ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
–––––––––––––––––––––

NGÔ THỊ DƯƠNG THÙY

ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN
TRONG NƯỚC SINH HOẠT CẤP TỪ NHÀ MÁY
NƯỚC DIỄN VỌNG -THÀNH PHỐ HẠ LONG BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN -2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
–––––––––––––––––––––

NGÔ THỊ DƯƠNG THÙY

ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN
TRONG NƯỚC SINH HOẠT CẤP TỪ NHÀ MÁY
NƯỚC DIỄN VỌNG-THÀNH PHỐ HẠ LONG BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ
Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60.44.01.18

Ngô Thị Dương Thùy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

a




MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... a
MỤC LỤC ......................................................................................................... b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ d
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... e
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... g
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Sắt và hợp chất của sắt ............................................................................... 3
1.1.1. Sắt ............................................................................................................ 3
1.1.2. Một số hợp chất của sắt .......................................................................... 5
1.1.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con người ............................................... 10
1.2. Mangan và hợp chất của mangan ............................................................. 11
1.2.1. Mangan .................................................................................................. 11
1.2.2. Các hợp chất của mangan ..................................................................... 11
1.2.3. Ứng dụng của Mangan ......................................................................... 14
1.2.4. Khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nước và tác dụng sinh hóa . 14
1.3. Các phương pháp xác định sắt và mangan ............................................... 15
1.3.1. Phân tích khối lượng ............................................................................. 15
1.3.2. Phân tích thể tích ................................................................................... 16
1.3.3. Các phương pháp điện hóa .................................................................... 17

3.1.1. Các điều kiện xác định sắt..................................................................... 42
3.1.2. Các điều kiện xác định mangan ............................................................ 51
3.2. Kết quả xác định hàm lượng sắt, mangan trong mẫu thực tế................... 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 67
1. Kết luận ....................................................................................................... 67
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

c




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Abs

: Absorbance (độ hấp thụ quang).

EDTA

: Acid etylendiaminteraaxetic (hay complexon II).

NMN

: Nhà máy nước.

ppm

dung dịch có mặt và không có các ion lạ ở nồng độ khác nhau .......... 46
Bảng 3.5. Kết quả đo độ hấp thụ quangcủa phức ‘ferroin’ từ nồng độ sắt
0,01ppm đến 18 ppm....................................................................... 47
Bảng 3.6. Độ hấp thụ quang của phức sắt trong mẫu M2-T4 đo lặp lại ......... 49
Bảng 3.7. Kết quả đo đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi
xác định sắt...................................................................................... 49
Bảng 3.8. Kết quả đo nồng độ mẫu thực đánh giá độ đúng của phương
pháp phân tích sắt............................................................................ 50
Bảng 3.9. Các điều kiện tối ưu xác định sắt bằng phương pháp trắc quang ... 51
Bảng 3.10.Kết quả đo độ hấp thụ quang khi thay đổi thể tích thuốc thử
fomaldoxim ..................................................................................... 52
Bảng 3.11.Kết quả đo độ hấp thụ quang theo thời gian trong phép đo xác
định mangan .................................................................................... 53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

e




Bảng 3.12.Kết quả đo độ hấp thụ quang khi thay đổi pH ............................... 54
Bảng 3.13. Độ hấp thụ quang của dung dịch mangan nồng độ 0,1 ppm khi
trong dung dịchcó mặt và không có ion Ca2+ và Mg2+ ở các
nồng độ khác nhau .......................................................................... 55
Bảng 3.14. Kết quả đo độ hấp thụ quang của phức mangan- fomaldoxim
từ nồng độ mangan 0,02ppm đến 16 ppm ...................................... 56
Bảng 3.15.Độ hấp thụ quang của phức mangan-fomaldoxim trong mẫu
M4-T4 đo lặp lại ............................................................................. 58
Bảng 3.16.Kết quả đo đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi
xác định mangan ............................................................................. 59

Hình 3.9. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào thời giantrong phép đo
xác định mangan ............................................................................. 54
Hình 3.10. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào pH trong phépđo xác
định mangan .................................................................................... 55
Hình 3.11. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của phức manganfomaidoxim vào nồng độ mangan .................................................. 57
Hình 3.12. Đường chuẩn xác định mangan..................................................... 57
Hình 3.13. Hàm lượng trung bình sắt trong nước cấp của NMN Diễn
Vọng, Quảng Ninh tháng 4,5,6,7 từ năm 2012 đến năm 2016 ....... 65
Hình 3.14. Hàm lượng trung bình mangan trong nước cấp của NMN Diễn
Vọng, Quảng Ninh tháng 4,5,6,7 từ năm 2012 đến năm 2016 ....... 66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

g




MỞ ĐẦU
Trong sinh hoạt hàng ngày của đời sống con người, nước là yếu tố
không thể thiếu. Nước uống, nước rửa được gọi dưới một tên chung: nước
sinh hoạt. Nước sinh hoạt có thể được khai thác từ các nguồn: nước ngầm,
nước bề mặt (ao, hồ, sông, suối), nước mưa. Tại các khu đô thị, các trung
tâm công nghiệp hiện nay, nước sinh hoạt hấy hết là nước cấp từ các nhà
máy xử lý nước.
Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã tiến hành nghiên cứu cơ cấu bệnh tật ở
Châu Á và đã đi đến kết luận như sau: “Tại một số nước ở Châu Á có 60%
bệnh nhiễm trùng và 40% tử vong là do dùng nước sinh hoạt không hợp vệ
sinh. Quỹ nhi đồng Liên Hiệp Quốc (UNICEF) lại cảnh báo: “Hàng năm, tại
các nước đang phát triển có khoảng 14 triệu trẻ em dưới 5 tuổi bị chết và 5

người dân cũng tăng lên, đặc biệt vào mùa từ tháng 04 đến tháng 10 hàng
năm, khi lượng du khách ồ ạt đổ về Quảng Ninh nghỉ dưỡng, sử dụng các
dịch vụ du lịch biển. Chính vì vậy, nhu cầu cấp nước đủ số lượng và đảm bảo
chất lượng rất quan trọng, trong đó nhu cầu sinh hoạt là ưu tiên hàng đầu.
Nhà máy nước Diễn Vọng thuộc công ty Cổ phần Nước sạch Quảng
Ninh có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt cho địa bàn Thành phố Cẩm Phả
và phía Đông của thành phố Hạ Long. NMN Diễn Vọng thành lập năm 1983
với công nghệ xử lý nước do Liên Xô cũ xây dựng và được cải tạo do vốn của
Thụy Điển vào năm 2000. Công suất của nhà máy khoảng 60.000 m3/ ngày
đêm. Đây là một nhà máy có công suất thiết kế lớn nhất trong các nhà máy
nước của tỉnh Quảng Ninh. Nguồn nước cung cung cấp cho nhà mày được lấy
từ Hồ Cao Vân.Theo thống kê của Trung Tâm y tế dự phòng tỉnh Quảng Ninh
thì chất lượng nước của nhà máy nước Diễn Vọng cung cấp cho các hộ dân
tương đối tốt. Trong thời gian gần đây, tại nhiều nơi trong cả nước, xuất hiện
nhiều lo lắng liên quan đến chất lượng nước ăn uống được cung cấp từ các
nhà máy do quá trình xử lý chưa triệt để. Do đó, để đánh giá một cách khách
quan chất lượng của quy trình xử lý nước của nhà máy và để góp phần xây
dựng quy trình phục vụ kiểm tra chất lượng nước về các chỉ tiêu sắt và mangan,
tôi xin lựa chọn đề tài: “Đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong nước sinh
hoạt cấp từ nhà máy cấp nước Diễn Vọng - thành phố Hạ Long bằng
phương pháp phổ hấp thụ phân tử".
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2




Chương 1
TỔNG QUAN


- Năng lượng ion hóa (eV)

I1=7.9 ; I2= 16.18; I3=30.63

- Thế điện cực chuẩn (V),

E0 Fe

- Trạng thái oxi hóa
- Hóa trị

2

Fe

= -0,44V; E0 Fe

3

Fe2

= 0,77V.

+2,+3
II, III

1.1.1.2.Trạng thái tự nhiên
Sắt là nguyên tố phổ biến đứng hàng thứ 4 về hàm lượng trong vỏ trái
đất sau O, Si, Al.Trữ lượng sắt trong vỏ trái đất là 1,5%. Trong thiên nhiên sắt


0

Những dạng α và  có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối
nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Feα có tính sắt từ và Fe có tính
thuận từ, Feα khác với Fe là không hòa tan C, Feγ có kiến trúc lập phương
tâm diện và tính thuận từ, Fe có kiến trúc lập phương tâm khối như Feα
nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. Ở điều kiện thường, sắt là một nguyên
tố sắt từ, tức là bị nam châm hút. Ngoài ra dưới tác dụng của dòng điện, sắt
trở thành nam châm.
Một số hằng số vật lí quan trọng của sắt.
Nhiệt độ nóng chảy :

15360C

Nhiệt thăng hoa :

418 kJ/mol

Nhiệt độ sôi :

28800C

Tỉ khối :

7.91g/cm3

Độ dẫn điện (Hg=1): 10
1.1.1.4.Tính chất hóa học của sắt
Sắt là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện

H2SO4 đặc nguội và axit HNO3 đặc nguội. Khi tác dụng với các axit có tính
oxi hóa mạnh như axit H2SO4và HNO3thì sắt bị oxi hóa thành Fe(III) và giải
phóng sản phẩm phụ.
Trong dung dịch kiềm khi đun nóng Fe khử được ion H+của nước tạo
thành H2và các sản phẩm chính là Fe3O4 hoặc Fe(FeO2)2 màu đen.
1.1.2. Một số hợp chất của sắt [2,3]
1.1.2.1. Sắt(II) oxit(FeO)
FeO là chất bột màu đen, điều chế bằng cách cho H 2 để khử Fe2O3 ở
3000C:
Fe2O3+H2
FeO+H2O
Hàm lượng sắt trong FeO thường bé hơn so với hàm lượng của nguyên
tố đó ứng với công thức phân tử, vì các nguyên tử Fe chiếm không hoàn toàn
các mắt của mạng lưới tinh thể, ứng với công thức Fe0,95O.
FeO không tan trong nước nhưng có phản ứng với nước đặc biệt khi đun
nóng. Sau khi đun nóng mạnh FeO bị trơ, nghĩa là mất hoạt tính hóa học cao.
FeO dễ tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm, là
oxit bazơ. Khi tan trong dung dịch axit loãng tạo ra ion [Fe(OH2)6]2+:
FeO+2H++5H2O
[Fe(OH2)6]2+
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5




1.1.2.2 Sắt(II) hiđroxit:Fe(OH)2
Phương pháp điều chế Fe(OH)2là cho muối Fe(II) tác dụng với dung
dịch kiềm mạnh.


3

Fe2

=0,77V

Fe2+có thể khử được nhiều chất oxi hóa (MnO4-, Cr2O72-, NO3-,O2...).
Khi có các chất tạo phức mạnh với Fe3+, tính khử của Fe2+ tăng lên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6




1.1.2.4. Sắt(III) oxit:Fe2O3
Sắt(III) oxit tạo ra 3 dạng thù hình, α-Fe2O3dạng thuận từ, γ-Fe2O3dạng
sắt từ, -Fe2O3 có cấu trúc kiểu corindon.
Khi nung Sắt (III) hidroxit hay chính xác là dạng Fe2O3.nH2O, ở nhiệt
độ thấp hơn 6500C tạo ra chất rắn ở dạng bột màu nâu đỏ, nhưng nếu nung ở
nhiệt độ cao hơn tạo ra tinh thể xám đen không còn khả năng tan trong axit
tương tự như Cr2O3, Al2O3 ở dạng tinh thể:
o

t
 Fe2O3 +nH2O
Fe2O3.nH2O 

Fe2O3có thể điều chế bằng cách nung FeSO4.7H2O, FeO, hoặc một

1.1.2.5. Sắt(III) hiđroxit:Fe(OH)3
Sắt(III) hiđroxit là chất kết tủa màu nâu đỏ tạo ra khi cho muối sắt(III)
tác dụng với kiềm, amoniac, cacbonat:
FeCl3+ 3NH3+ 3H2O → Fe(OH)3+3NH4Cl
Thực ra dạng kết tủa vô định hình là dạng Fe2O3.nH2O, với hàm lượng
H2O khác nhau.Trong công thức thường viết Fe(OH)3 thực ra đó là dạng
Fe2O3.3H2O, trong thiên nhiên dạng hemantit nâu như Fe2O3.H2O hay là
FeO(OH). Khả năng tan trong axit phụ thuộc vào “tuổi” của kết tủa. Kết tủa vừa
điều chế tan trong axit vô cơ và hữu cơ nhưng để một thời gian thì khó tan. Khi
nung nóng đến 500 – 7000C sẽ mất nước hoàn toàn và biến thành Fe2O3.
Bên cạnh tính bazơ là chủ yếu, Fe(OH)3còn thể hiện tính axit yếu (axit
ferơ HFeO2):
Fe(OH)3+NaOH → NaFeO2+ 2H2O
NaFeO2 hay các ferit khác đều bị thủy phân trong kiềm tạo ra Fe2O3:
2NaFeO2 + H2O → 2NaOH + Fe2O3
1.1.2.6. Muối sắt (III)
Sắt(III) tạo nên muối với đa số các anion. Đa số muối Fe(III) dễ tan trong
nước cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt. Khi kết tinh từ
dung dịch, muối Fe(III) thường ở dạng tinh thể hiđrat. Ví dụ : FeCl3.6H2O màu
nâu

vàng,

Fe(NO3)3.9H2O

màu

tím,

Fe2(SO4)3.10H2O

lg* =-2,85

Trong môi trường axit có pH  2, sắt tạo phức hiđroxo.
Fe(H2O)63++ H2O→Fe(H2O)5OH+H3O+
Chỉ trong dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH

10




1.2. Mangan và hợp chất của mangan
1.2.1. Mangan
Mangan là nguyên tố thuộc nhóm VIIB trong bảng HTTH của Menđeleep:
- Khối lượng nguyên tử:

54,938

- Tỷ trọng:

7,44

- Nhiệt độ nóng chảy:

12440C

- Nhiệt độ sôi:

21200C

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng:

3d54s2

- Mangan có các trạng thái oxi hóa từ +2 đến+7

2+

tạo phức aquơ kiểu [Mn(OH2)6] làm cho dung dịch có màu hồng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

11




Khi tác dụng với các chất oxi hóa các hợp chất Mn(II) thể hiện tính
khử. Trong môi trường kiềm Mn(OH)2 bị O2 của không khí oxi hóa:
6Mn(OH)2+ O2→2Mn2MnO4+6H2O
(Đây là một phản ứng dùng để định lượng oxi hòa tan trong nước).
Trong môi trường kiềm mạnh, Mn2+có thể bị oxi hóa thành MnO42-:
3MnSO4+ 2KClO3+ 12KOH →3K2MnO4+ 2KCl + 3K2SO4+6H2O
Trong môi trường axit những chất oxi hóa mạnh như PbO2 oxi hóa
Mn2+thành MnO4- :
2MnSO4+ 5PbO2+ 6HNO3→ 2HMnO4+ 3Pb(NO3)2+ 2PbSO4+ 2H2O
1.2.2.2.Hợp chất của Mn (III)
Mn(III) oxit Mn2O3 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật braunit.
Mn(III) hiđroxit được kết tủa từ dung dịch nước không có thành phần
ứng đúng Mn(OH)3 mà là hiđrat Mn2O3.xH2O. Ở 1000C hiđrat này mất nước
tạo thành monohiđrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn là MnOOH và tồn
tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật Manganit.
Những muối Mn (III) đơn giản và tương đối thông dụng là: MnF3,
Mn2(SO4)3, Mn(CH3COO)3. Trong dung dịch Mn3+ dễ bị phân hủy theo phản ứng:
2Mn3++ 2H2O  MnO2+ Mn2++4H+
Tuy nhiên Mn3+tồn tại bền hơn khi ở các trạng thái phức chất.Ví dụ
M3[Mn(CN)6] trong đó M là Na+, K+, NH4+.

2K2MnO4+ Cl2→ 2KMnO4+2KCl
1.2.2.5.Hợp chất của Mn (VII)
Anhiđric pemanganic Mn2O7 là chất lỏng nhờn, màu đen xanh, không bền.
Người ta điều chế nó bằng cách tác dụng H2SO4 đặc lên KMnO4 :
2KMnO4+ H2SO4→ Mn2O7+ K2SO4+H2O
Mn2O7 là hợp chất oxit axit điển hình, tác dụng mạnh với nước theo
phản ứng:
Mn2O7+ H2O → 2HMnO4
Ion MnO4 có màu đỏ tím tồn tại nhiều dưới dạng muối.KMnO 4là chất
oxi hóa mạnh và được dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm. Sản phẩm khử
pemanganat được tạo thành tương ứng với tính chất của môi trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

13




Trong môi trường axit mạnh:
MnO4 + 5e + 8H+→ Mn2++4H2O

E0 MnO

4



Mn2

= 1,51V

trọng đối với sự sống. Đất thiếu Mn làm cho thực vật thiếu Mn, điều này ảnh
hưởng lớn đến sự phát triển của xương động vật. Ion Mn là chất hoạt hóa một
số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin (chất diệp lục), tạo
máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Mangan
cần cho quá trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp protein.
Nhu cầu Mn của người lớn là 8 mg mỗi ngày. Thực phẩm chứa nhiều Mn là
củ cải đỏ, cà chua, đậu tương, khoai tây. Mn làm giảm lượng đường trong
máu nên tránh được bệnh tiểu đường.
1.2.4. Khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nước và tác dụng sinh hóa
Trước khi xét đến sự ô nhiễm của Mn trong nước ngầm ta cũng cần
điểm qua sự xuất hiện của Mn trong tự nhiên và trong nước thải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14




Trong tự nhiên ở sông ngòi Mn chứa từ 0,001-0,16mg/l. Trong nước
đường ống thì Mn ở ngưỡng 0,05 mg/l [5].
Trong công nghiệp luyện kim chế tạo máy, hóa chất làm giàu quặng
Mn, chế biến quặng...thì nồng độ Mn trong nước thải là 1-1,2mg/l. Trong
công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, nước thải chứa 0,05- 0,47mg/l Mn.
Thông thường Mn được thải ra dưới dạng muối tan như muối sunfat, clorua,
nitrat của Mn(II).
Trong nước ngầm Mn thường tồn tại ở dạng hóa trị II (Mn2+) vì không
có mặt ôxi hòa tan hàm lượng Mn có thể là 1mg/l.
Khi nghiên cứu tác động của hợp chất Mn và độc tính của chúng đối
với cơ thể sống, người ta thấy rằng:
-Ở nồng độ 0,1mg/l Mn làm cho nước đục.

các ion đó, người ta cho kết tủa với ion S2-trong đó có lượng nhỏ cacđimi.
Nhưng phương pháp này không được đánh giá cao vì sunfua các kim loại ít
tan trong (NH4)2S dư. Khi kết tủa sắt bằng (NH4)2S có mặt tactrat ta có thể
tách sắt ra khỏi titan, uran, valađi và một số các nguyên tố khác.
1.3.1.2. Xác định mangan
Việc xác định Mangan bằng phương pháp này dựa trên sự kết tủa Mn
dưới dạng Mangan hidroxit theo phản ứng sau:
Mn2++2OH-
Mn(OH)2 ↓
Sau đó đem nung kết tủa, đem cân và xác định chính xác hàm lượng
của Mn
o

t
 MnO +H2O
Mn(OH)2↓ 

Tuy nhiên trong nước thì lượng Mangan rất nhỏ, do vậy ta không thể sử
dụng phương pháp này được.
1.3.2. Phân tích thể tích
Trong phương pháp này người ta đo lượng thuốc thử cần dùng để phản
ứng với một lượng đã cho của một chất cần xác định. Định lượng bằng
phương pháp thể tích cho kết quả nhanh chóng, đơn giản. Xong chỉ phù hợp
với xác định các nguyên tố trong mẫu có hàm lượng lớn (≥0,1%). Tùy thuộc
vào loại phản ứng chính thường dùng mà người ta chia phương pháp phân
tích thể tích thành các nhóm: Phương pháp trung hòa, phương pháp oxi hóa
khử, phương pháp kết tủa và phương pháp Complexon.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

16