Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng Sắt, Mangan trong nước giếng khoan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định hàm lượng các kim loại sắt, mangan trong nước giếng khoan ở một số phường của thành phố Thái Nguyên và đánh giá mức độ ô nhiễm của chúng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng Sắt, Mangan trong nước giếng khoan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ................................... TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG SẮT, MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN - 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ................................... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG SẮT, MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS.Trần Thị Hồng Vân THÁI NGUYÊN - 2011\ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các tài liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Tƣờng Thị Cẩm Nhung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Tôi xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Thị Hồng Vân – Cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành được luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ Khoa Hoá học – trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu khoa học tại trường. Tôi xin cảm ơn các cán bộ, viên chức công tác tại Trung tâm Y tế Dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã hỗ trợ máy móc cũng như trang thiết bị làm thực nghiệm và tài liệu liên quan trong quá trình tôi làm luận văn. Tôi xin cảm ơn Trung tâm Y tế Dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong thời gian học Cao học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 10 tháng 8 năm 2011 Tác giả Tƣờng Thị Cẩm Nhung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU.................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN......................................................................... 4 1.1. MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN................................. 4 1.1.1. Mangan ........................................................................................... 4 1.1.2. Các hợp chất của mangan .............................................................. 5 1.1.2.1. Hợp chất của Mn(II)...................................................................... 5 1.1.2.2. Hợp chất của Mn(III)..................................................................... 5 1.1.2.3. Hợp chất của Mn(IV)..................................................................... 6 1.1.2.4. Hợp chất của Mn(VI)..................................................................... 6 1.1.2.5. Hợp chất của Mn(VII)................................................................... 7 1.1.3. Ứng dụng của Mangan.................................................................... 8 1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của 8 mangan trong nƣớc ngầm......................................................................... 1.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT ..................................................... 9 1.2.1. Sắt..................................................................................................... 9 1.2.1.1. Vị trí và tính chất của nguyên tử sắt.............................................. 9 1.2.1.2. Trạng thái tự nhiên......................................................................... 10 1.2.1.3. Tính chất lí học của sắt.................................................................. 10 1.2.1.4. Tính chất hóa học của sắt............................................................... 11 1.2.2. Một số hợp chất của sắt................................................................... 12 1.2.2.1. Sắt(II) oxit (FeO)........................................................................... 13 1.2.2.2. Sắt(II) hiđroxit: Fe(OH)2................................................................ 1.2.2.3. Muối sắt(II).................................................................................... 13 1.2.2.4. Sắt(III) oxit: Fe2O3......................................................................... 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.2.2.5. Sắt(III) hiđroxit: Fe(OH)3.............................................................. 15 1.2.2.6. Muối sắt(III)................................................................................... 16 1.2.2.7. Phức chất của sắt(III)..................................................................... 17 1.2.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con ngƣời ........................................ 17 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MANGAN VÀ SẮT.............. 18 1.3.1. Các phƣơng pháp hóa học............................................................... 18 1.3.1.1. Phân tích khối lượng...................................................................... 18 1.3.1.2. Phân tích thể tích............................................................................ 19 1.3.2. Các phƣơng pháp phân tích công cụ.............................................. 20 1.3.2.1. Các phương pháp điện hóa............................................................. 20 1.3.3. Các phƣơng pháp quang học.......................................................... 22 1.3.3.1. Phương pháp trắc quang................................................................ 22 1.3.3.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử……………………………. 26 1.3.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử……………………………. 27 1.3.4. Phƣơng pháp sắc ký………………………………………………. 28 1.3.4.1. Phương pháp sắc ký lỏng cao áp và phương pháp dòng chảy sử 28 dụng detector điện hóa…………………………………………………… 1.3.4.2. Phương pháp sắc ký điện di mao quản…………………………... 28 CHƢƠNG II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN 30 CỨU............................................................................................................ 2.1. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ …. 30 2.1.1. Nguyên tắc của phép đo AAS…………………………………….. 30 2.1.2. Trang bị của phép đo AAS............................................................... 31 2.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp.................................................. 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.2. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU.................... 33 2.2.1. Trang thiết bị……………………………………………………… 33 2.2.2. Dụng cụ…………………………………………………………… 34 2.2.3. Hóa chất…………………………………………………………... 34 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………. 34 2.3.1. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn………………………………………. 34 2.3.2. Phƣơng pháp thêm chuẩn………………………………………... 36 2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU……………………………………….. 38 2.4.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định Fe, Mn bằng 38 phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa.............................. 2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của cation khác............................................. 39 2.4.3. Khảo sát vùng tuyến tính của Fe, Mn............................................. 39 2.4.4. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo..................... 39 2.4.5. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu.................................................... 39 2.4.6. Phân tích mẫu thực tế theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và 39 phƣơng pháp thêm chuẩn.......................................................................... CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………. 40 3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI SẮT VÀ MANGAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP 40 F-AAS........................................................................................................ 3.1.1. Khảo sát các thông số máy.............................................................. 40 3.1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ............................................................. 40 3.1.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn.......................................................... 41 3.1.1.3. Khảo sát lưu lượng khí axetylen.................................................... 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.1.1.4. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử.......................... 44 3.1.1.5. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu............................ 45 3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại axit và nồng độ axit.................. 46 3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với sắt………………………… 47 3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Mn....................................... 49 3.2. KHẢO SÁT SƠ BỘ THÀNH PHẦN MẪU..................................... 51 3.3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CATION.......................... 52 3.4. KHẢO SÁT KHOẢNG TUYẾN TÍNH CỦA Fe VÀ Mn............. 54 3.5. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN, XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN PHÁT 57 HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG.................................................... 3.5.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định sắt.............................................. 58 3.5.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định mangan..................................... 60 3.6. TỔNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ F-AAS CỦA SẮT VÀ 61 MANGAN................................................................................................... 3.7. SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP LẠI CỦA PHÉP ĐO...................................... 62 3.7.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Fe.................................. 63 3.7.2. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Mn................................ 64 3.8. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƢƠNG PHÁP 66 ĐƢỜNG CHUẨN...................................................................................... 3.8.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu............................................................... 66 3.8.2. Xử lý mẫu………………………………………………………….. 71 3.8.3. Kết quả xác định hàm lƣợng kim loại sắt, mangan trong nƣớc 71 giếng khoan bằng phép đo F – AAS.......................................................... 3.9. PHÂN TÍCH MẪU NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG 75 PHÁP THÊM CHUẨN............................................................................. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………….. 79 TÀI LỆU THAM KHẢO……………………………………………….. 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau Bảng 3.1 41 của Fe Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau Bảng 3.2 41 của Mn Bảng 3.3 Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Fe 42 Bảng 3.4 Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Mn 42 Bảng 3.5 Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Fe 43 Bảng 3.6 Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Mn 43 Bảng 3.7 Kết quả khảo sát khe đo đối với Fe 44 Bảng 3.8 Kết quả khảo sát khe đo đối với Mn 45 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa đối với Fe 45 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa đối với Mn 46 Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép Bảng 3.11 47 đo Fe Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13% 48 Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép Bảng 3.13 đo Mn 49 Bảng 3.14 Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13% 50 Bảng 3.15 Kết quả sơ bộ thành phần mẫu nước 51 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của các kim loại kiềm 52 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ 53 Bảng 3.18 Ảnh hưởng của các kim loại nhóm 3 53 Bảng 3.19 Ảnh hưởng của các kim loại nặng khác 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.20 Ảnh hưởng của các ion kim loại khác 54 Bảng 3.21 Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe 55 Bảng 3.22 Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn 56 Bảng 3.23 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ sắt 59 Bảng 3.24 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn 60 Tổng kết các điều kiện đo phổ F – AAS của sắt và Bảng 3.25 62 mangan Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Bảng 3.26 64 Fe Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Bảng 3.27 65 Mn Bảng 3.28 Địa điểm, thời gian và kí hiệu mẫu phân tích 66 Bảng 3.29 Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nước giếng khoan 72 (Tháng 5/2011) Bảng 3.30 Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nước giếng khoan 73 (Tháng 6/2011) Bảng 3.31 Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong mẫu nước 75 Bảng 3.32 Kết quả phân tích hàm lượng Fe tháng 5/2011 76 Bảng 3.33 Kết quả phân tích hàm lượng Fe tháng 6/2011 77 Bảng 3.34 Kết quả phân tích hàm lượng Mn tháng 5/2011 77 Bảng 3.35 Kết quả phân tích hàm lượng Mn tháng 6/2011 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 2.1 Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 35 Hình 2.2 Đồ thị phương pháp thêm chuẩn 38 Hình 3.1 Độ hấp thụ của Fe trong các axit tối ưu 48 Hình 3.2 Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ưu 50 Hình 3.3 Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe 56 Hình 3.4 Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn 57 Hình 3.5 Đường chuẩn xác định hàm lượng Fe 59 Hình 3.6 Đường chuẩn xác định hàm lượng Mn 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Trong quá trình sinh sống và phát triển con người càng khai thác nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên hơn, trong đó có những tài nguyên không tái tạo được thì sẽ đi đến chỗ cạn kiệt như: nạn chặt phá rừng quá nặng nề, khai thác tài nguyên khoáng sản, khai thác nước … Mặt khác con người cũng sản sinh ra nhiều chất thải hơn và càng làm cho môi trường bị ô nhiễm và suy thoái. Sự suy thoái của môi trường đang đe dọa tới sức khỏe và tính mạng của hàng trăm triệu người dân trên thế giới nhất là các nước đang phát triển. Chính vì vậy mà trong thời đại hiện nay, trên phạm vi toàn thế giới và trong từng quốc gia nổi lên vấn đề cơ bản nhất có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người đó là vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng. Như chúng ta đã biết, nước cũng như không khí rất cần thiết cho sự sống và các hoạt động của cơ thể con người, cho sự tồn tại và phát triển của môi trường xung quanh. Trong cơ thể mỗi con người lượng nước sạch cần thiết trong một ngày dùng để ăn uống từ 2,5 – 3 lít nước và dùng cho các nhu cầu khác như tắm giặt … bình quân cần phải từ 100 – 120 lít/ngày. Nguy cơ khan hiếm nước và tình trạng các nguồn nước sạch bị ô nhiễm dẫn đến tình trạng thiếu nước sạch phục vụ cho ăn uống và cho sinh hoạt của con người càng ngày càng trầm trọng. Ở nước ta đang bước vào thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với sự gia tăng về dân số, do vậy mà vấn đề nước sạch đã trở lên cấp bách hơn bao giờ hết. 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 nước dùng sinh hoạt không hợp vệ sinh”. Quỹ nhi đồng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 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 triệu trẻ em bị tàn tật do dùng nước bị ô nhiễm”. Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước như: độ pH, độ kiềm, độ axit, hàm lượng oxi (DO, BOD, COD), hàm lượng chất hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, hàm lượng các cation, anion… Nước sạch đưa vào cơ thể nhiều nguyên tố cần thiết cho sự sống như: Iot, Sắt, Flo, Kẽm, Đồng, Mangan … Tuy nhiên khi nồng độ của chúng trong nước vượt quá mức cho phép thì nó sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo. Do đó nước dùng cho cuộc sống phải đủ về số lượng và đảm bảo an toàn về chất lượng. Sắt là một trong những kim loại có nhiều trong vỏ trái đất. Nồng độ của nó trong nước thiên nhiên có thể từ 0,5 - 50 mg/l. Nhu cầu tối thiểu về sắt hàng ngày tùy thuộc vào độ tuổi, giới tính, thể chất thay đổi từ 10 - 15 mg/ngày. Còn mangan thì nhu cầu dinh dưỡng mỗi ngày đối với cơ thể con người từ 30 – 50 µg/kg thể trọng. Nếu dư thừa, mangan thì sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như: viêm túi mật, ảnh hưởng đến vị giác và tuyến giáp trạng… Người ta đã ghi nhận được chứng cứ về tính nhiễm độc thần kinh do tiếp xúc lâu với bụi có chứa mangan là tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận và bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng có thể dẫn tới tử vong [17]. Vì vậy, việc xác định chính xác hàm lượng các kim loại nặng độc hại (Fe, Mn …) trong nước là vô cùng cần thiết. Nó góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng, đồng thời cũng góp phần xây dựng quy trình phục vụ kiểm tra chất lượng nước. Xuất phát từ mục tiêu đó chúng tôi lựa chọn đề tài: “Phân tích và đánh giá hàm lƣợng Sắt, Mangan trong nƣớc giếng khoan bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS)”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng sắt, mangan trong nước sinh hoạt bằng kỹ thuật F – AAS để từ đó xác định mức ô nhiễm sắt, mangan và có biện pháp xử lý thích hợp. Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: + Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt, mangan bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA-6300. + Chọn nền và môi trường phân tích. + Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác. + Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt và mangan trong phép đo F-AAS và xây dựng đường chuẩn xác định các nguyên tố này. + Xác định hàm lượng các kim loại sắt, mangan trong nước giếng khoan ở một số phường của thành phố Thái Nguyên và đánh giá mức độ ô nhiễm của chúng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN 1.1.1. Mangan [8] Mangan là nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm VII 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 Trong thiên nhiên Mn là nguyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ 3 trong số các kim loại chuyển tiếp sau Fe và Ti. Trữ lượng của Mn trong vỏ trái đất là0,032%. Mangan không tồn tại ở trạng thái tự do mà tồn tại chủ yếu trong các khoáng vật. Khoáng vật chính của Mn là hausmanit( Mn3O4 ) chứa khoảng 72% Mn, pirolusit(MnO2) chứa khoảng 63% Mn, braunit (Mn2O3) và manganit MnO2.Mn(OH)2. Nước ta có mỏ pirolusit lẫn hemantit ở Yên Cư và Thanh Tứ ( Nghệ An), mỏ pirolusit lẫn hêmantit ở Tốc Tác và Bản Khuôn (Cao Bằng). Trong cơ thể con người Mn có khoảng 4.10-10% nằm trong tim, gan và tuyến thượng thận, ảnh hưởng đến sự trưởng thành của cơ thể và sự tạo máu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Mangan có nhiều đồng vị từ 49Mn đến 55Mn trong đó chỉ có 55Mn là đồng vị thiên nhiên chiếm 100%. Đồng vị phóng xạ bền nhất là 53Mn có chu kì bán hủy là 140 năm, và kém bền nhất là 49Mn có chu kì bán hủy là 0,4s [18]. 1.1.2. Các hợp chất của mangan [1] 1.1.2.1. Hợp chất của Mn(II) Đa số hợp chất Mn(II) dễ tan trong nước, ít tan là MnO, MnS, MnF 2 , Mn(OH)2, MnCO3 và Mn3(PO4)2. Khi tan trong nước các muối Mn(II) phân li tạo phức aquơ kiểu [Mn(OH2)6]2+ làm cho dung dịch có màu hồng. 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 1.1.2.2. 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 mono hiđrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn là MnOOH và tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật Manganit. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 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+. 1.1.2.3. Hợp chất của Mn(IV) Đối với Mn(IV) hợp chất bền là MnO2 và Mn(OH)4, các muối Mn(IV) không có nhiều và cation Mn4+ bị thủy phân mạnh trong dung dịch nước tạo thành MnO2. MnO2, Mn(OH)4 là những hợp chất vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử, không tan trong nước. Khi tác dụng với chất khử chúng đóng vai trò chất oxi hóa, Ví dụ: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O Khi tác dụng với chất oxi hóa chúng đóng vai trò chất khử, sản phẩm là những hợp chất Mn(VI), Mn(VII): 3MnO2 + KClO3 + 6KOH → 3K2MnO4 + KCl + 3H2O 2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O 1.1.2.4. Hợp chất của Mn(VI) Mn(VI) chỉ được biết trong ion manganat (MnO42-) có màu lục thẫm. Người ta đã tách được tinh thể muối manganat của kim loại kiềm, amôni, kim loại kiềm thổ, chì, cacđimi. MnO42- chỉ tồn tại trong dung dịch có dư kiềm, trong trường hợp ngược lại chúng thủy phân theo phương trình: 3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 K2MnO4 + H2SO4 → H2MnO4 + K2SO4 ( 3H2MnO4 → 2HMnO4 + MnO2 + 2H2O) Các hợp chất Mn(VI) là những chất oxi hóa mạnh, tuy nhiên khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh hơn thì sẽ thể hiện tính khử: 2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCl 1.1.2.5. 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. KMnO4 là 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. Trong môi trường axit mạnh: MnO-4 + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O 0 EMnO  / Mn2 4 = 1,51 V Trong môi trường acid yếu, trung tính: MnO-4 + 4H+ + 3e → MnO2 + 2H2O 0 EMnO  4 / MnO = 1,231 V 2 Môi trường kiềm: MnO4- + e → MnO42- E0 = 0,56 V Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 1.1.3. Ứng dụng của Mangan [8] Gần 95% Mn được sản xuất là dùng để chế thép trong ngành luyện kim. Mn có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năng tạo hợp kim với sắt hành thép đặc biệt, truyền cho thép những phẩm chất tốt như khó rỉ, cứng và chịu mài mòn. Thép Mn chứa 1-2% Mn dùng làm đường ray, trụ mô tơ, bánh răng. Thép Mn chứa 10-15% Mn dùng để làm những chi tiết cứng, chịu va đập như búa, má của máy đập đá, bi của máy nghiền quặng và gàu của tàu nạo vét sông. Thép không rỉ loại không có Ni chứa 14% Cr và 15% Mn chịu được axit HNO3 và những khí chứa lưu huỳnh. Gang kính chứa 5-20% Mn. Mangan có hàm lượng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lượng quan 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. 1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nƣớc ngầm 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. Trong tự nhiên ở sông ngòi Mn chứa từ 0,001-0,16mg/l. Trong nước đường ống thì Mn ở ngưỡng 0,05mg/l [5]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn