Nghiên cứu khả năng tách loại cadimi trong nước theo phương pháp hấp thụ trên than hoạt tính

Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Bộ giáo dục và đào tạo
tr-ờng đại học vinh
Khoa hoá học
------***-------

Trịnh Thị Hoà

Nghiên cứu khả năng tách loại cadimi trong
n-ớc theo ph-ơng pháp hấp phụ trên than
hoạt tính

khoá luận tốt nghiệp

Chuyên ngành hoá phân tích

1


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Vinh, tháng 05/2006
--***--

Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.

Nguyễn Quang Tuệ đà giao đề tài và tận tình giúp đỡ em trong quá
trình thí nghiệm và hoàn thành khóa luận này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy PGS-TS. Nguyễn Khắc
Nghĩa; cô ThS. Võ Thị Hòa đà giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành
khóa luận này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo
trong bộ môn Hóa phân tích. Các thầy giáo, cô giáo h-ớng dẫn phòng
thí nghiệm thuộc khoa Hóa - Tr-ờng Đại học Vinh đà tạo mọi điều
kiện cho em trong quá trình hoàn thành khóa luận.
Vinh, tháng 5 năm 2006
Sinh viên
Trịnh Thị Hòa

2


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Mục lục
Trang
Mở đầu ....................................................................................................... 1
Ch-ơng I. Tổng quan tài liệu ............................................................. 2

1. Đại c-ơng về Cadimi .............................................................................. 2
1.1. Đặc điểm nguyên tố ........................................................................ 2
1.2. Trạng thái thiên nhiên, độc tính và ph-ơng pháp điều chế Cadimi ...... 2
1.2.1. Trạng thái thiên nhiên ............................................................ 2
1.2.2. Độc tính của Cadimi............................................................... 2

1.2.3. Điều chế Cadimi ..................................................................... 4
2. Các ph-ơng pháp xử lý tách loại Cadimi từ môi tr-ờng n-ớc ......... 5
2.1. Ph-ơng pháp kết tủa và đồng kết tủa ............................................. 5
2.1.1. Ph-ơng pháp kết tủa .............................................................. 5
2.1.2. Ph-ơng pháp đồng kết tủa ..................................................... 6
2.2. Ph-ơng pháp trao đổi ion ............................................................... 6
2.3. Ph-ơng pháp chiết ......................................................................... 7
2.4. Ph-ơng pháp hấp phụ..................................................................... 7
2.4.1. Cơ sở của quá trình hấp phụ .................................................. 7
2.4.2. HƯ thèng thiÕt bÞ hÊp phơ ....................................................... 9
2.4.3. Ph-ơng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính ........................... 10
2.4.4. Ph-ơng trình lý thuyết hoặc thực nghiệm để mô tả sự
hấp phụ đẳng nhiệt ....................................................................................... 13
3. Các ph-ơng pháp xác định Cadimi ...................................................... 14
3.1. Ph-ơng pháp chuẩn độ Complexon ............................................... 14
3.2. Xác định Cd bằng ph-ơng pháp cực phổ ...................................... 16
3.3. Ph-ơng pháp trắc quang ................................................................ 16
3.3.1. Cơ sở lý thuyết của ph-ơng pháp phân tích trắc quang ......... 16
3.3.2. Các ph-ơng pháp định l-ợng trong phân tích trắc quang ..... 18
4. Ph-ơng pháp xử lý thống kê số liệu thực nghiệm .............................. 20
4.1. Xử lý các kết quả phân tích ............................................................ 20
4.2. Xử lý thống kê các đ-ờng chuẩn ................................................... 21
3


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

4.3. So sánh kết quả thùc nghiƯm víi mÉu chn ............................... 23

Ch-¬ng II. Thùc nghiƯm và kết quả ................................................. 24

1. Dụng cụ và máy móc .............................................................................. 24
2. Hãa chÊt vµ vËt liƯu hÊp phơ ................................................................ 24
3. Mô tả quy trình thực nghiệm ............................................................... 24
3.1. Ph-ơng pháp pha chế dung dịch ................................................... 24
3.2. Pha chế dung dịch Dithizon ........................................................... 25
4. Quy trình phân tích xác định Cadimi trong dung dịch n-ớc ........... 26
4.1. Chọn các điều kiện tối -u để xác định Cd ..................................... 26
4.1.1. Chọn b-ớc sóng tối -u ............................................................ 26
4.1.2. Chọn giá trị pH tối -u ........................................................... 27
4.2. Xây dựng đ-ờng chuẩn .................................................................. 29
4.3. Khả năng che của natritactrat ........................................................ 32
4.4. Đánh giá sai số của phép xác định ................................................ 32
5. Khảo sát các điều kiện ảnh h-ởng tới sự hấp phụ Cadimi trên than
hoạt tính ..................................................................................................... 34
5.1. Khảo sát ảnh h-ởng của pH đến quá trình hấp phụ .................... 34
5.2. Khảo sát ảnh h-ởng của thời gian đến sự hấp phụ Cadimi trên
than hoạt tính ............................................................................................. 36
5.3. Khảo sát sự phụ thuộc % Cadimi bị hấp phụ trên than hoạt tính
vào nồng độ Cd2+ ban đầu ......................................................................... 38
5.4. Khảo sát ảnh h-ởng của l-ợng than đến khả năng tách loại
Cadimi.......................................................................................................... 40
5.5. Khảo sát khả năng làm giàu Cd2+ trên than hoạt tính bằng
ph-ơng pháp động ..................................................................................... 41
5.5.1. Khảo sát khả năng rửa giải bằng axit HCl ............................. 41
5.5.2. Khảo sát khả năng rửa giải bằng NaOH ................................ 42
Ch-ơng III. Khảo sát khả năng hấp phụ Cadimi có mặt
một số ion trên than hoạt tính trong mẫu tự tạo .................. 43
Kết luận .................................................................................................... 45

Tài liƯu tham kh¶o ............................................................................... 46

4


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Mở đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển nền kinh tế xà hội, nhu cầu về một môi
tr-ờng sống trong lành ngày càng tăng. Tuy nhiên do sự phát triển mạnh mẽ của
các ngành công nghiệp ,do hoạt động của con ng-ời đà làm cho môi tr-ờng
sống ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Xử lý ô nhiễm môi tr-ờng là một vấn
đề vô cùng cấp thiết, là một bài toán đặt ra cho toàn nhân loại.
Điều 26 của Luật bảo vệ môi tr-ờng n-ớc cộng hoà xà hội chủ nghĩa Việt
Nam quy định: "Đối với n-ớc thải, rác thải có chứa chất độc hại, nguồn gây
bệnh, chất dễ cháy nổ, các chất thải không phân huỷ đ-ợc phải có biện pháp xử
lý tr-ớc khi thải. ".
Để phục vụ mục đích xử lý môi tr-ờng, có nhiều công nghệ xử lý n-ớc
thải đà và đang đ-ợc ứng dụng rộng rÃi, bởi vì n-ớc là nguồn tài nguyên thiên
nhiên quí giá, là yếu tố không thể thiếu đ-ợc cho mọi hoạt động sống trên trái
đất. Nhiễm độc nguồn n-ớc phần lớn là do các ion kim loại nặng nh-: Hg, Pb,
Cd, Cu, Cr gây ra. Vấn đề loại bỏ, làm giảm l-ợng kim loại nặng độc h¹i
trong n-íc xng møc cho phÐp cã ý nghÜa hÕt sức quan trọng trong công cuộc
bảo vệ môi tr-ờng.
Trong số các kim loại nặng thì Cadimi là một kim loại nặng có độc tính
cao với động vật và con ng-ời, có thể gây ra bệnh ung th-, bệnh về x-ơng ... .
Vì vậy việc xử lý Cadimi trong n-ớc thải là rất cần thiết.
Trong khoá luận này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng tách loại

Cadimi trong n-ớc theo ph-ơng pháp hấp phụ trên than hoạt tính, một vật liệu
hấp phụ khá dồi dào và rẻ tiền ở n-ớc ta.
Trong khuôn khổ của đề tài và điều kiện cho phép, chúng tôi hi vọng góp
một phần nhỏ bé trong công cuộc bảo vệ môi tr-ờng "Xanh - Sạch - §Ñp".

5


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Ch-ơng I: Tổng quan tài liệu
1. Đại c-ơng về Cadimi.

1.1 Đặc điểm nguyên tố.
48
112

Cd là nguyên tố thuộc chu kì 6, nhóm iib có A0-d đà điền đủ 10e

nên cấu hình (n-1)d10 t-ơng đối bền, do đó không có khả năng mất một hoặc hai
electron-d tạo ra những trạng thái oxihoá +2 hoặc +3, nghĩa là e hoá trị của
chúng chỉ là electron-s. Năng l-ợng ion hoá thứ 3 rất cao của Cadimi đà làm
cho năng l-ợng sonvat hoá hay năng l-ợng tạo thành mạng l-ới tinh thể không
đủ để làm bền đ-ợc cho trạng thái oxihoá +3. Trạng thái oxihoá cao nhất của
Cadimi chỉ là +2. Tổng năng l-ợng ion hoá thứ nhất và thứ hai của Cadimi lớn
hơn nhiều so với nguyên tố nhóm iia ở trong cùng chu kì. Nguyên nhân do lớp
vỏ 18e của nó chắn các e-s với hạt nhân kém hiệu quả hơn so với 8e bền của khí
hiếm.

Là kim loại màu trắng bạc nặng, mềm, dễ dát mỏng, nhiệt độ nóng chảy
0
320,9 C nhiệt độ sôi 7670C, bị mờ trong không khí ẩm vì nó có màng oxít bao
phđ. Cadimi dƠ tan trong axÝt nhÊt lµ axÝt nitric.
Cadimi đ-ợc dùng để mạ vỏ Ôtô, máy bay và tàu biển, chế tạo hợp kim,
làm điện cực ắc qui kiềm. Hợp kim Cu-Cd dùng làm thanh điều chỉnh trong lò
phản ứng hạt nhân.
1.2. Trạng thái thiên nhiên, độc tính và ph-ơng pháp điều chế Cadimi.
1.2.1. Trạng thái thiên nhiên
Trong tự nhiên, Cadimi kém phổ biến .Trữ l-ợng của nó trong vỏ trái đất
là7,6.10-6 %.
Khoáng vật của Cadimi th-ờng là Grenolkit(CdS), khoáng vật này hiếm
khi ở riêng và th-ờng ở lẫn với khoáng vật của kẽm.
1.2.2. Độc tính của Cadimi.
Cadimi th-ờng có trong khoáng vật chứa kẽm. Nhiễm độc Cd xảy ra tại
Nhật ở dạng bệnh itai- itai làm x-ơng trở nên giòn. Với nồng độ cao Cd gây ra
đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ x-ơng.Phần lớn Cadimi thâm nhập vào cơ
thể đ-ợc giữ lại ở thận và đ-ợc đào thải. Một phần nhỏ đ-ợc liên kết mạnh nhất
6


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

với protein của cơ thể thành metan-thionin có mặt ở thận, phần còn lại giữ lại
trong cơ thể và dần dần đ-ợc tích luỹ, tăng cùng tuổi tác.
Đến khi l-ợng Cd đủ lớn sẽ thế chỗ kẽm ở các enzim quan trọng gây ra
sự rối loạn trao đổi chất.
Sự chuyển hoá theo sơ đồ sau đây:

Cadimi thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đ-ờng thực phẩm. Theo
nhiều nghiên cứu của các chuyên gia thì ng-ời hút thuốc lá cũng có nguy cơ
nhiễm Cadimi. §· cã nhiỊu b»ng chøng cho thÊy Cadimi cã thĨ gây ung th- qua
đ-ờng hô hấp. Tuỳ theo mức độ nhiễm độc mà có thể gây ung th- phổi, thủng
vách ngăn mũi, đặc biệt có thể gây tổn th-ơng tuyến thận dẫn đến protein tuyến
niệu, Nhiễm độc Cadimi còn ảnh h-ởng tới nội tiết, máu, tim mạch, Nhiễm
độc Cadimi xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có NhËt B¶n.

7


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Bảng số liệu: Nồng độ cho phép của Cadimi trong n-ớc thải theo tiêu
chuẩn Việt Nam 5945 - 1995:

Chất

Đơn vị

Cadimi

mg/l

Các giá trị tới hạn
A

B

C

0,01

0,02

0,5

Trong đó :
A - Có thể đổ vào nguồn n-ớc dùng cho cung cấp n-ớc sinh hoạt.
B - Đ-ợc phép thải vào các nguồn n-ớc tự nhiên.
C - Chỉ đ-ợc phép thải vào nơi qui định, không đ-ợc thải ra môi tr-ờng.
1.2.3. §iỊu chÕ Cadimi.
Cadimi th-êng cã thĨ t¸ch ra khi tinh chế dung dịch ZnSO4 thu đ-ợc
trong thuỷ luyện kẽm. Dung dịch đó có thể chứa các tạp chất nh- FeSO 4, CuSO4
và CdSO4 . Để loại bỏ muối sắt, ng-ời ta cho thêm vào dung dịch đó MnO 2 rồi
CaCO3 :
FeSO4 + MnO2 +2H2O = FeOHSO4 + Mn(OH)3 .
FeOHSO4 + CaCO3 + H2O = Fe(OH)3 + CaSO4 + CO2 .
Dung dịch sau khi đà lọc hết kết tủa, còn chứa CuSO4 và CdSO4 . Khi
thêm bột kẽm vào dung dịch đó, đồng và cacdimi kim loại sẽ kết tủa. Hoà tan
kết tủa đó vào dung dịch H2SO4 loÃng và cho thêm kẽm bụi vào dung dịch
CdSO4 thu đ-ợc để Cadimi kim lo¹i kÕt tđa :
Zn + CdSO4 = Cd + ZnSO4 .
Cadimi kim loại đ-ợc tinh chế bằng ph-ơng pháp điện phân dung dịch
CdSO4 với cực d-ơng là Cadimi thô hoặc bằng cách ch-ng cất phân đoạn kim
loại thô ở trong chân không.
1.3. Phức chất của Cadimi

Ion Cd(II) rất giống Zn(II) tuy nhiên có đặc tính bazơ mạnh hơn, nh- vậy
Cd có khuynh h-ớng tạo ra các ion Cadimat. Sự khác nhau cơ bản giữa Cd và
Zn là do bán kính lớn hơn của Cd(II), do vậy nó tạo ra các phức ion yếu hơn
nh-ng lại tạo đ-ợc các phức cộng hoá trị bền hơn. cấu hình electron của Cd(II):
[ Kr]4d10, xác định " độ mềm" của ion này, khuynh h-ớng của nó tạo ra các

8


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

phức với các anion xianua, sunfua. Do vậy Cd(OH)2 không tan trong các dung
dịch kiềm nh-ng lại tan đ-ợc trong NH3 đậm đặc tạo thành phức amin. Các ion
chứa oxi nh- xitrat, tactrat liên kết với cadimi t-ơng đối yếu. Vì vậy khi có
những chất này thì dithizon (hay -Naphtythio cacbazon) trong CCl4 (hay trong
clorofom) tạo đ-ợc các phức theo nguyên tử nitơ và l-u huỳnh chiết đ-ợc
cadimi từ các dung dịch kiềm.
Cadimi có thể t¸i chiÕt trong t-íng n-íc dïng HCl 0.01M, phøc chÊt của
cadimi với đietylđithiocacbamat có đ-ợc, chiết từ dung dịch kiềm.
Các phức halogenua của cadimi bền đáng kể so với phức t-ơng ứng của kiềm
và độ bền của chúng tăng theo dÃy: F< Cl< Br< I.
Các halogenua Cd hoà tan đ-ợc trong dung môi chứa oxi.
2. Các ph-ơng pháp xử lý tách loại Cadimi từ môi tr-ờng n-ớc.

Để tách loại Cadimi trong n-íc th¶i ta cã thĨ sư dơng mét trong các
ph-ơng pháp sau:
2.1. Ph-ơng pháp kết tủa và đồng kết tủa.
2.1.1. Ph-ơng pháp kết tủa:

Ph-ơng pháp này th-ờng đ-ợc dùng để kết tủa các ion kim loại trong
n-ớc d-ới dạng các hợp chất ít tan hoặc không tan nh- kết tủa cacbonat, kết tủa
sunfat...
Kết tủa Hydroxit đ-ợc tạo thành theo phản ứng sau :
Mn+(dd) + nOH-(dd)

M(OH)(r)

.

L-ợng Mn+ còn lại trong n-ớc đ-ợc xác định bằng tích số tan T :
T = [Mn+] . [OH-]n
[Mn+] =

T

OH

n

(1)

.

Đối với các kim loại nặng nh- Ni2+, Cu2+, Pb2+, Cr3+, Cd2+ ... tích số tan
của các hidroxit nằm trong khoảng: 10-14 - 10-30 .
Quá trình kết tủa này xảy ra với pH trong khoảng 8 11 dựa vào đây ta có
thể tách các hidroxit tạo thành bằng cách lắng và quay li tâm ®Ĩ t¸ch chóng ra.

9

Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

ng-ời ta cũng đà nghiên cứu kết tủa của một số kim loại nặng d-ới d¹ng mi
sunfat thay thÕ cho kÕt tđa kim lo¹i hidroxit vì muối này kết tủa ở pH thấp hơn,
thời gian phản ứng ngắn và các muối này th-ờng ở dạng tinh thể, còn các
hidroxit ở dạng vô định hình khó lọc tách. Khi kết tủa ở dạng muối sunfat, kim
loại dễ đ-ợc thu hồi và đem đi tái chế.
Ph-ơng pháp kết tủa có thể tách loại đ-ợc ion Cd2+ trong n-ớc thải. Hàm
l-ợng của ion Cd2+ sau khi xử lý có thể đạt tới 0,20,5 ppm.
2.1.2. Ph-ơng pháp đồng kết tủa.
Nguyên tắc của ph-ơng pháp là sử dụng một số hợp chất tạo kết tủa có
thể lôi kéo Cd(OH)2 từ dung dịch và tạo điều kiện để Cd(OH)2 kết tủa hoàn toàn
hơn.
2.2. Ph-ơng pháp trao đổi ion.
Trao đổi ion là quá trình thay thế ion của một chất bằng ion khác trong
dung dịch. Hiệu suất trao đổi ion phụ thuộc vào bản chất nồng độ, điện tích và
kích th-ớc của ion trao đổi. Để áp dụng kĩ thuật này ng-ời ta sử dụng nhựa trao
đổi ion, xenlulo gắn kết, zenoit tự nhiên hoặc tinh bột không tan...
Nhựa trao đổi ion là một polime tổng hợp gồm một mạch polime
(polisitiren hoặc poliacrylat) và các nhóm chức gắn trực tiếp vào polime. các
nhóm chức này xác định tính chất của nhựa và ¸i lùc cđa nhùa víi c¸c ion. Cã
hai lo¹i nhùa trao đổi ion là : nhựa Cationit và Anionit.
Nhựa cationit gåm mét khung polime g¾n víi mét nhãm chøc nh-: -OH,
-COOH, còn nhựa anionit gồm một khung polime gắn với một nhóm chức nh- :
-NR2H+, -NRH2+ .
Quá trình trao đổi ion xảy trên cactionit nh- sau:

n(RNa) + Mn+ RnM + nNa+ .
Mn+ : là ion kim loại mà ta muốn loại bỏ trong dung dịch n-ớc.
Chú ý: Ph-ơng pháp nhựa trao đổi ion đ-ợc sử dụng khi nồng độ ion kim
loại nặng trong n-ớc thải t-ơng đối nhỏ, khoảng 500mg/l hoặc nhỏ hơn . Sau
khi xử lý hàm l-ợng của chúng chỉ còn khoảng 0,05 0,1ppm.

10


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

2.3. Ph-ơng pháp chiết.
Đây là ph-ơng pháp có thể sử dụng cho đa số các kim loại nặng. Khi
thêm phối tử thích hợp (L) vào dung dịch, phức chất của ion kim loại hình thành
đ-ợc chiết lên pha hữu cơ theo sơ đồ sau:
Me + nL
[MeLn] .
[MeLn] n-ớc

[MeLn] hữu cơ.

K = [MeLn]/[L]n.[Me].
(2)
D = [MeLn] hữu cơ/[Me] n-ớc .
(3)
Trong đó :
K - Hằng số cân bằng.
D - Là hệ số phân bổ.

Nếu tăng nồng độ phối tử và thể tích pha hữu cơ thì [Me] hữu cơ tăng và
[Me] n-ớc giảm .
2.4. Ph-ơng pháp hấp phụ.
Ph-ơng pháp hấp phụ đ-ợc sử dụng rộng rÃi để xử lý n-ớc thải công
nghiệp vì ph-ơng pháp này rất vạn năng, nó cho phép xử lý n-ớc thải chứa một
hoặc nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong n-ớc thải
rất thấp. Nh- vậy ph-ơng pháp hấp phụ còn có thể dùng để xử lý triệt để n-ớc
thải sau khi đà xử lý bằng các ph-ơng pháp khác.
2.4.1.Cơ sở của quá trình hấp phụ.
Khi bề mặt chất hấp phụ tiếp xúc với dung dịch thì nó có xu h-ớng giữ lại
các chất tan có trong dung dịch, đó là hiện t-ợng hấp phụ .
Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa
pha lỏng và rắn. Trong công nghệ xử lí n-ớc thải khi nói về ph-ơng pháp hấp
phụ tức là nói về quá trình hấp phụ chất bẩn hoà tan ở bề mặy biên giới giữa hai
pha: pha lỏng và pha rắn.
Hấp phụ các chất bẩn hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của các
chất đó từ n-ớc vào bề mặt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) d-ới tác dụng của
tr-ờng lùc bỊ mỈt. Tr-êng lùc bỊ mỈt bao gåm hai d¹ng:

11


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

+ Hiđrat hoá các phân tử chất tan, tức là tác dụng t-ơng hỗ giữa các
phân tử chất bẩn hoà tan với những phân tử trong dung dịch.
+ Tác dụng t-ơng hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các
nguyên tử trên bề mặt chất rắn.

Lực hấp phụ có thể là lực hoá học hoặc vật lý. Tốc độ hấp phụ phụ thuộc
vào bản chất, diện tích bề mặt, chất hấp phụ, nhiệt độ, độ pH... .Để đánh giá lực
hấp phụ ng-ời ta dïng l-ỵng hÊp phơ tù do(  Fhp ), những chất có ( Fhp )
càng lớn thì càng bị hấp phụ mạnh và sẽ đẩy những chất có  Fhp nhá h¬n, sÏ
xt hiƯn ë n-íc läc sím hơn, nếu các chất có Fhp nh- nhau thì đồng thời
một lúc sẽ xuất hiện trong n-ớc lọc.
Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch. Nghĩa là sau khi chất bẩn đÃ
bị hấp phụ hết rồi, có thể di chuyển ng-ợc trở lại từ bề mặt chất hấp phụ vào
dung dịch. Hiện t-ợng này gọi là khử hấp phụ với những điều kiện nh- nhau ,
tốc độ của quá trình thuận nghịch t-ơng ứng tỉ lệ với nồng độ chất bẩn trong
dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ. Khi nồng độ chất bẩn trong dung dịch ở
giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng là lớn nhất.Khi nồng độ chất bẩn trên bề
mặt hấp phụ tăng thì số phân tử (đà bị hấp phụ) sẽ di chuyển trở lại dung dịch
càng nhiều hơn.
Ng-ời ta ph©n biƯt hai kiĨu hÊp phơ : hÊp phơ trong ®iỊu kiƯn tÜnh vµ hÊp
phơ trong ®iỊu kiƯn ®éng.
+ HÊp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự di chuyển t-ơng đối
của các phân tử chất lỏng (n-ớc) so với chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển
động với nhau.Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào n-ớc và khoấy trộn
trong một thời gian đủ để đạt đ-ợc trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng). Tiếp
theo cho lắng hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách n-ớc ra.
+ Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyển động t-ơng đối
của phân tử chất lỏng ( n-íc) so víi ph©n tư chÊt hÊp phơ. BiƯn pháp thực hiện
là cho n-ớc lọc qua lớp vật liệu hấp phụ.
Khi nghiên cứu về hấp phụ ng-ời ta phải biết về hoạt tính của chất hấp
phụ hay gọi là" hấp phụ đơn vị". Đó là l-ợng chất bẩn tính bằng miligam hay
gam bị hấp phụ trên 1g hay 1cm3 chÊt hÊp phô.

12

Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

ứng với 2 kiểu hấp phụ đó, có hoạt tính tĩnh và hoạt tính động của chất
hấp phụ :
+ Hoạt tính tĩnh : là l-ợng chất bẩn tối đa ( mg ; g) bị hấp phụ trên
1g hay 1cm3 chất hấp phụ ở thời điểm đạt trạng thái cân bằng với nhiệt độ nhất
định của n-ớc và nồng độ ban đầu của chất bẩn hoà tan trong n-ớc.
+ Hoạt tính động : là l-ợng chất bẩn ( mg; g) bị hấp phụ trên 1g
3
hay 1cm vật liệu hấp phụ kể từ đầu quá trình cho tíi khi xt hiƯn chÊt bÈn ë
n-íc läc.
Trong xư lÝ n-ớc thải, khi các chất đ-ợc hấp phụ tốt bằng than hoạt tính,
đ-ờng cong hấp phụ đẳng nhiệt của hệ này có dạng lồi, còn khi các chất bị hấp
phụ kém đ-ờng này có dạng lõm. Các đ-ờng hấp phụ đẳng nhiệt của các chất
nằm trong n-ớc thải th-ờng đ-ợc xác định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên cũng
có thể tính gần đúng theo công thức sau :

Trong đó : a- §é hÊp phơ riªng, Mmol/g.
a- §é hÊp phơ riªng cùc ®¹i, Mmol/l.
Kw- TÝch sè ion cđa n-íc: Kw=

Ka
55,5

(4)

Ka- H»ng sè cân bằng của quá trình hấp phụ.

V * H 2O , V * i

- ThĨ tÝch mol cđa n-íc vµ của chất bị hấp phụ.

Cp- Nồng độ cân bằng, Mmol/l.
2.4.2. Hệ thống thiết bị hấp phụ.
Quá trình làm sạch n-ớc thải bằng hấp phụ đ-ợc tiến hành ở điều kiện
khuấy trén m·nh liƯt chÊt hÊp phơ víi n-íc, hc läc chÊt th¶i qua líp chÊt hÊp
phơ hay trong líp láng giả trong các hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn và liên
tục. Khi tiến hành quá trình này có sù khy trén chÊt hÊp phơ víi n-íc, ng-êi
ta th-êng sư dơng than ho¹t tÝnh ë d¹ng h¹t cã kÝch th-ớc nhỏ hơn hoặc bằng
0,1mm.
Quá trình hấp phụ có thể tiÕn hµnh mét bËc hay nhiỊu bËc. HÊp phơ mét
bËc ở trạng thái tĩnh đ-ợc ứng dung trong tr-ờng hợp khi chÊt hÊp phơ cã gi¸
13


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

thành thấp hoặc là chất thải sản xuất. Tuy nhiên khi quá trình tiến hành trong hệ
thống nhiều bậc sẽ có kết quả cao hơn.
L-ợng chất hấp phụ cho quá trình một bậc đ-ợc xác định từ ph-ơng trình
cân bằng vật liệu :
m=

Q(C d Cc )
a

(5)

Trong ®ã : m - L-äng chÊt hÊp phơ tiêu tốn.
Q - Thể tích n-ớc lọc.
Cđ, Cc - Nồng độ đầu, cuối của chất gây nhiễm bẩn trong n-ớc thải
a- Hệ số hấp phụ.
Nồng độ chất nhiễm bẩn trong n-ớc thải sau bậc làm sạch thứ n sẽ bằng:
n

Q 
 .C d
Cn= 
 Q  km 

(6)

k- HÖ số phân bố tính theo công thức :
C Cc
a
= d
Cd C p
a

k=

(7)

Trong đó : a - Giá trị hấp phụ riêng sau thời gian .
Cp - Nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ.

L-ợng chất hấp phụ tiêu tốn trên mỗi bậc đ-ợc xác định theo công thức
sau:

mn=

Q

(8)

Cd

k
1
Cn


Số bậc cần biết :
n= lgCđ - lg

Cn
lg( Q  k .m)  lg Q

(9)

2.4.3. Ph-¬ng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính.
Than hoạt tính là vật liệu phổ biến và đà đ-ợc ứng dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp xử lý n-ớc thải, n-ớc sinh hoạt, xử lý không khí, công
nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm nhằm thu hồi các dung môi hữu cơ,
khử mùi, khử màu... . Hơn nữa giá thành của nó lại rẻ. Do đó trong khoá luận
này chúng tôi đà góp phần nghiên cứu thêm về khả năng xử lý, tách loại

cacdimi trên than hoạt tính đà đ-ợc xử lý.

14


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

2.4.3.1. Cấu trúc xốp của than ho¹t tÝnh.
CÊu tróc xèp cđa than ho¹t tÝnh phơ thuộc vào việc lựa chọn nguyên liệu
ban đầu và kỹ thuật hoạt hoá kế tiếp cùng điều kiện để phát triển cấu trúc xốp.
Quá trình hoạt hoá tạo cho than một diện tích bề mặt lớn và một hệ thống lỗ xốp
với các kích cỡ khác nhau. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính liên quan trực
tiếp với bản chất xốp của nó. Các thông số quan trọng thể hiện bản chất xốp là:
- Tính chất bề mặt riêng: là diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên
ngoài hạt tính cho một đơn vị khối l-ợng.
- Thể tích lỗ xốp riêng: là không gian rỗng tính cho một đơn vị khối
l-ợng bao gồm độ rỗng bên trong hạt.
- Hình dạng mao quản: có bốn loại gồm mao quản hình trụ, hình khe,
hình cầu, hình chai. Diện tích bề mặt là yếu tố quan trọng đầu tiên xác định khả
năng hấp phụ của một chất. Diện tích bề mặt càng lớn càng có khả năng tạo
nhiều tâm hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính. Kích th-ớc lỗ xốp cũng rất quan
trọng để lựa chọn loại than phù hợp với mục đích sử dụng.
2.4.3.2. Bản chất hoá học của bề mặt than.
Ngoài thành phần chính là cacbon, than hoạt tính còn chứa các nguyên tố
khác. Những nguyên tố này chiếm khoảng 5 - 20% khối l-ợng than hoạt tính,
trong đó chủ yếu là các kim loại ở dạng oxit(tro) và hidroxit chủ yếu hình thành
do quá trình than hoá và hoạt hoá, tạo nên các phức chất chứa oxi trên bề mặt
hay các nhóm chức bề mặt. tính chất và hàm l-ợng các nhóm chức đ-ợc xác

định bởi nguyên liệu xuất phát dùng để tạo nên than hoạt tính và bởi quá trình
hoạt hoá than. Do đặc điểm hoạt động của các vi tinh thể và ở các liên kết
ngang bề mặt than.
Bề mặt nguyên thuỷ của than hoạt tính không phân cực nên có ái lực
mạnh với hợp chất hữu cơ không phân cực và có ái lực yếu với hợp chất hữu cơ
có phân cực. Nh-ng các oxit bề mặt vẫn mang bản chất kị n-ớc cđa than. Chóng
15


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

quyết định khả năng hấp phụ hơi n-ớc và các chất có độ phân cực lớn khác
trong không khí. Khả năng hấp phụ từ pha lỏng của than hoạt tính đối với các
chất có tính phân cực khác nhau cũng phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt.
Các nhóm chức bề mặt bao gồm cả hai loại: loại mang tính chất bazơ và
loại mang tính chất axít. chúng thể hiện ở khả năng biến đổi pH của dung dịch.
Thành phần các nhóm chức phụ thuộc vào quá trình hoạt hoá và việc xử lý than
sau đó. Ví dụ nh- khi hoạt hoá than với CO2 ë nhiƯt ®é cao trong chÊt hÊp phơ
sÏ xt hiƯn nhóm chức bazơ, còn khi hoạt hoá than hoạt tính với O2 ở nhiệt đọ
thấp sẽ tạo ra nhiều nhóm chức axít hơn. nh-ng nói chung các nhóm chức thuộc
cả hai loại đều cùng có trên một loại than .
Tính chất trao đổi ion trong dung dịch của than oxi hoá là do trên bề
mặt than có khoảng 1/5 oxi hấp phụ tạo ra các hợp chất bề mặt mang đặc tính
axit.
Nhiều tác giả bằng các ph-ơng pháp phân tích đà chỉ ra trên than oxi hoá
sự có mặt của c¸c nhãm chøc bao gåm nhãm chøc cacbonyl, cacboxyl, lactol,
peoxit.

16


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Than hoạt tính và than ôxihoá có cùng bản chất bề mặt là các hợp chất
chứa ôxi trên đó nh-ng chúng khác nhau hàm l-ợng ôxi và mức độ liên kết ôxi cacbon
2.4.4. Ph-ơng trình lý thuyết hoặc thực nghiệm để mô tả sự hấp phụ
đẳng nhiệt.
Ph-ơng trình Frendlic.
Là ph-ơng trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ chất khí hoặc chất
tan lên vật hấp phụ than: A =

.C

(10)

Trong đó:
A là l-ợng chất bị hấp phụ bởi 1gam vật hấp phụ(mol)
C là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng
,  lµ h»ng sè thùc nghiƯm t thc vµo chÊt hấp phụ hoặc chất

bị hấp phụ.

Ph-ơng trình Langmuir:
Đây là ph-ơng trình có chứng minh lý thuyết dựa vào nghiên cứu ®éng
häc cđa sù hÊp phơ. Khi hÊp phơ mét chÊt duy nhất, ph-ơng trình có dạng:
B = BMax .

bC
1 bC

(11)

B: l-ợng chất bị hấp phụ trên 1cm2 bề mặt vật hấp phụ.
C: Nồng độ chất bị hấp phụ lúc cân bằng hấp phụ, BMax và b đều là hằng số.
Ph-ơng trình Langmuir không áp dụng đ-ợc tr-ờng hợp hấp phụ nhiều
chất. Moris và Weber(1964) đà phát triển ph-ơng trình Langmuir cho tr-ờng
hợp hấp phụ hai chất.
Ngoài ra để mô tả quá trình hấp phụ còn có các ph-ơng trình Gibbs vµ
Sitkoski.


17


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Ph-ơng trình Gibbs:
C
d
.
dC
RT

=-

Nêu lên mối quan hệ giữa đại l-ợng hấp phụ

(12)
(mg/cm2) và d/dC là

biến thiên của sức căng bề mặt của dung dịch gây nên bởi sự hấp phụ các chất (
nhât là chất hoạt động bề mặt) lên bề mặt dung dịch theo sự biến thiên của nồng
độ dung dịch đó.
Ph-ơng trình sitkopski:
Là ph-ơng trình thực nghiệm nêu lên mối quan hệ giữa sức căng bề mặt
của dung dịch chất hoạt động bề mặt với nồng độ dung dịch:
= 0- aLn(1+bC)
Trong đó:

(13)

0 là sức căng bề mặt của dung môi nguyên chất
a, b là hằng số

3. Các ph-ơng pháp xác định Cadimi.

Trong n-ớc thiên nhiên th-ờng không có chứa Cadimi nh-ng trong n-ớc
từ các khu công nghiệp hoá chất, luyện kim.. th-ờng có Cd và Cd từ nguồn n-ớc
thải nhiễm vào n-ớc thiên nhiên đặc biệt là n-ớc bề mặt.
Trong n-ớc Cadimi ở dạng ion điện li, môi tr-ờng axít ở dạng ion phức
tạp (Xianua,tatrat) hoặc là dạng không tan(hdroxit, cacbonat) trong môi tr-ờng
kiềm.
Tuỳ theo hàm l-ợng Cadimi trong mẫu và yêu cầu của phép phân tích mà
chúng ta có các ph-ơng pháp phù hợp khác nhau. Sau đây là các ph-ơng pháp

xác định Cadimi.

3.1. Ph-ơng pháp chuẩn độ Complexon.
Cadimi trong mối quan hệ với EDTA và với tất cả các chất chỉ thị đÃ
đ-ợc dùng để nghiên cứu cho tới nay kể cả sự có mặt của Zn thì phép xác định
18


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Complexon nguyên tố này không gặp khó khăn gì, cả l-ợng lớn và vi l-ợng
Cadimi trong mẫu phân tích.
Trong số lớn các chất chỉ thị đà đ-ợc đề nghị để xác định Cadimi có thể
chọn những chất sau:
Pyrocactesin tím, Naphtolic, metyltimol xanh, gallein và glyxintymol
xanh. Những chất chỉ thị này đ-ợc sử dụng trong dung dịch đệm có pH = 10.
Trong môi tr-ờng axít yếu cã pH = 56 cã thĨ sư dơng PAN hc CuY hoặc
CuY-PAN, azoxin.
Phép chuẩn độ cadimi kém lựa chọn nh-ng có thể nâng độ lựa chọn đến
mức độ nhất định nếu sử dụng những ph-ơng pháp dụng cụ, phép tách sơ bộ
cũng đ-ợc sử dụng, ví dụ chiết phức tioxyanat. Những ph-ơng pháp sử dụng các
chất che hoặc các mẫu từng phần đ-ợc ứng dụng để xác định hỗn hợp nhiều cấu
tử. Trong tr-ờng hợp này ng-ời ta sử dụng khả năng che cadimi bằng
Kalixianua và giải che nó bằng foocmanđêhit. Ph-ơng pháp đó cho phép xác
định cadimi khi có mặt chì, các kim loại kiềm thổ và các kim loại khác, tr-ớc
hết là sự có mặt đáng kể của sắt.
Để tránh phản ứng với EDTA có thể che cadimi bằng KaliIôtdat ( ở nồng
độ cao) là những chất che không cản trở cho việc xác định kẽm.

Có thể xác định hàm l-ợng có mặt cadimi và kẽm theo một đ-ờng chuẩn
độ đo màu, nếu phép chuẩn độ đ-ợc tiến hành khi có mặt của murêxit hoặc
xincon. Ng-ời ta thêm chÊt m¸u d- so víi kÏm. Phøc kÏm víi chÊt màu là chỉ
thị cho cadimi" theo độ lệch của đ-ờng chuẩn", theo hai điểm gẫy trên đ-ờng
chuẩn độ có thể tính định l-ợng complexon tiêu tốn t-ơng ứng cho phép chuẩn
độ cadimi và kẽm.

19


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

3.2. Xác định Cd bằng ph-ơng pháp cực phổ.
Để xác định Cd bằng ph-ơng pháp này ng-ời ta dùng nền đệm
amoniac+amoniclorua. Nếu trong mẫu n-ớc hàm l-ợng Cd có thể xác định
đồng thời cả hai nguyên tố và nên dùng ph-ơng pháp thêm cho độ chính xác
cao hơn.
Trong tr-ờng hợp Cu quá lớn hơn so với hàm l-ợng Cd thì cần che Cu
bằng xianua. Các kim loại khác nh- Fe(III), Bi, Sn, Sb sẽ kết tủa đ-ợc d-ới dạng
hidroxit trong dung dịch đệm.
Để xác định cadimi ng-ời ta lấy phần trong ở trên kết tủa, nếu l-ợng kết
tủa quá lớn cần xác định theo ph-ơng pháp thêm. Kẽm, Niken, Coban, Mangan
là những kim loại trong nền này cho sóng cực phổ ở những thế âm hơn sóng của
cadimi nên không ảnh h-ởng đến việc xác định nó.
Nếu trong n-ớc có l-ợng chì lớn thì cần tránh nó bằng cách kết tủa với
axit sunfuric loÃng và lọc bỏ kết tủa chì sunfat.
Tuỳ theo hàm l-ợng của cadimi trong mÉu mµ chóng ta thùc hiƯn sù pha
lo·ng hay cô cạn bớt sao cho trong 25ml mẫu chứa kho¶ng 0,05- 1,25mg Cd.

NÕu trong mÉu chøa 0,001- 0,5 mg/l thì phải làm giàu bằng cach cô cạn
dung dịch phân tích nh- sau:
Lấy 250 ml mẫu, cho vào bát sứ hay cốc chịu nhiệt. Thêm 1 ml HCl đặc,
làm bay hơi đến cạn khô.Thêm vào phần bà khô 5 ml dung dịch đ-ợc điều chế
nh- sau:
Trộn 10 ml dung dịch nền,thêm 1 ml giêlatin,1ml Na2SO3 và 30 ml
n-ớc cất 2 lần, cho toàn bộ vào bình điện phân và ghi sãng cùc phỉ ë - 0,4 V
®Õn - 0,8 V, nên dùng ph-ơng pháp thêm để xác định.
3.3.Ph-ơng pháp trắc quang.
3.3.1.Cơ sở lý thuyết của ph-ơng pháp phân tích trắc quang.
Đây là ph-ơng pháp dựa theo định luật Bughe-lambe-Bia biểu thị bằng
hàm số:
A= f( , b, C ).
(14)
Trong đó : : b-ớc sóng.
A: Mật độ quang.
b: Bề dày dung dÞch.

20


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

C: Nồng độ phức hấp thụ ánh sáng khi và b không đổi (đo
A ở một b-ớc sóng cố định trong một cuvet cố định) thì :
A = f(C).
Tức là sự phụ thuộc giữa A vµ C lµ tun tÝnh. thùc nghiƯm cho thÊy sự
phụ thuộc tuyến tính này chỉ xảy ra trong khoảng nồng độ xác định và đ-ợc gọi

là đoạn LambeBia.
Để xác định Cd trong các loại n-ớc th-ờng dùng ph-ơng pháp trắc quang
dithizon. Bằng ph-ơng pháp này có thể xác định hàm l-ợng từ phần trăm mg
đến miligram của Cd.
Xác định Cd bằng ph-ơng pháp chiết trắc quang dùng dithizon ng-ời ta
chiết bằng CCl4 trong môi tr-ờng kiềm mạnh chứa tactrat. Dung dịch dithizonat
của Cd trong dung môi hữu cơ có màu đỏ hấp thụ cực đại ở b-ớc sóng =
515nm.
C6H5
NH  N
Cd2+ + H2Dz  S = C

Cd/2 + H+
N=N
C6H5
Phức cađimidithizonat

Các nguyên tố cản cần đ-ợc chiết tr-ớc khi xác định Cd bằng đithizon từ
môi tr-ờng axit. Nếu trong mẫu có chứa xianua thì cần phá huỷ CN- bằng cách
thêm 0.5ml H2SO4đặc vào 100ml mẫu n-ớc. Đun sôi 10 phút trong tủ hút. Sau
đó thêm vào 0.2ml HCl đặc, khuấy đều và để yên( để kết tủa AgCl lắng xuống)
trong 2 giờ. Lọc dung dịch, rửa phễu bằng vài ml n-ớc cất, trong n-ớc lọc còn
có thể chứa l-ợng nhỏ Ag, Cu, Hg và l-ợng nhỏ Ag còn trong n-ớc lọc đ-ợc
chiết để loại bỏ bằng đithizon từ môi tr-ờng pH=2. thêm vào n-ớc lọc 5ml dung
dịch xainhet 20%, điều chỉnh pH đến 2 bằng cách khuấy và thêm từ từ dung
dịch NH3 hoặc HCl.
Cho mẫu vào thử chiết và chiết, mỗi lần băng 5ml đithizon 0.1% trong
CHCl3, chiết cho đến khi l-ợng đithizon sau khi chiết vẫn giữ nguyên màu xanh
21

Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

ban đầu của nó. Sau ®ã röa mÉu b»ng tõng 10ml CHCl3 cho ®Õn khi dung môi
rửa không màu. cuối cùng rửa thêm hai lần, mỗi lần bằng 5ml CCl4. nếu trong
mẫu chứa Ni, thi tách nó bằng đimetylglioxin. Ni đ-ợc tách ra nh- sau:
Lấy 50ml dung dịch mẫu đầu hoặc dung dịch mẫu sau khi đà vô cơ hoá
cho vào 10ml dung dịch Kalitactrat 20%, thêm NH3 vào cho đến khi pH=8.5-9,
thêm vào tiếp 5ml dung dịch 1% của đimetylglioxin trong r-ợu etylic 96%. Cho
toàn bộ vào phễu lắc đều trong 30 giây. Chiết phức đimetylglioximat vài lần,
mỗi lần bằng 10ml CHCl3. Cuối cùng rửa t-ớng n-ớc bằng 5ml CCl4.
Các nguyên tố sau đây không gây trở ngại cho phép xác định cadimi khi
hàm l-ợng của chúng nhỏ hơn 50mg/l: Pb, Bi, As, Sb, Sn, Cr, Al, Fe, Zn,
thioxianat, phôtphat, sunfit
Nếu hàm l-ợng Zn gấp 50 lần cadimi thì việc chiết cadimi không hoàn
toàn và phạm sai số âm. Các chất oxi hoá cần phải đ-ợc phân huỷ bằng cách
thêm H2O2 vào và đun sôi kỹ. Các chất hữu cơ cần đ-ợc chiết tách bằng 5ml
CCl4 trong mỗi lần chiết.
3.3.2. Các ph-ơng pháp định l-ợng trong phân tích trắc quang.
3.3.2.1. Ph-ơng pháp trắc quang vi sai.
Với ph-ơng pháp này dung dịch so sánh không phải là dung môi nguyên
chất, mà có thể là dung dịch có chứa nguyên tố cần xác định, với nồng độ bé
hay lớn hơn nguyên tố đó trong dung dịch làm dung dịch so sánh, cũng có thể
dung dịch so sánh là một phần dung dịch nghiên cứu.
Nếu dung dịch có nguyên tố cần xác định có nồng độ bé hơn trong dung
dịch nghiên cứu làm dung dịch so sánh. Ng-ời ta tiến hành đo mật độ quang
Acủa dung dịch nghiên cứu theo dung dịch so sánh thì hàm l-ợng của chất cần
xác định trong dung dịch nghiên cứu đ-ợc xác định theo công thức:

Cx= Ax. F + C1
Trong đó : Cx là nồng độ dung dịch nghiên cứu.
C1 là nồng độ chất phân tích trong dung dịch so sánh.
Hệ số F đ-ợc tính theo công thức:
F

C
A2

'

.

C C2 C1 .

22


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

A2 A2 A1 .
'

Lấy hai dung dịch so sánh của một hợp chất màu có nồng độ đà biết là C1, C2;
Cx là nồng độ của dung dịch chất nghiên cứu.
Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch này so với dung môi là n-ớc thu
đ-ợc các mật độ quang A1, A2, Ax.
Nếu các dung dịch này tuân theo định luật Bughe-lambe-Bia:

A2= .l . C2
A1= .l . C1
Ax= .l . Cx
A2- A1= ( C2 - C1 ). .l = A2'
Ax- A1= ( Cx - C1 ). .l = Ax'
C 2  C1 A ' 2

 A2' ( Cx- C1) = Ax' ( C2- C1)
C x  C1 A ' x

Cx=

A' x
(C2 - C1) + C1 = Ax' .F + C1
A' 2

(16)

Nh- vậy để có thể xác định nồng độ chất nghiên cứu thì thực hiện các b-ớc:
- Chọn hai dung dịch chứa nguyên tố cần xác định có nồng độ C1, C2 (C1 < C2)
- Đo mật độ quang của dung dịch có nồng độ C2 so với dung dịch so sánh
C1 từ đó xác định đ-ợc F.
Đo mật độ quang của dung dịch nghiên cứu với nồng độ C 1 đ-ợc Ax từ
đó tính đ-ợc Cx.
Nếu dung dịch so sánh là một phần dung dịch nghiên cứu thì để xác định
nồng độ chất phân tích chúng ta chuẩn bị 3 dung dịch.
- Dung dịch 1: dung dịch nghiên cứu V1 ml dung dịch này làm so sánh.
- Dung dịch 2: dung dịch nghiên cứu V2 ml (V2> V1) có nồng độ Cx.
- Dung dịch 3: cũng là dung dịch nghiên cứu có nồng độ C x và thể tích
V2ml nh-ng có thể thêm một l-ợng xác định chất nghiên cứu Ca.

Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch 2, dung dÞch 3 so víi dung
dÞch1, ta cã:
Ax= .l . Cx

23


Khóa luận tốt nghiệp

Trịnh Thị Hoà

Ax+ Aa= .l.(Cx + Ca)
Cx =

Ax .C a
Aa

(17)

Ph-ơng pháp vi sai là một ph-ơng pháp cho phép xác định đ-ợc hàm
l-ợng lớn các chất, phép đo này triệt tiêu đ-ợc ảnh h-ởng của các cấu tử lạ của
dung dịch so sánh, dung dịch đệm và cho phép xác định khi các nồng độ lớn
không tuân theo định luật hấp thụ ánh sáng Bughe-Lambe-Bia.
3.3.2.2. Ph-ơng pháp đ-ờng chuẩn
Ph-ơng pháp đ-ờng chuẩn là ph-ơng pháp đ-ợc dùng trong phân tích
hàng loạt mẫu cho phép phân tích, tính toán kết quả khá nhanh.
Nội dung ph-ơng pháp: Chúng ta pha chế một dÃy dung dịch chuẩn có
nồng độ ( hàm l-ợng) chất nghiên cứu tăng dần, còn l-ợng thuốc thử, axit và
các điều kiện chế hoá chất khác đều nh- nhau.Đo mật độ quang của dÃy dung
dịch và lập đồ thị phụ thuộc A= f(C) gọi là đ-ờng chuẩn. Khi sử dụng dung dịch

so sánh là dung dịch trắng chứa tất cả các cấu tử nh- dung dịch chuẩn trừ cấu tử
cần xác định. Để định l-ợng chất X có trong dung dịch phân tích ta pha chế các
dung dịch cần phân tích trong điều kiện giống nh- ®-êng chuÈn råi ®em ®o mËt
®é quang Ax.
Dïng ®å thÞ chuẩn tính đ-ợc các giá trị Cx . Ph-ơng pháp này có -u điểm
là xác định đ-ợc hàng loạt, máy đo càng chính xác thì kết quả phân tích càng
tin cậy. Song để dùng đ-ợc ph-ơng pháp này, sự hấp thụ của ánh sáng của dung
dịch màu phải tuân theo định luật hấp thụ ánh sáng Bughe-Lambe-Bia, nghĩalà
có sự tuyến tính giữa D và C. Hàm l-ợng chất nghiên cứu đ-ợc xác định theo
công thức:

X=

C.1000
V

(mg/ml)

(18)

Trong đó: C là hàm l-ợng kim loại tính theo đ-ờng chuẩn.
C=Cx
(mg)
V là thể tích mẫu n-ớc phân tích.
4. Ph-ơng pháp xử lý thống kê số liệu thực nghiệm.
4.1. Xử lý các kết quả phân tích.
Các kết quả phân tích đ-ợc phải đ-ợc xử lý để đánh giá độ chính xác, tin
cậy của phép xác định khoảng linh động của kết quả đo.

24

Khóa luận tốt nghiệp


= tp,k +

Trịnh Thị Hoà

SX .

(19)

Trong đó:

tp,k

là hàm phân bố Student với bậc tự do k (k=n-1) và xác suất p.

SX

là độ lệch chuẩn trung bình của kết quả trung bình X .
n

yi
.
X= C +
i 1 n

(20)

Ph-ơng sai cuả pháp xác định kết quả X:
n

X

2

S =

i 1

i

; (k=n-1).

k

SX =

s2
n

Vậy khoảng xác định là:
X -



X + .

Sai số t-ơng đối của phép đo:
q% =


. 100.
X

(21)

4.2. Xử lý thống kê các đ-ờng chuẩn.
Để xác định hàm l-ợng chất phân tích cần phải dựa vào đ-ờng chuẩn
biểu thị mối liên hệ giữa mật độ quang và nồng độ của dung dịch chất nghiên
cứu. Đ-ờng chuẩn đ-ợc xử lý bằng ph-ơng pháp toán học thống kê nh- sau:
yi là giá trị đo đ-ợc của mật độ quang.
Xi là giá trị của nồng độ (mol/l) của chất phân tích.
Yi là giá trị tính đ-ợc từ biểu thức:
Yi = a + bXi .
(yi - Yi) là giá trị sai lệch của các giá trị đo. Sự trùng nhau giữa các giá trị
đo đ-ợc và tính toán đ-ợc tốt nhất nếu tổng các bình ph-ơng:
n


1

n

(yi - Yi) =

(yi - a - bxi)2

Bé nhất

1

Điều đó có nghĩa là:
25

(22)