BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHỊNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM(VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘC CHẤT HỌC HẢI PHÒNG, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHỊNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM(VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘC CHẤT HỌC Bộ môn: ĐỘC CHẤT HỌC Nhóm thực hiện: Nhóm Tổ HẢI PHỊNG, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới thầy cô Bộ môn Độc Chất Học hướng nghiên cứu, hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho chúng tơi suốt q trình nghiên cứu thực tiểu luận Chúng xin trân trọng cảm ơn tới Thạc sĩ Bùi Hải Ninh, Giảng viên Vũ Thị Dung giúp đỡ học tập hồn thiện tiểu luận Cuối cùng, chúng tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến người khơng thể thiếu bên chúng tơi gia đình, bạn bè cổ vũ, động viên, thông cảm, giúp đỡ chúng tơi vật chất, tinh thần để chúng tơi hoàn thành tiểu luận cách hiệu Hải Phòng, ngày 10 tháng 04 năm 2017 Nhóm thực hiện: Nhóm Tổ Lương Thảo Nhi Phạm Thị Oanh Nguyễn Kiều Trang Hoàng Thị Thanh Doãn Thị Thúy Quỳnh Đào Thị Hương Phan Thị Thủy Nguyễn Bá Thắng MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Nước chiếm đến 70% diện tích bề mặt Trái Đất, nguồn tài nguyên vô tận để trì hoạt động sống Tuy nhiên nay, tình hình thị hóó́a ngày gia tăng với xuất nhiều nhà máy, xí nghiệp không đảm bảo xử lý nước thải hợp lý gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng Mặt khác, thành phần gây độc mạnh nước thải kim loại nặng, điển hình Crom Việc phơi nhiễm dù với lượng nhỏ Crom ảnh hưởng trực tiếp đến người động, thực vật xung quanh Vì việc phân tích crom nước thải công nghiệp cần thiết với người Do vậy, thực nghiên cứu với đề tài: “NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM (VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS” Đề tài được thực với hai mục tiêu chính: Phân tích hàm lượng Crom(VI) nước thải công nghiệp phương pháp quang phổ UV - VIS Đề xuất phương án hạn chế ô nhiễm nguồn nước Chương 1: TỔNG QUAN 1.1: Giới thiệu chung nguyên tố Crom [1] Crom nguyên tố thuộc phân nhóm VIB, chu kỳ bảng hệ thống tuần hồn, có cấu hình lớp electron cùng: 3d5 4s1 Crom được ký hiệu Cr, số thứ tự nguyên tử 24, nguyên tử lượng Crom 51,996 đvC Crom có số oxi hố đặc trưng +3 đặc trưng +6 Ngồi ra, hợp chất Crom có số oxi hoá: +1; +2; +4; +5 Trữ lượng thiên nhiên Crom 6.10-3 % tổng số nguyên tử vỏ trái đất, nghĩa tương đối phổ biến Khoáng vật chính Crom sắt cromit Fe(CrO2)2 Crom được sử dụng luyện kim, mạ điện nhuộm màu, thuộc da… Các hợp chất cromat thường thêm vào nước mặn để ức chế ăn mòn kim loại Trong nước tự nhiên, Cr3+ tờn ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)-, Cr(IV) tờn ở dạng Người ta cho Cr3+ tạo phức bền với amin được bám vào khống sét Crom được coi không cần thiết cho trồng lại nguyên tố cần thiết cho động vật Crom kim loại được điều chế phương pháp nhiệt nhôm, dùng bột nhôm khử Crom(III) oxit Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3 Crom thu được chứa 97,99% Cr tạp chất sắt 1.2: Tính chất [1] 1.2.1 Tính chất vật lý Crom thể rõ rệt tính chất kim loại Nó kim loại màu trắng bạc có ánh kim, dẫn điện nhiệt tốt Crom tinh khiết dễ chế hoá học lẫn tạp chất trở nên cứng giòn Vì vậy, kim loại Crom kỹ thuật cứng Việc đưa crom vào thép làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn, độ bền hố chất loại thép đặc biệt Thép dụng cụ chứa 3% ÷ 4% Cr, thép khơng rỉ chứa 18% ÷ 25% Cr Một số số vật lý quan trọng Cr: • Nhiệt độ nóng chảy (Tnc): 1890oC • Nhiệt độ sơi (Ts): 3390oC • Thế điện cực (Eo): -0,91V • Độ âm điện theo paoling: 1,6 • Bán kính nguyên tử : 1,27 Ao • Năng lượng iơn hố : 6,77 eV 1.2.2 Tính chất hố học: Crom chất khử giống Al, bề mặt được bao phủ màng oxit mỏng, bền với không khí Crom không phản ứng trực tiếp với H 2, ở điều kiện thường không phản ứng với O2 đốt cháy không khí tạo thành Cr2O3 4Cr(rắn) + 3O2 = 2Cr2O3 ΔH = - 1141 KJ/mol Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom phản ứng với nhóm Halogen Thế điện cực tiêu chuẩn Crom E oCr 2+ / Cr = - 0,91 (V) Crôm khử được H + dung dịch HCl, H2SO4 lỗng, nóng giải phóng H2 Cr + 2H+ = Cr2+ + H2 Crom bị thụ động axit HNO3 H2SO4 đặc nguội Crom không tác dụng với nước có lớp oxit bảo vệ Crom tan được dung dịch kiềm Cr + NaOH + H2O = NaCrO2 + 3/2 H2 Crom tác dụng với muối kim loại tiêu chuẩn cao tạo thành muối Cr(II) Cr + Cu2+ = Cr2+ + Cu 1.3 Các hợp chất quan trọng Crom [1] 1.3.1 Hợp chất Crom(II) Các hợp chất Cr(II) có tính khử CrO ở 1000 oC bị khí H2 khử thành crom kim loại Còn Crom(II) hiđroxit thể tính khử mạnh 2Cr(OH)2 + O2 (kk) = 2Cr(OH)3 Và dễ bị oxi hoá thành Cr (III) Ví dụ: 4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O Muối Cr(II) ít bị thuỷ phân E Cr 3+ / Cr 2+ = - 0,41 (V), muối tan được nước cho iơn hiđrat hố [Cr(H2O)6]2+ có màu xanh lam 1.3.2 Hợp chất Crom(III) Cr(III) oxit: Là hợp chất bền crom, nóng chảy ở 2265 oC sôi ở 3027oC Cr2O3 trơ mặt hố học, sau nung nóng, khơng tan nước, dung dịch axit dung dịch kiềm Tính lưỡng tính Cr 2O3 thể nấu chảy với kiềm hay Kali hydro sunfat Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O Cr2O3 + 6KHSO4 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O Cr(III) hiđroxit: Cr(OH)3 có tính chất giống với nhơm hiđrơxit, kết tủa nhầy, màu lục nhạt, không tan nước chất lưỡng tính Khi điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng axit dung dịch kiềm Cr(OH)3 + 3H3O+ = [Cr(H2O)6]3+ Cr(OH)3 + OH − + nH2O = [ Cr(OH) (H 2O) ] − Tất ion được gọi chung hiđroxo Cromit, ln bền, đun nóng dung dịch phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH) Sở dĩ Cr(OH)3 có tính axit yếu Al(OH)3 Cr(III) hiđrôxit tan không đáng kể dung dịch NH tan dễ dàng amoniac lỏng tạo thành phức hecxanano Cr(OH)3 + 6NH3 = [Cr(NH3)6](OH)3 Muối Crom(III): Người ta biết được nhiều muối Crom(III) muối độc với người Nhiều muối Crom(II) có cấu tạo tính chất giống với muối nhôm(III) Bởi ion Cr3+(0,57Ao) Al3+(0,61Ao) có kích thước gần Dung dịch muối Crom(III) có màu tím ở nhiệt độ thường, có màu lục đun nóng, màu tía đỏ màu đặc trưng ion [Cr(H2O)6]3+ Muối Crom (III) có tính thuận từ, bền khơng khí khô bị thuỷ phân mạnh muối Cr(II) Trong mơi trường axit, ion Cr 3+ bị khử đến Cr2+ bởi kẽm, môi trường kiềm bị H 2O2, PbO2, nước clo, nước brơm oxi hố đến Cromat 2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O 10 II Xác định lượng H2SO4 O,5M thuốc thử DPC 0,5% thích hợp 2.1 Lượng H2SO4 O,5M : - pH=2 pH tối ưu cho tạo thành phức Cr(VI) – DPC Do tiến hành xác định lượng H2SO4 O,5M cần thêm vào để tạo môi trường pH=2: pH = = -log[H+] => [H+] = = 0,01 => [H2SO4 ] = [H+] = * 0,01 = 0,005 (M) - Các thí nghiệm tạo phức Cr(VI) – DPC được tiến hành định mức 100ml Ta có:  [H2SO4 ] = 0,005M = Thể tích dd H2SO4 O,5M cần thêm vào để tạo môi trường pH=2 là: 1ml 2.2 Lượng thuốc thử DPC 0,5%: Để định lượng chính xác hàm lượng Cr(VI) có mẫu nước cần lượng thuốc thử vừa đủ ( dư) để phản ứng hồn tồn với ion Cr(VI)  Tiến hành xác định lượng thuốc thử cần thiết phương pháp so màu - Dụng cụ, hóa chất: ống nghiệm giống nhau, pipet, dd chuẩn Cr(VI) 10ppm, dd H2SO4 0,5M, dd DPC 0,5% - Tiến hành: Hút 20ml nước cất vào ống nghiệm Dùng bút đánh dấu vạch nước cất rồi trút bỏ phần nước Tiến hành thí nghiệm bảng đây: 36 Bảng 3.1 Bảng pha chế dung dịch xác định Vdd DPC 0,5% - Lắc đều, để yên 10 phút rồi quan sát màu phức tạo thành ống nghiệm, nhận thấy dung dịch hai ống nghiệm xuất màu đỏ tím - So sánh cường độ màu phức tạo thành ống nghiệm với giấy trắng, nhận thấy : cường độ màu dung dịch ở hai ống nghiệm => Lượng Cr(VI) 2,5ppm phản ứng hết ở ống nghiệm  Kết luận: Lựa chọn thể tích thuốc thử DPC 0,5% để thực thí nghiệm : 2ml (Chọn lượng thuốc thử có dư để đảm bảo lượng Crom được phản ứng hoàn toàn) 37 III Xác định cực đại hấp thụ khoảng nồng độ tuyến tính 3.1 Tiến hành Bước 1: Pha chế dung dịch Bảng 3.2 Bảng pha chế dung dịch xác định khoảng nồng độ tuyến tính Bước 2: lắc đều, để yên 10 phút Bước 3: Đo quang • Tiến hành đo mẫu trắng (bình 1) • Đo quang dung dịch bình (8) ở dải sóng từ 350 – 650nm, bước nhảy 5nm để xác định • Tiến hành đo quang lần lượt dung dịch từ bình (1) – bình (8) ở bước sóng để xác định độ hấp thụ A tương ứng 38 3.2 Kết 3.2.1 Cực đại hấp thụ: Hình 3.1 Cực đại hấp thụ phức Crom (VI) – DPC • Theo bảng nhận thấy phức có cực đại hấp thụ bước sóng 542,0nm • So sánh với nhiều tài liệu tham khảo khác [1],[2] cho cực đại hấp thụ phức 540,0nm => Có chênh lệch bước sóng 2nm ( nhỏ) => chấp nhận được => Kết luận: Cực đại hấp thụ 542,0nm 39 3.2.2 Khoảng nồng độ tuyến tính:  Kết đo quang: Bảng 3.3 Độ hấp thụ phức Cr(VI) – DPC theo nồng độ Cr(VI) CCr(VI) ppm 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 1,5 A 0,144 0,207 0,371 0,588 0,898 1,138 1,558 Hình 3.2 Độ hấp thụ phức Cr(VI) – DPC theo nồng độ Cr(VI) 40  Phân tích, đánh giá kết quả: • Dựng đường chuẩn ( phần mềm Microsoft Excel ) • Nhận xét: = 0,9993 > 0.995 => Tương quan nồng độ Cr(VI) độ hấp thụ phức tuyến tính theo phương trình: A= 0,7766.C – 0,018 => Kết luận: Khoảng nồng độ tuyến tính – 2ppm 41 BUỔI XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CROM (VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI I Lấy mẫu, xử lý bảo quản mẫu: - Mẫu nước thải: Thuộc hệ thống dòng chảy ở mương An Kim Hải, Lê Chân, Hải Phòng Hình 3.3 Địa điểm lấy mẫu – Mương An Kim Hải, Lê Chân, Hải Phòng • Vị trí: lấy mẫu ở dòng cột nước • Thời điểm lấy mẫu: 10h ngày 31/03/2017 • Điều kiện thời tiết: Trời quang, gió nhẹ • Tốc độ dòng chảy: ổn định - Xử lý mẫu: Lọc mẫu bình hút chân khơng - Bảo quản mẫu: bình thủy tinh tối mầu có nắp đựng II Chuẩn bị hóa chất - Thuốc thử Diphenylcarbazid (DPC) 0,5% : Hòa tan 0,5g 1,5Diphenylcarbazide 100ml axeton - Dung dịch chuẩn gốc Cr(VI) 1000ppm: Cân 2,829g K2Cr2O7 sau hòa tan vào bình định mức 1000ml nước cất 42 - Dung dịch chuẩn Cr 50ppm: Hút 25ml dung dịch chuẩn gốc 1000ppm vào bình định mức 500ml sau định mức đến vạch nước cất - Dung dịch chuẩn làm việc Cr 10ppm (C0) : Hút 50ml dung dịch chuẩn Cr 50ppm vào bình định mức 250ml sau định mức đến vạch nước cất - Dung dich thử làm việc (Cthử) : Pha loãng 10 lần dung dịch mẫu nước thải qua xử lý cách hút chính xác 50ml dung dịch thử vào bình định mức 500ml sau định mức đến vạch nước cất III Định tính mẫu 3.1 Nguyên tắc Crom (VI) tác dụng với thuốc thử DPC môi trường acid H 2SO4 tạo phức màu đỏ tím: + H4L + 8H+ → (đỏ da cam) + Cr3+ + H2O + 8H2O (đỏ tím) 3.2 Tiến hành - Hút 10ml dung dịch thử vào ống nghiệm Thêm 1ml dd H2SO4 0,5M Thêm 2ml thuốc thử DPC 0,5% Lắc nhẹ 3.3 Kết : Dung dịch sau phản ứng xuất màu đỏ tím => Kết luận: Mẫu nước có chứa ion Crom(VI), ta tiếp tục tiến hành định lượng IV Định lượng theo phương pháp thêm đường chuẩn 4.1 Tiến hành: Bước 1: Pha chế dung dịch: 43 Bảng 3.4 Bảng pha chế dung dịch định lượng Cr(VI) mẫu nước thải Bình Dung dịch(ml) (Trắng) V – dd thêm chuẩn Cthêm chuẩn (ppm) 0 10 12 15 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 V (Cthử) V(H2SO4 0,5M) V (DPC 0,5%) Định mức 100ml Bước 2: Lắc đều, để 10 phút Bước 3: Tiến hành đo quang bước sóng - Đo mẫu trắng ( trừ ) - Đo lần lượt bình (1) – (8) xác định độ hấp thụ A 44 4.2 Kết Bảng 3.5: Độ hấp thụ phức Cr(VI) – DPC theo nồng độ Cr(VI) thêm chuẩn Cthêm chuẩn (ppm) A 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 0, 073 0,22 0,369 0,518 0,668 0,824 0,976 1,22 Hình 3.4 Độ hấp thụ phức Cr(VI) – DPC theo nồng độ Cr(VI) 45 4.3 Phân tích kết - Dựng đường chuẩn phần mềm Microsoft Excel - Nhận xét: R2 = 0,9997 > 0.995 => Tương quan nồng độ Cr(VI) thêm chuẩn độ hấp thụ phức tuyến tính theo phương trình: A= 0,762.Cthêm + 0,0656 - Tính tốn nồng độ Cr(VI) : • Áp dụng cơng thức Cthử = • Ta có mẫu nước thải được pha loãng 10 lần -> dd thử làm việc Trong thực nghiệm tiếp tục pha loãng dd thử làm việc 50 lần (hút 2ml dung dịch thử làm việc định mức 100ml ) Như Mẫu nước thải được pha loãng: 10 * 50 = 500 lần  Nồng độ Crom(VI) mẫu nước thải là: CX = Cthử * 500 = 0,086 * 500 = 43,04 ppm 46 - Đánh giá: Nồng độ Crom(VI) mẫu nước 43,04 ppm vượt giói hạn cho phép gần gấp 861 lần nồng độ cho phép ( 0,05 ppm nồng độ giới hạn ion Crom(VI) nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận với mục đích cấp nước sinh hoạt theo Quy chuẩn Quốc gia nước thải công nghiệp (QCVN 24: 2009/BTNMT), được biên soạn bởi Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước, Tổng cục Mơi trường Vụ Pháp chế trình duyệt được ban hành theo Thông tư số 25/2009/TT- BTNMT ngày 16 tháng 11 năm 2009 Bộ Tài nguyên Môi trường) 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết luận: Sau tiến hành nghiên cứu xác định hàm lượng Crom (VI) mẫu nước thải công nghiệp chúng tơi rút kết luận sau: • Lựa chọn phương pháp định lượng Crom(VI) mẫu nước thải phương pháp quang phổ hấp thụ UV – VIS; phương pháp phân tích thêm đường chuẩn • Xác định được cực đại hấp thụ phức Cr(VI) – DPC: • Khoảng nờng độ tuyến tính dãy chuẩn 0- 2ppm với hệ số tương quan R2 = 0,9993 • Xác định được nờng độ Crom(VI) mẫu nước thải : C = 43,04 ppm ; so sánh với giới hạn cho phép Crom(VI) nước thải công nghiệp (0,05ppm) nhận định được nồng độ Cr(VI) mẫu thực vượt giới hạn cho phép gần 861 lần 48  Kiến nghị: Sự có mặt ion Crom(VI) nước đặc biệt có ý nghĩa tới sức khỏe người, tới động, thực vật môi trường xung quanh Lượng Cr(VI) lớn gây tác động xấu vô nghiêm trọng , chúng tơi kiến nghị: • Tun truyền cho người dân làm tăng hiểu biết tác hại ion Crom(VI) tới sức khỏe, đời sống sinh hoạt người, tới động thực vật môi trường Khuyến cáo người dân ngừng sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm vào hoạt động • Chính quyền, nhà nước cần điều tra, xác định nguyên nhân có dư thừa lớn lượng Crom(VI) ở hệ thống mương An Kim Hải, Lê Chân, Hải Phòng • Các nhà máy, xí nghiệp có hệ thống xử lý nước thải đổ khu vực mương An Kim Hải cần tự giác kiểm tra cẩn thận hệ thống xử lý nước thải sở phải chịu trách nhiệm nguyên nhân gây gia tăng hàm lượng Crom(VI) • Có chính sách hỗ trợ tri thức tài chính cho hoạt động ứng dụng công nghệ xử lý, đặc biệt cơng nghệ dựa vi sinh, phi hóa chất để khắc phục tình trạng nhiễm • Thường xun kiểm tra định lượng nguồn nước thải để đảm bảo ng̀n nước đạt tiêu chuẩn cho phép • Tăng số lượng cơng trình nghiên cứu xác định hàm lượng ion Crom(VI), ion khác có nghĩa tới đời sống người theo nhiều phương pháp khác 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dinh Dang, Luận văn Thạc sĩ khoa học - Nghiên cứu sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa để xác định lượng vết Crom có mẫu sinh học, Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Đậu Bá Nghĩa, Xác định hàm lượng Crom nước thải phương pháp trắc quang, Khóa luận tốt nghiệp [3] Ngô Thị Trang (2010), Nghiên cứu xác định dạng Crom nước trầm tích phương pháp hóa lý đại, Luận văn thạc sĩ [4] Ths Lưu Thị Thu Hà, Phổ hấp thụ nguyên tử UV-VIS ứng dụng phân tích, Khoa học bản- Bộ giao thông vận tải Trường Đại học cơng nghệ giao thơng vận tải [5] TS Hồng Thị Huệ An, Bài giảng hóa phân tích, Bộ mơn Hóa- Đại học Nha Trang [6] Cao Thị Mai Hương, Xác định Crom mẫu sinh học phương pháp hấp thụ nguyên tử không lửa, Luận văn thạc sĩ khoa học 50 ... quanh Vì việc phân tích crom nước thải công nghiệp cần thiết với người Do vậy, thực nghiên cứu với đề tài: “NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM (VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG... K 2Cr2 O7, Na 2Cr2 O7, (NH4 )Cr2 O7 Trong muối PbCrO4, NiCrO4 ZnCrO4 được dùng nhiều công nghiệp, chất màu, sơn, mạ… Trong nước thải mạ điện, Cr( VI) có mặt ở dạng anion Cromat (), đicromat ) tricromat... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHỊNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM(VI) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘC