甲基橙含量测定综述

1、5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验指导老师:报告人：学号：时间：地点：1. 实验背景背景5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学随着染料工业的迅速发展，染料品种和数量日益增加，染料废水给环境带来的污染也 日益加大。高色度的印染废水是目前公认的有害工业废水，其中主要含有染料及染料中间 体等难生物降解的有机物。对染料废水的脱色及降解的研究是世界性的难点和热点，已成 为当今环保科研的重要课题。偶氮染料是构成工业用染料的最大一部分，这类染料的废水 特点是：水量大种类多，色度深毒性大，水质成分复杂。它们不能被好氧生物降解，而且 在厌氧条件下，它们可能被还原为具有致癌作用的芳炷胺类。传统的吸附、絮凝

2、，以及生 物氧化技术通常不能达到净化的目的。甲基橙Methyl orange别名：金莲橙D；对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠；4- （4-（二甲 氨基）苯）偶氮苯磺酸钠盐 性状：橙黄色粉末或鳞片状结晶。1份溶于500份水中。易 溶于热水，溶液呈金黄色，几乎不溶于乙醇。有毒。结构式：甲基橙在实验室经常被用作酸碱指示剂，其原理为:（碱型，偶氮式）黄色（酸型，银式）红色1.2设计思路印染染料废水排放童大、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。本实验以甲基橙为研究对

3、象，根据甲基橙溶液的酸碱电离平衡，利用双线作图法 测定甲基橙的解离常数；分别在甲基橙酸式最大吸收波长、碱式最大吸收波长和等吸收波 长下，建立废水中甲基橙含量测定方法并进行方法评价；利用物理脱色和催化氧化脱色进 行废水中甲基橙的脱色研究。涉及知识点及实验技术如下：，多学科综合以分析化严頁中心联量活-解决实际问題；林性處则定1定量分析能I环境烤中的应M知识点溶液解离平衡及相关公式推算技能要求勰烁腰默严:尉体系瓣:II物理化学常数测定（双线作圉法测酸度计使用I定甲基橙解离常数）丿标准曲线定聲下分I溯遂及髀 别疋里）II万法评价籍密度及系统误差显著! T、璀脸进 1 性评价）L）废水染料的物理脱色研究

4、傾附剂/ 需藝量分鼻I 粒径彩响，吸附动力学曲线及吸f|附率测定）|单因素优化法I附率;则定）L废水染料的催化氧化脱色研究 （单因素实脸确定最佳实验条件， 中问产物推测，催化世能峻证）-物理脱色与化学脱色的方法比较（吸附动力学及吸附效果异同）;缺性能醫正I作图软件帧5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学1.3目的(1)掌握分光光度法测定解离常数的原理及方法； 掌握甲基橙含童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。2. 实验原理2.1 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

5、式)黄色(酸型，银式)红色以HIn代表甲基橙的酸式结构，hr代表甲基橙的碱式结构，贝懈离平衡简式为:HIn H+IirKa = H+In/HIn若甲基橙总浓度为5则c = HIn + Iir,所以就有:回_瓦十才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 =A|fin + A in-= HIn + b In 将带入可得5乂 &+丁其中为光程，叭为酸式摩尔吸光系数，环为緘式摩尔吸光系数，A为甲基橙溶液 的吸光值。当b为lcm时，上式简化为A = EHin HIn + Em- In 当溶液为强酸性条件(

6、pH较低)时，甲基橙几乎全部以酸型HIn存在，存在酸式最 大吸收波长(X)。此时C丝HIn,贝)其中，A叭为强酸性条件下甲基橙溶液的吸光值。因此，测定强酸性条件下，一定已 知浓度甲基橙溶液的吸光度，可得出酸式摩尔吸光系数Hln(HIn = AhC)当溶液为强酸性条件(pH较高)时，甲基橙几乎全部以碱型IE存在，存在碱式最大吸收 波长(Xb)。此时In ,则Ag为强碱性条件下甲基橙溶液的吸光值。因此，测定强碱性条件下，一定已知浓度甲 基橙溶液的吸光度，可得出碱式摩尔吸光系数Em- (Cm- = AInJc)o将珈” g代入(4河得出任一 pH条件下，甲基橙溶液的吸光度为cHH%A = Ahii/

7、c Is+fTT + Ain7c 十Hl整理得:5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学Ahlt&AAIn-JTpB-pH-lgA-Ayn_(6)g Affln兰Q讼以i a= AHin-召旷当 A込时，即 A-AIn_ （ 一 2 ）时 p/Ca = pHo利用（6）式可以利用单线作图法或双线作图法进行pKa的测定，从而得出甲基橙解离常 数Ka。单线作图法具体为：选择酸式最大吸收波长（ka）或碱式最大吸收波长（轴），固定甲基機* Amn4-浓度,改变PH,进行吸收值的测量，作A-pH曲线，如图1所示。2 处,pH = pKa。图2双线作图法计算pKa双线作图法为：分别选择酸性和碱性吸收

8、波长，固定甲基橙溶液浓度而改变pH,进行 吸收值的测量，作ApH曲线，两条ApH曲线的交点所对应pH即为pKa,如图2所示。2.2甲基橙含量测定及方法评价当溶液pH较低时，甲基橙几乎全部以酸型HIn存在，存在酸式最大吸收波长（励。在 此吸收波长下，一定浓度范围内的甲基橙溶液，吸光度与浓度服从郎伯比尔定律，可以进 行定量分析。当溶液pH较高时，甲基橙几乎全部以碱型Im存在，存在碱式最大吸收波长仏b）,在 此吸收波长下，一定浓度范围内的甲基橙溶液，吸光度与浓度服从郎伯比尔定律服从郎伯 比尔定律，可以进行定量分析。酸性吸收曲线和碱性吸收曲线之间存在一个交叉点，即等吸收点波长（廉），在这个波长 下一定

9、浓度范围内的甲基橙溶液，在任何酸碱性条件下，吸光度与浓度均服从郎伯比尔定 律，可以进行定量分析。5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学利用逐级稀释法配置一系列不同浓度的酸性或碱性甲基橙标准溶液，在滋、油、廉下, 建立三条甲基橙浓度吸光度工作曲线，可分别进行甲基橙含量分析。当置信度为95%时， 采用F检验判断是否存在精密度的显著性差异，再利用T检验法判断三个波长下计算出的 甲基橙含量是否存在系统误差。2.3废水中甲基橙的脱色研究印染染料废水排放量大、有机物浓度离、难于生化降解，是备受关注的工业废水。染 料废水的处理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。其中，物理吸 附法是

10、利用吸附剂对废水中染料的吸附作用去除污染物。吸附剂是多孔性物质，具有很大 的比表面积.活性炭是目前最有效的吸附剂之一，能有效去除废水中的染料。以过渡金属为 催化剂、以过氧化氢为氧化剂的催化氧化体系是目前广泛应用的染料脱色体系。该体系对 染料氧化彻底，不会带来二次污染。过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系是常用的废水 脱色体系，通常称为Fenton试剂。脱色过程中，甲基橙被催化剂激发氧化剂产生的强氧化 性自由基所氧化降解。3. 实验步骤3.1 pKa的测定3.1.1标准溶液的配制称取甲基橙基准物0.1133g,加蒸馆水溶解，在250mL容量瓶中用用蒸馆水定容。 混合均匀（10 JnoI/L）。

11、用25mL移液管移取容量瓶中的标准溶液25mL,放入250mL容 量瓶中用蒸傳水定容。（lO+ol/L）用星杯童取6mol/L盐酸17mL,稀释至lOOOmLo配置成O.lmol/L盐酸溶液。称取 4.0gNaOH加水溶解到lOOOmL,配置成O.lmol/L的溶液。3.1.2吸收曲线先以蒸憎水为参比液，分别测定杯差，再各自以酸碱做为参比。移取10.00 I11L甲基橙标准溶液（lOFol/L）,用0.1 mol/L盐酸溶液定容。此时，甲基橙 全部以酸式存在，测定Z曲线，确定酸式最大吸收波长（口）。（扫描波长为400nm600nm）移取10.00 niL甲基橙标准溶液（lOFol/L）,用0.

12、1 mol/L氢氧化钠溶液定容。此时，甲 基橙全部以碱式存在，测定曲线，确定碱式最大吸收波长仏b）。（扫描波长为 400nm-600nm）上述酸性、碱性甲基橙溶液对应的两条曲线的交点对应等吸收点波长（初。称取三水合醋酸钠27.2g配置成lOOOmL溶液，称为浓度为0.2mol/L。用量筒量取12mL 醋酸溶液稀释至lOOOmL,浓度为02mol/L用上述溶液和盐酸、氢氧化钠溶液按照实验指 导后面的表格配置成PH分别为1、2、3、4、4.6、5.6、7、8、12的溶液。3.1.3pKa的测定取9个做好标记的50mL容量瓶，分别移取10.00 mL甲基橙标准溶液（10 WVL）,依 次用上述9种不

13、同酸度溶液进行定容，得到不同酸度的甲基橙溶液。分别在酸性条件下碱 性条件下最大波长及等吸收波长条件下测定其吸光度值。测PH值。得四组数据。绘制两条 A-pH曲线，两线交点对应的pH即为pKa。酸度计采用两点法进行校准后，PHi=9.18, PH2=4.0o进行1-9号甲基橙样品pH的测 定。3.2甲基橙含量测定及方法评价3.2.1以O.lmol/L盐酸溶液为介质、配制不同浓度的一系列酸性甲基橙溶液。此时，甲基橙 全部以酸式存在。以移取甲基橙标准溶液（10mol/L）1.00、2.50、4.00、10.00、25.00 mL的5染废水中甲基橙含量测定及脱色实脸浙江理工大学标准配制溶液到50 mL

14、容量瓶中，用0.1 moVL盐酸溶液定容，得到不同浓度的酸性甲基橙 溶液。以O.lmol/L氢氧化钠溶液为介质、配制不同浓度的一系列碱性甲基橙溶液。此时, 甲基橙全部以碱式存在。以移取甲基橙标准溶液（104moL 2.50. 5.00、10.0025.00mL 的标准配置到50 mL容量瓶中，用0.1 moVL氢氧化钠溶液进行定容，得到不同浓度碱性甲 基橙溶液。未知样分别用O.lmol/LHCL和O.lmoVLNaOH配制。各配置3个样。3.2.2工作曲线以人为测量波长，以O.lmol/L盐酸溶液为空白，分别测定不同浓度酸性甲基橙溶液的 吸光值，得出酸式最大吸收波长下的工作曲线。测定废水样品吸

15、光度值（平行3次），根据工 作曲线，得出废水中甲基橙含量。以心为测量波长，以0.1mol/L氢氧化钠溶液为空白，分别测定不同浓度碱性甲基橙溶 液的吸光值，得出碱式最大吸收波长下的工作曲线。测定废水样品吸光度值（平行3次），根 据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。以九为测量波长，选择酸性甲基橙溶液溶液测定吸光值，得出等吸点波长（心下的工作 曲线。测定废水样品吸光度值（平行3次），根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。3.2.3方法时当置信度为95%时，采用F检验判断是否存在精密度的显著性差异，再利用T检验法 判断三个波长下所得废水中甲基橙含量是否存在系统误差。3.3甲基橙脱色研究1、活性炭物理脱色取

16、一个400mL烧杯，放入磁力搅拌子。移取200mL样品溶液，测定Ao。放入约0.5g 活性炭，放在磁力搅拌器上搅拌，每两分钟测一次吸光度，十六分钟后每隔五分钟测一次。 以蒸馆水做参比。确定平衡时间约为半小时左右。测吸光度之前要过滤。样品分别为酸性条件、中性条件和碱性条件的溶液。2、催化氧化脱色取和活性炭脱色的样品溶液加入200mL烧杯中，加入2mL H2O2,在X e下测定初始 吸光值Ao,然后加入lmL 10mol/L FeSO4溶液（半小时内加完），磁力搅拌。每脱色5 min 后取样并测定溶液在入e的吸光度，30分钟后每隔10分钟测一次。另一组，不加FeSO。溶液，同样测吸光度。样品溶液同

17、样为酸性条件、碱性条件和中性条件的溶液。4. 结果与讨论4.1甲基橙pKa的测定垂性金件 说性聚件甲基橙的吸收曲线（A/曲线，确定酸式最大吸收波长冰 碱式最大吸收波长冰 等吸收点波长4）波长酸式碱式4000. 0320. 3754100. 0550. 4224200. 0890. 4954300. 1480. 5454400. 2350. 5924500. 3610. 6305染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学4600.5110. 6524700. 6800. 6454800. 8450. 6014901.0090. 5215001. 1350. 4225101. 1610. 306

18、5201. 1110. 1995301.0450. 1135400. 9010. 0595500. 6070. 0235600. 3320. 0035700. 129-0. 0085800. 052-0.0115900. 022-0.0126000.013-0.013PHXa下的吸光 度入b下的吸光 度1. 151. 1320. 5021.321. 1400. 5092.470. 9930. 5354.000. 4300. 6304.630. 3350. 6446. 020. 3030. 6606.510. 2920. 6557.640. 3050. 66513.070. 2980. 657p

19、H测定，绘制PH曲线，得pKaPH由数据可知人=510kb =460 入=470由图可知pKa=3.54.2甲基橙含量测定及方法评价以人为测定波长，绘制工作曲线并测量样品含量浓度(xlO1)入a标样吸光 度Zb标样吸光 度Xe酸性标样吸光 度0. 02760. 1110. 0800. 0810. 06900. 2900. 1840. 1860. 13800. 5840. 3490. 3580. 27601. 1630. 6710. 7030. 69002.6341. 6521.7085染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学工作曲线0000y = 3. 7908x + 0.04610000

20、000000迢谡藝一y = 2.4537x + 0.018R2 = 0. 9999y = 2. 3675x + 0. 0187R- = 1入a标样吸光度，b标样吸光度Xe酸性标样吸光度O0. 100 0. 200 0. 300 0. 400 0. 500 0. 600 0.700 0. SOO00000000浓度入a酸性条 件吸光度浓度(xlO1)入b碱性条 件吸光度浓度(xlO1)he酸性条 件吸光度浓度(xlO1)0.6140. 14980. 3660. 14670. 3810. 14790. 6080. 14820. 3590. 14370. 3770. 14630.6190. 1511

21、0. 3620. 14500. 3840. 1492平均值0. 14970. 14510. 1478最终浓度0. 1475未知样吸光度及浓度计算由于未知样稀释了一倍，所以之前的样品浓度为L 2二0.2950x10 4moin.餌价（当置信度为95%时，判断是否存在测定精密度的显著性差异，判断三个波长下 测得的废水中甲基橙含量是否存在系统误差）入a条件样品标号123对应浓度00. 14980. 14820. 1511平均浓度0弋0. 1497AC0. 00010. 0015-0.0014Sx0. 002样品标号123对应浓度00. 14670. 14370. 1450平均浓度0弋0. 1451A

22、C-0. 00160. 00140. 0001方差 s= sqrt(Z(CMC)2/(n-l)入b条件R： = 0. 99S1 /5染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学I S?|0.009F=s*2/s2 = 20.25査表置信度为95%时F值为9.38可见两种方法精密度存在显著性 差异s = sqrt(E(Ci-AC)2/(n-l) = 0.15%t = (Ci-C2)X sqitni*n2/ (山+山)/s = 3.74査表t = X18则两种方法存在系统误差作图4.3甲基橙脱色研究 数据记录1活性炭脱色的研究时间入aXbXe入a条件 下脱色率入b条件 下脱色率X e条件 下脱色

23、率00. 9910.9110. 9780. 000. 000. 0020. 0210. 0570. 03997. 8893. 7496.0140. 0230. 0560. 03997. 6893. 8596.0160. 0290. 0600. 03997. 0793.4196.0180. 0430. 0610. 04195. 6693. 3095.81100. 0420. 0520. 03895. 7694. 2996. 11120. 0410. 0530. 04195. 8694. 1895.81140. 0420. 0480. 03895. 7694. 7396. 11160. 0450.

24、 0530. 04095. 4694. 1895.91210. 0450. 0550. 03895. 4693. 9696. 11260. 0410. 0520. 03895. 8694. 2996. 11310. 0470. 0500. 03795. 2694. 5196. 225染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学由图可以看出，酸性条件下10分钟后脱色率趋于平衡，即达到吸附于解析平衡，可知 酸性条件活性炭最优脱色时间为10分钟。緘性条件在15分钟后脱色率达到平衡，则碱性 条件活性炭最优脱色时间为15分钟。ke下脱色率始终平衡，脱色条件最佳。2、催化氧化脱色的研究酸性条件下有无催化剂

25、的比较时间X a加 Fe2+脱色率加F/脱 色率00. 9900. 9530. 000.0050. 9870. 9410. 301.26100. 9850. 9360. 511.78150. 9860. 9340. 401.99200. 9830. 9340. 711.99250. 9810. 9300. 912.41300. 9800. 9271.012.73400. 9760. 9261.412.83500. 9740. 9251.622.94600. 9680. 9262. 222.83由图可知酸性条件下加催化剂比不加催化剂的脱色率要好一些。性条件有无催化剂的比较时间Xb加 Fe2+脱色

26、率加F/脱 色率01.0250. 9530. 000.0050. 9920. 9413.221.26100. 9920. 9363.221.78150. 9890. 9343.511.99200. 9820. 9344.201.99250. 9810. 9304.292.41300. 9710. 9275.272.73400. 9690. 9265.462.835染废水中甲基橙含量测定及脱色实验浙江理工大学500. 9620. 9226. 153.25600. 9600. 9266. 342.83礦性条件有无催化剂的比较oooooooooooooooo7.& 54tJ21-a203040506

27、0时间脱色率%加Fe2脱色率70时间Xe加F/脱色率加F/脱色率00. 8921.0620. 000. 0050. 8821. 0491. 121.22100. 8801.0431.351.79150. 8841.0380.902.26200. 8781.0351.572.54250. 8801.0311.352.92300. 8801.0221.353. 77400. 8831.0191.014. 05500. 8781.0161.574. 33600. 8761.0131.794.615.00由图可知碱性条件下不加催化剂的脱色效果更好一些。中性条件有无催化剂的比较中性条件有无催化剂的比较1

28、.003.002.00脱色率%1.00加Fe2十脱色率0.0010时间由图可知中性条件下家催化剂的脱色效果要好一些，且比酸性条件下脱色效果更好一 些。5.结论105染废水中甲基橙含量测定及脱色实脸浙江理工大学5.1甲基橙的吸收曲线(入a=510nm) , ( X b=460nm), ( X c=470nm)。在筹吸收点Xe 的时候，甲基橙的吸光度不随酸碱度的改变而改变；活性C脱色时加入緘性介质和酸性介 质都可以加快其脱色效率。5.2甲基橙的PKa=3.85.3Xa和入b波长下所得样品中甲基橙含量，两组数据的精密度有显著差异，两种分 析方法之间存在显著性差异。5.4活性炭脱色的平衡时间是酸性条件下为lOmin,碱性条件在下为15min05.5甲基橙的氧化过程在酸性条件下家催化剂比不加催化剂脱色效果好一些。且中性条 件最佳。碱性条件下不加催化剂脱色效果更好一些。重点讨论：1、酸碱缓冲溶液是一类对溶液的酸度由稳定作用的溶液。当向这类溶液中引入少童的 酸碱，或对其稍加稀释时，溶液的酸度基本保持不变。酸碱缓冲溶液一般是由浓度较大的 弱酸及其共轨碱组