PHÂN TÍCH LƯỢNG NHỎ các NGUYÊN tố đất HIẾM TRONG lớp mạ hợp KIM ni zn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ ANH PHÂN TÍCH LƯỢNG NHỎ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG LỚP MẠ HỢP KIM Ni- Zn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2009 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Ri giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy giáo mơn hóa phân tích tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Tôi xin cảm ơn anh chị, bạn phịng thí nghiệm bạn đồng nghiệp động viên giúp đỡ tạo điều kiện cho hồn thành tốt luận văn Tơi xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Hóa chất Lâm Thao - Phú Thọ, bạn đồng nghiệp tạo điều kiện cho tơi học tập hồn thành tốt luận văn Tôi xin cảm ơn giúp đỡ động viên gia đình giúp tơi hồn thành tốt luận văn Hà nội, ngày 25 tháng 11 năm2009 Học viên Nguyễn Thị Anh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục lục Nội dung Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu lớp mạ hợp kim có nguyên tố đất bảo vệ bề mặt kim loại 1.1.1 Nghiên cứu nước 1.1.2 Nghiên cứu nước 1.2 Giới thiệu nguyên tố đất (NTĐH) 1.2.1 Giới thiệu chung NTĐH 1.2.2 Các hợp chất đất 1.3 Các phương pháp xác định NTĐH 11 1.3.1 Các phương pháp hoá học 11 1.3.2 Phương pháp vật lý 13 1.3.3 Các phương pháp phân tích cơng cụ 13 1.3.4 Các phương pháp phân tích định lượng 15 1.4 Các phương pháp xác định hàm lượng Ni2+, Zn2+ 15 2+ 1.4.1 Xác định hàm lượng Ni phương pháp F-AAS 15 1.4.2 Xác định hàm lượng Zn2+ phương pháp chuẩn độ 16 1.5 Phương pháp đánh giá khả chống ăn mòn lớp mạ 16 1.5.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ( SEM) 16 1.5.2 Phương pháp nhỏ giọt 16 1.5.3 Phương pháp ngâm dung dịch muối ăn 17 1.5.4 Phương pháp điện hóa 17 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Đối tượng, nội dung nghiên cứu 19 2.1.1 Đối tượng 19 2.1.2 Nội dung 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2 Phương pháp nghiên cứu 19 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Thiết bị hóa chất 20 3.1.1 Thiết bị 20 3.1.2 Hóa chất 20 3.2 Khảo sát phổ hấp thụ phân tử phức Ce3+-arsenazo III 22 phương pháp trắc quang UV-VIS 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phép đo 22 3.3.1 Ảnh hưởng pH môi trường đêm tới A 22 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian tới độ bền phức 23 3.3.3 Ảnh hưởng thuốc thử dư tới A 24 3.3.4 Ảnh hưởng ion kim loại 25 3.3.5 Loại trừ yếu tố ảnh hưởng 29 3.4 Xây dựng phương trình đường chuẩn xác định Ce3+ 31 3.4.1 Xây dựng phương trình đường chuẩn 31 3.4.2 Kiểm tra sai số hệ thống đường chuẩn 32 3.4.3 Giới hạn phát (LOD) 33 3.4.4 Giới hạn định lượng (LOQ) 34 3.5 Chế tạo lớp mạ làm mẫu nghiên cứu 34 3.5.1 Xử lý bề mặt mẫu nghiên cứu 34 3.5.2 Chế tạo lớp mạ 34 3.5.3 Đánh giá khả chống ăn mòn vật liêu sau mạ 39 3.6 Xác định nguyên tố có thành phần lớp mạ 42 3.6.1 Xử lý mẫu 42 3.6.2 Xác định hàm lượng Ce3+ lớp mạ phương pháp trắc 42 quang 3.6.3 Xác định Ni2+ lớp mạ phương pháp F-AAS 45 3.6.4 Xác định Zn2+ lớp mạ phương pháp chuẩn độ 47 complecxon KẾT LUẬN 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT NTĐH: Nguyên tố đất TEA: Triethanolamine EPA: Là tác nhân làm bóng chính, lựa chọn từ sản phẩm phản ứng amin dẫn xuất nhóm metyl chúng với epinhalohydrin SEM: Scanning electron microcope LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ A- Bảng biểu Bảng 1.1 Các nhóm NTĐH Bảng 1.2: Logarit số bền NTĐH với EDTA phức 1:1 Bảng 3.1 : Ảnh hưởng pH đến độ hấp thụ quang A Bảng 3.2 : Ảnh hưởng thuốc thử dư Bảng 3.3 : Ảnh hưởng Fe2+ tới A Bảng 3.4 : Ảnh hưởng Fe3+ tới A Bảng 3.5 : Ảnh hưởng Ni2+ tới A Bảng 3.6 : Ảnh hưởng Zn2+ tới A Bảng 3.7: Ảnh hưởng nồng độ H+ tới khả tách Fe3+ khỏi Ce3+ Bảng 3.8: Hiệu suất thu hồi Ce3+ Bảng 3.9: Xác định giá trị A đường chuẩn Ce3+ Bảng 3.10 : Thành phần dung dịch mạ chế độ mạ Bảng 3.11: Kết so sánh đặc tính hai loại lớp mạ đánh giá phương pháp nhỏ giọt Bảng 3.12: Kết qủa so sánh đặc tính lớp mạ ngâm dung dịch muối ăn Bảng 3.13: Kết đo đường cong phân cực Bảng 3.14: Độ hấp thụ quang Ce3+ mẫu theo phương pháp thêm chuẩn Bảng 3.15: Kết xác định hàm lượng Ce3+ mẫu mạ Bảng 3.16: Kết qủa đo phổ dãy chuẩn Ni2+ Bảng 3.17: Kết đo phổ AAS Ni2+ lớp mạ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 3.18: Xác định hàm lượng Zn2+ lớp mạ phương pháp chuẩn độ complecxon B- Hình vẽ Hình 1.1: Hình miêu tả phương pháp ngoại suy Tafel Hình 3.1: Phổ UV- VIS phức Ce- Asenazo III Hình 3.2 : Đồ thị biểu diễn phụ thuộc A vào pH Hình 3.3: Độ bền phức theo thời gian Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thuốc thử dư đến A Ce3+ Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Fe3+ tới A Ce3+ Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Zn2+ tới A Ce3+ Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ H+ tới khả tách Fe3+ khỏi Ce3+ Hình 3.8: Đường chuẩn xác định Ce3+ Hình 3.9: Ảnh hưởng nồng độ tác nhân tạo phức kết hợp với axit citric dung dịch mạ lên tỉ lệ Ni lên lớp mạ Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn đường cong dòng - dung dịch mạ hợp kim có phụ gia (1-1’) dung dịch chưa có phụ gia (2-2’) Hình 3.11: Cấu trúc lớp mạ có Ce-Zn-Ni Hình 3.12: Cấu trúc lớp mạ có Zn-Ni Hình 3.13: Đường cong phân cực lg i = f(E) Hình 3.14: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Hình 3.15: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Hình 3.16: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Hình 3.17: Đường chuẩn Ni2+ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Ngày nay, vật liệu kim loại chiếm vị trí quan trọng ngành công nghiệp kinh tế quốc dân Do có hoạt tính cao nên chúng ln bị mơi trường tác động làm phá hủy dần từ ngồi vào Theo ước tính ăn mịn kim loại hàng năm giới làm thiệt hại khoảng 5% kinh tế Ở nước ta, mơi trường khí hậu nhiệt đới nóng ẩm điều kiện lý tưởng cho ăn mòn kim loại, tỷ lệ vật liệu kim loại sử dụng cịn cao thiệt hại ăn mòn chắn lớn Như biết, sắt hợp kim vật liệu quan trọng lĩnh vực công nghiệp, kinh tế đời sống thường nhật Trong thép cacbon xem vật liệu quan trọng thơng dụng Do có tính chất lý, hóa ưu việt nên thép cacbon dùng khắp nơi vật liệu kim loại có sản lượng lớn giới Tuy nhiên, vật liệu bền, dễ bị ăn mịn mơi trường nên sử dụng phải có biện pháp bảo vệ chống ăn mịn thích hợp Trong trường hợp thường có hai cách bảo vệ sắt: Tạo hợp kim sắt có đặc tính chống ăn mịn cao tạo lớp phủ, mạ bảo vệ ngăn cách tiếp xúc vật liệu với môi trường, ngăn cách lớp sơn bề mặt hay dùng lớp phủ photphat hóa bề mặt kỹ thuật sử dụng phổ biến giới phương pháp mạ hợp kim Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu lớp mạ hợp kim nhằm tạo lớp mạ bền vững nâng cao khả chống ăn mòn nghiên cứu tập trung vào chất phụ gia có thành phần lớp mạ Một số chất phụ gia nghiên cứu hợp chất đất Chúng có khả bảo vệ vật liệu, chống ăn mịn mơi trường khác nhiệt độ cao (mơi trường oxi hóa hay sunfit hóa muối nóng chảy) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhiệt độ thấp (các dung dịch có chứa clorua hay nước biển) Ngồi người ta sử dụng nguyên tố đất làm chất ức chế gỉ, không độc chất ức chế cromat nói chung Như việc nghiên cứu sử dụng nguyên tố đất công nghiệp phong phú, nhiều lĩnh vực, có lĩnh vực công nghệ mạ điện Việc xác định thành phần hóa học lớp mạ, tìm tỷ lệ phụ gia đất hợp lí để nâng cao chất lượng bề mặt khả chống ăn mòn lớp mạ đòi hỏi trình nghiên cứu thực nghiệm chế tạo lớp mạ, phục vụ sản xuất tương lai Vì chúng tơi chọn đề tài : “Phân tích lượng nhỏ nguyên tố đất lớp mạ hợp kim Ni – Zn” cho luận văn Với nhiệm vụ chủ yếu sau: Tìm điều kiện tối ưu để xác định thành phần nguyên tố đất 3+ (Ce ) có lớp mạ hợp kim Ni- Zn phương pháp UV-VIS Ngoài việc xác định nguyên tố Ce3+ chất phụ gia có lớp mạ, xác định thêm Ni2+ (bằng phương pháp F-AAS) Zn2+ (bằng phương pháp chuẩn độ complecxon) thành phần lớp mạ Trong luận văn chúng tơi trình bày tóm tắt trình chế tạo lớp mạ khả chống ăn mịn lớp mạ có chất phụ gia Ce3+ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu lớp mạ hợp kim có NTĐH bảo vệ bề mặt kim loại [23,27] 1.1.1 Nghiên cứu nước Mạ kim loại đời phát triển hàng trăm năm Ngày mạ kim loại trở thành ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ hầu giới, phục vụ cách đắc lực cho ngành khoa học kỹ thuật sản xuất đời sống văn minh người Lớp mạ kim loại bề mặt chi tiết máy, dụng cụ sinh hoạt, phương tiện sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất, thông tin liên lạc, kỹ thuật điện tử, khí xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì Biến tính bề mặt chất ức chế, màng thụ động vào lớp phủ phương pháp quan trọng việc bảo vệ bề mặt kim loại Nhiều cơng trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trường đại học việc nghiên cứu khoa học nhiều nước giới tiến hành để phát triển hiểu biết tốt ứng xử ăn mòn bề mặt thật thay đổi đặc tính bề mặt biến tính Hiện tập trung vào việc ức chế ăn mịn mơi trường trung tính có nước mơ tả tính chất điện hố bề mặt khơng đồng có tầm quan trọng q trình ăn mịn cục Một phương pháp dùng nhiều cơng nghệ mạ hợp kim bảo vệ bề mặt kim loại Một cách đơn giản hiểu mạ điện q trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ, lý, hố đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mong muốn Mạ kim loại khơng làm mục đích bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mịn mà cịn có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho dụng cụ máy móc đồ trang sức Những năm gần nước có cơng nghiệp phát triển, ngồi Zn, Fe, Mn người ta cịn đưa vào lớp mạ lượng nhỏ nguyên tố LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuẩn bị bình định mức 25ml, bình lấy 2ml dung dịch B 2,5 ml thuốc thử arsenazo III mơi trường đệm axeat pH= 4,75, thêm vào bình từ số đến số nồng độ Ce3+ xác tăng dần ta thu kết bảng sau Bảng 3.14: Độ hấp thụ quang Ce3+ mẫu theo phương pháp thêm chuẩn STT 0,5 0,75 1,5 2,5 0,016 0,089 0,138 0,181 0,263 0,383 0,430 0,015 0,086 0,133 0,174 0,254 0,370 0,417 0,017 0,094 0,145 0,190 0,277 0,404 0,453 [Ce3+],10 -5 M thêm chuẩn Mẫu A Sử dụng phần mềm Origin 7.5 ta đồ thị mẫu sau: A Y = A + B * X H e s o G ia t r i Sai so - - -A 0 0 5 B 0 6 - - R Sy N P - - -0 9 0 < 0 0 - - 0 -0 0 1 2 C -5 (M ) Hình 3.14: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Dựa vào đồ thị thêm chuẩn ta xác định nồng độ Ce3+ mẫu phân tích * Tính hàm lượng Ce3+ lớp mạ: 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ phương trình đường chuẩn ta xác định hàm lượng Ce3+ lớp mạ Tính Sx : Từ phương trình y = A + Bx  x = Khi  S 2  S 2  a    B  với Sa =  a   B    Sx = x y A a = = 0,0560 B B S   S y A 2 = 0,0172 a = y - A = 0,2046 Thay số vào ta Sx = 0,092; Sx = 0,0052 x Vậy nồng độ Ce3+ xác định mẫu (0,0560 ± 0,0052).10-5 (M) Tương tự ta xác định hàm lượng Ce3+ có lớp mạ mẫu mẫu A Y = A + B * X H e so G ia tr i Sai so -A 0 0 B 3 0 R Sy N P -0 9 0 < 0 0 0 -0 0 1 2 C -5 (M ) Hình 3.15: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Nồng độ Ce3+ mẫu (0,054 ± 0,0050)10-5 (M) 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A Y = A + B * X H e s o G i a tr i Sai so - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -A 0 1 0 B 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - R Sy N P - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -0 9 0 < 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 -0 0 0.5 1 2.5 -5 C ( M ) Hình 3.16: Đồ thị thêm chuẩn mẫu Nồng độ Ce3+ mẫu (0,059 ± 0,0061) 10-5 (M) Tóm tắt kết bảng số liệu sau: Bảng 3.15: Kết xác định hàm lượng Ce3+ mẫu mạ Mẫu [Ce3+] , 10 -5M (0,056±0,0052) (0,054±0,0050) (0,059±0,0061) mCe (g/m2) 7,85.10 -4±0,73.10-4 7,57.10 -4±0,70.10 -4 8,27.10 -4±0,85.10 -4 3.6.3 Xác định Ni 2+ lớp mạ phương pháp F- AAS Sau khảo sát điều kiện máy đo ta thu điều kiện tối ưu để đo Ni2+ - Cường độ đèn : 15(mA) - Vạch đo phổ: 232 (nm) - Khe đo: 0,5 (nm) - Chiều cao Burner: 5-6 (mm) - Tốc độ dịng khơng khí nén: 5,2 (l/ph) - Tốc độ dẫn mẫu: (ml/ph) - Tốc độ dịng khí axetylen: 1,25 (l/ph) 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Khoảng tuyến tính: 0,5-8 (ppm) - Pha lỗng dung dich A: 50 lần Tiến hành đo Ni2+ môi trường HCl 1% NH4Ac 1%, ta pha dãy dung dịch chuẩn khoảng tuyến tính 0,5 - 4ppm thu kết bảng sau: Bảng 3.16: Kết đo phổ dẫy chuẩn Ni2+ CNi 2 (ppm) 0,5 Hpick(cm) 0,55 1,2 2,4 3,6 4,7 Sử dụng phần mềm Origin 7.5 ta có đồ thị hình Hpick(cm) Y=A+B*X He so Gia tri Sau so -A -0.00183 0.04006 B 1.18659 0.01629 R Sy N P -0.99972 0.04663