فایل مارکت

مقاله اندازه گيري يون كروم (III) به روش سينتيكي اسپكتروفوتومتري در پساب رنگي

پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي شيمي نساجي و علوم الياف   

چكيده :

روش­هاي سينتيكي- اسپكترفوتومتري از جمله روش­هاي تجزيه دستگاهي به منظور بررسي تغييرات ميزان گونه­هاي موجود در نمونه مي­باشند كه ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا داراي هزينه روش بسيار پايين است. اين خصوصيات كاربرد اين تكنيك را در حد وسيعي براي بررسي رفتار تركيبات رنگي و چگونگي تخريب وحذف آنها از پساب­هاي صنعتي ميسر مي­سازد. نظر به اهميت ايجاد آلودگي توسط رنگ­هاي آلي در پساب­هاي صنعتي ارائه روش­هاي مناسب و جديد با حداقل هزينه و كارآيي بالا به منظور حذف اين گونه تركيبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.

در اين پروژه علاوه بر ارائه فاكتورهاي مؤثر در تخريب رنگ متيلن­بلو مي­توان به اندازه­گيري يون كروم كه يك ماده سرطان­زاست، پرداخت. يك روش حساس و ساده براي تعيين مقادير بسيار كم كروم به روش سينتيكي- اسپكتروفوتومتري براساس اثر بازدارندگي كروم در واكنش اكسيدشدن متيلن­بلو توسط آسكوربيك اسيد در محيط اسيدي (H₂SO₄ 4 مولار) معرفي شده است. اين واكنش به روش اسپكتروفوتومتري و با اندازه­گيري كاهش جذب متيلن­بلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است. در محدوده زماني 8- 5/0 دقيقه و دماي محيط، حد تشخيص ppm 013/0 بوده است و منحني كاليبراسيون در محدوده ppm (­3- 05/0) از غلظت كروم خطي است

فصل اول

كروم

مقدمه :

كرم اولين نوع فلز سنگين در پساب است.

يونهاي كروم (III) و كروم (VI) براي محيط زيست و هستي بشر مضر هستند.

بر طبق استاندارد موجود مقدار كروم باقيمانده در پساب بايد mg/l 5/1 باشد. در كنار شكل ساده يونهاي كروم (III) و كروم (VI)، كمپلكس هماهنگ كروم (III)يا كروم (VI)، با پيوندهاي ملكولي آلي و غيرآلي وجود دارد.

به طور مثال كمپلكس كروم در رنگها به طور كامل در صنعت نساجي از طريق واكنش شيميايي بين Cr₂O₃ و يك نوع از تركيبات آزو آلي استفاده مي­شود. ساختار هماهنگ كمپلكس كروم قبل از تخريب بسيار پايدار و سخت است. اين دسته از تركيب­هاي كروم حد بالايي ازغلظت كروم را در پساب­هاي صنعتي ايجادمي­نمايند.

اگر كروم موجود در پساب مستقيماً در محيط آزاد شود به صورت يك عامل واكنش دهنده در محيط عمل نموده و از فعاليت باكتريها به صورت آشكار جلوگيري مي­­كند. بنابراين بازده عمليات موجودات بسيار كم مي­شود. بنابراين سميت كروم بسيار زياد مي­باشد. بنابراين اندازه­گيري آن در گونه­هاي مختلف به ويژه پساب­هاي صنعتي همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تاكنون مقالات متعددي در اين زمينه در مجلات مختلف علمي ارائه شده است.

رسوب دادن شكل مؤثري از فرآيند برداشتن يون كمپلكس كروم است اما قابل اجرا نمي­باشد، با استفاده از روشهاي مبادله يون مي­توان به طور مؤثرغلطت يون كروم را كاهش داد ولي اين كار خيلي عملي نيست. از مهمترين عيب­هاي اين روش بالا بودن هزينه توليد مواده مبادله كننده يوني و بهره­برداري آن است به علاوه در تعويض يون تنها مي­توان از محدوده كمي از درجه pH استفاده كرد.

جذب روشي شناخته شده و مؤثر براي انتقال فلز آلوده كننده سنگين مي­باشد، اما ظرفيت جذب بايد با جاذب شيميايي مناسب تقويت و يا تغيير داده شود.

مقادير كم كروم (تا 5/0 درصد) را مي­توان به روش رنگ سنجي در محلول قليايي به صورت كرومات اندازه گرفت؛ اورانيم و سديم مزاحم­اند ولي واناديم اثري ندارد. عبور محلول در 365 تا 370 نانومتر يا با استفاده از يك صافي كه عبور ماكسيمم آن در قسمت بنفش طيف قرار دارد، اندازه گيري مي­شود.

خصلت قليايي محلول استاندارد به كار گرفته شده براي تهيه منحني مرجع بايد همانند محلول نمونه باشد و ترجيهاً غلظت نمكهاي خارجي در دو محلول بايد يكي باشد  محلول­هاي استاندارد را مي­توان از پتاسيم كرومات با خلوص تجزيه اي تهيه نمود.

هزاران نمونه از كمپلكس­هاي كروم (III) وجود دارند كه به جز چند مورد بقيه شش كوئورديناسيوني هستند. مشخصه اصلي اين تركيبات بي اثر بودن سنجش آنها از نظر سينتيكي در محلول آبي است و به خاطر همين بي اثر بودن است كه اين همه نمونه­هاي كمپلكس از كروم        مي­توان جدا كرد و به همين دليل است كه قسمت عمده شيمي كلاسيك مربوط به كمپلكس­ها كه توسط پژوهشگران اوليه به خصوص يورگنسن و ورنر مطالعه و بررسي شد، كروم را در بر مي­گرفت. اين كمپلكس­ها حتي درمواردي كه از نظر ترموديناميكي ناپايدارند، در محلول دوام مي­آورند.

1-1- تعريف چرم:

چرم مهمترين فراورده­اي است كه در فرآيند پوست پيرايي از تأثير برخي مواد شيميايي بر پوست به دست مي­آيد. چرم در برابر هوا و آب نفوذپذير بوده و در مقابل باكتري ها و عامل­هاي فيزيكي و شيميايي محيط مقاومت مي­نمايد. چرم براي تهيه بسياري از لوازم مورد نياز زندگي مناسب است و كاربردهاي گوناگوني در زمينه­هاي مختلف زندگي دارد. با توجه به پوست پيرايي دو نوع چرم ساخته شده و به بازار عرضه مي­شود:

الف) چرم­هاي گياهي: براي ساخت اين نوع چرم از مواد دباغي گياهي استفاده مي­شود.

ب) چرم­هاي شيميايي: كه براي ساخت آنها از مواد شيميايي در پوست پيرايي استفاده    مي­شود اين نوع چرم داراي ضخامت كمتري است.

1-2- لزوم پوست پيرايي:

پوست پيرايي فرآيندي فيزيكو شيميايي براي تبديل پوست به چرم است، كه كالايي با ارزش اما فاسد شدني را به كالايي فاسد نشدني تبديل مي­كند. پوست از نظر شيميايي پليمري از آمينواسيدها است در واقع از رشته­هاي پروتئيني تشكيل شده است. اين رشته­ها به وسيله عوامل فيزيكي و شيميايي محيط تجزيه مي­شوند. در اين صورت زنجيره­هاي پروتين تشكيل دهنده بافت پوست گسسته مي­شوند و پوست كيفيت طبيعي خود را از دست مي­دهد.

براي جلوگيري از خرابي پوست مي­بايست تغييرات به گونه­اي اعمال شوند كه به ماهيت اصلي و ساختار پوست لطمه وارد نسازند. به اين تغييرات دباغي پوست (پوست پيرايي) مي­گويند.

1-3- پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (دباغي كرومي):

امروزه بيشتر مواد معدني كه در پوست پيرايي به كار مي­رود، از نمك­هاي كروم (III) و به ويژه سولفات كروم (III) تهيه مي­شوند. در روش پوست پيرايي با نمك­هاي كروم، اين نمك­ها با الياف پوست واكنش مي­دهند و پايداري بسيار زيادي به الياف پوست مي­بخشند كه آن را در برابر دماي بالا مقاوم مي­سازند.

چرمي كه به اين روش ساخته مي­شود بسياري از ويژگي­هاي مطلوب را ندارد و به وسيله رنگرزي و پوست پيرايي دوباره با مواد گياهي ويژگي­هاي يك چرم خوب را پيدا مي­نمايد.

ويژگي مهم پوست پيرايي كرومي سرعت عمل و راندمان بالاي آن است. به همين دليل اين روش پس از كشف آن در زمان كوتاهي رونق زيادي پيدا نمود. به نحوي كه در بعضي كشورها تنها براي اين ماده براي پوست پيرايي استفاده مي­شود.

1-4- تاريخچه پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (III):

نخستين بار در سال 1858 فريديش ناب روش پوست پيرايي با نمك­هايي كه كاتيون آنها هيدروليز مي­شوند، همانند نمك­هاي آهن (III)، آلومينيم و كروم (III) را ارائه داد اين روش از آغاز قرن بيستم به طور روز افزون توسعه يافته است.

بر اثر اين كشف بود كه چرم سازي از يك كاردستي به صنعت تبديل شد. نخستين فرآورده­هاي تجاري چرم كرومي، به آگوست شوتز در سال 1884 نسبت داده شده است. در روش شولتز پوست پيرايي با نمك­هاي كروم در دو مرحله انجام مي­گرفت.

در مرحله اول پوست با يك محلول اسيدي از پتاسيم دي­كرومات (K₂CrO₇) آغشته شده و در مرحله دوم پتاسيم دي­كرومات در مجاورت يك ماده كاهنده مانند گلوگز به نمك كروم (III) سبز رنگ بر روي سطح پوست تبديل مي­شود.

1-5- معادله واكنش با گاز گوگرد دي اكسيد­:

اين روش دو مرحله­اي با اين كه داراي نقص­هايي است اما به چرم توليد شده كيفيت ويژه و مطلوبي مي­دهد.

روش ديگري از پوست پيرايي با نمك­هاي كروم روش يك مرحله­اي است در اين روش از يك نمك كروم (III) كه به آساني آبكافت مي­شود مانند كروم (III) كلريد و يا سولفات استفاده مي­شود.

براي نمونه واكنش­هاي كروم (III) كلريد و سولفات به صورت زير مي­باشند.

در اين روش پوست با يك نمك كروم (III) مانند محلول بازي كروم (III) واكنش مي­دهد. در اين روش قبل از اضافه كردن نمك كروم (III) محيط را اسيدي مي­كنند و سپس پوست را در آن قرار مي­دهند. در اين شرايط توانايي تركيب شدن نمك كروم با پروتئين پوست كاهش مي­يابد و در نتيجه نمك كروم امكان نفوذ كردن به درون پوست را پيدا مي­كند. پس از اينكه به درون ليف نفوذ كرد pH را بالا مي­برند. در نتيجه اين تغييرات نمك كروم با پوست واكنش مي­دهد.

1-6- شيمي نمك­هاي كروم (III):

نمك­هاي كروم (III) در اسيدهاي قوي حل مي­شود اما در pH بالاتر از 4 به صورت كروم (III) هيدروكسيد رسوب مي­كند. اين نمك­ها مي­توانند با تعدادي از مواد آلي واكنش دهند. در pHهاي بالا محلول اين نمك­ها رنگي­اند.

1-7- شيمي پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (III):

در محلول كروم (III) نيترات، يون نيترات به صورت  و يون كروم (III) وجود دارد و تغييري كه در اين يون كمپلكس به وجود مي­آيد اساس شيمي پوست پيرايي با  نمك­هاي كروم (III) را تشكيل مي­دهد.

واكنش­هايي كه در محلول اين يون روي مي­دهد اساساً دو نوع است:

الف) آزاد شدن يون هيدرونيوم  بر اثر آبكافت كاتيون كمپلكس و توليد يك نمك بازي براساس معادله شيميايي زير:

به هيمن دليل محلول نمك­هاي كروم (III) خاصيت اسيدي دارند. انجام اين واكنش كه در آن يون  توليد مي­شود، دليل روشني بر وجود مولكولهاي آب به صورت ليگاند در كاتيون كمپلكس كروم (III) در محلول نمك­هاي آن است.

ب) جانشيني شدن آنيون ها به عنوان ليگاند به جاي مولكولهاي آب در كاتيون كمپلكس در يك واكنش تعادلي در غلظت و دماي معين كه معادله شيمايي آن به صورت زير است:

در مجاورت نمك­هاي خنثي مانند KCl احتمال ندارد كه كمپلكس­هاي آنيوني نيز به وجود آيد. يون دي­اكوآتتراكلروكرومات (III)

يون­هاي كلريد موجود در اين كملكس با نقره نيترات رسوب نمي­دهند.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                     صفحه

چكيده

فصل اول : كروم

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

1-1- تعريف چرم………………………………………………………………………………………………………………………….. 4

1-2- لزوم پوست پيرايي …………………………………………………………………………………………………………….. 4

1-3- پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (دباغي كرومي) ……………………………………………………………. 5

1-4- تاريخچه پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (III) ………………………………………………………………. 5

1-5- معادله واكنش با گاز گوگرد دي اكسيد­…………………………………………………………………………….. 6

1-6- شيمي نمك­هاي كروم (III) …………………………………………………………………………………………….. 6

1-7- شيمي پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (III)………………………………………………………………….. 7

1-8- عامل هاي بازدارنده (كند كننده)………………………………………………………………………………………. 8

1-9- مفهوم قدرت بازي……………………………………………………………………………………………………………….. 8

1-10- نقش عامل­هاي كندكننده در پوست پيرايي با نمك­هاي كروم (III)………………………….. 9

1-11- عامل­هاي مؤثر بر پوست پيرايي كرومي…………………………………………………………………………. 10

1-12- رنگ­آميزي چرم­……………………………………………………………………………………………………………….. 10

1-13- نظريه تثبيت رنگينه­ها…………………………………………………………………………………………………….. 11

1-14- صنعت چرم سازي و آلودگي محيط زيست…………………………………………………………………… 11

1-15- منبع­ها و منشأهاي پساب كارخانه­هاي چرم سازي………………………………………………………. 12

فصل دوم : اسپكتروفوتومتري

2-1- اساس اسپكتروفوتومتري جذبي………………………………………………………………………………………… 14

2-2- جذب تابش………………………………………………………………………………………………………………………….. 15

2-3- تكنيك­ها و ابزار براي اندازه­گيري جذب تابش ماوراء بنفش و مرئي……………………………… 15

2-4- جنبه­هاي كمي اندازه­گيريهاي جذبي……………………………………………………………………………….. 16

2-5- قانون بير- لامبرت (Beer – Lamberts Law)………………………………………………………….. 17

2-6- اجزاء دستگاهها براي اندازه­گيري جذبي…………………………………………………………………………… 21

فصل سوم : كاربرد روشهاي سينتيكي در اندازه­گيري

3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………… 23

3-2- طبقه­بندي روشهاي سينتيكي……………………………………………………………………………………………. 25

3-3- روشهاي علمي مطالعه سينتيك واكنشهاي شيميايي……………………………………………………… 27

3-4- غلظت و سرعت واكنشهاي شيميايي ………………………………………………………………………………. 28

3-5- تاثير قدرت يوني…………………………………………………………………………………………………………………. 28

3-6- تاثير دما……………………………………………………………………………………………………………………………….. 29

3-7- باز دارنده­ها………………………………………………………………………………………………………………………….. 30

3-8- روشهاي سينتيكي………………………………………………………………………………………………………………. 30

3-8-1- روشهاي ديفرانسيلي………………………………………………………………………………………………………. 31

3-8-1-1- روش سرعت اوليه…………………………………………………………………………………………………….. 31

3-8-1-2- روش زمان ثابت ……………………………………………………………………………………………………….. 33

3-8-1-3- روش زمان متغير………………………………………………………………………………………………………. 34

3-8-2- روشهاي انتگرالي……………………………………………………………………………………………………………. 35

3-8-2-1- روش تانژانت …………………………………………………………………………………………………………….. 36

3-8-2-2- روش زمان ثابت………………………………………………………………………………………………………… 36

3-8-2-3- روش زمان متغير………………………………………………………………………………………………………. 37

3-9- صحت دقت و حساسيت روشهاي سينتيكي…………………………………………………………………….. 38

فصل چهارم : بخش تجربي

4-1- مواد شيميايي مورد استفاده………………………………………………………………………………………………. 40

4-2- تهيه محلول­هاي مورد استفاده…………………………………………………………………………………………… 40

4-3- دستگاه هاي مورد استفاده…………………………………………………………………………………………………. 41

4-4- طيف جذبي…………………………………………………………………………………………………………………………. 42

4-5- نحوه انجام كار  ………………………………………………………………………………………………………………….. 43

4-6- بررسي پارامترها و بهينه كردن شرايط واكنش ………………………………………………………………. 44

4-7- اثر قدرت يوني …………………………………………………………………………………………………………………… 45

4-8- اثر زمان………………………………………………………………………………………………………………………………… 47

4-9- شرايط بهينه………………………………………………………………………………………………………………………… 49

4-10- روش پيشنهادي براي اندازه گيري كروم……………………………………………………………………….. 49

4-11- منحني كاليبراسيون………………………………………………………………………………………………………… 50

4-12- حد تشخيص…………………………………………………………………………………………………………………….. 53

فصل پنجم: بحث و نتيجه­گيري

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………… 55

5-2 – بهینه نمودن شرایط…………………………………………………………………………………………………………. 56

5-3- منحنی کالیبراسیون­……………………………………………………………………………………………………………. 56

منابع ومآخذ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 57

فهرست جداول

عنوان                                                                                                     صفحه

جدول (3-1) طبقه بندي عمومي روشهاي سينتيكي……………………………………………………………….. 26

جدول (4-1) مواد شيميايي مورد استفاده………………………………………………………………………………….. 40

جدول (4-2). تغييرات  بر حسب غلظت هاي متفاوت KNO₃……………………………………….. 46

جدول (4-3). تغييرات  بر حسب زمان­هاي متفاوت پس از افزايش آسكوربيك اسيد … 48

جدول (4-4). تغييرات  در محدوده غلظتي ppm (3- 05/0) كروم……………………………. 52

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                     صفحه

نمودار (4-1) تشخيص طول­موج ماكسيمم رنگ متيلن­بلو………………………………………………………… 42

نمودار (4-2) اثر تخريب رنگ متيلن بلو بدون حضور كروم (III)……………………………………………… 44

نمودار (4-3). تغييرات  بر حسب غلظت­هاي متفاوت KNO₃…………………………………………. 46

نمودار (4-4). تغييرات  بر حسب زمان­هاي متفاوت پس از افزايش آسكوربيك اسيد … 48

نمودار (4-5). تغييرات  در محدوده غلظتي ppm (3- 05/0) كروم……………………………. 52

فهرست اشكال

عنوان                                                                                                     صفحه

شكل (2-1) اجزاء دستگاه­ها براي اندازه­گيري جذب تابش………………………………………………………. 21

شكل (3-1) سرعت واكنش نسبت به زمان………………………………………………………………………………… 23

شكل (3-2) روش سرعت اوليه……………………………………………………………………………………………………. 32

شكل (3-3) روش زمان ثابت……………………………………………………………………………………………………….. 34

شكل (3-4) روش زمان متغير……………………………………………………………………………………………………… 35

شكل (3-5) روش تانژانت         36

مقاله اندازه گيري يون كروم (III) به روش سينتيكي اسپكتروفوتومتري در پساب رنگي