浙理綜合實驗甲基橙解離常數(shù)測定印染廢水中甲基橙含量測定及脫色實驗

浙理綜合實驗甲基橙解離常數(shù)測定印染廢水中甲基橙含量測定及脫色實驗綜合化學(xué)實驗報告甲基橙解離常數(shù)測定、印染廢水中甲基橙含量測定及脫色實驗應(yīng)用化學(xué)（1）班I09140108王倩云2012年5月11日一、實驗背景印染染料廢水排放量大、有機物濃度高、難于生化降解，是備受關(guān)注的工業(yè)廢水。甲基橙是常見的印染染料之一，具有較高毒性、難以生物降解。測定甲基橙的解離常數(shù)、建立廢水中甲基橙含量測定及脫色去除方法具有重要意義。二、實驗?zāi)康?1)掌握分光光度法測定解離常數(shù)的原理及方法；(2)掌握甲基橙含量測定方法及方法評價；(3)掌握廢水中甲基橙物理脫色及催化氧化脫色的原理和過程；(4)學(xué)會單因素法確定最佳實驗條件的方法。三、實驗原理1、甲基橙pKa的測定甲基橙是一種典型的偶氮染料，存在下列解離平衡:(堿型，偶氮式)黃色(酸型，錕式）紅色以HIn代表甲基橙的酸式結(jié)構(gòu)，In-代表甲基橙的堿式結(jié)構(gòu)，則解離平衡簡式為：則Ka=[H+][In-]/[HIn]若甲基橙總濃度為c，則c=[HIn]+[In-]，所以就有：………(1)……(2)甲基橙的酸式和堿式具有不同顏色即具有不同的吸收光譜。利用分光光度法，將酸式、堿式甲基橙的吸光度疊加，得出不同pH下甲基橙溶液吸收值為：A=AHIn+AIn-=εHInb[HIn]+εIn-b[In-]……………(3)將(1)(2)帶入可得……(4)在λb=460nm,λe=468nm下平行測定三次吸光度值，記錄數(shù)據(jù)。3、活性炭脫色（1）取一個酸性廢液測得PH=1.42，加0.1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)吸光度值為0.993后，取200mL此溶液到燒杯中，加入攪拌子，根據(jù)λe=468nm下的工作曲線算得加入0.5816g的活性炭為宜，稱取0.59g活性炭加入燒杯中開始攪拌并計時，前15分鐘每隔兩分鐘，15至30分鐘每隔5分鐘取出約10mL，過濾后測量吸光度（2）取一個堿性廢液測得PH=12.71，加入母液及0.1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)吸光度值為0.998后，取200mL此溶液到燒杯中，加入攪拌子，并加入0.60g活性炭，按上述步驟操作并記錄不同時間的吸光度值共九個。（3）取一個中性廢液測得PH=3.70，加入0.1mol/L醋酸鈉調(diào)節(jié)吸光度值為1.000后，取200mL此溶液到燒杯中，加入攪拌子，并加入0.61g（4）繪制脫色動力學(xué)曲線。4、催化氧化脫色。（1）分別取上述酸性廢液200mL于兩個燒杯中，同時加入0.2mL3%的雙氧水溶液后開始攪拌，其中一杯作為空白組，向另一杯溶液中每隔一分鐘加入1至2滴事先配置的10%Fe2+溶液共2mL，三十分鐘后不再滴加，分別每隔五分鐘測一次兩杯溶液的吸光度，脫色一個小時，記錄不同時間兩杯溶液的吸光度值。（2）按照上述方法分別測定中性和堿性廢液并記錄數(shù)據(jù)。（3）繪制脫色動力學(xué)曲線。六、實驗結(jié)果記錄及數(shù)據(jù)分析1、PKa的測定（1）吸收曲線（A-λ曲線）確定酸式堿式最大吸收波長和等吸收點波長酸式堿式最佳吸收波長的確定A（酸式）B（堿式）A（酸式）B（堿式）波長/nm吸光度吸光度波長/nm吸光度吸光度4000.0310.2405100.7130.2034100.0430.2755200.6840.1414200.0660.3105300.6460.0894300.1000.3395400.5670.0544400.1520.3675500.3980.0314500.2220.3885600.2190.0204600.3120.4045700.0950.0144700.4150.4015800.0440.0134800.5140.3785900.0260.0124900.6130.3316000.0190.0125000.6910.272結(jié)論：由圖可得酸式最大吸收波長為λa=510nm，堿式最大吸收波長為λb=460nm，等吸收點的波長為λe=468nm不同PH的酸式堿式甲基橙溶液在各自最大吸收波長下的波長酸式（λa=510nm）堿式（λb=460nm）PH吸光度吸光度1.380.7130.3121.500.6780.3012.760.6700.3293.850.2890.3584.420.1960.3895.580.1970.4035.980.2000.4076.790.1900.41212.100.1870.414（2）不同酸度甲基橙溶液的PH與吸光度曲線結(jié)論：由圖可得兩線焦點的PH為3.74。即PKa值為3.742.甲基橙含量測定工作曲線的繪制及樣品含量測定濃度（*0.00001）λa=510nmλb=460nmλe=468nm32.850.0430.0330.02665.700.0800.0610.050131.400.1450.1080.088262.800.2990.2150.173394.200.4590.3090.263657.000.7110.5260.4301642.501.8091.2831.086（3條曲線由上而下分別對應(yīng)λa，λb，λe）①λa條件123吸光度A1.3781.3721.379濃度C1.24546E-51.23927E-51.24636E-5平均濃度C1.24369E-5②λb條件123吸光度A0.9780.9830.989濃度C1.212E-51.21825E-51.22575E-5平均濃度C1.21867E-5③λe條件123吸光度A0.8740.8690.877濃度C1.24485E-51.23771E-51.24914E-5平均濃度C1.2439E-5方法評價分析在酸性溶液λa=510nm與堿式λb=460nm條件下，測定樣品甲基橙含量時是否存在顯著性差異。由表①與表②中的濃度對應(yīng)相減得ΔC：編號123濃度差ΔCi3.346E-072.102E-072.061E-07平均濃度ΔC02.50767E-07ΔCi-ΔC08.3833E-08-4.0567E-08-4.4667E-08S=7.303E-8。真值μ=0所以得t=4.856查資料知P=0.95，f=2時，t1=4.3，t>t1,故兩種方法之間存在顯著性的差異。在堿性溶液λb=460nm與堿性溶液λe=468n條件下，測定樣品甲基橙含量是否存在顯著性差異。由表②與表③中的濃度對應(yīng)相減得ΔC：編號123濃度差ΔCi-3.285E-07-1.946E-07-2.339E-07平均濃度ΔC0-2.52333E-07ΔCi-ΔC0-7.6167E-085.7733E-081.8433E-8S=6.672E-08真值μ=0所以得t=5.349查資料知P=0.95，f=2時，t1=4.3，t>t1,故兩種方法之間存在顯著性的差異。3.廢水中甲基橙的脫色研究1、活性炭對甲基橙脫色效果的影響C吸附時間/min吸光度酸性堿性中性00.7230.6790.89120.0540.0320.05950.0210.0200.02370.0160.0150.019100.0140.0130.014200.0130.0130.013300.0120.0110.013400.0110.0090.012脫色率=（Ao－A)/Ao×100%，所以經(jīng)計算得：酸性條件下脫色率為98.3%，中性為98.2%，堿性為98.7%從脫色動力學(xué)曲線可以看出，整體趨勢且時間足夠長時堿性條件下活性炭的吸附能力更強，中性和酸性次之，但基本在10min左右吸附達到平衡。不同pH值條件下，甲基橙的電離程度不同，活性炭進行吸附脫色時，屬于物理吸附，特點是沒有選擇性，且迅速達到吸附平衡。2、催化氧化脫色及脫色動力學(xué)曲線的繪制催化吸附時間/min吸光度酸性堿性中性不加Fe加Fe不加Fe加Fe不加Fe加Fe01.1271.1721.1361.1451.1201.09451.1251.1651.1341.1391.1171.084101.1241.1521.1341.1321.1141.072151.1231.1391.1321.1241.1121.047201.1221.1241.1321.1171.1121.015251.1221.1121.1321.1041.1120.918301.1221.0881.1311.0891.1120.834351.1221.0641.1311.0831.1120.788451.1221.0501.1311.0771.1120.724601.1221.0471.1311.0711.1120.667酸性堿性中性經(jīng)計算得：酸性條件下脫色率為54.5%,堿性為29.3%，中性為82.1%從脫色動力學(xué)曲線中可以看出Fe2+催化氧化在中性條件下最有利于脫色，在酸性條件下次之，堿性條件下最差，可能在堿性條件Fe2+與之發(fā)生反應(yīng)生成干擾物質(zhì)而影響催化效果。進行催化氧化脫色時，F(xiàn)e2+的加入大大的提高了吸附率，在不同pH條件下，H2O2的電離程度不同，與Fe2+反應(yīng)生成強氧化性自由基的數(shù)目不同，脫色效率就不同，其過程為化學(xué)吸附，其特點為選擇性強，不易達到吸附平衡。物理脫色和催化氧化脫色相比，從圖表數(shù)據(jù)中可以明顯的看出，物理脫色的脫色率均在95%以上，而催化氧化脫色的脫色率最高也在85%以下，所以物理脫色，即活性炭脫色效果更好。從速率上看，物理脫色在10min左右就達到吸附平衡，而氧化脫色則在30min左右達到吸附平衡，綜合判斷可以明顯得出物理脫色方法效率更高，效果更好。七、實驗結(jié)論（1）實驗測得的甲基橙pKa值為3.74（2）用分光光度計，分別在甲基橙酸式和堿式最大吸收波長及等吸點的吸收波長下，測定甲基橙的含量的方法之間，存在顯著性差異。酸性分別與堿性及中性都存在顯著性差異，但中性和堿性之間不存在顯著性差異，即系統(tǒng)誤差。（3）活性炭在堿性條件下脫色效果最好。（4）雙氧水與Fe2+催化氧化脫色在中性條件下效果最好。（5）物理脫色比催化氧化脫色效率更高，效果更好。八、問題討論1、實驗測得的甲基橙的pKa值為3.74，而理論上甲基橙的pKa值為3.4.實驗值與理論值存在差異是由于，實驗中甲基橙的pKa值是通過雙線做圖法讀出的，根據(jù)，該公式進行了近似處理，即，強酸性條件時，甲基橙幾乎全部以酸型HIn存在，而在強堿性條件下，甲基橙幾乎全部以In-存在，所以，使得實驗值與理論值存在誤差。2、廢水中可能存在少量懸浮雜質(zhì)，首先給定量移取帶來干擾，其次是影響吸光度的測量，因此可在測定之前先對廢液進行過濾，濾去不溶性的雜質(zhì)。但是此時溶液的吸光度，也并非完全是由甲基橙的吸收所引起的，因此應(yīng)選擇合適的參比液。3、Fe2+催化氧化甲基橙的效率，可能與以下幾個因素有關(guān)：溶液的PH值、過氧化氫濃度、亞鐵離子濃度、體系溫度、反應(yīng)時間、攪拌速率等（在該次試驗中不做詳細探討）。4、分析化學(xué)中用于控制溶液酸度的緩沖溶液的種類非常多，通常根據(jù)實際情況，選不同的緩沖溶液。選擇緩沖溶液的原則是