Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận liên chiểu thành phố đà nẵng để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử uv – vis

Tên đề tài: Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

UV – VIS.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

-*** -

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trần Thị Thúy

Lớp: 09 CHP

1 Tên đề tài: Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than

bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân bón bằng phương

pháp trắc quang phân tử UV – VIS

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị

2.1 Thiết bị

Tất cả các thiết bị sử dụng do Nhật Bản và cộng hòa Pháp sản xuất

Cân phân tích Precisa XT 220 – A

Máy đo quang của CH Pháp PRIM

Các hóa chất đều thuộc loại tinh khiết hóa học và tinh khiết phân tích của các nước: Pháp, Nga:

Muối KNO3, NH4Cl, natri kali tactrat, KCl, phenol

Dung dịch netle (muối HgCl2, KI)

Kiềm: NaOH rắn

Axit: H2SO4 đậm đặc

Khảo sát số lần chiết amoni và nitrat trong than bùn

Xây dựng đường chuẩn amoni và nitrat

Xác định hệ số chiết tách amoni và nitrat trong than bùn

Xác định hệ số khô kiệt

Đánh giá sai số thống kê của phương pháp

Xây dựng quy trình phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS

Áp dụng quy trình xác định hàm lượng amoni và nitrat ở một số mẫu than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng

4 Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Lê Thị Mùi

5 Ngày giao đề tài: ngày 01 tháng 10 năm 2012

6 Ngày hoàn thành: ngày 10 tháng 05 năm 2013

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng … năm 2013

Kết quả điểm đánh giá:….…….…

Ngày …… tháng …… năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký và ghi rõ họ tên)

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

cô Lê Thị Mùi – người cô đầy tâm huyết đã trực tiếp truyền thụ cho em những kiến thức quý báu từ những ngày đầu làm quen với ngành học, cho đến hôm nay – khi em học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm

ơn cô!

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình đã ủng hộ rất lớn về mặt tinh thần cho em trong thời gian học tập tại giảng đường Đại học và trong thời gian em làm khóa luận tốt nghiệp

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2013

Sinh viên

Trần Thị Thúy

LỜI MỞ ĐẦU 2

1 Tính c ấp thiết của đề tài 2

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Nitrat, amoni và dư lượng của nó trong than bùn 4

1.1.1 Giới thiệu về amoni .4

1.1.1.1 Cấu tạo và tính chất vật lý 4

1.1.1.2 Tính chất hóa học 4

1.1.2 Giới thiệu về nitrat 5

1.1.2.1 Cấu tạo 5

1.1.2.2 Tính chất vật lý 5

1.1.2.3 Tính chất hóa học 6

1.1.2.4 Tính chất sinh học 7

1.1.3 Nguồn gốc xuất hiện nitrat, amoni trong than bùn 7

1.1.4 Vai trò của nitrat và amoni 9

1.1.5 Tác hại lượng dư của amoni và nitrat 9

1.1.5.1 Tác hại của dư lượng amoni 9

1.1.5.2 Tác hại của dư lượng nitrat 10

1.2 Các phương pháp xác định hàm lượng amoni và nitrat 11

1.2.1 Các phương pháp xác định hàm lượng amoni 11

1.2.1.1 Phương pháp chuẩn độ 11

1.2.1.2 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS 11

1.2.2 Các phương pháp xác định nitrat 11

1.2.2.1 Phương pháp điện hóa 11

1.2.2.2 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS 11

1.3 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 13

1.3.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 13

1.3.2 Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang 13

1.3.2.2 Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max 13

1.3.2.3 Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer 13

1.3.2.4 Các yếu tố khác 14

1.3.3 Các phương pháp phân tích định lượng 14

1.3.3.1 Phương pháp đường chuẩn 14

1.3.3.2 Phương pháp thêm chuẩn 15

1.4 Sơ lược về than bùn và ứng dụng của nó 16

1.4.1 Sự hình thành và phân loại than bùn 16

1.4.2 Tính chất vật lý của than bùn 17

1.4.3 Thành phần hóa học của than bùn 17

1.4.4 Thành phần nguyên tố của than bùn 18

1.4.5 Ứng dụng của than bùn 18

1.4.5.1 Làm chất đốt 18

1.4.5.2 Làm chất kích thích sinh trưởng 18

1.4.5.3 Làm chất hấp phụ 19

1.4.5.4 Làm phân bón 19

1.4.6 Than bùn ở Việt Nam và trên thế giới 20

1.4.6.1 Than bùn trên thế giới 20

1.4.6.2 Than bùn ở Việt Nam 21

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 24

2.1.1 Thiết bị 24

2.1.2 Dụng c ụ 24

2.1.3 Hóa chất 24

2.2 Cách pha các loại dung dịch 25

2.2.1 Dung dịch chuẩn NH4Cl 10 mg nitơ/l (mgN/l) 25

2.2.2 Dung dịch chuẩn KNO3 100 mgN/l 25

2.2.3 Dung dịch KCl 0,1 N 25

2.2.4 Dung dịch netle 25

2.2.6 Axit đisunphophenic 25

2.2.7 Dung dịch NaOH 10% 25

2.3 Những vấn đề cần nghiên cứu 25

2.4 Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích 26

2.4.1 Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng amoni 26

2.4.1.1 Khảo sát số lần chiết than bùn bằng dung dịch KCl 0.1 N 26

2.4.1.2 Xác định hệ số chiết tách NH4+ 26

2.4.1.3 Xây dựng đường chuẩn NH4+ 27

2.4.2 Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng nitrat 27

2.4.2.1 Khảo sát số lần chiết than bùn bằng nước cất 27

2.4.2.2 Xác định hệ số chiết tách NO3- 27

2.4.2.3 Xây dựng đường chuẩn NO3- 28

2.4.3 Xác định hệ số khô kiệt 29

2.4.4 Đánh giá sai số thống kê của phương pháp 29

2.4.5 Quy trình phân tích 31

2.4.5.1 Phân tích mẫu than bùn 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32

3.1 Kết quả nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng nitrat 32

3.1.1 Kết quả khảo sát số lần chiết than bùn bằng nước cất 32

3.1.2 Đường chuẩn xác định nitrat 33

3.1.3 Kết quả xác định hệ số chiết tách nitrat trong than bùn 34

3.1.4 Kết quả xác định hệ số khô kiệt nitrat 37

3.1.5 Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp 37

3.1.6 Quy trình xác định hàm lượng nitrat trong một số mẫu than bùn 37

3.1.7 Kết quả xác định hàm lượng nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu 38

3.2 Kết quả nghiên cứu điều kiện của phương pháp phân tích định lượng amoni 40

3.2.2 Đường chuẩn xác định amoni 40

3.2.3 Kết quả xác định hệ số chiết tách amoni trong than bùn 41

3.2.4 Kết quả xác định hệ số khô kiệt amoni 43

3.2.5 Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp 44

3.2.6 Quy trình xác định hàm lượng amoni trong một số mẫu than bùn 44

3.2.7 Kết quả xác định hàm lượng amoni trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

1 Kết luận 47

2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Bảng 1.1 Hàm lượng các chất dinh dưỡng của một số mẫu than bùn ở vùng Đông

Nam Bộ 22

Bảng 1.2 Đặc tính của mẫu than bùn Bàu Sấu – Hòa Khánh – Liên Chiểu – Đà Nẵng 23

Bảng 1.3 Đặc tính của mẫu than bùn ở Ninh Bình 23

Bảng 3.1 Mật độ quang của dung dịch màu sau ba lần chiết 33

Bảng 3.2 Giá trị mật độ quang c ủa các mẫu chuẩn 33

Bảng 3.3 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Tràm 34

Bảng 3.4 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Sấu 34

Bảng 3.5 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Vàng 35

Bảng 3.6 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Bàu Mạc 35

Bảng 3.7 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở Vịnh Xuân Dương 35

Bảng 3.8 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở hồ phường Hòa Khánh Bắc 36

Bảng 3.9 Hệ số chiết tách nitrat trong than bùn ở hồ gần nhà máy xi măng Cosevco 37

Bảng 3.10 Hệ số khô kiệt nitrat 37

Bảng 3.11 Sai số thống kê của phương pháp phân tích định lượng nitrat 37

Bảng 3.12 Kết quả phân tích hàm lượng nitrat trong mẫu than bùn 38

Bảng 3.13 Mật độ quang của dung dịch màu sau ba lần chiết 40

Bảng 3.14 Giá trị mật độ quang của các mẫu chuẩn 40

Bảng 3.15 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Tràm 41

Bảng 3.16 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Sấu 41

Bảng 3.17 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Vàng 42

Bảng 3.18 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Bàu Mạc 42

Bảng 3.19 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở Vịnh Xuân Dương 42

Bảng 3.20 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở hồ phường Hòa Khánh Bắc 43

Bảng 3.21 Hệ số chiết tách amoni trong than bùn ở hồ gần nhà máy xi măng Cosevco 43

Bảng 3.22 Hệ số khô kiệt amoni 43

Bảng 3.23 Sai số thống kê của phương pháp phân tích định lượng amoni 44

Bảng 3.24 Kết quả phân tích hàm lượng amoni trong mẫu than bùn 45

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu tạo tứ diện đều của ion amoni 4

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang 13

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ 14

Hình 1.4 Đường chuẩn của phương pháp đo quang 15

Hình 2.1 Máy đo quang PRIM 24

Hình 2.2 Máy khuấy từ HI 190M 24

Hình 2.3 Bàu Tràm 31

Hình 2.4 Bàu Mạc 31

Hình 2.5 Hồ gần nhà máy xi măng Cosevco 32

Hình 2.6 Vịnh Xuân Dương 32

Hình 2.7 Bàu Sấu 32

Hình 2.8 Bàu Vàng 32

Hình 2.9 Hồ ở Phường Hòa Khánh Bắc 32

Hình 3.1 Đồ thị đường chuẩn xác định NO3- 34

Hình 3.2 Đồ thị đường chuẩn xác định NH4+ 41

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia có nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp Do Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, bốn mùa mưa thuận gió hòa, đất đai màu mỡ, phì nhiêu, đặc biệt là đất bùn chiếm một lượng rất lớn và phân bố đều khắp các vùng trong cả nước Hiện

nay, có nhiều mỏ than bùn đang được thăm dò, tìm kiếm và nghiên cứu để đưa vào sử dụng

Đặc điểm của than bùn là giàu nitơ, nghèo lân và rất nghèo kali, thường chua Mà nitơ là một trong những nguyên tố quan trọng, cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của thực vật nói chung, cây trồng nói riêng Nó có trong tất cả các protit đơn giản và phức tạp,

trong nhiều vitamin, enzim của cơ thể thực vật

Bón phân cho đất tức là tăng cường các loại chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và kali và các vi chất dinh dưỡng như Bo, Cl, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo và Se mục đích là để thúc đẩy cây cối phát triển

Việc xác định amoni và nitrat trong than bùn để làm phân bón rất quan trọng Nhu cầu nitơ của mỗi loại cây trồng khác nhau thì khác nhau, nhu cầu đó đối với các giai đoạn khác nhau của cùng một loại cây trồng cũng không giống nhau Trong thời kì phát triển cây trồng cần rất nhiều nitơ, nhất là các cây lấy thân, lá Cung cấp đủ nitơ (cùng các điều kiện khác), hiệu suất quang hợp sẽ tăng lên, tạo điều kiện cho các quá trình tích lũy các chất dinh dưỡng trong cây Khi thừa nitơ, thời kì sinh trưởng kéo dài, gluxit tiêu hao sẽ lớn hơn gluxit tích lũy, làm giảm hiệu quả sản xuất

Vì vậy việc xác định amoni và nitrat trong than bùn để sử dụng làm phân bón là vấn

đề chúng tôi quan tâm trong đề tài này

Để khảo sát hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn phục vụ làm phân bón chúng

tôi thực hiện đề tài: “Phân tích đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong một số mẫu than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng để làm phân bón bằng phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS”

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Các kết quả thu được của đề tài góp phần xây dựng một phương pháp phân tích thích hợp để xác định hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn phù hợp điều kiện phòng thí nghiệm

Trên cơ sở đó áp dụng vào phân tích một số mẫu than bùn thực tế để đánh giá hàm lượng amoni và nitrat trong than bùn trên địa bàn quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng Thông qua kết quả phân tích có thể xác định được mẫu than bùn nào có thể dùng để làm phân bón

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Nitrat, amoni và dư lượng của nó trong than bùn

1.1.1 Giới thiệu về amoni [18]

1.1.1.1 Cấu tạo và tính chất vật lý

Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử hidro ở đỉnh và nguyên tử nitơ trung tâm Mô tả cấu tạo hình tứ diện đều của ion NH4+ được thể hiện trên

hình 1.1

Hình 1.1 Cấu tạo tứ diện đều của ion amoni

Do đó muối amoni có nhiều tính chất giống với muối của kim loại kiềm như dạng tinh thể, độ hòa tan Ion NH4+ không màu nên các muối amoni đều không màu và dễ tan trong nước

- Ở nhiệt độ thường: NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

- Nếu là muối của axit khó bay hơi và nhiều nấc thì đun nóng sẽ biến thành muối axit và giải phóng amoniac

(NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3 ↑

NH4HSO4 → H2SO4 + NH3↑

H2SO4 → SO3 ↑ + H2O 3SO3 + 2NH3 → 3SO2 + N2 + 3H2O

- Muối của amoni trong thực tế được dùng nhiều để làm phân đạm, quan trọng hơn hết là các muối NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4

1.1.2 Giới thiệu về nitrat [13]

1.1.2.1 Cấu tạo

Ion nitrat là ion gồm nhiều nguyên tử với công thức phân tử NO3 − và khối lượng phân tử là 62,0049 g/mol Ion nitrat là bazơ liên hợp của axit nitric, gồm một nguyên tử nitơ trung tâm bao quanh bởi ba nguyên tử ôxy giống hệt nhau xếp trên một mặt phẳng tam

giác

1.1.2.2 Tính chất vật lý [17]

Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện ly mạnh Trong dung dịch, chúng phân ly hoàn toàn thành ion Ion nitrat không có màu, nên màu của một số muối

nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên

Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3 hấp thụ hơi nước trong không khí nên

dễ bị chảy rửa

1.1.2.3 Tính chất hóa học [13]

Nitrat là muối kém bền của axit HNO3

HNO3 không bền, bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng

4HNO3 →4NO2 + O2 + H2O Trong nước, HNO3 là axit mạnh

HNO3 + H2O → H3O+ + NO3

-Hỗn hợp axit nitric và axit clohidric theo tỉ lệ 1: 3 được gọi là nước cường thủy hay nước cường toan Đây là một trong những chất có tính oxi hóa mạnh nhất, dùng để chuyển những hợp chất khó tan thành dung dịch Các sulfua, thioanhidrit, các kim loại quý, các hợp kim không tan trong axit nhưng tan trong nước cường thủy Tác dụng hòa tan mạnh của nước cường thủy dựa trên khả năng oxi hóa mạnh của clo mới sinh

HNO3 + 3HCl → NOCl + Cl2 + 2H2O Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước Khi bị nung nóng chúng bị phân hủy

2NaNO3 → 2NaNO2 + O2

NH4NO3 → N2O + 2H2O 2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2 + O2

Trong môi trường axit, nitrat có tính oxi hóa mạnh thể hiện qua thế oxi hóa khử

trường kiềm, sản phẩm của quá trình nitrô hóa sẽ có màu Đây là cơ sở để định lượng nitrat bằng phương pháp trắc quang

1.1.2.4 Tính chất sinh học [13]

Đối với thực vật, nitrat hấp thụ đất và nước và là nguồn thức ăn cần thiết Trong thời

kỳ phát triển, nếu thiếu nitrat thực vật sẽ hạn chế sự sinh trưởng Tuy nhiên, khi hàm lượng nitrat trong môi trường khá lớn, nitrat sẽ kết hợp với SO2 trong không khí và O3 tạo thành chất có tác động hủy hoại đời sống cây trồng

Trong các hợp chất chứa nitơ thường hiện diện ở môi trường sống thì nitrat luôn đóng vai trò quan trọng vì hàm lượng của nó là một yếu tố để đánh giá mức độ ô nhiễm Nồng độ nitrat cao trong đất và nước ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật ở đó Nó

sẽ làm chết các loài cá ở sông hồ, tác động đến đời sống các động vật gặm nhấm sinh sống nơi mặt đất Đối với con người, nhiễm độc nitrat ít gây tử vong, nhưng nó là nguyên nhân gây ra một số bệnh ung thư, hiện tượng quái thai và sinh non So với người lớn và trẻ em thì trẻ em sơ sinh đặc biệt dễ bị nhiễm độc Nó gây ra tình trạng thiếu máu hay còn gọi là triệu chứng methemoglobinemia Nitrat xâm nhập vào cơ thể con người do sử dụng thực phẩm có chứa nhiều nitrat như thịt hộp có chứa nhiều chất tạo màu và chất bảo quản, các loại rau củ có dư lượng phân bón chứa nitrat Chính vì tính độc hại của nitrat nên người ta cần phải có những quy định chặt chẽ nhằm kiểm soát sự có mặt của nó Để đánh giá sự trong sạch của môi trường sống, nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe của người dân nên nhiều phương pháp xác định nitrat ra đời

1.1.3 Nguồn gốc xuất hiện nitrat, amoni trong than bùn [18]

Nitơ trong than bùn không có nguồn gốc từ khoáng mà chủ yếu là do nguồn gốc

hữu cơ và nguồn cố định từ không khí cung cấp

Đạm phần lớn nằm trong thành phần của các hợp chất hữu cơ trong than bùn, hàm

lượng dự trữ của đạm trong than bùn phụ thuộc trước hết vào lượng mùn trong than bùn

Nitơ được cố định sinh học từ khí quyển bởi các vi khuẩn, nấm, tảo, mà chủ yếu là

vi khuẩn Chúng có khả năng cố định nitơ từ dạng nguyên tố thành nitơ ở dạng hợp chất phức tạp khác nhau và NH4+

Trong điều kiện thoáng khí, NH4+ ban đầu sinh ra do quá trình khoáng hóa nitơ hữu

cơ sẽ liên tục chuyển hóa và biến thành NO3- Qúa trình này diễn ra theo 2 giai đoạn:

-Từ nguồn phân bón nhân tạo vô cơ và hữu cơ: Nguồn nitơ từ phân bón vô cơ và hữu

cơ là một trong những nguồn làm xuất hiện nitơ trong than bùn Do lượng phân bón chứa nitơ đưa vào đất càng lớn và thường xuyên nên đã ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng nitơ trong than bùn Thông qua quá trình rửa trôi nitơ trong đất sẽ bị rửa trôi theo nước xuống các ao, hồ và tích tụ trong than bùn

Nguồn nitơ từ nước mưa khí quyển: Nitơ trong khí quyển đi vào than bùn theo nước mưa, do hiện tượng quang hóa các phân tử nitơ bị tách thành các ion, sau đó là liên kết với oxi tạo thành axit nitrit Do đó nitơ trong nước mưa khí quyển có 2 dạng: amoni và nitrat Hàm lượng nitơ nhận được từ nguồn này cũng rất khác nhau, nó phụ thuộc vào mùa trong năm và vùng địa lý khác nhau

+ Nitơ được hình thành từ các trận mưa giông có sấm sét

NH3 → HNO2 → HNO3 → Ca(NO3)2

+ Qúa trình cố định nitơ phân tử theo 2 hướng cơ bản: con đường khử và con đường oxy hóa:

 Con đường khử theo chuỗi biến hóa sau:

N2 → HN = NH → H2N – NH2 → NH3 → NH4OH

 Con đường oxy hóa:

N2 → N2O → HNO2 → NH4OH Trong thiên nhiên nitrat là sản phẩm từ sự thoái hóa hoàn toàn chất hữu cơ có gốc nitơ trong chu trình nitrogen và là nguồn chủ yếu cung cấp nitơ cho vi sinh vật và cây xanh Nitrat là một dạng đạm trong than bùn được tạo thành do quá trình nitrat hóa có sự tham gia của vi sinh vật nên NO3- có trong than bùn Thường thì lượng nitrat này không đủ để nuôi lớn cây trồng, nên người ta phải bón phân chứa NO3- thêm cho đất Tuy nhiên, lượng nitrat tồn tại trong than bùn không ổn định, nó phụ thuộc vào chu trình tăng trưởng của cây xanh Nếu cây xanh cần nhiều nitrat thì lượng nitrat tích tụ trong đất ít và ngược lại

1.1.4 Vai trò của nitrat và amoni [18]

Đạm là thành phần dinh dưỡng quan trọng của thực vật, thành phần cấu tạo nên protit, chất diệp lục, men và các chất hữu cơ khác cấu tạo nên tế bào thực vật Đạm điều tiết các hoạt động sống của cây, tham gia trong các chất kích thích sinh trưởng, các vitamin Đạm có hoạt tính sinh học rất cao, người ta thấy đạm có trong các enzim xúc tiến các quá trình biến đổi sinh hóa trong cơ thể sống Vì vậy, nitơ có tính quyết định tới sinh trưởng và

phát triển của thực vật, là nguyên tố quyết định năng suất của cây trồng

Thiếu đạm cây bị vàng và rụng sớm; thiếu đạm cây sinh trưởng và phát triển kém, còi cọc, chồi bị thui chột Cây thiếu đạm buộc phải hoàn thành chu kỳ sống nhanh, thời gian tích lũy ngắn, giảm năng suất

1.1.5 Tác hại lượng dư của amoni và nitrat

1.1.5.1 Tác hại của dư lượng amoni [18]

Thừa đạm do cây phải hút nhiều nước để giảm nồng độ NH4+ trong cây nên tỉ lệ nước trong lá cao Thân lá vươn dài, mềm mại, che bóng lẫn nhau, ảnh hưởng đến quang hợp, cây dễ bị ộp đổ

Đạm hữu cơ hòa tan (amin, amit) trong cây nhiều cây dễ bị mắc bệnh

Thừa đạm tỉ lệ diệp lục trong lá cao, lá có màu xanh tối, lại hấp dẫn côn trùng nên thường bị sâu bọ phá hoại mạnh

Thừa đạm quá trình sinh trưởng và sinh dưỡng kéo dài, quá trình ra hoa và kết quả

bị chậm lại, lâu thu hoạch

Thừa đạm làm cho chất lượng nông sản kém, giá trị sinh học thấp: dư thừa NO3-,

NH4+ trong rau quả

Thừa đạm cây không dùng hết nên có thể gây ô nhiễm đất

Amoni thực ra không quá độc đối với cơ thể con người Nhưng trong quá trình khai thác, xử lý nó chuyển hóa thành nitrit và nitrat Nitrit là chất độc rất có hại cho cơ thể

1.1.5.2 Tác hại của dư lượng nitrat

Phân bón hóa học tốt cho cây trồng, theo đánh giá của Viện Dinh Dưỡng cây trồng

quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng Nhưng không phải tất cả lượng phân bón trên được cho vào đất, được phun lên lá cây sẽ được hấp thụ hết Phân đạm chỉ hấp thụ khoảng 30-45%, phân lân từ 40-45% và phân kali 40-50% tùy theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón Nếu lượng phân bón vô cơ chưa sử dụng hết thì một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao hồ, sông, suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt, một phần bị trục di (thấm rút theo chiều dọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản ứng nitrat hóa gây ô nhiễm không khí, nguồn đất và nước

Bản chất của NO3- tự nó không ảnh hưởng gì đến sức khỏe của con người và thú vật, nhưng khi xâm nhập vào cơ thể con người, có thể biến dạng thành NO2-, rất độc [14]

+ Tiềm năng gây ung thư

Ung thư dạ dày: NO2- sinh ra từ NO3- dễ tác động với các amin tạo thành nitrosamine, một hợp chất gây ung thư

Ung thư thực quản: chất này theo tuyến nước bọt vào thực quản tích tụ ở đây và gây bệnh

+ Tăng nguy cơ sẩy thai và gây quái thai

+ Làm hạ huyết áp

+ Nitrit sinh ra phản ứng với hemoglobin tạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxy của hemoglobin

4HbFe2 + O2 + 4NO2- + 2H2O → 2HbFe3 + OH- + 4NO3- + O2

Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em Khi mắc bệnh, trẻ xanh xao, chậm lớn, gầy yếu và dễ bị đe dọa đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi [13]

1.2 Các phương pháp xác định hàm lượng amoni và nitrat [3, 4, 6, 7, 10]

1.2.1 Các phương pháp xác định hàm lượng amoni

1.2.1.1 Phương pháp chuẩn độ

Cho NaOH đặc vào bình cất có chứa mẫu amoni, khi đó có phản ứng:

NH4+ + OH- → NH3 + H2O Dùng axit dư (nồng độ xác định) để hấp thụ amoniac theo phản ứng:

HCl + NH3 → NH4Cl Sau đó dùng NaOH chuẩn độ lượng axit dư với chỉ thị metyl da cam

Phản ứng chuẩn độ: NaOH + HCl → NaCl + H2O

1.2.1.2 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS

+ Nguyên tắc của phương pháp:

Trắc quang phân tử UV – VIS là phương pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch nghiên cứu với dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian hơn so với các phương pháp khác lại cho kết quả có độ chính xác cao

+ Phương pháp dùng thuốc thử Netle

Thuốc thử Netle tạo dung dịch màu vàng với amoni Dựa vào mật độ quang dung dịch đo được để xác định nồng độ amoni trong dung dịch

Phản ứng phân tích:

NH4+ + 2K2[HgI4] + 2OH- → [(Hg)2NH2]I↓ + 5I- + 4K+ + 2H2O

Mật độ quang đo tại bước sóng 400 nm

Xác định nồng độ amoni bằng phương pháp thêm chuẩn hay đường chuẩn

1.2.2 Các phương pháp xác định nitrat

1.2.2.1 Phương pháp đi ện hóa

Sử dụng điện cực chọn lọc với ion nitrat để đo thế của dung dịch với điện cực calomen (Hg/Hg2Cl2/Cl-) hay điện cực bạc clorua (Ag, AgCl/Cl-)

Các anion khác như Cl-, SO42- ảnh hưởng đến việc xác định hàm lượng nitrat

1.2.2.2 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS

+ Phương pháp dùng thuốc thử netle

Chuyển ion nitrat thành ion amoni rồi chuẩn độ như mục 1.2.1.1

Hợp kim Davarda (hợp kim 50%Cu, 45%Al, 5%Zn) tác dụng với kiềm tạo hidro mới sinh Hidro mới sinh này sẽ khử ion nitrat thành ion amoniac

Phương trình phản ứng:

NO3- + 8H → NH3 + 2H2O + OH

-Tiến hành đo mật độ quang với thuốc thử netle ở bước sóng 400 nm

+ Phương pháp dùng thuốc thử natri salixilat

Ion nitrat và thuốc thử natrisalixilat tác dụng với nhau trong môi trường kiềm tạo thành dung dịch có màu vàng Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng khoảng 415

nm để xác định hàm lượng nitrat trong dung dịch

C6H4(COONa)(OH) + NO3- → C6H3(COONa)(OH)(NO2)o-nitrosalixilat natri

→ C6H3(COONa)(OH)(NO2)p-nitrosalixilat natri

Xác định nồng độ nitrat theo phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn

Độ chính xác của phương pháp bị ảnh hưởng của Ca2+, Mg2+

+Phương pháp dùng thuốc thử 2,6 đimetylphenol

Trong dung dịch axit sunfuric hoặc axit photphoric, ion nitrat phản ứng với thuốc thử 2,6 đimetylphenol tạo dung dịch có màu vàng Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng 415 nm sau khi phản ứng xảy ra 10 phút

Xác định nồng độ nitrat bằng phương pháp đường chuẩn hay thêm chuẩn

+ Phương pháp dùng thuốc thử phenol đisunfuric

Ion nitrat có trong mẫu tác dụng với thuốc thử axit phenolđisunfuric tạo nitrophenol khi kiềm hóa tạo dung dịch có màu vàng

Đo mật độ quang của dung dịch tạo thành tại bước sóng 415 nm

Phản ứng phân tích:

C6H3(HSO3)OH + 3HNO3 → C6H2(OH)(NO2)3 + 2H2SO4 + H2O

C6H2(OH)(NO2)3 + OH- → C6H2(NO2)3O- + H2O (dung dịch có màu vàng)

Xác định nồng độ nitrat bằng phương pháp đường chuẩn hay thêm chuẩn

Dựa trên các tài liệu tham khảo và các điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm, chúng tôi chọn phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS để phân tích hàm lượng amoni, nitrat trong than bùn

1.3 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [5]

1.3.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS

Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định

Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:

Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang được thể hiện ở hình 1.2

Nguồn

bức xạ

liên tục

Bộ phận tạo tia đơn sắc

Cuvet đựng dung dịch

Detectơ Chỉ thị

kết quả

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang

1.3.2 Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang

1.3.2.1 Sự đơn sắc của bức xạ điện từ

Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng tuyến tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc

1.3.2.2 Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max

Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi là λmax

Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị λmax

1.3.2.3 Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer

Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính Cmin - Cmax, phụ thuộc vào máy

đo, dung dịch phân tích (hình 1.3)

1.3.3 Các phương pháp phân tích định lượng

1.3.3.1 Phương pháp đường chuẩn

Xây dựng đường chuẩn D = f (C)

Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng độ chính xác khác nhau, tăng dần: C1, C2, C3, C4, C5,…

Thêm thuốc thử phân tích, tạo môi trường phù hợp

Đo mật độ quang cho các dung dịch chuẩn ta được các giá trị D1, D2, D3, D4, D5,… Xây dựng đồ thị D = f (C) theo dạng tuyến tính bậc một: y = a.x + b

Hình 1.4 Đường chuẩn của phương pháp đo quang

Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch chuẩn, đưa vào máy đo mật độ quang Dx, dựa vào phương trình của đồ thị để xác định Cx

Đặc điểm của phương pháp:

Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ chính xác cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống

Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần không giống như dung dịch mẫu phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta không xác định được, nhiều thao tác nên tốn thời gian

1.3.3.2 Phương pháp thêm chuẩn

Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích có nồng độ Cx: Dx = K.Cx

Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích Cch, đưa vào máy đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(Cx + Cch)

Cch Cx

Cx D

Cch Dx



.

Ưu điểm của phương pháp là loại bỏ được ảnh hưởng của các thành phần khác có trong dung dịch phân tích, dễ viết chương trình cho máy Tuy nhiên, phương pháp này

cũng có hạn chế là tốn thời gian, yêu cầu phải rất tuyến tính (K như nhau trong hai phép đo)

1.4 Sơ lược về than bùn và ứng dụng của nó

1.4.1 Sự hình thành và phân loại than bùn [9, 12]

Than bùn được hình thành do sự phân hủy của các giống, loài thực vật xảy ra trong

nước dưới ảnh hưởng của khí hậu ẩm ướt Vật liệu bị phân hủy tích tụ ngay tại nơi của thực vật sinh sống Các giống loài thực vật phát triển trong nước, sau khi chết bị than hóa hoặc mùn hóa trong điều kiện không có không khí Sự than hóa hoặc mùn hóa là kết quả của sự phân hủy của thực vật dưới tác động của các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm )

Than bùn là một hỗn hợp của thực vật đầm lầy đủ loại: mùn, vật liệu vô cơ và nước, trong đó di tích thực vật chiếm hơn 60% Than bùn là loại vật liệu có thể chứa tới 50 – 60% carbon khi khô

Dựa theo sự phân hủy xác của thực vật có thể phân loại than bùn thành 3 loại: than bùn nông, than bùn sâu, than bùn chuyển tiếp

+ Than bùn nông là loại than bùn được hình thành do sự tích tụ của xác, bã của các loại cây có ít chất dinh dưỡng như lau, sậy, lác ở những địa hình tương đối cao nên loại than bùn này ít chất dinh dưỡng và chua

+ Than bùn sâu được hình thành từ những vùng có địa hình thấp, những vùng trũng, có đầm lầy nước đọng và nhiều chất dinh dưỡng, các loại cây như: cỏ lông lợn, rêu, cỏ sâu róm, lau, sậy, lác, lăn và nhiều cây nhỏ khác xác bã của các loại cây này tích tụ dần thành bùn sâu, đây là loại than bùn giàu chất dinh dưỡng, ít chua

+ Than bùn chuyển tiếp là loại than bùn nằm giữa hai loại than bùn sâu và than bùn nông, nghèo chất dinh dưỡng và chua

1.4.2 Tính chất vật lý của than bùn

- Than bùn có màu đen, sẫm hoặc nâu, xốp, mịn hoặc hòa quyện thành bùn

- Than bùn có mức độ phân giải khác nhau, có thể còn giữ nguyên dạng của cây hoặc 30 – 40% hình dạng của cây khô phân biệt ít mùn mục

- Hàm lượng đạm khoảng 0.98 – 1.75% theo trọng lượng khô, lân trong khoảng 0.035 – 0.17%, kali trong khoảng 0.14 – 1%

- Bề dày của các mỏ than bùn ở nước ta khoảng 0.5 – 3.6 m thường nằm ở lớp đất mặt (từ 0.2 – 3.5m), có khi nằm lộ thiên, thường chua

1.4.3 Thành phần hóa học của than bùn

- Hàm lượng chất hữu cơ: Thành phần các chất hữu cơ hoàn toàn phụ thuộc vào thực vật tạo than, mức độ phân hủy và môi trường trong đó than bùn được hình thành Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học cho rằng than bùn có 5 nhóm hữu cơ căn bản:

+ Nhóm chất hữu cơ hòa tan trong nước gồm polisaccarit, amin, thành phần này dao động trong khoảng 5 – 10% tùy theo mức độ phân hủy

+ Nhóm chất hữu cơ tan trong este và rượu gồm axit béo, sáp thành phần này dao động trong khoảng rộng, liên quan chặt chẽ đến thực vật tạo thành than

+ Nhóm các chất xenlulozo, hemixenlulozo chiếm khoảng 5 – 10 %

+ Nhóm gilin và các dẫn xuất của nó chiếm khoảng 5 – 40% rất bền đối với sự tác động của vi sinh vật

+ Nhóm hợp chất chứa nitơ chiếm tỉ lệ thấp khoảng 0.3 – 4%

Chất hữu cơ chiếm khoảng 48 – 65.9% chủ yếu là axit humic

- Chất mùn trong than bùn: Mùn là hợp chất cao phân tử, có thành phần không ổn định, được hình thành khi phân hủy chất hữu cơ hoặc mùn hóa chất hữu cơ, trong than bùn tổng lượng mùn có thể đạt tới vài chục phần trăm Ở trạng thái khô, chất mùn có màu đen, cứng giòn, có khả năng hấp thụ nhiều nước và chất dinh dưỡng, chất mùn hòa tan từng phần trong dung dịch kiềm, bị kết tủa trong dung dịch axit và đặc biệt rất bền dưới tác dụng

của các vi sinh vật trong điều kiện yếm khí, ngược lại trong điều kiện thoáng khí chất mùn

có thể bị biến đổi bởi một số loại nấm Người ta có thể chia chất mùn ra hai nhóm hợp chất: + Nhóm mùn không đặc trưng: gồm các sản phẩm phân giải xác hữu cơ, những sản phẩm trao đổi và tổng hợp của vi sinh vật, những chất hữu cơ này bị mùn hóa và có thành phần xác hữu cơ

+ Nhóm mùn đặc trưng: gồm các chất hữu cơ phức tạp đã bị mùn hóa, chúng không có thành phần của xác hữu cơ mà chỉ hình thành trong quá trình mùn hóa, chiếm khoảng 80 – 90% trong than bùn Nhóm mùn đặc trưng hay còn gọi là chất mùn là một hệ thống của các hợp chất cao phân tử, chứa nitơ, có cấu trúc vòng và tính axit

1.4.4 Thành phần nguyên tố của than bùn

Thay đổi theo mẫu vật phân tích thành phần thực vật, mức độ phân hủy của thực vật

và theo cả độ sâu của mỏ than Trong các nguyên tố tạo than, thành phần cacbon, oxy, hidro là nổi bật vì nó chiếm hầu hết thành phần của than Các nguyên tố thường gặp trong các loại than bùn là: N, P, K, Na, S, Al, Fe

dụng cho cây lúa đã nâng cao từ 10 – 20%, cho cây chè tăng lên 40 -50%, cho cà chua tăng

từ 60 – 70% Ngoài ra còn một số thí nghiệm ở gà, lợn cho năng suất tăng từ 15 – 20%

1.4.5.3 Làm chất hấp phụ

Nhà khoa học Beczeliuns đã nghiên cứu về khả năng hấp phụ, trao đổi cation của các chất mùn (trong than bùn, than nâu), than bùn có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp cũng như công nghiệp

Trong nông nghiệp thường xảy ra hiện tượng đất phì nhiêu, để hạn chế hiện tượng

đó người ta đã sử dụng chất mùn, bởi lẽ chất mùn có trong đất trồng hấp phụ trao đổi và giữ lại các cation có trong dung dịch nước, làm cho thành phần chất dinh dưỡng của đất trồng thường xuyên được bù đắp và nâng cao

Trong thời gian gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng hấp phụ trao đổi cation của than bùn để tách các kim loại nặng ra khỏi nước thải, hay từ dung dịch loãng nhằm mục đích làm sạch nước thải bảo vệ môi trường Ví dụ như nghiên cứu của Szalay: nếu cho một mẫu than bùn vào dung dịch nitrat uran rất loãng ở độ pH = 4 – 6 thì cation UO22+ trong dung dịch “mất đi” một cách nhanh chóng

Trong công nghiệp, than bùn được sử dụng để bảo vệ môi trường Nhà nghiên cứu Minxơ sử dụng than bùn để tái sinh nước thải khỏi các ion thủy ngân (Hg2+), chì (Pb2+) và các chất phóng xạ Ngoài ra than bùn còn được dùng để hấp thụ chọn lọc các sản phẩm dầu