甲基橙含量测定

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1.1 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煌胺类。传统的

2、吸附、絮凝，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。本实验以

3、甲基橙为研究对象，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i 知识点 ） 1m .港港解南平街及相关公式推算；分光光度il使用 潞普啰献赛t：缓冲体系哪 物理化学常额测定（双线作图注溺*酸度计使用 i 定甲基梏解鱼常冽）基本性i我定定量介析方法中标解曲阴的八分：赴豳神：l方法评价芾密度及系莪误差显著t,喳验法1性评价）讣境化学中的应用上脂本染料的物理脱色研究吸附剂r粒

4、径/响，值附研力学曲线r碉附率测定j-愎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， 中向产物推测，催化性部验证）-物理脱色与比学脱也的上注比设喉附动力学及嘴附效果异同ti动力学定量分析1单因素优化法；催化性能骏证1作图软件使用1.3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。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，偶氮式)黄色(酸型，银式)红色以hin代表甲基橙的酸式结构，in-代表甲基橙的

5、碱式结构，则解离平衡简式为:4hin =h+in-则ka = h+in -/hin若甲基橙总浓度为c,则c = hin + in -,所以就有:in-=kckh+ka+h hin=ch + ka+h+(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、dn- b in -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 hin + a in- = hin b hin +将(2)带入可得a ch+a= hin b1 - + qn-ka+h+其中b为光程，hin为酸式摩尔吸光系数，ka+h + (4)&n-为碱式摩尔吸光系数， a为甲基橙溶液的吸光值

6、。当 b为1cm时，上式简化为a =阳in hin +in- in -当溶液为强酸性条件(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(入a)此时 hin,则ahin = hin hin = hn c (5)其中，ahin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hin ( hin = a hin/c)当溶液为强酸性条件(ph较高)时，甲基橙几乎全部以碱型in-存在，存在碱式最大吸收波长(入b)此时& in -,则ain-= in- in - n-cain-为强碱性条件下甲基橙溶液的吸光值。因此，测定强

7、碱性条件下，一定已知浓度甲将 3hin 、基橙溶液的吸光度，可得出碱式摩尔吸光系数an- (in- = a in-/c)。ch+cka折-代入(4)可得出任一 ph条件下，甲基橙溶液的吸光度为hin =+-in- =+a = a hin /c ka+h + a in-/c ka+h 整理得:ka=ahin-aa-ain-h+pka=ph+lgahia-aa-ain-(6)lg ahina =0ahin-a=1 a= ahin+an-当a-ain-时，即a-ain-（a=2pka = ph。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：

8、选择酸式最大吸收波长（入或碱式最大吸收波长（:b）,固定甲基橙一ahin+ain-浓度，改变ph ,进行吸收值的测量，作a-ph曲线，如图1所不。 2 处，ph = p ka。图1单线作图法计算 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波长，固定甲基橙溶液浓度而改变ph,进行吸收值的测量，作 a-ph曲线，两条a-ph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 （入a）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。

9、当溶液ph较高时，甲基橙几乎全部以碱型in-存在，存在碱式最大吸收波长（入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（入e）在这个波长下一定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。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，在入分入h入e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

10、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、有机物浓度高、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fe-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

11、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,加蒸储水溶解，在 250ml容量瓶中用用蒸储水定容。混合均匀(10-3mol/l )。用25ml移液管移取容量瓶中的标准溶液25ml ,放入250ml容量瓶中用蒸储水定容。(10-4mol/l )用量杯量取6mol/l盐酸17ml ,稀释至1000ml。配置成0.1mol/l盐酸溶液。称取 4.0gnaoh加水溶解到1000ml ,配置成0.1mol/l的溶液。3.1.2 吸收曲线先以蒸储水为参比液，分别测定杯差，再各自以酸碱做为参比。移取10.0

12、0 ml甲基橙标准溶液(10-4mol/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a-入曲线，确定酸式最大吸收波长(入a)(扫描波长为400nm600nm )移取10.00 ml甲基橙标准溶液(10-4mol/l),用0.1 mol/l氢氧化钠溶液定容。 此时，甲 基橙全部以碱式存在，测定 a-入曲线，确定碱式最大吸收波长 (入b)(扫描波长为400nm600nm )上述酸性、碱性甲基橙溶液对应的两条a-入曲线的交点对应等吸收点波长(入时称取三水合醋酸钠 27.2g配置成1000ml溶液，称为浓度为0.2mol/l。用量筒量取12ml 醋酸溶液稀释至1000m

13、l ,浓度为0.2mol/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。3.1.3 pka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(10-4mol/l),依 次用上述9种不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ao3.2 甲基橙含量测定及

14、方法评价3.2.1以0.1 mol/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(10-4mol/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验浙江理工大学标准配制溶液到 50 ml容量瓶中，用0.1 mol/l盐酸溶液定容，得到不同浓度的酸性甲基橙 溶液。以0.1 mol/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（10-4mol/l）1.00、2.50、5.00、10.0025.00ml的标准配置到50 ml容量瓶

15、中，用0.1 mol/l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 0.1mol/lhcl 和0.1mol/lnaoh配制。各配置3个样。3.2.2 工作曲线以及为测量波长，以0.1 mol/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。测定废水样品吸光度值（平行3次），根据工作曲线，得出废水中甲基橙含量。以m为测量波长，以0.1 mol/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。以及为测量波长，选择酸性

16、甲基橙溶液溶液测定吸光值，得出等吸点波长（e）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 方法评价当置信度为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。 以蒸储水做参比。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

17、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 h 2o2,在入e下测定初始 吸光值ao,然后加入1ml 10 -4mol/l feso 4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feso4溶液，同样测吸光度。样品溶液同样为酸性条件、碱性条件和中性条件的溶液。4 .结果与讨论4.1 甲基橙pka的测定甲基橙的吸收曲线（a-入曲线，确定酸式最大吸收波长为、碱式最大吸收波长姑、等吸收点波长后波长似碱式4000.0320.37514100.0550.4224200.0890.495

18、4300.1480.545 14400.2350.59214500.3610.6304600.5110.6524700.6800.6454800.8450.6014901.0090.5215001.1350.4225101.1610.3065201.1110.1995301.0450.1135400.9010.0595500.6070.0235600.3320.0035700.129-0.0085800.052-0.0115900.022-0.0126000.013-0.013ph入a下的吸光 度入b下的吸光 度1.151.1320.5021.321.1400.5092.470.9930.53

19、54.000.4300.6304.630.3350.6446.020.3030.6606.510.2920.6557.640.3050.66513.070.2980.657ph测定，绘制ph曲线，得pka作图浓度（x104）入a标样吸光 度入b标样吸光 度入麒性标样吸光 度0.02760.1110.0800.0810.06900.2900.1840.1860.13800.5840.3490.3580.27601.1630.6710.7030.69002.6341.6521.708由图可知pka=3.54.2甲基橙含量测定及方法评价以为测定波长，绘制工作曲线并测量样品含量由数据可知 看=510

20、后=460 k =4703.000工作曲线2.5002.0001.0000.5000.0000.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 度)浓度线性（入e酸性标 吸光度）线性（入bfe样吸000000000度光 1.500吸度）未知样吸光度及浓度计算入a酸性条 件吸光度浓度 (x104)入b碱性条 件吸光度浓度 (x104)入e酸性条 件吸光度浓度 (x104)0.6140.14980.3660.14670.3810.14790.6080.14820.3590.14370.3770.14630.6190.15110.3620.14

21、500.3840.1492平均值0.14970.14510.1478最终浓度0.1475由于未知样稀释了一倍，所以之前的样品浓度为 c * 2 = 0.2950x10 -4moi/l评价（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*10-40.14980.14820.1511平均浓度*10-4c0.1497 c0.00010.0015-0.0014s0.002方差 s= sqrt(一(ci-ac)2/(n-1)入b条件样品标号123对应浓度*10-40.14670.14370.1450平均浓度*1

22、0-4c0.1451 c-0.00160.00140.0001s0.009f=s大2/s小2 = 20.25查表置信度为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(汇(ci-小)2/(n-1) = 0. 15%t = (c1-c2) x sqrtni*n2/ (ni+n2)/s = 3.74查表t = 3.18 则两种方法存在系统误差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a入b入e入a条件 下脱色率入b条件下脱色 率入e条件 下脱色率00.9910.9110.9780.000.000.0020.0210.0570.03997.8893.7496.

23、01 40.0230.0560.03997.6893.8596.0160.0290.0600.03997.0793.4196.0180.0430.0610.04195.6693.3095.8110 10.0420.0520.038p 95.7694.2996.11 1120.0410.0530.04195.8694.1895.8114 10.0420.0480.038p 95.7694.7396.11 1160.0450.0530.04095.4694.1895.91210.0450.0550.03895.4693.9696.1126 n0.0410.0520.03895.8694.2996.

24、11310.0470.0500.03795.2694.5196.22作图99.0098.001297.00率色 96.00脱95.0094.0093.00时间010203040入a条件下脱色率%入b条件下脱色率%入e条件下脱色率%2天移动平均（入b 条件下脱色率%）2天移动平均（入a 条件下脱色率）条件下脱色率%）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。碱性条件在 15分钟后脱色率达到平衡，则碱性3.50酸性条件有无催化剂的比较3.002.502.001.501.000.500.00时间*脱色率%（力吁e2+兑色率%条件

25、活性炭最优脱色时间为 15分钟。入e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的比较时间入a加 fe2+脱色率加fe2+脱 色率00.9900.9530.000.0050.9870.9410.301.2610 10.9850.936r 0.511.78 ；15 n0.9860.934r 0.401.99 200.9830.9340.711.9925 10.9810.930r 0.912.41130 n0.9800.9271.012.73400.9760.9261.412.8350 10.9740.925r 1.622.941600.9680.9262.222.8

26、32天移动平均（加fe2+ 脱色率%）2天移动平均（脱色 率%）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。碱性条件有无催化剂的比较时间入b加 fe2+脱色率加fe2+脱 色率0_1.0250.9530.000.00 150.9920.9413.221.2610 10.9920.9363.221.78 1150.9890.9343.511.991200.9820.9344.201.9925 10.9810.9304.292.41 130 0.9710.9275.272.731400.9690.9265.462.83由图可知碱性条件下不加催化剂的脱色效果更好一些。时间入e加 fe2+

27、脱色率加fe2+脱 色率00.8921.0620.000.0050.8821.0491.121.22100.8801.0431.351.79150.8841.0380.902.26200.8781.0351.572.54250.8801.0311.352.92300.8801.0221.353.77400.8831.0191.014.05500.8781.0161.574.33600.8761.0131.794.61中性条件有无催化剂的比较中性条件有无催化剂的比较脱色率力口 fe2+兑色率%2天移动平均（加fe2+兑色率%）2天移动平均（脱笆率）由图可知中性条件下家催化剂的脱色效果要好一些，且

28、比酸性条件下脱色效果更好些。5.结论500.9620.9226.153.25600.9600.9266.342.835.1 甲基橙的吸收曲线 (入a=510nm),(入b=460nm), (入e=470nm )。在等吸收点 2 的时候，甲基橙的吸光度不随酸碱度的改变而改变；活性 c脱色时加入碱性介质和酸性介 质都可以加快其脱色效率。5.2 甲基橙的pka=3.85.3 x a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10min ,碱性条件在下为15min。5.5 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量的 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 弱酸及其共轲碱组成的，如