2.1.3. Phương pháp động học - xúc tác trắc quang xác định Selen
2.1.3.1.Nguyên tắc của phương pháp động học - xúc tác trắc quang xác định lượng vết Se(IV)
2.1.3.2. Khảo sát lại phương pháp động học xúc tác trắc quang xác định Se
Theo Nguyễn Thị Thúy Hằng [1] xây dựng đường chuẩn Se(IV). Được đo tại bước sóng
:=508nm và nồng độ các chất là MO là 100mg/l; (NH
3
Cl)
2
5,0x10
-2
M; KBrO
3
là 5,0x10
-3
M;
Glixin - HCl có pH = 1,6, thời gian t = 8 phút.
Chuẩn bị 9 bình định mức dung tích 25ml, đánh số từ 1 - 9. Lần lượt cho vào các bình:
5,00ml dung dịch đệm pH = 1,6; sau đó thêm vào các bình thứ tự thuốc thử như sau:
Bình 1: 3,00ml (NH
3
Cl)
2
5,0x10
-2
M.
Bình 2: 3,00ml (NH
3
Cl)
2
5,0x10
-2
M; 2,00ml MO 100,0mg/l.
Bình 3 - 9: 3,50 – 5,00 ml dung dịch Se(IV) 10,0ppm tương ứng với nồng độ Se(IV) thay
đổi từ 0,1 – 0,7ppm; 3,00ml (NH
3
Cl)
2
5,0x10
-2
M; 2,00ml MO100mg/l.
Cuối cùng thêm vào các bình 5,50 ml KBrO
3
5,0x10
-2
M, đinh mức bằng nước cất đến
vạch mức, sóc trộn đều dung dịch. Sau 8 phút đem đo độ hấp thụ quang của các dung dịch tại
= 508nm, với dung dịch so sánh là dung dịch trong bình 1. Kết quả thực nghiệm được trình bày
bảng 2.1.
2.2. Hóa chất và thiết bị
2.2.1. Hóa chất
Các hóa chất cần dùng không chứa chất phân tích (pA hoặc tương đương).
2.2.2. Thiết bị
- Máy đo quang: Novaspec II (Anh)
- Máy đo pH: Consort – C803 (Đức)
- Cân phân tích 4 số: Satorius 1801
- Và các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm.
2.3. Vật liệu
- Chuẩn bị nhựa: Lấy 50g nhựa PuroliteC100 hoặc nhựa MuromaxB1 sạch lắc với
NaOH 1M (Lượng NaOH gấp 2 lần lượng nhựa) trong khoảng 2 giờ sau đó gạn rửa bằng nước
cất về môi trường trung tính (khi rửa cho thêm vài giọt axit HCl). Sau đó lắc tiếp với HCl 1M
(lượng HCl gấp 2 lần lượng nhựa) trong khoảng 2 giờ, gạn rửa bằng nước cất về môi trường
trung tính. Rồi đem lắc với NH
3
0,1M trong 2 giờ, sau đó gạn rửa bằng nước cất về môi trường
trung tính.
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát điều kiện cố định Zr(IV) trên vật liệu
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ [H
+
] trong quá trình chế tạo vật liệu
Do các vật liệu có bản chất như nhau nên ở phần này chúng tôi chỉ nghiên cứu một mẫu
đại diên là nhựa PuroliteC100.
Để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nồng độ ion [H
+
] đến khả năng cố định hợp
chất Zr(IV) trên nhựa PuroliteC100 các thí nghiệm được tiến hành như sau: Lấy 0,5g nhựa vào
các bình nón 250ml. Sau đó thêm 10ml dung dịch Zr(IV) 0,2M vào các bình định mức 50ml và
điều chỉnh nồng độ [H
+
] sao cho ta thu được các dung dịch có nồng độ [H
+
] như bảng 3.1. Đem
lắc dung dịch trong 2h, lấy 40ml dung dịch kết tủa với NH
3
và nung kết tủa ở 800
0
C trong 2h.
Các kết quả thực nghiệm được biểu diễn trong bảng 3.1và minh họa trong hình 3.1.
Hình 3.1: Ảnh hưởng hưởng của nồng độ [H
+
] đến khả năng chế tạo vật liệu
3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ đầu Zr(IV) đến chế tạo vật liệu
Chọn được nồng độ [H
+
] = 0,2M. Lấy 0,5g nhựa PuroliteC100 đã hoạt hóa vào các bình
nón 250ml. Sau đó thêm thể tích dung dịch Zr(IV) vào các bình định mức 50ml và điều chỉnh
sao cho ta thu được các dung dịch có nồng độ Zr(IV)như bảng 3.2. Đem lắc dung dịch trong 2h,
lấy 40ml dung dịch kết tủa với NH
3
, nung kết tủa ở 800
0
C trong 2h. Kết quả thu được thể hiện
trong bảng 3.2:
Bảng 3.2: Ảnh hưởng hưởng của nồng độ đầu Zr(IV) đến khả năng chế tạo vật liệu
y = -0.019x + 0.569
R² = 0.981
0.525
0.53
0.535
0.54
0.545
0.55
0.555
0.56
0.565
0.57
0 0.5 1 1.5 2 2.5
qe(mg/g)
Nồng độ (M) H
+
Nồng độ đầu
Zr(IV)( M)
Khối lượng Zr(IV)
ban đầu (mg/g)
Khối lượng
Zr(IV) còn lại
(mg/g)
Khối lượng Zr(IV)cố
định trên nhựa(mg/g)
H%
0,01
22,8
16,2
6,55
28,79%
0,05
114
94,0
19,8
17,40%
0,1
228
200
27,8
12,22%
0,15
342
303
38,9
11,36%
Sau khi chọn được các điều kiện cố định Zr(IV) chúng ta tiến hành cố định Zr(IV) trên
nhựa PuroliteC100 và MuromaxB1
3.1.3. Cố định Zr(IV) trên nhựa PuroliteC100 và MuromaxB1
3.1.4. So sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của cácloại vật liệu trước và sau khi cố định
Zr(IV)
Để so sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của các vật liệu trước và sau khi cố định Zr(IV) ta
tiến hành làm như sau: Chuẩn bị 0,5g các loại nhựa Purolite C100, A100, Muromax B1, than kí
hiệu là PC-0, PA-0, MB1-0, AC-0. Đồng thời chuẩn bị 0,5g nhựa PuroliteC100, A100,
MuromaxB1 đem lắc với 25ml Zr(IV)0,01M trong 2h. Sau đó gạn rửa vật liêụ bằng nước cất về
trung tính. Ta thu được các vật liệu đã cố định Zr(IV) lần lượt kí hiệu là PC-1, PA-1, MB1-1.
Lấy 0,5g các loại vật liệu trên cho vào bình nón và đem lắc với 25ml dung dịch Se(IV)10ppm
sau 2h gạn lấy dung dịch và đem xác định lượng Se(IV) còn lại, rồi tính tải trọng hấp phụ. Kết
quả được chỉ ra trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Tải trọng hấp phụ Se(IV) của các loại vật liệu trước và sau khi cố định Zr(IV)
Từ bảng 3.3 ta dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các vật liệu vào tải trọng hấp phụ
Se(IV).
Hình 3.2: So sánh khả năng hấp phụ Se(IV) của các loại vật liệu trước và sau khi cố định
Zr(IV)
Nhìn vào đồ thị 3.2 ta thấy nhựa PuroliteC100 và MuromaxB1 sau khi cố định Zr(IV) thì
tải trọng hấp phụ tăng lên rõ rệt (khả năng hấp phụ Se(IV) tăng), còn nhựa PuroliteA100 tăng
không nhiều so với trước và sau cố định Zr(IV). Nhìn vào tải trọng hấp phụ của các vật liệu
trước và sau cố định Zr(IV) chúng tôi chọn nhựa PuroliteC100 và MuromaxB1cố định Zr(IV) để
khảo sát các thí nghiệm.
3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa PuroliteC100 và MuromaxB1đã cố định
Zr(IV)
3.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa PuroliteC100 đã cố định
Zr(IV).
3.2.1.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa PuroliteC100 đã cố định
Zr(IV).
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa PuroliteC100
đã cố định Zr(IV) ta tiến hành như sau:
Lấy 2,5 ml dung dịch Se(IV) 100ppm vào các bình định mức 25ml, điều chỉnh pH lần
lượt là 2; 4; 6; 8; 10 bằng các dung dịch HCl và NaOH sao cho thu được các dung dịch Se(IV)
nồng độ 10ppm. Cho lần lượt các dung dịch trên vào các bình nón chứa 0,5gnhựa PuroliteC100
đã cố định Zr(IV). Đem lắc trong 2h, sau đó hút 2,5ml dung dịch đi đo quang ta xác định lượng
Se(IV)còn lại. Kết quả được trình bày trong hình 3.3:
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
PC-0
PC-1
PA-0
PA-1
AC-0
MB1-0
MB1-1
Tải trọng hấp phụ Se(IV) (mg/g)
Tên vật liệu
Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa PuroliteC100 đã cố định
Zr(IV).
Từ bảng 3.4 và hình 3.3 đã chỉ ra rằng ở pH = 6 thì tải trọng hấp phụ Se(IV) của nhựa
PuroliteC100 đạt cực đại, có thể do ion OH
-
tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các ion SeO
3
2-
và các
nhóm chức OH
-
. Do đặc tính của vật liệu mà nhựa PuroliteC100cố định Zr(IV) có khả năng hấp
phụ Se(IV) cao trong vùng axít yếu.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựaPuroliteC100
đã cố định Zr(IV).
Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến khả năng hấp phụ Se(IV) củanhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV) ta tiến hành như sau:
Lấy 7 bình nón 250 ml, hút 100ml dung dịch Se(IV) 14,5 ppm vào các bình nón đó. Điều
chỉnh các dung dịch trên có pH = 6 bằng các dung dịch NaOH và HCl. Sau đó lấy các dung dịch
trên cho vào bình chứa 0,5g vật liệu. Tiếp tục đem lắc trong thời gian tương ứng là 30; 60; 90;
120; 150; 180; 210; 240 phút. Sau đó hút 2,5ml dung dịch đi đo quang ta xác định lượng Se(IV)
còn lại. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.5 và hình 3.4.
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ Se(IV) của nhựa PuroliteC100 đã cố
định Zr(IV).
Thờigian (phút)
C
o
( ppm)
C
e
(ppm)
q
e
(mg/g)
30
14,5
2,270
2,446
0.260
0.270
0.280
0.290
0.300
0.310
0.320
0.330
0.340
2
4
6
8
10
Tải trọng hấp phụ Se (mg/g)
pH
60
14,5
2,066
2,487
90
14,5
1,786
2,543
120
14,5
1,505
2,599
150
14,5
1,378
2,624
180
14,5
1,276
2,645
210
14,5
1,250
2,650
240
14,5
1,224
2,655
270
14,5
1,250
2,650
Từ kết quả bảng 3.5 ta dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ Se(IV)
vào thời gian như trong hình 3.4
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến khả năng hấp phụ Se(IV)của nhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV).
Nhận xét: Từ số liệu bảng 3.5 và hình 3.4 đã chỉ ra rằng khi thời gian tăng dần từ 30 phút
đến 180 phút thì tải trọng hấp phụ Se(IV) cũng tăng theo. Sau 3h, vật liệu đạt cân bằng hấp phụ.
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ đầu Se(IV) đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV).
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Se(IV) đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV) ta tiến hành như sau: Lâý 0,5g nhựa PuroliteC100 đã cố định
Zr(IV) lắc với 25ml dung dịch Se(IV) có các nồng độ ban đầu (C
o
) khác nhau từ 10-500ppm
sau 2h xác định nồng độ Se(IV) còn lại (C
e
), từ đó tính được tải trọng hấp phụ Se(IV) của vật
liệu (q
e
). Kết quả được thể hiện trong bảng 3.6:
2.400
2.450
2.500
2.550
2.600
2.650
2.700
0 100 200 300
Tải trọng hấp phụ Se(IV) (mg/g)
Thời gian (phút)
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ đầu Se(IV) đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV).
STT
C
o
(ppm)
C
e
(ppm)
q
e
(mg/g)
C
e
/q
e
1
10
2,551
0,372
6,849
2
50
13,138
1,843
7,128
3
100
33,163
3,342
9,924
4
150
55,589
4,721
11,776
5
250
116,390
6,680
17,422
6
300
148,492
7,575
19,602
7
350
184,613
8,269
22,325
8
400
214,286
9,286
23,077
9
450
265,248
9,238
28,714
10
500
307,717
9,614
32,007
Từ bảng số liệu 3.6, ta dựng được đường hấp phụ đẳng nhiệt đối với vật liệu hấp phụ hình
3.5. Đường biểu diễn sự phụ thuộc nồng độ Se(IV) tại thời điểm cân bằng (C
e
) với tải trọng hấp
phụ (q
e
) tương ứng.
Hình 3.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Se(IV) của nhựa PuroliteC100 đã cố định Zr(IV).
Để khảo sát quá trình hấp phụ trên có phù hợp với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
hay không, chúng tôi tiến hành xây dựng đường phụ thuộc giữa C
e
với C
e
/q
e
Phương trình
Langmuir có dạng:
𝐶
𝑒
𝑞
𝑒
=
1
𝐾. 𝑞
𝑚𝑎𝑥
+
𝐶
𝑒
𝑞
𝑚𝑎𝑥
Trong đó:
K: Là hằng số hấp phụ Langmuir
C
e
: Nồng độ Se(IV) còn lại khi đạt tới trạng thái cân bằng (mg/l)
q
max
: Tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
Hình 3.6: Đồ thị xác định các hệ số phương trình langmuircủa nhựa PuroliteC100 đã cố định
Zr(IV).
Dựa vào đồ thị ta có tải trọng hấp phụ Se(IV) của nhựa PuroliteC100 đã cố định Zr(IV).
𝑞
𝑚𝑎𝑥
=
1
0,081
= 12,34(𝑚𝑔/𝑔).
Tính toán theo phương trình Langmuir, tải trọng hấp phụ cực đại Se(IV) trên nhựa
PuroliteC100 đã cố định Zr(IV) là 12,34mg/g. Qua các kết quả đã trình bày ở trên cho thấy tải
trọng hấp phụ của vật liệu khá lớn, thời gian đạt cân bằng hấp phụ 3giờ.
3.2.1.4. Ảnh hưởng của ion cản đến khả năng hấp phụ Se(IV) củanhựa PuroliteC100 đã
cố định Zr(IV).
Để xem xét khả năng ứng dụng vật liệu thực tế, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng
của một số ion đến khả năng hấp phụ Se(IV) trênnhựa PuroliteC100 đã cố định Zr(IV). Các ion
được lựa chọn khảo sát gồm: Cu
2+
, Mn
2+
, Mg
2+
, F
-
, CO
3
2-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
.
Tiến hành thí nghiệm: Lắc 0,5g nhựa PuroliteC100 đã cố định Zr(IV) với 50ml dung dịch
Se(IV) 10ppm, có nồng độ các ion thay đổi. Sau 2h, xác định nồng độ Se(IV) còn lại trong dung
dịch, từ đó tính được hiệu suất hấp phụ Se(IV) của vật liệu khi có và khi không có ion ảnh
hưởng. Các kết quả được trình bày trong bảng 3.7:
Bảng 3.7: Kết quả ảnh hưởng của ion cản đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa PuroliteC100
đã cố định Zr(IV).
Nồng độ ion
C
o
Se(IV)(ppm
C
e
(ppm)
q
e
(mg/g)
H%
y = 0.081x + 6.934
R² = 0.994
0
5
10
15
20
25
30
35
0 50 100 150 200 250 300 350
Ce/qe
Ce(ppm)
Ion ảnh hưởng
ả/h (ppm)
)
Mẫu so sánh
10
2,347
0,765
100
Cu
2+
100
10
3,603
0,640
83,7
Mn
2+
100
10
4,560
0,544
71,1
Mg
2+
100
10
3,348
0,665
86,9
CO
3
2-
50
10
3,858
0,614
80,3
100
10
5,772
0,423
55,3
(SO
4
)
2-
50
10
4,241
0,576
75,3
100
10
5,421
0,458
60
(PO
4
)
3-
50
10
4,209
0,579
75,7
100
10
5,325
0,467
61
F
-
50
10
2,838
0,716
93,6
100
10
3,827
0,617
80,7
PuroliteC100 đãcố định Zr(IV) giảm, anion F
-
ở nồng độ 50ppm có ảnh hưởng ít nhất,
còn anion CO
3
2-
ở nồng độ 100ppm ảnh hưởng nhiều nhất.
Có thể do khả năng hấp phụ Se(IV) của vật liệu giảm mạnh khi có mặt ion PO
4
3-
, tức là
có sự hấp phụ cạnh tranh giữa Se và PO
4
3-
. Sự cạnh tranh này được giải thích do tính chất hóa
học giống nhau của các hợp chất Selen và photpho trong dung dịch, đặc biệt là cấu trúc hóa học,
hằng số ion hóa và giá trị pK
a
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa MuromaxB1đã cố định Zr(IV)
3.2.2.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa MuromaxB1đã cố định
Zr(IV)
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa MuromaxB1đã
cố định Zr(IV)ta tiến hành như sau:
Lấy 2,5 ml dung dịch Se(IV) 100ppm vào các bình định mức 25ml, điều chỉnh pH lần
lượt là 2; 4; 6; 8; 10 bằng các dung dịch HCl và NaOH sao cho thu được các dung dịch Se(IV)
nồng độ 10ppm. Cho lần lượt các dung dịch trên vào các bình nón chứa 0,5g nhựa
MuromaxB1đã cố định Zr(IV). Đem lắc trong 2h, sau đó hút 2,5 ml dung dịch đi đo quang ta xác
định lượng Se(IV)còn lại.
Hình 3.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa MuromaxB1đã cố định
Zr(IV)
3.2.2.2. Ảnh hưởng thời gian cân bằng đến khả năng hấp phụ Se(IV) trên nhựa MuromaxB1đã
cố định Zr(IV)
Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian cân bằng đến khả năng hấp phụ Se(IV) của nhựa
MuromaxB1đã cố định Zr(IV)ta tiến hành làm như sau: Lâý 0,5g vật liệu vào các bình nón
250ml. Sau đó thêm 100ml dung dịch Se(IV) 10ppm vào các bình nón 250ml đã được điều chỉnh
pH = 2 bằng dung dịch NaOH và HCl. Đem lắc trong 30; 60; 90; 120; 150; 180; 210; 240; 270;
300 phút. Xác định lượng Se(IV) còn lại sau khi hấp phụ, kết quả được
Từ số liệu bảng trên ta dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thời gian vào tải trọng hấp
phụ như hình 3.8
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
2
4
6
8
10
Tải trọng hấp phụ Se(IV)(mg/g)
pH
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
0 50 100 150 200 250 300 350
Tải trọng hấp phụ Se(IV)(mg/g)
Thời gian(ph)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét