GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC MÀNG
CHỌN LỌC ION XYANUA VÀ ỨNG DỤNG
TRONG PHÂN TÍCH NƯỚC THẢI NHÀ MÁY
CỒN
TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
1
1
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC MÀNG
CHỌN LỌC ION XYANUA VÀ ỨNG DỤNG
TRONG PHÂN TÍCH
TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
GVHD: NGUYỄN PHƯỚC THÀNH
Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
2
2
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Lời cảm ơn
Con xin chân thành cảm ơn:
Thầy Nguyễn Phước Thành đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ mọi mặt và
luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
pháp xác định Xyanua dễ dàng nhất là phương pháp điện hóa, đặc biệt là sử dụng
điện cực màng chọn lọc. Phương pháp này cũng được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, kiểm soát
môi trường, y tế…
Ưu điểm của phương pháp đo điện thế sử dụng màng chọn lọc là xác định nhanh,
đo trực tiếp, máy móc đơn giản, điện cực dể chế tạo, điện cực được bán khá nhiều,
nhưng tuổi thọ của điện cực phụ thuộc vào điều kiện sử dụng. Có trường hợp cụ
5
5
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
thể thì không cao, thậm chí rất ngắn. Vì vậy việc nghiên cứu tự chế tạo cho đơn vị
sử dụng là điều được quan tâm.
Trong bài tiểu luận này chúng tôi tìm biện pháp để điều chế điện cực màng chọn
lọc ion CN
-
và ứng dụng xác định hàm lượng CN
-
có trong nước giếng và nước
thải, kiểm tra cho việc sử dụng điện cực này dùng xác định độ mặn của nước,
kiểm tra điện cực vừa chế nào có khả năng sử dụng ngay hay không.
6
6
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Mục lục
A. TỔNG QUAN
1. Mục tiêu của đề tài 10
2. Ý nghĩa của đề tài 10
4. Khảo sát khả năng sử dụng điện cực theo thời gian 30
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện cực 32
6. Nghiên cứu trên mẫu tự tạo 32
7. Khảo sát trên mẫu thật 34
7.1 Lấy mẫu 34
7.2 Quy trình phân tích 35
8. Kiểm tra khả năng sử dụng điện cực xác định ion clorua……… 37
9. Kiểm tra khả năng sử dụng điện cực khi vừa chế tạo…………… 38
C KẾT LUẬN…………………………………………………………….40
TÀI LIỆU THAM KHẢO
8
8
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
A. TỔNG QUAN
9
9
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
1. Mục tiêu của đề tài:
Bằng phương pháp điện phân, tìm điều kiện thuận lợi nhất điều chế nhanh điện
cực màng chọn lọc CN
-
và sử dụng nó trong phương pháp điện thế kế trực tiếp để
xác định CN
-
trong nước giếng gần nhà máy cồn Xuân Lộc, và nước thải của nhà
máy này.
Xác định hàm lượng CN
-
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Dạng ion xyanua thường gặp nhất là KCN. KCN một chất kịch độc, gây chết
người với liều lượng thấp. Chỉ cần ăn nhầm từ 3 đến 4 mg chất này thì một người khỏe
mạnh có thể mất ý thức trong vòng 10 giây đến 1 phút. Sau khoảng 45 phút thì rơi vào
trạng thái hôn mê và có thể tử vong sau khoảng 2 giờ nếu không có các biện pháp điều trị
kịp thời. Theo phân loại trong hướng dẫn số 67/548/EEC của liên minh châu Âu thì nó là
chất cực độc (T+). Giới hạn phơi nhiễm tối đa (PEL) của OSHA là 5 mg/m
3
. Còn theo
quyết định số 3733/2002/QĐ-BYT ngày 10 tháng 10 năm 2002 của Bộ Y tế Việt Nam thì
giới hạn này là 3 mg/m
3
trong môi trường sản xuất
[8]
.
Cơ chế gây độc:
Giống như các hợp chất xyanua khác, xyanua kali gây độc bằng cách ngăn chặn sự trao
đổi chất của tế bào. Xyanua kali có khả năng tạo liên kết hóa học với các heme trong máu
(như hemoglobin, làm cho các tế bào không lấy được ôxy và bị hủy hoại.
[9]
Cách giải độc:
Khi bị ngộ độc xyanua kali, cần sơ cứu nạn nhân bằng cách cho thở bằng khí ôxy.
Trong các phân xưởng có sử dụng xyanua kali, thường có sẵn bộ cấp cứu trong trường
hợp nhiễm độc, bao gồm các chất amyl nitrít, nitrít natri, xanh methylen và sodium
thiosulphate.
Đường glucô có khả năng làm chậm lại đáng kể quá trình gây độc của xyanua,
đồng thời bảo vệ các tế bào bằng cách tạo liên kết hóa học với ion xyanua. Tuy nhiên
Glucô không có khả năng giải độc.
4. Cơ sở lý thuyết về điện cực màng chọn lọc:
4.1 Định nghĩa:
động bởi một dây dẫn điện ( tiếp xúc rắn - rắn )hoặc chứa một dung dịch của ion
cần xác định với nồng độ đủ lớn từ 1M → 2M và trong đó nhúng một điện cực so
sánh phụ ( tiếp xúc lỏng – rắn).
Hình 1: hình vẽ điện cực màng rắn.
12
12
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Vật liệu hoạt động:
Ở dạng rắn ta có ba loại màng:
-Màng đơn tinh thể:
Tạo đơn tinh thể trong những trang thiết bị và điều kiện thích hợp. Điện cực chế
tạo từ vật liệu này có độ chọn lọc cao vì chỉ có những ion có kích thước và điện
tích nhất định mới có khả năng xếp vào các vị trí khuyết của màng, còn các ion
khác không xâm nhập được vào nên không tham gia vào quá trình trao đổi ion.
Tuy nhiên việc chế tạo màng vật liệu này phức tạp và tốn kém. Ví dụ màng đơn
tinh thể LaF
3
-Màng rắn đồng thể:
Là hỗn hợp đồng kết tủa hoặc trộn đều cơ học của các muối kim loại ít tan và một
chất trong đó đóng vai trò tạo hình và có tính dẫn điện tốt.
-Màng rắn dị thể:
Muối ít tan của kim loại được trộn đều với chất màng thường là các monomer, sau
đó polymer hóa chúng để tạo khung.
Yêu cầu đối với tất cả các loại điện cực màng của chúng phải ngăn cách một cách
hoàn toàn dung dịch trong điện cực và dung dịch nghiên cứu.
13
13
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
5.2 Phương pháp điện thế kế gián tiếp ( chuẩn độ điện thế):
Áp dụng với tất cả các phản ứng có làm thay đổi nồng độ ion X tự do.
Nguyên tắc: theo dõi sự thay đổi thế của dung dịch xác định trong quá trình chuẩn
độ. Sau đó vẽ đồ thị sự biến đổi E theo V hoặc ∆E/∆V theo V (ml) của dung dịch
15
15
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
chuẩn. Điểm thay đổi thế đột ngột trước và sau điểm tương đương cho phép xác
định điểm tương đương của phản ứng. Với phương pháp điện thế gián tiếp, ta có
thể mở rộng phạm vi ứng dụng của điện cực màng chọn lọc bằng cách chuẩn độ
thay thế, chuẩn độ ngược,…
6. Các phương pháp xác định hàm lượng xyanua
[2]
:
6.1 Phương pháp barbituric acid-pyridine
Nguyên tắc: trước tiên xyanua trong dung dịch được cho phản ứng với
chloramine( sodium p – toluensulfonchloramine) tạo thành xyanogens clorua.
Xyanogen clorua tạo thành sẽ phản ứng với pyridine và acid barbituric để tạo
thành màu polymethin.
Đo cường độ màu của polymethin tại bước sóng 580nm, ta lập dãy chuẩn xác định
hàm lượng của xyanua
[3]
.
Khoảng xác định: phương pháp có khoảng tuyến tính trong khoảng nồng độ
từ 0.005 đến 0.5 mg/l.
Ưu điểm: xác định được hàm lượng xyanua rất nhỏ, ít ảnh hưởng của các
ion khác.
Nhược điểm:
• Ở nồng độ nhỏ bị ảnh hưởng mạnh bởi ion thioxyanate.
nền. Phương pháp cần đuổi oxi trong dung dịch và giữ bề mặt dung dịch bằng khí
trơ. Cường độ đỉnh thường nằm lân cận của -0.25V tùy theo pH và nồng độ của
xyanua
[
iii
]
.
Giới hạn xác định: phương pháp xác đinhh trong khoảng từ 0.01 đến 10mg/l.
Ưu điểm: không ảnh hưởng của các ion khác, không ảnh hưởng của sunfua ngay
ở nồng độ khá lớn.
Nhược điểm:
• Gây sai số bởi oxi, oxi có thể oxi hóa xyanua và mũi của oxi gần mũi của
xyanua.
• Chịu ảnh hưởng của pH, pH thấp gây mất xyanua do tạo ra HCN,
• pH cao mũi xyanua bị che một phân do mũi của ion hydroxyl, làm giảm
độ nhạy.
6.3 Phương pháp chuẩn độ điện thế:
Nguyên tắc:
Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn AgNO
3,
sử dụng điện cực chọn lọc ion xyanua
làm điện cực chỉ thị, điện cực Ag/AgCl/KCl 3M/KNO
3
10% làm điện cực so sánh.
Ag
+
sẽ phản ứng với xyanua theo phản ứng:
Ag
+
+ 2CN
3
10% làm điện cực so sánh. Cân bằng xảy ra:
AgI + CN
-
↔AgCN + I
-
Lập đường chuẩn với các dung dịch xyanua chuẩn biết trước nồng độ, suy
ra nồng độ của mẫu cần phân tích.
Ưu điểm:
• Thiết bị rẻ tiền, dể sử dụng
• Thời gian phân tích nhanh
• Khoảng nồng độ xác định rộng có thể từ 0.05 đến 100mg/l đối với màng ép.
• Không bị ảnh hưởng bởi ion OH
-
, nên có thể sử dụng dung dịch kiềm khá
cao.
Nhược điểm:
• Thời gian đạt cân bằng khá lâu.
• Các điều kiện thực nghiệm phải được tiến hành như nhau, đo từ
nồng độ nhỏ đến lớn, nếu không sẽ mắc sai số.
• Ở nồng độ cao điện cực bị phá hủy. Nên tuổi thọ điện cực thấp.
18
18
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
B. THỰC NGHIỆM
19
19
và tạo tủa với S
2-
.
2.2 Chế tạo điện cực theo phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch
HI
Phương pháp tương đối đơn giản nhưng vì HI thì đắt tiền không an toàn
bằng KI nên chúng tôi chọn phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch KI.
20
20
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
2.3 Chế tạo điện cực bằng phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch
KI .
Hình 3: Sơ đồ điện phân chế tạo điện cực:
2.3.1. Nguyên lý của phương pháp: dựa trên phản ứng Ag từ dây Ag với vai
trò anod sẽ tan ra và lập tức kết hợp với I
-
trong dung dịch tạo AgI bám trên bề mặt
điện cực theo các phương trình sau:
Ag – e → Ag
+
Ag
+
+ I
-
→ AgI↓
2.3.2. Phương pháp chế tạo:
Về mặt lý thuyết rất đơn giản nhưng để AgI trở thành màng chọn lọc ion bám
trên bề mặt dây Ag, lúc này đóng vai trò dây dẫn điện phải đáp ứng các điều kiện
trong cồn 1 giờ.
TH2 điện cực không sử lý đun sôi: làm tương tự nhưng không qua đun sôi 20 phút
Kết quả điền phân điện cực như sau
Trường hợp 1: điên cực có sử lý đun sôi sau khi làm nhẵn bề mặt.
Lần
C
I
-
(M)
E
(V)
t
(phút)
Nhận xét
1 10
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình thành nhanh (khoảng 10s).
Sau đó kết tủa bám không chặt.
Vết phủ loang lỗ.
2 10
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình nhanh.
Sau đó tiếp tục có kết tủa hình thành nhưng bám
không chặt.
Phủ không đều
22
22
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình nhanh.
Sau đó tiếp tục có kết tủa hình thành nhưng bám
không chặt.
Phủ không đều
3 10
-4
2.0 2 Kết tủa bám kém hẳn
4 10
-4
2.0 5 Kết tủa bám kém, màu sắc nhợt nhạt.
5 10
-4
2.0 5 Kết tủa bám một lớp mỏng
6 10
-3
2.0 2
Kết tủa bám nhanh,
Lượng kết tủa dầy hơn theo thời gian, Phần kết
tủa lúc sau không bám chặt.
Bám đều 99%. Vài vệt không bám
7 10
-3
2.0 2 Tương tự
23
23
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
8 10
Trong điều kiện mới này kết quả thu được như sau.
Lần
C
I
-
(M)
E
(V)
t
(phút)
Nhận xét
1 10
-4
2 2
Điện cực không còn hình thành lớp bám dầy thứ
2 nữa. điện chưa bám hết 100%
2 10
-4
2 5 Tượng tự như trên.
24
24
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
3 10
-4
2 5 Tượng tự như trên.
4 10
-4
2 10
Thời gian tăng lớp kết tủa tiếp tục dầy lên
t
(phút)
Nhận xét
5 lần 10
-4
2 - Chưa có điện cực nào đạt yêu cầu độ phủ 100%
5 lần 5.10
-4
2 - Có một điện cực chấp nhận được
5 lần 10
-3
2 - có 2 điện cực gần được như yêu cầu
25
25
Copyright: Tài liệu đại học ©