để chế tạo vật liệu phát quang có hiệu suấtphát quang cao, tốn ít năng lượng Được sử dụng làm bột cho đèn huỳnhquang, đèn compax màu, đèn hình tivi

Trong nông nghiệp các NTĐH được dùng để ngâm tẩm hạt giống, sảnxuất phân bón vi lượng NTĐH tạo ra các hợp chất enzim làm cho cây trồng

có khả năng kháng được sâu bệnh, cho năng suất cây trồng cao, bảo vệ môitrường

La2O3 được dùng làm chất xúc tác tự động; gốm, sứ; kính; chất huỳnhquang và chất nhuộm.

Pr6O11 được dùng làm gốm, sứ; kính và chất nhuộm; nam châm vĩnh cửu.Với việc ứng dụng các NTĐH đã khá phổ biến trong các ngành khoa học

kĩ thuật, kinh tế quốc dân, nhu cầu về NTĐH ngày càng cao Trong khi cácNTĐH có trong tự nhiên rất phân tán Để đáp ứng nhu cầu NTĐH cho cácngành khoa học kĩ thuật, việc nghiên cứu thu hồi các NTĐH từ quặng và việcphân tách chúng là một vấn đề cấp bách và quan trọng được các nhà khoahọc quan tâm

Trong đó, hai nguyên tố thuộc nhóm nhẹ: La, Pr là những nguyên tố rấtquan trọng và cần thiết trọng công nghiệp, khoa học kĩ thuật Vì vậy việcnghiên cứu để thu hồi và tách các nguyên tố trên ra khỏi nhau là rất cần thiết.Hiện nay để tách các NTĐH, người ta thường sử dụng các hợp chất polyme,đặc biệt là nhựa Poly hydroxamic axit (PHA) và dẫn xuất của nó

Giới thiệu chung về nhựa poly(hydroxamic axit) (PHA)

1.1.8 Đặc điểm chung của poly(hydroxamic axit)

Công thức cấu tạo đơn giản của poly (Hydroxamic axit):

Trong đó, P là polime xương sống

Trong thành phần của nhựa PHA chứa 2 nhóm chức chính là –CONHOH

và –COOH Nhóm –COOH có trong thành phần nhựa là vì trong quá trìnhthủy phân một phần –CONHOH đã bị thủy phân tạo thành –COOH

Poly(hydroxamic axit) được tổng hợp theo nhiều phương pháp khácnhau như: đi từ polyacrylamit, poly(acrylic axit), poly(metylacrylat)…hoặc đi

từ acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong điều kiện thích hợp [15].Theo [16], các tác giả đã tổng hợp PHA từ poly (acrylamit) (PAA) trongđiều kiện thích hợp:

Hình 1.3 Sơ đồ phản ứng tổng hợp PHA từ Polyacrylamit

Sau quá trình tổng hợp thu được nhựa PHA có thành phần nguyên tố củapoly (hydroxamic axit) chứa chủ yếu 4 nguyên tố: C, H, N, O Trong đó gồm44,69% C, 6,68% H, 16,05% N, 31,46% O [16] Ta thấy hàm lượng nguyên

tố N và O cao hơn nhiều so với H cho thấy mức độ chuyển đổi cao của cácnhóm axit hydroxmic.

Poly(hydroxamic axit) là loại polyme có khả năng tạo phức vòng càngbền với nhiều ion kim loại khác nhau [17] Nhóm hydroxamic axit trongpolyme có công thức chung là RCO-RHOH (R là ankyl hoặc aryl) và xuấthiện ở hai dạng tautome hóa giữa xeton và enol như trong hình 1.4

Hình 1.4 Nhóm chức hyroxamic ở dạng tautome hóa giữa xeton và

enol

Giai đoạn tách và tinh chế có thể sử dụng phương pháp sắc ký trao đổiion, trong đó chất nhồi cột là PHA đóng vai trò làm pha tĩnh và pha động làdung dịch muối của kim loại cần tách và tinh chế

1.1.9 Ứng dụng của poly(hydroxamic axit) trong việc hấp phụ và tách các

đổi ion kim loại đất hiếm

Việc tách các nguyên tố đất hiếm ra khỏi nhau là một trong những vấn

đề khó khăn nhất trong hóa vô cơ vì tính chất hóa học của chúng rất giốngnhau Thông thường không thể chọn một phương pháp nào đó để áp dụng chotất cả các trường hợp [4,18,19]

Việc tách các NTĐH ra khỏi nhau con gặp khó khăn khác là thành phầnrất khác nhau của từng NTĐH trong quặng, do đó phương pháp tách phảiđược chọn lựa sao cho phù hợp với thừng thành phần NTĐH cụ thể Trướctiên, cần tách sơ bộ các NTĐH thành các nhóm NTĐH có tính chất gần giốngnhau, sau đó tách riêng rẽ từng NTĐH [5,6,18,19]

Việc tách các ion kim loại khác nhau bằng kỹ thuật trao đổi ion trên cơ

sở các polyme đã được sử dụng từ lâu Trong đó, có nhóm chức đặc biệt đểtách một số nguyên tố đất hiếm đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế

giới quan tâm nghiên cứu sử dụng làm chất trao đổi ion để tách các nguyên tốđất hiếm Trong số đó, các polyme chứa các nhóm chức aminoaxit, axitphotphonic, amino photphonic, axit cacboxylic được sử dụng khá phổ biến Đặc biệt là polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit) đã được sử dụng đểnghiên cứu tách một số nguyên tố đất hiếm Nhóm hydroxamic axit củapolyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit) có khả năng tạo phức vòng càng đốivới nhiều ion kim loại Trên cơ sở đó đã có nhiều nghiên cứu được tiến hànhnhằm tổng hợp và ứng dụng poly(hydroxamic axit) trong việc tách, chiết vàtinh chế các kim loại quý như các nguyên tố phóng xạ U, Nd , sử dụng táchcác nguyên tố đất hiếm ra khỏi hỗn hợp [20].

Cơ chế phản ứng giữa nhựa PHA với ion KLĐH được biểu diễn tronghình hình 1.5

Hình 1.5 Cơ chế phản ứng giữa PHA và ion KLĐH

Dựa trên cơ chế phản ứng trên đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới đãứng dụng vào tách các NTĐH Chẳng hạn như, với mục đích tách các nguyên

tố đất hiếm uranium, Kayasth và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng nhựa trao đổiion Chelex-100 (styren-divinylbenzen copolyme có chứa nhóm iminodiaxeticaxit) Kết quả nghiên cứu cho thấy sau quá trình tách lượng đất hiếm có trongmẫu uranium hầu như không đáng kể, uranium thu được có độ tinh khiết rấtcao Hiệu suất tách cao hơn hẳn khi sử dụng phương pháp kết tủa (chỉ đạt

Việc tách và tinh chế một lượng nhỏ đất hiếm, ví dụ Scandi (III), từ mộtlượng lớn hỗn hợp đất hiếm đã được tiến hành bởi Hubicki Tác nhân tạophức và trao đổi ion có thể được sử dụng như photphonic, aminophotphonic

và xenlulozơ photphat [21] Sử dụng các tác nhân này có thể tách chọn lọcSc(III) từ dung dịch muối với Y(III), La(III) hay Ln(III) Độ bền cao của phứcScandi với photphoric và amino photphoric axit làm tăng độ chọn lọc của quátrình tách lượng nhỏ Sc(III) từ Y(III), La(III) và Ln(III)

Đất hiếm được tách và thu hồi không chỉ từ nguồn quặng mà có thể từnguồn nước biển bằng cách sử dụng nhựa trao đổi ion Fahat và các cộng sự

đã nghiên cứu sử dụng nhựa có chứa nhóm β-dixeton fluorinat được tạo lướibằng divinylbenzen để thu hồi một số nguyên tố đất hiếm từ nước biển [22].Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng thu hồi được từ nước biển đối với cácnguyên tố như La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy và Lu đạt trên 95%

Hiệu quả tách bằng phương pháp tạo phức, trao đổi ion phụ thuộc nhiềuvào dung lượng hấp thụ hay diện tích bề mặt và bản chất của nhóm chức cókhả năng tạo phức của polyme được sử dụng Trong đó các yếu tố bản chấtcủa chất tạo lưới, mức độ tạo lưới, pH, nhiệt độ, bản chất của ion kim loại làrất quan trọng, chúng quyết định dung lượng hấp thu ion kim loại Wu vàcộng sự [23] đã tiến hành nghiên cứu sự hấp thu của Holmium (III) lên nhựaamino photphonic axit Kết quả của nghiên cứu này đã tìm ra những điều kiện

về pH, nhiệt độ tối ưu, đồng thời xác định được hằng số hấp thụ và cơ chế hấpthụ của Ho (III) bằng phổ hồng ngoại

Khả năng tách chọn lọc các nguyên tố đất hiếm của nhựa trao đổi ioniminodiaxetic cũng rất đáng quan tâm Cụ thể là trong công trình nghiên cứucủa Moore, tác giả còn sử dụng kết hợp nhựa trao đổi ion sunfonic có tácdụng hấp thu hiệu quả nhóm các nguyên tố đất hiếm nhẹ, nhóm nặng hơnđược hấp thụ bởi nhựa imino diaxetic và sử dụng EDTA cho quá trình rửagiải [25]

Selvivà cộng sự [26] cũng tiến hành nghiên cứu sử dụng nhựapoly(hydroxamic)- PHA để tách Galli (Ga) từ dung dịch natri aluminat, mộtsản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất nhôm Trong công trình này, tácgiả đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp PHA từ acrylonitrin-divinylbenzene(DVB), nghiên cứu quá trình hấp thụ, tách Galli bằng cột tách sử dụng nhựanhồi là PHA Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy dung lượng hấp thu ảnhhưởng bởi kích thước hạt nhựa và chất pha loãng thêm vào cột, đồng thời cáctác giả đã tìm ra khoảng kích thước tối ưu Dung tích hấp thu được xác địnhbằng phương pháp phân tích hàm lượng ion kim loại trong dung dịch sau khiqua cột tách Trong quá trình tách, rửa cột thì yếu tố pH đóng vai trò rất quantrọng

Trong công trình nghiên cứu sử dụng nhựa trao đổi trên cơ sở PHA đểtách nguyên tố La ra khỏi nước và tiến hành xác định lượng hấp thụ của PHAđối với ion kim loại [27], các tác giả đã tiến hành thí nghiệm tạo phức củaPHA với một số ion nguyên tố đất hiếm như La3+, Dy3+, Pr3+, Ce3+, Nd3+,

Gd3+, Eu3+, Tb3+ cùng với quá trình thay đổi pH Kết quả cho thấy dung lượnghấp thu đất hiếm của nhựa trao đổi ion trên cơ sở PHA phụ thuộc vào pH Khi

pH tăng thì dung lượng hấp thu tăng lên Nhựa trao đổi ion có ái lực hấp thumạnh với Lantan ở pH = 6 và dung lượng hấp thu La ở pH này khoảng 2,3mmol/g Theo kết quả nghiên cứu này thì thứ tự hấp thu chọn lọc được sắpxếp như sau: La3+> Dy3+> Pr3+> Ce3+> Nd3+> Gd3+> Eu3+> Tb3+

Ngoài ra PHA với vai trò là nhựa trao đổi ion cũng đã được nghiên cứu

sử dụng nhằm tách urani ra khỏi hỗn hợp với Nd [28] Bản chất liên kết giữaion Uranyl và poly(hydroxamic axit) dạng hydrogel được tổng hợp từpoly(acrylamit) cũng đã được tiến hành nghiên cứu [29] Chỉ số liên kết củapoly(hydroxamic axit) với ion Uranyl được xác định qua độ hấp thụ ion này.Bên cạnh đó ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ ion, pH, nhiệt độ…đến

độ hấp thu của ion Uranyl lên hydrogel poly(hydroxamic axit) cũng được tácgiả và các cộng sự tiến hành khảo sát

Khaled F Hassan và cộng sự [29] đã nghiên cứu quá trình tách Zr từ Y,

Sr bằng PHA, các kết quả cho thấy, PHA có khả năng tách loại riêng rẽ Zr từ

Y, Sr

 Nhận xét: So với phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion các polyme

trên cơ sở poly(hydroxamic axit) có khả năng tách tốt hơn, điều này vì nhựatrao đổi ion chỉ đơn thuần có khả năng trao đổi những ion cụ thể của nó vớicác ion của NTĐH trong dung dịch trong khi đó polyme trên cơ sởpoly(hydroxamic axit) ngoài khả năng trao đổi ion còn có chứa các nhómchức năng như – CONHOH, - SO3H, có thể tạo liên kết phức vòng càng bềnvới các ion kim loại đất hiếm vì vậy khả năng tách sẽ đạt hiệu quả cao hơn sovới nhựa trao đổi ion thông thường Đồng thời các tác nhân có khả năng tạophức vòng càng nói chung và poly(hydroxamic axit) nói riêng làm tăng hệ sốtách đối với các ion kim loại [30] Điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc sửdụng poly(hydroxamic axit) trong phương pháp tạo phức trao đổi ion ở dạnghydrogel để tách chiết các nguyên tố kim loại

Phương pháp sử dụng một số polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit)(PHA) để tách các nguyên tố đất hiếm là một trong những hướng nghiên cứu

đã và đang được nghiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm Phương phápnày được cho là đơn giản hơn phương pháp chiết và tiêu tốn ít hóa chất tách

và tinh chế Từ những ưu điểm vượt trội trên so với các phương pháp khácnên phương pháp này sẽ được sử dụng nhiều hơn

Vì vậy trong bài khóa luận của mình em sẽ trình bày về phần hấp phụcác NTĐH Lantan, Praseodym dựa trên phương pháp trao đổi ion trên cơ sởcác polyme có nhóm chức đặc biệt Đây cũng là cơ sở và định hướng ban đầucho quá trình tách các NTĐH

Các phương pháp xác định hàm lượng La 3+ , Pr 3+

1.1.10 Phương pháp trắc quang (phổ hấp thụ phân tử UV-VIS)

-Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tíchquang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với nănglượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại

-Nguyên tắc của phương pháp trắc quang là dựa vào lượng ánh sáng đã

bị hấp thụ bởi chất hấp thụ để tính hàm lượng của chất hấp thụ

-Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là chuyển cấu

tử cần xác định hàm lượng thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng Sau

đó đo sự hấp thụ ánh sáng của hợp chất tạo thành và tính toán ra hàm lượngchất cần xác định

* Các định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng

- Định luật Lambeer-Beer

Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có cường độ I0 qua một lớp vật chất

có bề dày thì cường độ bức xạ đơn sắc ló ra I bao giờ cũng nhỏ hơn I0

Tỉ số I I

0.100% = T được gọi là độ truyền qua

Tỉ số I0 −I

I 100% = A được gọi là độ hấp thụ

Nguyên tắc của phương pháp biểu diễn theo sơ đồ sau:

Hình 1.6 Sơ đồ mô tả sự hấp thụ ánh sáng của một dung dịch

Có thể biểu diễn bằng biểu thức: I0 = IA + I + IR

Trong đó: I0: Cường độ ban đầu của nguồn sáng

IA: Cường độ ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch

IR: Cường độ phản xạ lại bởi thành cuvet và dung dịch, giá trịnày được loại bỏ bằng cách lặp lại 2 lần đo

I: Cường độ ánh sáng sau khi qua dung dịch

Biểu thức của định luật Lambeer-Beer : A = lg I0

I = ɛ.C.lTrong đó: A: mật độ quang

ɛ: độ hấp thụ phân tử, đơn vị L.mol-1.cm-1

l: bề dày của dung dịch, đơn vị cm

C: nồng độ của dung dịch màu, đơn vị mol/L

Nội dung: Tại một bước sóng nhất định, với cùng bề dày của lớp dung

dịch, hệ số hấp thụ k tỉ lệ với nồng độ của chất hấp thụ của dung dịch

* Phân tích định lượng bằng phương pháp đường chuẩn

Khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, chúng tôi sử dụng phương phápđường tiêu chuẩn Phương pháp này cho phép phân tích và tính toán kết quảnhanh, có thể triệt tiêu được các sai số hệ thống, thường được lập trình sẵntrong các phần mềm điều khiển của máy Quy trình thực hiện như sau :

- Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác, tăng dần

nồng độ Ci, C2, C3, C4, C5, C6 của chất chuẩn phân tích (các dung dịchchuẩn phải có cùng điều kiện như dung dịch xác định)

- Tiến hành đo mật độ quang Ai, A2, A3, A4, A5, A6 của các dung dịchchuẩn tại bước sóng λmax đã khảo sát