浙理综合实验甲基橙解离常数测定印染废水中甲基橙含量测定及脱色实验

浙理综合实验甲基橙解离常数测定印染废水中甲基橙含量测定及脱色实验综合化学实验报告甲基橙解离常数测定、印染废水中甲基橙含量测定及脱色实验应用化学（1）班I09140108王倩云2012年5月11日一、实验背景印染染料废水排放量大、有机物浓度高、难于生化降解，是备受关注的工业废水。甲基橙是常见的印染染料之一，具有较高毒性、难以生物降解。测定甲基橙的解离常数、建立废水中甲基橙含量测定及脱色去除方法具有重要意义。二、实验目的(1)掌握分光光度法测定解离常数的原理及方法；(2)掌握甲基橙含量测定方法及方法评价；(3)掌握废水中甲基橙物理脱色及催化氧化脱色的原理和过程；(4)学会单因素法确定最佳实验条件的方法。三、实验原理1、甲基橙pKa的测定甲基橙是一种典型的偶氮染料，存在下列解离平衡:(碱型，偶氮式)黄色(酸型，锟式）红色以HIn代表甲基橙的酸式结构，In-代表甲基橙的碱式结构，则解离平衡简式为：则Ka=[H+][In-]/[HIn]若甲基橙总浓度为c，则c=[HIn]+[In-]，所以就有：………(1)……(2)甲基橙的酸式和碱式具有不同颜色即具有不同的吸收光谱。利用分光光度法，将酸式、碱式甲基橙的吸光度叠加，得出不同pH下甲基橙溶液吸收值为：A=AHIn+AIn-=εHInb[HIn]+εIn-b[In-]……………(3)将(1)(2)带入可得……(4)在λb=460nm,λe=468nm下平行测定三次吸光度值，记录数据。3、活性炭脱色（1）取一个酸性废液测得PH=1.42，加0.1mol/L盐酸调节吸光度值为0.993后，取200mL此溶液到烧杯中，加入搅拌子，根据λe=468nm下的工作曲线算得加入0.5816g的活性炭为宜，称取0.59g活性炭加入烧杯中开始搅拌并计时，前15分钟每隔两分钟，15至30分钟每隔5分钟取出约10mL，过滤后测量吸光度（2）取一个碱性废液测得PH=12.71，加入母液及0.1mol/L氢氧化钠溶液调节吸光度值为0.998后，取200mL此溶液到烧杯中，加入搅拌子，并加入0.60g活性炭，按上述步骤操作并记录不同时间的吸光度值共九个。（3）取一个中性废液测得PH=3.70，加入0.1mol/L醋酸钠调节吸光度值为1.000后，取200mL此溶液到烧杯中，加入搅拌子，并加入0.61g（4）绘制脱色动力学曲线。4、催化氧化脱色。（1）分别取上述酸性废液200mL于两个烧杯中，同时加入0.2mL3%的双氧水溶液后开始搅拌，其中一杯作为空白组，向另一杯溶液中每隔一分钟加入1至2滴事先配置的10%Fe2+溶液共2mL，三十分钟后不再滴加，分别每隔五分钟测一次两杯溶液的吸光度，脱色一个小时，记录不同时间两杯溶液的吸光度值。（2）按照上述方法分别测定中性和碱性废液并记录数据。（3）绘制脱色动力学曲线。六、实验结果记录及数据分析1、PKa的测定（1）吸收曲线（A-λ曲线）确定酸式碱式最大吸收波长和等吸收点波长酸式碱式最佳吸收波长的确定A（酸式）B（碱式）A（酸式）B（碱式）波长/nm吸光度吸光度波长/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结论：由图可得酸式最大吸收波长为λa=510nm，碱式最大吸收波长为λb=460nm，等吸收点的波长为λe=468nm不同PH的酸式碱式甲基橙溶液在各自最大吸收波长下的波长酸式（λa=510nm）碱式（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与吸光度曲线结论：由图可得两线焦点的PH为3.74。即PKa值为3.742.甲基橙含量测定工作曲线的绘制及样品含量测定浓度（*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条曲线由上而下分别对应λa，λb，λe）①λa条件123吸光度A1.3781.3721.379浓度C1.24546E-51.23927E-51.24636E-5平均浓度C1.24369E-5②λb条件123吸光度A0.9780.9830.989浓度C1.212E-51.21825E-51.22575E-5平均浓度C1.21867E-5③λe条件123吸光度A0.8740.8690.877浓度C1.24485E-51.23771E-51.24914E-5平均浓度C1.2439E-5方法评价分析在酸性溶液λa=510nm与碱式λb=460nm条件下，测定样品甲基橙含量时是否存在显著性差异。由表①与表②中的浓度对应相减得ΔC：编号123浓度差ΔCi3.346E-072.102E-072.061E-07平均浓度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查资料知P=0.95，f=2时，t1=4.3，t>t1,故两种方法之间存在显著性的差异。在碱性溶液λb=460nm与碱性溶液λe=468n条件下，测定样品甲基橙含量是否存在显著性差异。由表②与表③中的浓度对应相减得ΔC：编号123浓度差ΔCi-3.285E-07-1.946E-07-2.339E-07平均浓度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查资料知P=0.95，f=2时，t1=4.3，t>t1,故两种方法之间存在显著性的差异。3.废水中甲基橙的脱色研究1、活性炭对甲基橙脱色效果的影响C吸附时间/min吸光度酸性碱性中性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脱色率=（Ao－A)/Ao×100%，所以经计算得：酸性条件下脱色率为98.3%，中性为98.2%，碱性为98.7%从脱色动力学曲线可以看出，整体趋势且时间足够长时碱性条件下活性炭的吸附能力更强，中性和酸性次之，但基本在10min左右吸附达到平衡。不同pH值条件下，甲基橙的电离程度不同，活性炭进行吸附脱色时，属于物理吸附，特点是没有选择性，且迅速达到吸附平衡。2、催化氧化脱色及脱色动力学曲线的绘制催化吸附时间/min吸光度酸性碱性中性不加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酸性碱性中性经计算得：酸性条件下脱色率为54.5%,碱性为29.3%，中性为82.1%从脱色动力学曲线中可以看出Fe2+催化氧化在中性条件下最有利于脱色，在酸性条件下次之，碱性条件下最差，可能在碱性条件Fe2+与之发生反应生成干扰物质而影响催化效果。进行催化氧化脱色时，Fe2+的加入大大的提高了吸附率，在不同pH条件下，H2O2的电离程度不同，与Fe2+反应生成强氧化性自由基的数目不同，脱色效率就不同，其过程为化学吸附，其特点为选择性强，不易达到吸附平衡。物理脱色和催化氧化脱色相比，从图表数据中可以明显的看出，物理脱色的脱色率均在95%以上，而催化氧化脱色的脱色率最高也在85%以下，所以物理脱色，即活性炭脱色效果更好。从速率上看，物理脱色在10min左右就达到吸附平衡，而氧化脱色则在30min左右达到吸附平衡，综合判断可以明显得出物理脱色方法效率更高，效果更好。七、实验结论（1）实验测得的甲基橙pKa值为3.74（2）用分光光度计，分别在甲基橙酸式和碱式最大吸收波长及等吸点的吸收波长下，测定甲基橙的含量的方法之间，存在显著性差异。酸性分别与碱性及中性都存在显著性差异，但中性和碱性之间不存在显著性差异，即系统误差。（3）活性炭在碱性条件下脱色效果最好。（4）双氧水与Fe2+催化氧化脱色在中性条件下效果最好。（5）物理脱色比催化氧化脱色效率更高，效果更好。八、问题讨论1、实验测得的甲基橙的pKa值为3.74，而理论上甲基橙的pKa值为3.4.实验值与理论值存在差异是由于，实验中甲基橙的pKa值是通过双线做图法读出的，根据，该公式进行了近似处理，即，强酸性条件时，甲基橙几乎全部以酸型HIn存在，而在强碱性条件下，甲基橙几乎全部以In-存在，所以，使得实验值与理论值存在误差。2、废水中可能存在少量悬浮杂质，首先给定量移取带来干扰，其次是影响吸光度的测量，因此可在测定之前先对废液进行过滤，滤去不溶性的杂质。但是此时溶液的吸光度，也并非完全是由甲基橙的吸收所引起的，因此应选择合适的参比液。3、Fe2+催化氧化甲基橙的效率，可能与以下几个因素有关：溶液的PH值、过氧化氢浓度、亚铁离子浓度、体系温度、反应时间、搅拌速率等（在该次试验中不做详细探讨）。4、分析化学中用于控制溶液酸度的缓冲溶液的种类非常多，通常根据实际情况，选不同的缓冲溶液。选择缓冲溶液的原则是