nghiên cứu chế tạo màng MnO2 để ứng dụng chế tạo bột MnO2 dùng trong công nghiệp

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC TẬP Họ và tên Sinh viên: Hà Anh Thắng • Việc chấp hành nội quy, quy chế của cơ quan hoặc địa phương ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………… ……………………………………… • Ý thức, tinh thần, trách nhiệm trong quá trình thực tập ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… • Quan hệ với cán bộ trong cơ quan, đơn vị hoặc chính quyền và nhân dân địa phương ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Ngày…….tháng…….năm 2014 CƠ QUAN ĐƠN VỊ PHỐI HỢP (Ký tên, đóng dấu) LỜI CÁM ƠN Được sự phân công của khoa Công nghệ hóa trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và được sự đồng ý của Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại, dưới sự hướng dẫn của TS Uông Văn Vỹ, em đã nhận và hoàn thành xong đề tài thực tập: “ nghiên cứu chế tạo màng MnO 2 để ứng dụng chế tạo bột MnO 2 dùng trong công nghiệp”. Để hoàn thành được đợt thực tập lần này. Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc và chân thành tới thầy Uông Văn Vỹ đã tận tình, chu đáo hướng dẫn em hoàn thành đề tài này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và vận dụng những kiến thức từ lý thuyết đến thực tiễn trong quá trình làm báo cáo, nhưng do trình độ hiểu biết cá nhân còn hạn chế. Do vậy bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp Thầy, Cô để em có thể hiểu cặn kẽ và học thêm được nhiều kiến thức. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng 2 năm 2015 MỞ ĐẦU Ở nước ta hiện nay nhu cầu về nguyên liệu dioxit Mangan điện giải đối với ngành sản xuất pin nói riêng và nguồn điện hóa học nói chung là rất lớn. Tuy nhiên hầu hết các nhà máy Pin (Con Thỏ, Con Ó, Con Sóc ) lại phải nhập MnO 2 từ nước ngoài (Trung Quốc) từ 500-1000 tấn/năm. Trong khi đó nước ta có các mỏ quặng Mangan tự nhiên với trữ lượng khá lớn, nhưng chưa có cơ sở nào sản xuất dioxit Mangan điện giải. Để có thể khắc phục được tình trạng nhập khẩu nguyên liệu và sử dụng được nguồn tài nguyên đất nước để sản xuất MnO 2 , chúng ta cần phải nghiên cứu triển khai sản xuất MnO 2 từ qui mô nhỏ rồi phát triển lên. Trong những năm qua đã có nhiều cơ sở nghiên cứu sản xuất dioxit Mangan như: Viện hoá học công nghiệp, Viện công nghệ xạ hiếm, Trung tâm khoa học vật liệu thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, Trường ĐHBK-HN (1995,1997). Nhưng kết quả vẫn chưa được triển khai sản xuất, sản phẩm MnO 2 cũng chưa được đánh giá trực tiếp hoạt tính điện hoá bằng các máy đo điện hoá hiện đại mà chỉ dùng các phương pháp vật lý như phổ nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt. Không nằm ngoài mục đích đó, lần thực tập này nhằm Lựa chọn và kiểm chứng một chế độ điện phân đã được dùng trong công nghiệp, khảo sát tính chất điện hoá của sản phẩm bằng phương pháp điện hóa sử dụng máy đo điện hoá hiện đại của Viện kỹ thuật nhiệt đới-Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam. BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC TẬP TẠI VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHẦN TỒNG QUAN CHƯƠNG 1: VIỆN KĨ THUẬT NHIỆT ĐỚI Viện Kỹ thuật Nhiệt đới trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, được thành lập theo Quyết định số 248/CP ngày 08/8/1980. Người ký: Thủ tướng Chính phủ Trụ sở nhà A13 – số nhà 18 Hoàng Quốc Việt- Cầu Giấy – Hà Nội. Viện với ban lãnh đạo gồm : Viện trưởng: GS.TS.NCVCC. Thái Hoàng Phó viện trưởng: ThS.NCVC. Nguyễn Quang Chính PGS.TS.NCVCC. Tô Thị Xuân Hằng PGS.TS.NCVC. Đinh Thị Mai Thanh. -Chức năng, nhiệm vụ của viện: + Chức năng: Nghiên cứu cơ bản, điều tra cơ bản, phát triển công nghệ và đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vực khác có liên quan theo quy định của pháp luật. + Nhiệm vụ: a ) Nghiên cứu cơ bản, điều tra cơ bản các yếu tố của điều kiện môi trường nhiệt đới Việt Nam; b) Nghiên cứu cơ chế động học ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nhiệt đới Việt Nam đến vật liệu và thiết bị kỹ thuât; c)Nghiên cứu chế tạo và bảo vệ các loại vật liệu, linh kiện, thiết bị có khả năng làm việc trong điều kiện khí hậu nhiệt đới; d) Xây dựng các tiêu chuẩn về sử dụng vật liệu, linh kiện, thiết bị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới; đ) Đào tạo nguồn nhân lực khoa học và công nghệ có trình độ cao trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vực có liên quan; e) Hợp tác quốc tế trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vực khác có liên quan; g) Dịch vụ khoa học, công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới và các lĩnh vực khác có liên quan; h) Quản lý về tổ chức, bộ máy; quản lý và sử dụng cán bộ, công chức, viên chức của đơn vị theo quy định của Nhà nước và của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; i) Quản lý về tài chính, tài sản của đơn vị theo quy định của Nhà nước; k) Thực hiện các nhiệm vụ khác do Chủ tịch Viện giao. - Lực lượng cán bộ và cơ cấu tổ chức: + Lực lượng cán bộ: + Cơ cấu tổ chức: Có 9 phòng chuyên môn: • Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại: Kim loại, hợp kim, vật liệu bảo vệ vô cơ, vật liệu bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hoá. Tổng số CBVC: 81 • Số biên chế định biên: 76 • Số biên chế hiện nay: 72 • Số hợp đồng: 09 • Giáo sư: 01 • Phó Giáo sư: 06 • Tiến sĩ: 19 • Thạc sĩ: 20 • Kỹ sư, Cử nhân: 26 • Khác: 07 • Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại: Chất dẻo, vật liệu polyme tổ hợp và compozit, phân hủy, ổn định chống lão hóa polyme. • PhòngVật liệu cao su và Dầu nhựa thiên nhiên: Vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ, các hợp chất có nguồn gốc sinh học sử dụng trong vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ. • Phòng Vật liệu gốm kỹ thuật và Điện cao áp: Linh kiện và thiết bị điện. • Phòng Kỹ thuật điện tử: Linh kiện và thiết bị điện tử. • Phòng Nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ và các giải pháp kỹ thuật xử lý chống ô nhiễm và bảo vệ môi trường • Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ: Sơn bảo vệ, các chất ức chế ăn mòn kim loại sử dụng trong sơn bảo vệ. • Phòng Dữ liệu, thử nghiệm nhiệt đới và môi trường: Khí hậu kỹ thuật, các thử nghiệm gia tốc, lớp phủ bảo vệ kim loại bằng phương pháp phun nhiệt. • Phòng Vi phân tích: Cấu trúc vật liệu (nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét và nhiễu xạ tia X), vật liệu cao su tổ hợp Các đơn vị quản lý nghiệp vụ • Phòng Quản lý tổng hợp - Các hoạt động thường xuyên của đơn vị: +Nghiên cứu tác động môi trường nhiệt đới Việt Nam (khí quyển, biển, dưới đất) đến sự phá hủy vật liệu (kim loại, phi kim loại, vật liệu hữu cơ ) và lớp phủ bảo vệ. +Nghiên cứu các phương pháp đánh giá độ bền vật liệu trên cơ sở các kết quả thử nghiệm tự nhiên và gia tốc, xác định các hệ số tương quan, xây dựng quy trình dự báo tuổi thọ vật liệu trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. +Nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu bảo vệ bền với khí hậu nhiệt đới (vật liệu và quy trình sản xuất) để áp dụng vào thực tế, phục vụ phát triển kinh tế, an ninh, quốc phòng +Đào tạo cán bộ: Đào tạo bậc tiến sỹ, thạc sỹ và cán bộ kỹ thuật theo các chuyên ngành hóa học, vật lý, khoa học vật liệu, bảo vệ môi trường và theo lĩnh vực hoạt động của Viện. +Thực hiện các dự án Hợp tác quốc tế về nghiên cứu và đào tạo sau đại học liên quan tới các lĩnh vực hóa học, vật lý, khoa học vật liệu, bảo vệ môi trường. - Những thành tích nổi bật: +Đã xây dựng tập bản đồ khí hậu kỹ thuật Việt Nam. +Chủ trì và thực hiện tốt nhiều đề tài, dự án khoa học công nghệ cấp Nhà nước (chương trình kỹ thuật nhiệt đới 48, 48D, chương trình điện tử- tin học 60E) và cấp +Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam. +Có nhiều kết quả ứng dụng vào thực tế trong các lĩnh vực: các lớp phủ bảo vệ bền khí hậu nhiệt đới (vô cơ, hữu cơ) các vật liệu polyme tổ hợp, công nghệ và vật liệu bảo vệ chống ăn mòn, van chống sét, thiết bị thực hành điện - điện tử dùng trong các trường đại học, cao đẳng, dạy nghề +Thực hiện nhiều Dự án quốc tế cấp Nhà nước (Nghị định thư), Dự án song phương và đa phương về nghiên cứu khoa học công nghệ và đào tạo trong các lĩnh vực hoá học, vật lý , khoa học vật liệu và môi trường. CHƯƠNG 2: TỒNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT Tuỳ theo phương pháp sản xuất mà dioxit Mangan (MD) có các cách viết tên khác nhau. Khi được sản xuất theo con đường hoá học thì MD được viết là CMD (Chemical Manganese Dioxide), còn khi được sản xuất theo con đường điện hoá thì MD được viết là EMD (Electrolytic Manganese Dioxide). 2.1 Tính chất hóa học của EMD Trong MnO 2 thì Mn có số oxi hoá trung gian (+4), do đó EMD cũng thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử:  MnO 2 là chất oxi hoá khá mạnh: nó dễ dàng bị khử tới Mn 2+ bởi các tác nhân khử (HCl,…): MnO 2 + 2Cl - + 4H + → Mn 2+ + Cl 2 + 2H 2 O (1)  MnO 2 là chất khử yếu: Trong môi trường axit, nó chỉ bị oxi hoá tới MnO 4 - bởi các tác nhân oxi hoá rất mạnh như S 2 O 8 2- , dòng điện một chiều…Trong môi trường kiềm thì tính khử của MnO 2 thể hiện mạnh hơn: nó có thể bị oxi không khí oxi hoá tới các bậc oxi hoá cao hơn. 2.2.Tính chất vật lý 2.2.1. Cấu trúc tinh thể Dioxit mangan kết tủa trên anôt từ dung dịch sunfat mangan thường có cấu trúc γ-MnO 2 , nhưng dưới các điều kiện nào đó thì β-MnO 2 được tạo ra cùng với γ- MnO 2 . Tuy nhiên, De wolf, khi nghiên cứu các mẫu EMD kết cấu định hướng, đã chỉ ra rằng EMD không phải là một γ-MnO 2 như thường được thừa nhận mà có cấu trúc như là một ε-MnO 2 . Giovanoli đã nghiên cứu về ε-MnO 2 điều chế theo phương pháp oxyhoá dung dịch Mn(NO 3 ) 2 bẵng ozôn. Ông cho rằng ε-MnO 2 là một giai đoạn nhiệt động không bền và nó dễ dàng kết tinh lại thành γ-MnO 2 trong dung dịch HNO 3 2M nóng. Kết quả phân tích Rơnghen chỉ ra rằng ε-MnO 2 bị khử tới γ-MnOOH. Còn γ- MnO 2 bị khử tới α-MnOOH nhưng trong cấu trúc của nó có một vài vùng nhỏ là γ- MnOOH. Điều này được giải thích trên cơ sở rằng có một số phần tử trong γ- MnO 2 hoạt động như là các trung tâm cho γ-MnOOH. Trong quá trình khử, khi toàn bộ phản ứng đã xảy ra trong mạng lưới, thì sự giãn mạng của các octahedra trở nên rõ ràng do sự tăng lên của số các ion Mn 3+ . Trong mạng tinh thể của các MD thuộc cấu trúc khung có các khoang rộng. Kích thước các khoang này là khác nhau với các MD khác nhau và phụ thuộc vào cấu trúc các chuỗi octahedra MnO 6 . Kích thước các khoang này của Pyrolusite là 1x1 còn của Ramsdellite là 1× 2. Có thể sử dụng ký hiệu T(mxn) để phân biệt các cấu hình MD trong đó m và n là kích thước các khoang. Khi n tăng lên thì cấu trúc khung chuyển sang cấu trúc lớp. Sự xen lẫn nhau của các khoang đơn và đa kích thước trong mạng tinh thể dẫn tới dung dịch nước có chứa các cation kim loại và anion gốc axit (SO 4 , NO 3 - ,…) bị chứa trong các khoang đó. Chính vì vậy mà ε- MnO 2 và γ- MnO 2 có hàm lượng nước kết hợp cao (thường từ 4 ÷ 6% khối lượng). Các cấu trúc của MnO 2 sẽ được mô tả trong các hình 1 và 2: Hình 1: Nhóm MD có cấu trúc chuỗi và vòng : A-Pylorusite B- Ramsdellite C- Hollandite D- Romanechite E- Todorokite Hình 2: Nhóm MD có cấu trúc lớp A- Lithiophorite B- Chalcophanite C- Bimessite Các thông số về các cấu trúc quan trọng nhất của các MD được đưa ra trong bảng1[1]: Bảng 1 : Các cấu trúc quan trọng của MD Hợp chất Công thức Hệ tinh thể Thông số mạng a b C Pyrolusite β - MnO 2 4 phương 440 440 287 Ramsdellite MnO 2 Orthorombic 453 927 287 n.Sutite ( Mn 2+ , Mn 4+ )(OOH) 2 6 phương 965 965 443 Cryptomelane K 1 ÷ 2 Mn 8 O 16 .xH 2 O 1 xiên 956 288 1385 Hollandite ( Ba 2+ , K + ) 1 ÷ 2 Mn 8 O 16 .xH 2 O 4 phương 996 996 288 Gamma MnO 2 γ - MnO 2 Orthorombic 443 935 285 Birnessite Na 4 Mn 14 O 27 .9H 2 O Orthorombic 854 193 0 1426 2.2.2 Bề mặt riêng [...]... hp bt v thp nht l mng mng iu ny l do c tớnh cu trỳc v linh ng ca oxi trong chỳng khỏc nhau 2.2.4 Tớnh cht t Cỏc nghiờn cu v t tớnh ca MD u ch ra rng MD l cht nghch t do trong orbital 3d ca phõn t MnO2 cú 3e- khụng ghộp ụi Selwood [11] ó o t cm ca cỏc MD v sp xp chỳng theo th t : MnO2 > -MnO2 > -MnO2 > -MnO2 Giỏ tr t cm ti 25C nm trong khong 25.10-6ữ 45.10-6 2.3.Tớnh cht in hoỏ ca EMD Cỏc tớnh cht... xỳc tỏc cao Khi phõn hu MnCO3 300C, Tanable ó thu c MnO2 cú t trng1,23 g/cm3 i vi mui Mn(NO3)2 thỡ quỏ trỡnh iu ch MnO2 i theo con ng sau: Mn(NO3)2(dd) Mn(NO3)2.2H2O MnO2. NO2 Mn(NO3)2(r) - MnO2 Sn phm thu c l -MnO2 cú cu trỳc tinh th nh mn Nhit giai on to Mn(NO3)(r) 130 ữ 140C v nhit to -MnO2 l 300 ữ 400C Trong phũng thớ nghim ngi ta cng to c -MnO2 do kh KMnO4 vi tỏc nhõn kh l HCl c nhit cao ... c MnO2 hot ng in hoỏ cao khi thi oxi di ỏp sut thp (0.5 MPa) qua 200 ml dung dch cha 0.2 mol Mn(II) Oxi hoỏ cỏc hp cht Mn(III) trong axit: Khi gia cụng cỏc hp cht Mn(III) trong axit nhit cao thỡ mng tinh th ca nú b bin dng ng thi Mn3+ b oxi hoỏ thnh Mn4+ Purol ó nghiờn cu cỏc thụng s ng hc ca s bin dng ca Mn 2O3 trong H2SO4 v ụng ó nhn c -MnO2 hoc -MnO2 tu thuc iu kin thớ nghim Fuber ó sn xut c MnO2. .. hot tớnh in hoỏ cao bng cỏch oxi hoỏ MnO2 trong dung dch HClO4 20% ti 90C, sn phm c tip tc gia nhit ti 90C trong mt gi Brenet ó sn xut c -MnO2 hot hoỏ cao bng cỏch oxi hoỏ Mangan Peclorat bng ozụn ti 50C ễng cng nhn c -MnO2 theo cỏch trờn nhng thờm vo dung dch mt s cation nh l K +, Ca2+, NH4+ vi nng t 0,5 ữ 1,5% (sao cho tng nng cỏc cation ú ln hn nng Mn 4+ trong dung dch Kh mui Pemanganat: Cú... cỏch nung qung Pyrolusite thiờn nhiờn trong lũ quay nhit 700 ữ 750C, sn phm thu c ch yu l MnO2, cho tỏc dng vi H2SO4 17 ữ 18% 80C thỡ: Mn2O3 + H2SO4 MnO2 + MnSO4 + H2O (34) i t cỏc mui Nitrat, Cacbonat Mangan bng cỏch phõn hu nhit Sn phm thu c s b oxyhoỏ bi oxy khụng khớ: tcao MnCO3(r) [O] MnO MnO2 Tỏc nhõn oxyhoỏ cú th dựng l dung dch NaOCl 10%, khi ú thu c MnO2 cú din tớch b mt ln, cú hot tớnh... -MnO2 cú cu trỳc gn ging Bruessite Mc Kenzie thc hin oxi hoỏ bng cỏch sc oxy trong 5 gi qua 2 lớt dung dch 0.4mol MnSO4 + 5mol KOH ti nhit 5C Kt qu nhn c dng -MnO2 cú mu en cha 9%K ễng cng nhn c sn phm ging nh Crytomelane theo cỏch ny khi s dng dung dch bóo ho K+ Belay v Brenet ó thu c -MnO2 cú hot tớnh xỳc tỏc v hot tớnh in hoỏ cao bng cỏch gia cụng Mn 3O4 (iu ch bng cỏch thi khớ oxy qua Mn(OH)2 trong. .. 0.9 D 0.8 0.7 E 0.6 F 0.5 0 10 20 30 Thời gian , phút Hỡnh 4: in th anụt trong 30 phỳt in phõn mõt dũng 1,0 A/dm2, dung dch 0,2M H2SO4 cú hoc khụng cú mt MnSO4(1,0M), 75C v 90C[31]: A v D l ti anụt Grafit trong dung dch H2SO4 0,2M; B v C ti anụt trờn ú cú mt lp MnO2 kt ta sn trong dung dch 0,2M H2SO4; E v F ti anụt Grafit trong 1M MnSO4 + 0,2M H2SO4; cỏc ng cong lin nột l 75C, t nột l 90C 2.4.2.2... b mt khụng phi l mt nhõn t quan trng trong phn ng ti tc phúng in 20 mA/500 mg iu ny cú th hiu c nu chỳng ta nh li bn cht ca c ch phn ng phúng in Cỏc giỏ tr quỏ th ny c o ti mt giai on u ca quỏ trỡnh phúng in, v phn ng in cc chớnh ti giai on ú l phn ng sau : MnO2 + H2O + e- MnOOH + OH- (2) Giai on xỏc nh tc rt cú th l quỏ trỡnh khuych tỏn proton trong mng li MnO2, cũn phn ng in hoỏ ti vựng tip giỏp... trờn anụt S khỏc bit ch yu gia chỳng l s electron cho trong quỏ trỡnh í kin th nht cho rng quỏ trỡnh xy ra theo cỏc bc sau: 1-Oxy húa cỏc ion Mangan cú mc oxy hoỏ thp ti Mn4+ 2-Thu phõn to thnh MnO2 í kin th hai cho rng quỏ trỡnh oxy hoỏ trờn anụt ch xy ra n Mn 3+ Sau ú nh cỏc phn ng hoỏ hc m MnO2 c to thnh Cỏc kt qu nghiờn cu quỏ trỡnh in phõn trong dung dch axit mnh ó cho thy cú tn ti sn phm trung... [Mn(H2O)n-4(OH)4] + 4H+ MnO2 + (n-2)H2O + 4H+ trong ú giai on to thnh MnO2 l giai on cui cựng v chm nht, quyt nh ton b tc quỏ trỡnh thu phõn Cỏc quỏ trỡnh tip theo nh quỏ trỡnh vn chuyn (khuych tỏn, i lu, in di), quỏ trỡnh hp ph v kh hp ph trờn b mt anụt nh hng ti dng kt ta v sớt cht ca sn phm trờn b mt in cc Helfricht ó nghiờn cu v cỏc thụng s nhit ng hc ca cỏc hp cht Mn(II), Mn(III) v Mn(IV) cú th cú trong quỏ . đã nhận và hoàn thành xong đề tài thực tập: “ nghiên cứu chế tạo màng MnO 2 để ứng dụng chế tạo bột MnO 2 dùng trong công nghiệp . Để hoàn thành được đợt thực tập lần này. Em xin gửi lời cám. tử. • Phòng Nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ và các giải pháp kỹ thuật xử lý chống ô nhiễm và bảo vệ môi trường • Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ: Sơn. chỉ dùng các phương pháp vật lý như phổ nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt. Không nằm ngoài mục đích đó, lần thực tập này nhằm Lựa chọn và kiểm chứng một chế độ điện phân đã được dùng trong công nghiệp,