Nghiên cứu tổng hợp Polianlin và tương tác oxi hoá khử với Ion Cr3+

Hoàng Thị Thu Trang Đại học Sƣ phạm Hà Nội LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Xuân Quế định hƣớng hƣớng dẫn tận tình suốt q trình nghiên cứu để tơi hồn thành đƣợc khố luận Tơi 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 tơi đƣợc nghiên cứu, học tập hồn thành khố luận Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm thầy Khoa Hóa học hết lòng quan tâm giúp đỡ tơi suốt thời gian năm học tập Con xin cảm ơn bố mẹ, xin chân thành cảm ơn bạn bè ngƣời thân tạo điều kiện động viên khuyến khích tơi học tập đến đích cuối Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2010 Hoàng Thị Thu Trang Khóa luận tốt nghiệp - 2010 K32C- Khoa hóa học Hồng Thị Thu Trang Khóa luận tốt nghiệp - 2010 Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 K32C- Khoa hóa học LỜI CAM ĐOAN Đề tài trực tiếp nghiên cứu hướng dẫn khoa học thầy PGS.TS Lê Xuân Quế Tôi xin cam đoan kết đạt thời gian làm khố luận Nếu có điều khơng trung thực, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Sinh viên Hoàng Thị Thu Trang MỤC LỤC Trang Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu .7 Chƣơng .8 TỔNG QUAN VỀ POLIME DẪN 1.1 Giới thiệu polime dẫn điện 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Phân loại polime dẫn điện 1.1.3 Một số đặc điểm ứng dụng polime dẫn điện PANi 10 1.1.4 Quá trình pha tạp (doping) 11 1.2 Polyanilin 13 1.2.1 Anilin 13 1.2.2 Tính chất vật lí 13 1.2.3 Tính chất hóa học 13 1.2.4 Phƣơng pháp tổng hợp PANi 14 1.2.5 Tính chất PANi chế tạo điện hóa 21 1.2.6 Khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại 23 Chƣơng 26 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26 2.1 Thiết bị nghiên cứu 26 2.1.1 Thiết bị điện hóa 26 2.1.2 Điện cực làm việc 27 2.2 Hóa chất dung dịch nghiên cứu 28 2.2.1 Hóa chất 28 2.2.2 Dung dịch nghiên cứu 28 2.2.3 Các bƣớc tiến hành nghiên cứu 28 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.3.1 Phƣơng pháp đo phổ CV 29 2.3.2 Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope SEM) .31 Chƣơng 32 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Tổng hợp PANi H2SO4 phân cực CV 32 3.1.1 Phổ CV tổng hợp PANi .32 3.1.2 Phân tích phổ CV tổng hợp PANi 33 3.2 Ảnh hƣởng nồng độ ANi đến tổng hợp PANi 34 3.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ ANi đến phổ CV 34 3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ ANi đến pic oxi hóa khử PANi 36 3.3 Động học q trình polime hóa ANi 41 3.3.1 Động học phản ứng hóa học .41 3.3.2 Động học phản ứng điện hóa .43 3.3.3 Sự phụ thuộc tốc độ polime hóa ANi H2SO4 theo chu kỳ 45 3.4 Tác động Cr2(SO4)3 đến màng PANi 48 3.4.1 Oxi hóa khử Cr2(SO4)3 màng PANi điện hố .48 3.4.2 So sánh dạng phổ CV với nồng độ Cr2(SO4)3 khác 50 3.4.3 Tác động Cr2(SO4)3 đến điện pic oxi hoá - khử 52 3.4.4 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến dòng pic oxi hố - khử .52 3.4.5 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến điện lƣợng pic oxi hoá khử 53 3.5 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến hình thái học màng PANi 54 KẾT LUẬN .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 3.4.3 Tác động Cr2(SO4)3 đến điện pic oxi hoá - khử (V/SCE) 0.45 0.40 M0 0.35 0.30 M0 0.25 0.20 E pa1 0.30 E pc1 (V/SCE) 0.50 0.15 M1 0.25 M1 0.10 0.20 10 Chu kì, n Chu kì, n Hình 3.19a Biến thiên điện pic oxi hoá khử p1 -4 E(V/SCE) -0.54 1.12 -0.56 1.11 M2 M1 -0.58 pc2 (V/SCE) theo số chu kỳ CV, với nồng độ Cr2(SO4)3 khác M0: 0, M1: 5.10 M E pa2 1.10 -0.60 1.09 M1 M2 -0.62 10 Chu kì, n 10 Chu kì, n Hình 3.19b Biến thiên điện pic oxi hoá khử p2 -4 -3 theo số chu kỳ CV, với nồng độ Cr2(SO4)3 khác M1: 5.10 M, M2: 10 M 3.4.4 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến dòng pic oxi hố - khử Tƣơng tự điện pic, dòng điện pic bị tác động có mặt Cr2(SO4)3 Điều đƣợc minh hoạ qua hình 3.20 a b 16 J(mA/cm ) 14 M0 pc1 pa1 M1 10 M1 -2 J(mA/cm ) 12 -4 M0 -6 -8 -10 -12 10 9 Chu kì, n Chu kì, n Hình 3.20a Biến thiên dòng pic oxi hố anơt pic khử catôt PANi -4 theo số chu kỳ CV, với nồng độ Cr2(SO4)3 khác M0: 0, M1: 5.10 M 13.5 -6 J(mA/cm ) M1 13.0 pa2 12.5 M2 12.0 11.5 -8 -10 M2 -12 M1 pc2 J(mA/cm ) 14.0 10 Chu kì, n -14 10 Chu kì, n Hình 3.20b Biến thiên dòng pic oxi hố anơt pic khử anôt PANi -4 -3 theo số chu kỳ CV, với nồng độ Cr2(SO4)3 khác M1: 5.10 M, M2: 10 M 3.4.5 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến điện lƣợng pic oxi hoá khử Tƣơng tự nhƣ dòng pic, điện lƣợng pic, oxi hóa khử, phụ thuộc rõ nét vào nồng độ ion crơm (hình 3.21) -0.04 0.16 M2 -0.08 0.12 -0.12 0.10 M1 -0.16 M2 0.08 0.06 M0 Qc (C/cm ) Qa (C/cm ) 0.14 M0 M1 -0.20 10 10 Chu kì, n Chu kì, n Hình 3.21 Biến thiên điện lượng oxi hố anơt (Qa) điện lượng khử catơt (Qc) theo số chu kỳ CV, với nồng độ Cr2(SO4)3 khác 3.5 Ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến hình thái học màng PANi Từ ảnh hiển vi điện tử quét SEM cho phép nghiên cứu ảnh hƣởng Cr2(SO4)3 đến hình thái học màng PANi (hình 3.22 - 3.23) (a) (b) Hình 3.22 Ảnh SEM mẫu PANi chế tạo -3 dung dịch H2SO4 0,5M khơng có (a) có Cr2(SO4)3 3.10 M (b) Ảnh SEM hai mẫu cho thấy PANi dạng sợi gồm nhiều hạt đính với nhau, nhiên mẫu có Cr2(SO4)3 tác động dƣờng nhƣ kích thƣớc hạt tăng lên đơi chút Mặt khác quan sát kĩ cho thấy bề mặt chuỗi hạt mẫu PANi có chứa Cr2(SO4)3 mịn so với mẫu khơng có Cr2(SO4)3 KẾT LUẬN Trên sở phân tích kết nghiên cứu polime hóa ANi với nồng độ ANi khác chế tạo màng dẫn điện PANi, sử dụng màng làm điện cực 3+ nghiên cứu q trình oxi hố khử Cr , rút đƣợc kết luận sau: Đã chế tạo đƣợc màng PANi dẫn điện phƣơng pháp điện hóa – phân cực vòng đa chu kỳ (CV) môi trƣờng axit H2SO4 với nồng độ ANi 15, 20 25ml/l Đã chế tạo đƣợc điện cực màng PANi từ vật liệu màng PANi, có độ hoạt hóa điện hóa ổn định thể phổ CV 20 chu kỳ khoảng -0,2 đến 0,8V, cho phép làm điện cực nghiên cứu số q trình oxi hóa khử Đã khảo sát tính chất điện hóa ion Cr 3+ dung dịch axit sunfuric 3+ 0,5M, kết cho thấy đƣờng CV phụ thuộc nồng độ Cr , vùng anơt catơt Điều cho thấy có phản ứng oxi hóa khử ion 3+ Cr , xảy điện cực PANi môi trƣờng axit 3+ Trên điện cực màng PANi xảy q trình oxi hố khử ion Cr , điện 3+ lƣợng oxi hoá hay khử tăng với nồng độ ion Cr khoảng nồng -4 -3 độ 5.10 M đến 10 M, tƣơng quan có dạng tuyến tính, ứng 3+ dụng định lƣợng ion Cr TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Đặng Đình Bạch, Lê Xuân Quế, cộng sự, Tổng hợp nghiên cứu số polime dị vòng bán dẫn, TC Khoa học, Trƣờng ĐHSP Hà Nội, số 12006, tr.95-98 Đặng Đình Bạch (2000), hố học hữu cơ, NXBĐHQG Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, NXBKH&KT Phạm Đình Đạo, Trần Kim Oanh, Lê Xuân Quế, Kết tủa điện hố PANi axit sunphuric, Tạp chí khoa học công nghệ, Tập XXXVIII-2000-3B,Tr.87-91 Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXBGD Đỗ Thị Hải (2001), Nghiên cứu nâng cao khả bảo vệ kim loại PANi tạo màng hỗn hợp với PANi điện hoá, ĐHSP Hà Nội Bùi Thị Hoa, Nghiên cứu ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt CMC đến q trình tổng hợp điện hố PANi, ĐHSP Hà Nội V-LV/6683-84 Dƣơng 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 Hồng Nhâm (2004), Hóa học vô tập 1, NXBGD 11 Trần Kim Oanh (2000), Luận Văn Thạc Sĩ, ĐHSP Thái Nguyên 12 Lê Xuân Quế, Trần Kim Oanh, Nguyễn Hữu Tình, Phạm Đình Đạo, Đỗ Trà Hƣơng, 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 13 Hoàng Thị Ngọc Quyên, Lê Xuân Quế, Đặng Đình Bạch, Nghiên cứu polime hố anilin phân cực điện hoá, TC Hoá học T.42 (1),2004, tr.52-56 14 Nguyễn Minh Thảo, (1998), Hoá học hợp chất dị vòng, Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội 15 Hứa Thị Ngọc Thoan, Dƣơng 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 16 Nguyễn Thị Hải Vân (2006), Ảnh hưởng TiO2 đến q trình tổng hợp điện hố PANi, ĐHSP Hà Nội Tiếng Anh 17 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 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 Ali Olad and Reza Nabavi, Application of polyaniline for the reduction of toxic Cr(VI) in water, Journal of Hazardous Materials 147 (2007) 845–851 20 Ali Olad and Reza Nabavi, Application of polyaniline for the reduction of toxic Cr(VI) in water, Journal of Hazardous Materials 147 (2007) 845–851 21 S I N EAD T F A R R E L L A N D CARMEL B BRESLIN, Reduction of Cr(VI) at a Polyaniline Film, Environ Sci Technol 2004, 38, 4671-4676 ... Nghiên cứu tổng hợp polianilin tƣơng tác oxi hóa khử với ion 3+ Cr ’ làm nội dung nghiên cứu cho khố luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu đề tài Chế tạo đƣợc PANi làm điện cực khả ứng dụng nghiên. .. nghiên cứu tính 3+ chất oxi hóa khử ion Cr Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp PANi axit sunfuric - Phân tích phổ CV chế tạo PANi, xác định số đặc điểm động học q trình tổng hợp oxi hóa khử 3+ - Nghiên. .. 3+ - Nghiên cứu khả oxi hóa khử điện hóa ion Cr điện cực PANi Đối tƣợng nghiên cứu - PANi, tổng hợp điện hoá H2SO4 3+ - Cr , tƣơng tác điện hóa điện cực PANi Phƣơng pháp nghiên cứu Để hoàn thành