Nghiên cứu tổng hợp Polianilin và hiệu ứng của Ion Pb2+

Đỗ Thị Minh Thủy Trường Đại học Sư phạm Hà Nội TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ĐỖ THỊ MINH THỦY NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLIANILIN VÀ HIỆU ỨNG CỦA ION Pb2+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học hữu Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S Uông Văn Vỹ PGS.TS Lê Xuân Quế HÀ NỘI - 2010 Khóa luận tốt nghiệp Lớp K32C – Khoa Hóa Học Đỗ Thị Minh Thủy Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Lớp K32C – Khoa Hóa Học LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn chân thành, xin gửi lời cảm ơn tới thầy kính u tơi, thầy PGS.TS Lê Xn Quế thầy Th.S Uông Văn Vỹ định hướng hướng dẫn tơi tận tình suốt q trình nghiên cứu để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Kĩ Thuật Nhiệt Đới anh chị làm việc phòng nghiên cứu Ăn Mòn Bảo Vệ Kim Loại – Viện Kĩ Thuật Nhiệt Đới – Viện KHCN Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu, học tập hồn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, thầy Khoa Hóa Học hết lòng quan tâm giúp đỡ tơi suốt thời gian năm học tập Con xin cảm ơn bố mẹ - gia đình, tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè người thân tạo điều kiện động viên khuyến khích tơi học tập đến đích cuối Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2010 Đỗ Thị Minh Thủy LỜI CAM ĐOAN Đề tài trực tiếp nghiên cứu hướng dẫn khoa học thầy PGS.TS Lê Xuân Quế, thầy Th.S ng Văn Vỹ thầy phòng nghiên cứu Ăn Mòn Bảo Vệ Kim Loại – Viện Kĩ Thuật Nhiệt Đới – Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu kết đưa thật Nếu có điều khơng trung thực, xin chịu trách nhiệm trước nhà trường pháp luật Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2010 Đỗ Thị Minh Thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích Nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu .7 Phương pháp nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ POLIME DẪN ĐIỆN 1.1 Giới thiệu polime dẫn điện 1.1.1 Lịch sử polime dẫn điện 1.1.2 Phân loại polime dẫn điện 10 1.1.3 Một số polime dẫn điện tiêu biểu 11 1.1.4 Một số đặc điểm ứng dụng polime dẫn điện PANi .12 1.2 Quá trình pha tạp (doping) 13 1.3 Polianilin(PANi) 15 1.3.1 Anilin 15 1.3.2 Phương pháp tổng hợp polinilin .16 1.3.3 Tính chất PANi chế tạo phương pháp điện hóa .22 1.4 Định hướng nghiên cứu khóa luận………………………………… 28 CHƢƠNG 30 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .30 2.1 Thiết bị nghiên cứu 30 2.1.1 Thiết bị điện hóa .30 2.1.2 Điện cực làm việc 31 2.2 Hóa chất dung dịch nghiên cứu .32 2.2.1 Hóa chất 32 2.2.2 Dung dịch nghiên cứu 32 2.2.3 Các bước tiến hành nghiên cứu 32 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 32 2.3.1 Phương pháp đo phổ CV 32 2.3.2 Phân tích nhiệt vi sai 35 2.3.3 Ảnh hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope SEM) 35 CHƢƠNG 36 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .36 3.1 Tổng hợp PANi phân cực CV H2SO4 36 3.1.1 Đường cong phân cực CV tổng hợp PANi .36 3.1.2 Pic oxi hóa khử PANi theo chu kì CV 37 3.2 Tác động nồng độ ANi đến trình tổng hợp PANi 39 3.2.1 Biến thiên phổ CV 39 3.2.2 Biến thiên pic oxi hóa khử PANi theo nồng độ Ani 42 3.3 Oxi hóa khử Pb(NO3)2 màng PANi điện hóa 46 3.3.1 Phổ CV điện cực PANi có muối Pb(NO3)2 47 3.3.2 Biến đổi pic oxi hóa khử CV 50 3.3.3 Phổ CV PANi thay đổi tốc độ quét điện quét 52 2+ 3.4 Tính chất PANi sau oxi hóa khử Pb 53 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 xảy xa sớm (điện pic khử tăng giá trị dương) Dòng pic Jpa Jpc tăng tương ứng chứng tỏ ion chì làm tăng trình phản ứng, Jpa Jpc tăng theo số chu kỳ CV chứng tỏ độ hoạt hóa trì, không bị ức chế 3.3.3 Phổ CV PANi thay đổi tốc độ quét điện quét 40 J (m A/ c m 20 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 Sè chu kú 2+ -3 Hình 3.22 Phổ CV tổng hợp PANi H2SO4 Pb 10 M điện cực SS, tốc độ quét 100mV/s, khoảng quét -1,5 đến 0,9V J (m A/ c m 30 25 20 15 10 -5 -10 -15 -20 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 Sè chu kú Hình 3.23 Phổ CV tổng hợp PANi H2SO4 Pb 2+ -3 10 M, điện cực SS, tốc độ quét 100mV/s, khoảng quét -1,5 đến 1,2V Nhận xét: Khi -1,5V thấy có tượng Pb kết tủa lên màng PANi, đầu độc PANi làm giảm tính hoạt hóa Ani Do giá trị pa1, pa2, pc1, pc2 giảm Tuy nhiên tái sinh polime đưa điện quét lên -0,7V Polime hình thành pic oxi hố chuyển mạnh phía dương 3.4 Tính chất PANi sau oxi hóa khử Pb 2+ Ảnh hƣởng Pb(NO3)2 đến hình thái học màng PANi Để nghiên cứu ảnh hưởng PbNO3 đến hình dạng PANi chúng tơi tiến hành chụp SEM với hai mẫu có khơng có ion chì dung dịch Pb(NO3)2 : 0M -3 Pb(NO3):10 M Hình 3.24: Ảnh SEM mẫu PANi chế tạo dung dịch H2SO4 0,5M có khơng có Pb(NO3)2 Ta thấy chưa có Pb(NO3)2 PANi có dạng sợi dài, mảnh so với có Pb(NO3)2 dung dịch, kích thước khoảng 100nm Trong với tác động ion chì màng PANi có dạng hạt tròn, kích thước đến 250nm Có thể giải thích ion chì tác động lên trung tâm phản ứng, làm cho đầu sợi cuộn tròn to KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu chế tạo màng PANi, sử dụng 2+ màng làm điện cực nghiên cứu q trình oxi hóa khử Pb , ta rút kết luận sau: 1.Tổng hợp polime dẫn điện PANi môi trường axit H2SO4, phân cực CV ổn định khoảng -0,2V đến 0,8V (SCE), từ chế tạo điện cực màng PANi thép không gỉ để nghiên cứu q trình oxi hóa khử dung dịch 2.Ion chì có hiệu ứng mạnh điện cực PANi, làm biến đổi phổ CV, điển hình pic oxi hóa khử Ion chì làm trễ q trình oxi hóa, làm cho q trình khử xảy sớm (điện pic khử lùi dương); đặc biệt dòng pic oxi hóa khử tỉ lệ thuận với nồng độ ion chì khoảng -4 -3 10 đến 510 M, với chu kì CV, cho thấy khả ứng dụng điện cực màng PANi nghiên cứu ion chì mơi trường nước 3.Nghiên cứu đến hình thái học chụp SEM ta thấy có thay đổi hình dạng kích thước sợi PANi Khi có mặt ion Pb 2+ sợi PANi cuộn to tròn hơn, kích thước 250nm gấp đơi so với khơng có ion chì 4.Tổng hợp kết cho thấy sử dụng màng PANi chế tạo làm điện cực nghiên cứu trình oxi hóa khử TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Đình Bạch (2000), hố học hữu cơ, NXBĐHQG Đặng Đình Bạch, Lê Xuân Quế, cộng sự, Tổng hợp nghiên cứu số polime dị vòng bán dẫn, TC Khoa học, Trường ĐHSP Hà Nội, số 1-2006, tr.95-98 Đặng Đình Bạch, Phạm Việt Hùng, Nguyễn Thị Hải Vân,Tổng hợp nghiên cứu nanocomposit polipyrol/TiO2 phương pháp hoá học, TC Khoa học, Trường ĐHSP Hà Nội, số 1-2007, tr.35-38 Đinh văn Dũng, Bùi Thị Thoa, Nguyễn Quang Hùng, Hứa Thị Ngọc Thoan, Lê Xuân Quế, Xác định điện oxi hoá anilin thép không gỉ axit sunfuric tạo màng PANi chống ăn mòn kim lọại, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị tồn quốc lần thứ “Ăn mòn bảo vệ kim loại với hội nhập kinh tế” Đà nẵng 7-8 tháng năm 2007, tr.228-233 Phạm Đình Đạo, Trần Kim Oanh, Lê Xuân Quế, Kết tủa điện hố PANi axit sunphuric, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Tập XXXVIII2000- 3B,Tr.87-91 Đỗ Thị Hải (2001), Nghiên cứu nâng cao khả bảo vệ kim loại PANi tạo màng hỗn hợp với PANa điện hoá, ĐHSP Hà Nội Bùi Thị Hoa, Nghiên cứu ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt CMC đến trình tổng hợp điện hoá PANi, ĐHSP Hà Nội V-LV/6683-84 Dương Quang Huấn (2002), Luận Văn Thạc Sĩ, ĐHSP Hà Nội, 2002 Hữu Huy Luận(2004), Tổng hợp nghiên cứu polime dẫn, copolime dẫn từ pyrol, thiophen, ĐHSP Hà Nội 10 Trần Kim Oanh (2000), Luận Văn Thạc Sĩ, ĐHSP Thái Nguyên 11 Lê Xuân Quế, Trần Kim Oanh, Nguyễn Hữu Tình, Phạm Đình Đạo, Đỗ Trà Hương, Phạm Huy Quỳnh, Vũ Hùng Sinh, Đặng Ứng Vận, Polime hố điện hố anlin mơi trường axit, Tuyển tập hội thảo polime compozit, Hà Nội, 3/2001, Tr.182-186 12 Hồng Thị Ngọc Qun, Lê Xn Quế, Đặng Đình Bạch, Nghiên cứu polime hoá anilin phân cực điện hoá, Tạp chí hố học T.42 (1),2004, tr.52-56 13 Nguyễn Minh Thảo, (1998), Hố học hợp chất dị vòng, Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội 14 Hứa Thị Ngọc Thoan, Dương Quang Huấn, Lê Xuân Quế, Ảnh hưởng KClO3 đến hình thành oxi hố polyanilin, Tạp chí hố học, T.44, (2), 2006, Tr.185-189 15 Nguyễn Thị Hải Vân (2006), Luận văn thạc sĩ, ĐHSP Hà Nội Tiếng Anh 16 Agata Michalska & Marcin Wojciechowski, Sliver and lead all- plastic sensor-polyaniline vs poly(3,4-ethyledioxythiophene) solid contacct, J Solid State Electrochem (2009) 13:99-106 17 Bahram Cherghi, Ali Reza Fakhari, Shahin Borhani, Ali Akbar Entezami, Chemical and electrochemical deposition of conducting polyanilin on lead, Journal of Electroanalytical Chemistry 626 (2009) 116-122 18 B.N Grgur, V Ristic, M.M Gvozdenovic, M.D Maksimovic, B.Z Jugovic, Polyaniline as possible anode materials for the lead acid batteries, Journal of Power Sources 180 (2008) 635-640 19 K Wagner, J.W Strojek, K Koziel, Processes during anodic stripping voltammetry determination of lead in the presence of copper on a solid electrode modified with 2,2 –bipyridyl in polyaniline, Analytica Chimica Acta 447 (2001) 11-21 20 R ANSARI and F RAOFIE, Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline, E-Journal of Chemistry, Vol.3, No.10, pp 49-59, January 2006 ... tham khảo được, chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp polianilin hiệu ứng ion Pb” làm nội dung nghiên cứu cho khóa luận tốt nghiệp Mục đích  Nắm phương pháp tổng hợp PANi phương pháp điện hoá ... chất dung dịch nghiên cứu .32 2.2.1 Hóa chất 32 2.2.2 Dung dịch nghiên cứu 32 2.2.3 Các bước tiến hành nghiên cứu 32 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 32 2.3.1... Nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu .7 Phương pháp nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ POLIME DẪN ĐIỆN 1.1 Giới thiệu polime dẫn điện