MỤC LỤC Trang Mở đầu 1 Chương 1 TỔNG QUAN 3 1 1 Giới thiệu về PANi 3 1 1 1 Các dạng oxi hóa khử của PANi 3 1 1 2 Các tính chất của PANi 3 1 1 2 1 Tính quang học 4 1 1 2 2 Tính cơ lý 4 1 1 2 3 Tính dẫn[.]
MỤC LỤC Mở đầu Chương 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu PANi 1.1.1 Các dạng oxi hóa khử PANi 1.1.2 Các tính chất PANi 1.1.2.1 Tính quang học 1.1.2.2 Tính lý 1.1.2.3 Tính dẫn điện 1.1.2.4 Khả tích trữ lượng 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp 1.1.3.1 Phương pháp hóa học 1.1.3.2 Phương pháp điện hóa 1.1.4 Ứng dụng PANi 1.2 Giới thiệu Titanđioxit 1.2.1 Cấu trúc 1.2.2 Tính chất 1.2.2.1 Tính xúc quang 1.2.2.2 Hiện tượng siêu thấm ướt 1.2.3 Phương pháp điều chế 1.2.3.1 Phương pháp vật lý 1.2.3.2 Phương pháp hóa học 1.2.4 Ứng dụng 1.3 Giới thiệu CNTs 1.3.1 Tính chất CNTs 1.3.1.1 Tính chất 1.3.1.2 Tính chất điện 1.3.1.3 Tính dẫn nhiệt 1.3.1 Tính phát xạ điện trường 1.3.1.5 Tính chất hóa học 1.3.2 Phương pháp điều chế 1.3.2.1 Phương pháp lắng đọng pha 1.3.2.2 Phương pháp phóng hồ quang điện 1.3.2.3 Phương pháp dùng nguồn laze 1.3.3 Ứng dụng 1.4 Glucozơ 1.4.1 Cấu tạo 1.4.2 Tính chất 1.4.3 Phương pháp điều chế 1.4.4 Ứng dụng Trang 3 3 4 4 4 5 5 7 7 8 10 10 10 10 11 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 1.5 Nước thải nhà máy bia Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thực nghiệm 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Dụng cụ 2.1.3 Thiết bị 2.1.4.Tổng hợp vật liệu compozit TiO2 - PANi - CNTs 2.1.5 Chế tạo điện cực compozit dạng cao Titan 2.1.5.1 Chuẩn bị điện cực Titan 2.1.5.2 Chế tạo điện cực Ti/compozit 2.1.5.3 Nghiên cứu tính chất điện hóa 2.1.6 Khảo sát tổng trở 2.2 Phương pháp nghiên cứu Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát phổ Nyquist 3.2 Khảo sát phổ Bode KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 15 15 15 15 15 15 17 17 17 17 18 18 21 21 25 29 30 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU COD CNTs PANi SWCNTs MWCNTs TIẾNG ANH Chemical Oxygen Demand Carbon Nanotubes Polyaniline Single-Walled Carbon Nanotubes Multi -Walled Carbon Nanotubes TIẾNG VIỆT Nhu cầu oxi hóa học Ống nano cacbon Polianilin Ống nano cacbon đơn lớp Ống nano cacbon đa lớp DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU Kí hiệu Rdd Cf Rpc CPE Rct Rhp L W Ý nghĩa Điện trở dung dịch Điện dung lớp kép màng vật liệu Điện trở lớp màng vật liệu Thành phần pha không đổi lỗ xốp Điện trở lỗ xốp Điện trở hấp phụ Điện cảm lỗ xốp Hằng số khuếch tán (Warburg) DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Thành phần chất mẫu thí nghiệm 15 Bảng 3.1: Các thơng số điện hóa mơ theo sơ đồ tương đương 21 vậtliệu môi trường nước thải có glucozơ Bảng 3.2: Giá trị tổng trở điện hóa xác định 10 mHz 24 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Hình khối bát diện TiO2 Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể dạng thù hình Ti Hình 1.3: Ống nanocacbon đơn lớp SWCNTs đa lớp MWCNTs Hình 2.1: Điện cực Titan 16 Hình 2.2: Mạch điện tương đương bình điện phân 17 Hình 2.3: Phổ Nyquist (trái) phổ bode (phải) hệ điện hóa 18 khơng xảy khuếch tán Hình 3.1: Sơ đồ Nyquist mẫu điện cực Ti/TiO2-PANi-CNTs 19 khảo sát dung dịch nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ (5 g/L) Hình 3.2: Sơ đồ tương đương mơ phổ tổng trở môi 20 trường nước thải có glucozơ g/L compozit PANi TiO2 - CNTs chế tạo theo tỉ lệ phần trăm Hình 3.3: Sự ảnh hưởng CNTs đến Cf CPE 22 Hình 3.4: Sự ảnh hưởng CNTs đến Rpc Rct 23 Hình 3.5: Ảnh hưởng tỉ lệ phần trăm CNTs đến tổng trở dạng 24 Bode compozit PANi-TiO2-CNTs môi trường nước thải nhà máy bia (COD: 2100 mg/L) có glucozơ 5g/L (a)Tổng trở (b) Pha phụ thuộc vào tần số Hình 3.6: Giá trị tổng trở điện hóa xác định 10 mHz 25 MỞ ĐẦU Hiện vật liệu phát triển sở lai ghép số vật liệu tiên tiến như: cacbon nano tubes (CNTs), với polime dẫn điển polianilin (PANi) Đây vật liệu nhà khoa học quan tâm ứng dụng nhiều lĩnh vực làm vật liệu anot cho nguồn điện, sử dụng làm sen sơ điện hóa [16-21] Trong TiO2 oxit kim loại bán dẫn, có tiềm ứng dụng cao thân thiện với mơi trường, xúc tác quang hóa quang điện hóa [10, 11], có ứng dụng cao ghép với PANi PANi polime dẫn điện điển hình bền nhiệt, bền mơi trường đặc biệt khả dẫn điện tốt Ống nano cacbon chất nhẹ, bền mơi trường,có khả hấp thụ cao, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt khả dẫn điện [13, 24] Các compozit TiO2 - PANi - CNTs dễ tổng hợp, chế tạo theo nhiều phương pháp khác tùy theo mục đích sử dụng Trong năm gần đây, ngành đồ uống phát triển nhanh chóng, đặc biệt cơng nghệ sản xuất bia Cùng với phát triển gia tăng nguồn thải, đặc biệt nước thải trình sản xuất bia Nước thải nhà máy bia quan tâm lớn, có nồng độ COD thay đổi từ 3000÷5000 mg/L, gấp khoảng 10 lần so với nước thải sinh hoạt [2] không chứa chất gây độc tính cho vi sinh vật Cơng nghiệp sản xuất bia tạo nên lượng lớn nước xả thải vào mơi trường Với mong muốn nghiên cứu q trình điện hóa điện cực compozit Ti/TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ, em chọn đề tài: ” Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/TiO2 PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ” Nội dung khóa luận bao gồm: - Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài - Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến PANi, CNTs, TiO2 phương pháp - Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu PANi Polianilin polime dẫn điện họ polime bán linh hoạt, quan tâm nhiều có khả bền nhiệt, bền học, tồn nhiều trạng thái oxi hóa khử khác PANi sản phẩm cộng hợp nhiều phân tử anilin điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa- làm xúc tác [12] Trong phân tử gồm nguyên tố C, N, H Chúng polime dị hình, mắt xích nối với liên kết N-C, cấu trúc mạch chứa liên kết π liên hợp Dạng tổng quát PANi gồm nhóm cấu trúc sau: NH NH N a N b Trong đó: a, b = 0, 1, ,3, 1.1.1 Các dạng oxi hóa khử PANi PANi tìm thấy ba trạng thái oxi hóa lý tưởng: Leucoemeraldine (a = 1, b = 0), màu vàng, dẫn điện kém, trạng thái khử cao Emeraldine (a = b), màu xanh cây, dạng polianilin hữu ích tính ổn định cao nhiệt độ phịng [2] Pernigranline (a = 0, b = 1), màu xanh tím, trạng thái oxi hóa hồn tồn với liên kết imin, dẫn điện 1.1.2 Các tính chất PANi - Polianilin chất vơ định hình màu sẫm, có thuộc tính trao đổi ion - Độ ổn định nhiệt tốt ( 40 oC N2) - PANi chuyển từ trạng thái oxi hóa sang khử ngược lại cách thay đổi giá trị pH mơi trường [7] 1.1.2.1 Tính quang học Màu sắc thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc mạch, màu thay đổi phản ứng oxi hóa khử màng Màu sắc sản phẩ m PANi quan sát điện khác (so với điện cực calomen bão hòa) điện cực Pt: màu vàng (-0,2 V), màu xanh nhạt (0,0 V), màu xanh thẫm (0,65 V), màu sắc tương ứng với trạng thái oxi hóa khác [12] 1.1.2.2 Tính lý Thuộc tính học PANi phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp: - Tổng hợp điện hóa: Cho độ xốp cao, độ dài phân tử ngắn, độ bền học [7] - Tổng hợp hóa học: Ít xốp sử dụng phổ biến 1.1.2.3 Tính dẫn điện Đặc tính dẫn PANi định hai yếu tố quan trọng trạng thái oxi hóa polime mức độ proton hóa nguyên tử khung Độ dẫn điện PANi tùy thuộc vào môi trường khác pH dung dịch, mức độ pha tạp proton [8] 1.1.2.4 Khả tích trữ lượng PANi ngồi khả dẫn điện cịn có khả tích trữ lượng cao người ta sử dụng làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp Ví dụ: ắc quy, tụ điện PANi thay MnO2 pin MnO2 chất độc hại với mơi trường [14] 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp Có hai phương pháp tổng hợp chính: phương pháp hóa học phương pháp điện hóa, phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm 1.1.3.1 Phương pháp hóa học ... compozit Ti/ TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ, em chọn đề tài: ” Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/ TiO2 PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ? ??... liên quan đến PANi, CNTs, TiO2 phương pháp - Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/ TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu PANi Polianilin... glucozơ? ?? Nội dung khóa luận bao gồm: - Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài - Khảo sát phổ tổng trở điện cực Ti/ TiO2 - PANi - CNTs môi trường nước thải nhà máy bia bổ sung glucozơ Phương pháp