Tổng hợp Polyanilin bằng phương pháp hoá học và nghiên cứu khả năng tương tác với Ion đồng (II)

TrườngĐạihọcSưphạm HàNội2 Khóaluậntốtnghiệp-2012BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTRƯỜNG ĐẠIHỌCSƯPHẠMHÀNỘI2 --- ---MAINGỌCBÍCH TỔNGHỢPPOLYANILINBẰN GPHƯƠNGPHÁPHOÁHỌC VÀNGHIÊNCỨUKHẢNĂNGTƯƠNGTÁCV ỚIION

TrườngĐạihọcSưphạm HàNội2 Khóaluậntốtnghiệp-2012

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTRƯỜNG ĐẠIHỌCSƯPHẠMHÀNỘI2

-

 -MAINGỌCBÍCH

TỔNGHỢPPOLYANILINBẰN GPHƯƠNGPHÁPHOÁHỌC

VÀNGHIÊNCỨUKHẢNĂNGTƯƠNGTÁCV

ỚIION ĐỒNG(II)

Chuyênngành:HOÁHỮUCƠ

KHOÁLUẬNTỐTNGHIỆPĐẠIHỌC

TrườngĐạihọcSưphạm HàNội2 Khóaluậntốtnghiệp-2012

MỞĐẦU

1 Lýdochọnđềtài

Vớisựpháttriểnnhưvũbãocủakhoahọccôngnghệ,trênthếgiớiđãđ ạt đượcnhiềuthànhtựurựcrỡ.Trongđó,ngànhhóahọcđãgópphầnđángk ểvàosựthànhcôngđó.Ngàynay,việcthaythếnhữngvậtliệutruyềnthốngbằngcácvậtliệumớicótínhứngdụngcaođangđượcgiớikhoahọcquantâmnghiêncứuvàứngdụngtrongthựctếcuộcsống.Mộttrongcáchướngđólàt ì m kiếmkhảnăngthaythếcáckimloạitruyềnthốngcógiátrịcaonhư:Silic,Gecmani,…

bằngcácvậtliệugiáthànhrẻhơnvàdễtổnghợphơn.Trongsốc á c v ậtliệuđ ó làpolymedẫnđ i ệ nh ữucơ.C á c polymedẫnđiệnphổbiếnđangđượcnghiêncứuđólà:Polyanilin, Polypyrol, Polythiophen…

Polymeđ ư ợ cứngdụngrộngrãitrongcácngànhđ i ệ nt ử,l à m sensorsinhhọc,cửasổquang,bándẫn,tạomàngchốngănmònkimloại,sửdụnglàmphụgiachođiệncựcâmcủaắcquyvàpin

Polyanilinđ ư ợ c quant â m h ơ n cảv ì k h ảnăngứngdụnglớn,nguyênliệurẻ,dễdàngtổnghợpbằng2phươngpháphóahọcvàđiệnhóa,khảnăngdẫnđiệncao

Nhằmtiếptụcnghiêncứunhữngphươngpháptổnghợp,tínhchấtcủapolyanili

n,gópphầnđữapolyanilinvàoứngdụngtrongthựctế,tôiđãchọnđ ề tài:“Tổnghợp

polyanilinbằngphươngpháphóahọcvànghiêncứukhảnăngtươngtácvớiionđồ ng(II)”làmđềtàikhóaluậntốtnghiệpcủamình.

2 Mụcđíchnghiêncứu

- NắmđượcphươngpháptổnghợpPANibằngphươngpháphóah ọ c

- Nghiêncứukhảnăngtươngtácoxihóa–khửionCu2+vớiPANitổnghợpđược

khửvớiionCu2+:ĐophổEDX,chụpảnhSEM,chụpphổIR,phântíchAAS

3 Nhiệmvụ

- Nghiêncứucơsởlýluậnchungvềpolymedẫnvàcácphươngphápđiềuchếpolymedẫn

TrongcùngthờigianđómộtvàikỹsưNhậtđãnhậnthấyrằngmàngpolyacetylencóthểđượctạorabởiquátrìnhpolymeh ó a củakhíacetylenetrênbềmặtcủathùngphảnứngtrongđiềukiệncóxúctáccủahợpchấtcơk i m của thủyngân

Nhữngmàngnàycóđộdẫnđiệnkhálớnsovớicácpolymekháctuynhiênnóchỉlàchấtbándẫn.Sauđó,cùngvớisựcộngtáccủacácchuyêngiaNhậtvàcáctrườngđạihọcPersylvaniasảnphẩmpolymedẫnđiệnđầutiênđãr a đời.Polyacetylenl à polymedẫnđiệnđầutiênđượctìmthấynhưngk h ả năngdẫnđiệnhạnchếcủa

nónênkhôngđượcápdụngvàocôngnghệ.Vìvậyc á c nhàkhoahọcđãnghiêncứuvàtìmranhiềuloạipolymecókhảnăngdẫnđiệnkhácnhưpolyphenyline,polypyrrole,polyanilin…

Khảnăngdẫnđiệnc ủacácpolymecóđượclàdotrongchuỗipolymecóhệliênkếtl i ê

n hợp

nằmdọctheotoànbộchuỗipolymedođónótạorađámmâyđiệntửlinhđộngn ê n điệntửcóthểchuyểntừđ ầ uchuỗiđếncuốichuỗidễdàng.Tuynhiên,việcchuyểndịchđiệntừchuỗipolymernàysangchuỗikhácgặpphảikhókhăn.Cácnguyêntửởhaichuỗiphảixenphủvớinhauthìviệcchuyểnđiệntửtừchuỗinàysangchuỗikhácmớicóthểđượcthựchiện.Dovậy,cácpolymeđơnthuầncóđộdẫnđiệnkhônglớnvàđểtạoravậtliệucóđộdẫnđiệncaongườitacàicácphụgiaphatạpđểtạoravậtliệucóđộdẫnđiệncaohơn.Cácphụgiaphatạpcũngrấtđadạngvàphongphútùythuộcvàotừngloạipolymeđược tạora.

Polymedẫnđiệncóthểđượctổnghợpbằngcácphươngpháppolymehóathôngthườngvàbằngphươngpháptổnghợpđiện.Chínhnhờkhảnăngdẫnđiệncaonhưkimloạinênpolymedẫnngàycàngđượcứngrộngrãitrongcuộcsống,nhấtlàtronglĩnhvựcchếtạocácsensorhóahọc,sinhhọc,lĩnhv ựccôngnghệvậtliệuđiệntử,

chốngănmònkimloại,…

MộttrongsốcácpolymedẫnđượcđặcbiệtquantâmvàcónhiềuứngdụngrộngtrongthựctếlàPANivìnóổnđịnhtrongmôitrườngkhôngkhí,khábềntrongmôitrườngaxit,kiềm,chấtkíchthích,khônggâyônhiễmmôitrườngvàcónhiềuthuậnlợitrongquátrìnhtổnghợp

HN

Trongtấtcảcáctrườnghợptrênsựchuyểntừdạngtíchđiệnsangdẫnđiệnđượcthựchiệnnhờsựthayđổitrạngtháioxihóacủamàngpolyme,sựt h a y đổin à y d i ễnr a

r ấtnhanh.N h ờđótínhc h ấ ttrunghòađiệncủamàng

1.1.3 Mộtsốpolymedẫnđiệntiêubiểu[1,5,9]

H N

Poly(paraphenylenevinylene)(PPV)

poly(para-phenylenevinylene)(PPV)

Ứngdụng:PPV cóthểlàmphátquangv ớinhiềumàus ắckhácnhaugiốngnhưtinhthểlỏngnêncóthểdùngđểchếtạomànhìnhcựcmỏngthaychomànhìnhtinhthểlỏng…

Poly(1,5-aminonaphtalen)(PANa)diaminonaphtalen)

Nóichung,polymedẫnđiệncóứngdụngrấtrộngrãitrongcuộcsống.Polymedẫnđangdầntrởthànhvậtliệuhàngđầuchocácngànhcôngnghiệpđiệntử,hóachất,yhọc,quânsự,…

1.2 Quátrình phatạp(doping)[7,9]

Cáckháin iệmcơs ở cũngnhưcá c biệnphápkĩthuậtđểchếtạoc á c polymed ẫ

nđ i ệ nbắtnguồntronglĩnhv ự cbándẫn,đ ó l à nhữngchấtdẫnelectron,khiđưavàomộtsốtạpchấthaytạoramộtsốsựsailệchmạngsẽl à m thayđổitínhchấtdẫnđiệncủabándẫnvàsẽtạorachấtbándẫnloạiphoặcloạin tùythuộcv à o bảnchấtcủachấtphatạp.T ừn ă m 1977h ai nhàkhoahọcHeegervàMacDiarmidđãpháthiệnrakhiphatạpiodvàopolyacetylenthìtạorađượcpolymemớivớitínhdẫnđiệncủakimloại.Sựphatạpkhíchlệcácnhàkhoahọckháctìmvàkhámphácácchấtphatạpmới

nhằmlàmtăngđộdẫnđiệncủapolymedẫn.Nhiềuionđượcđưavàomàngpolymenhư:Cl-,Br-,F-,SO42-,…

cácionđưavàomàngpolymecótácdụngbùđiệntích,duytrìtrạngtháioxihóacủamàngngăn.Sựoxihóamộtphần

chuỗipolymenhờcácaniongọilàquátrìnhphatạp.Quátrìnhliênquanđếns ựchuyểnđổimộtelectron,trởthànhđiệntíchdương.Nhiềunhàkhoahọcđãđưaracấutrúcmạchpolymedẫnsaukhiphatạpanionvàopolyanilinnhưsau:

PPy, PThđềucóđặcđiểmchungnàytrongcấutrúcphântử.Đặcđiểmthứhailàsựhiệndiệncủacácchấtphatạp(dopant).IodlàmộtthídụđiểnhìnhtrongPA

Haiđặcđiểmnàylàmchopolymetrởnêndẫnđiện.Dopantcóthểcónhữngnguyêntốnhỏnhưiod(I),chlo(Cl),nhữnghợpchấtvôcơhoặchữuc ơ , miễnlànhữngchấtnày

cóthểnhậnđiệntửchoranhữnganionđểkếthợpvớimạchcarboncủapolyme.Dopantcũngcó thểlàcation

Trongkimloại,sựdẫnđiệnxảyralàdosựdiđộngcủacácđiệntửtựd o giữahaiđiệnápkhácnhau.Dòngđiệntửtựdomangđiệntíchâm(-)này

ựd o trongk im loạiđư ợcgọil à hạtt ảiđiện.G ỗ,đáv à nhữngpolymethôngthườngkháclàchấtcáchđiệnvìkhôngcónhữnghạttảiđiện

Nhưvậy,nhữnghạttảiđiện,nguyênnhânchínhgâyradòngđiệntrongpolymedẫnkhôngphảilànhữngđiệntửtựdomangđiệnâmgiốngnhưkimloạimàlàcácpolaroncóđiệntíchlà+1vàbipolaroncóđiệntíchlà+2.Cácpolaronvàbipolaronsinhratrongquátrìnhphatạp(doping).Trongquátrìnhphatạpcácchấttạp(dopant)sẽnhận1electront ừpolymeđểtrởthànhionâm,gâyramộtlỗtrốngmangđiệntíchdươngvàmộtelectronc ò n lạitrênmạchpolyme.Lỗtrốngvàcácelectroncònlạinàyđượcgọilàcácpolarontrongvậtlý;mộtcặppolaronđượcgọilàbipolaron.Khicómộtdòngđiệnápđượcđặtvàopolymedẫnđiện,cácpolaronvàbipolaronsẽdiđộnggiữahaiđiệnáptươngtựnhưelectrontrongkimloại

1.4 Polyanilin[1,2,7,9]

1.4.1 Anilin(ANi)

Polyanilinlàsảnphẩmpolymehóamonomeanilin(ANi)bằngphươngpháphóahọchaybằngphươngphápđiệnhóatrongdungdịchaxit.Anilincócôngthứccấutạonhưsau:

NH2

TínhchấtcủaAnilin

ỞđiềukiệnnhiệtđộvàápsuấtbìnhthườngAnilinlàchấtlỏngkhôngmàucómùikhóchịu,đểlâutrongkhôngkhíbịoxihóabiếnthànhmàuvàngs a u đóchuyểnsangmàunâuđen

TỉkhốihơicủaAnilind

=1,022Nhiệtđộnóngchảylà6,20C

Nhiệtđộsôilà184,40C

Anilintantốttrongbenzen,ete,etanol.Anilinrấtđộc,cóthểxâmnhậpvàocơthểquacácmàngnhầy, đườnghôhấpvàthấmqua da

Hoạttínhhóah ọccủaAnilint ậptrungc h ủyếuở nhóm–

NH2.Nhờhiệuứngelectroncủanhóm–

NH2vớivòngbenzenemàvịtríparađượchoạthóa,cót h ểdễdàngt h a m giav à o phảnứnghóah ọc,đ ặ cbiệtl à phảnứngpolymehóa

Tuynhiên,cácphảnứngbiếntínhoxihóakhửpolyanilinbằngphươngpháphóahọckhóđiềukhiểnhơnsovớiphươngphápđiệnhóa

Từpolyanilinthuđ ư ợ cbằngphươngpháphóahọccũngcót h ể tạomàngtrênbềmặtkimloạibằngcáchhòatanhoặcphântánbộtPANitrongchấttạomàng, sauđóquétlênmẫunhưmộtloạisơnphủthôngthường.

Docókhảnăngdẫnđiệnnênbảnthânpolymedẫncóthểđóngvaitrònhư mộtđiệnc ực,tạiđócóthểđiềuchếc á c chấtbằngphảnứngđiệnhóathôngthường

Vìvậy,hoàntoàncót h ểthựchiệnphảnứngoxihóaANibằngconđườngđiệnhóatrênbềmặtcủaPANidẫn điệnvừatạothànhtrênđiệncực

Phươngpháppolymehóađiệnhóacóthểkhắcphụcđượcnhượcđiểmpolymehóahóahọc

1.4.2.2 Cácyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhtổnghợphóahọc

Sựả n h hưởngcủanồngđộanilinđ ế nquátrìnhtổnghợp.NồngđộAnilincàngtăng,hiệusuấtcànglớn

Sựảnhhưởngcủanồngđộchấtoxihóađếnquátrìnhtổnghợp.Nồngđộchấtoxihóacàngtăng,PANicàngnhiều, hiệusuấttổnghợpcànglớn

SựảnhhưởngcủapHđếnquátrìnhtổnghợp,pHcàngtănghiệusuấtcànggiảm

1.4.2.3 ƯuvànhượcđiểmcủaquátrìnhtổnghợpPANibằngphươngpháphóahọc

Ƣuđiểm:

Tốcđộpolymehóanhanh,khốilượnglớn

PANisinhracókíchthướchạtnhỏ, mịn,đồngđều.Thờigiantổnghợpngắn, hiệusuấtlớn

Dụngcụ,phươngpháptổnghợpđơngiản,dễlàm

Polyanilintổnghợpbằngphươngpháphóahọccóđộđồngnhấtkhôngc a o Khôngbámdínhtrựctiếplênbềmặtkimloạicầnphảitrộnvớiphụgiab á m dính

1.4.2.4 Polymehóabằngphươngphápđiệnhóa

BằngphươngphápđiệnhóatacóthểtạoracácPANicótínhchấtkhácnhautùytheonhucầuứngdụng.Trongquátrìnhđiệnhóa,Anilinđượchòat a n trongdungdịchchấtđiệnly,bịoxihóabằngphânc ựcđiệnhóa.PANiđượctạoratrựctiếptrênbềmặtđiệncực,bámdínhcao.Nhưvậycóthểtạot r ựctiếpPANilênmẫukimloạicầnbảovệ,đâychínhlàmộtưuđiểmcủaphươngpháptổnghợpPANibằngphươngphápđiệnhóa

CácthiếtbịđiệnhóađượcsửdụnglàmáyPotentiostatlàthiếtbịtạođượcđiệnthếhaydòngđiệntheoyêucầuđểphâncực.Nhờcácthiếtbịđiệnhóan à y n g ư ờ it a c óthểkiểms o á t vàđiềuchỉnhđ ư ợ ct ốcđộpolymeh ó a PANi,chophépchếtạonhữngmàngmỏngđồngthể,bámdínhtốttrênbềmặtmẫu.Ngoàir a , phươngphápnàychophéptheodõiđ ư ợ ctínhchấtoxihóak h ửcủaPANitrongquátrìnhtổnghợpnhưngphươngphápnàycómộtđiểmb ấtlợivềmặttốcđộpolymehóa,thờigiantạomàngứngvớithờigiantồntạiđiệnthếmàtạiđóxảyraphảnứngoxihóađiệnhóamonome,thờigiannàytươngđốingắn Dođó, dẫnđếnhiệusuấtkhôngcao

ViệctổnghợpPANiđ ư ợ ctiếnhànhtrongmôit r ư ờ n g axitthuđ ư ợ cPANidẫnđiệntốt.TrongmôitrườngkiềmPANikhôngdẫnđiện,sảnphẩmc ó khốilượngphântửthấp.TrongmôitrườngaxitAnilintạomuốinêntankhátốt

Bảnchấtcũngnhưnồngđộchấtđiệnlycómặttrongdungdịchchấtphảnứng.Nồngđộaxitthườngsửdụnglà0,5-

2M.Nồngđộaxitcaoquákéotheot ốcđộă n mònđiệncựcthépcao,dòngt h ụlớnmàngPANikhóhìnhthành NồngđộANinhỏquátrìnhpolymehóakhóxảyra

2,8lầnsovớitốcđộtạomàngtrongdungdịchHCl

Kittaliđãchorằngtốcđộtạomàngtrongdungdichaxitsunfuricnhanhhơn2,7-1.4.2.6 CơchếpolymecủaANitạoPANi

Geniesđưaracơ chếpolymehóaanilin

(1) Giaiđoạnđầu, oxihóaanilintạocationgốc…

(2) Tiếptheo2cationgốcnàyphảnứngvớinhautạođimevàloạirah a i proton.Đimehoặcoligomec ó t h ểbịoxihóaở thếoxihóamonome

(3) PháttriểnmạchPANi,giaiđoạnnàycácđimephảnứngvơicationgốc.PANihìnhthànhbằngconđườngđiệnhóacóthểđạtđếnhàngnghìnđơnvịmonometrongmạchpháttriểnpolyme

Cácdạngcộnghưởngcủacation- gốc

1.4.2.7 Ưuđiểm củaphươngpháptổnghợpđiệnhóa

Mặcdùquátrìnhpolymehóađiệnhóadiễnrarấtphứctạpnhưngviệct h ựchiệnnólạiđơngiản,nhanh,cóđộtincậyvà độổnđịnhcao

Tạođượcmàngchephủtrựctiếplênmẫukimloại,chonênphầnlớnPANisửdụngchoviệcchốngănmònvàbảovệkimloạiđềuđượctổnghợpbằngphươngphápđiệnhóa

Vớiphươngphápđiệnhóangườitacũngdễdàngđồngtrùnghợpgiữac á c monomekhácloạitạosảnphẩmcopolime.

1.4.3 Mộtsốtính chấtcủapolymedẫn[1,7,8]

1.4.3.1 .1.Tínhchấtcơbảncủapolyanilin

Cácpolymedẫnđiệntửcóhệthốngnốiđôiliênhợp,cóhàngloạttínhchấtkỹthuậtquantrọngnhưbềnvớinhiệt,cóđộtừcảmvàcóhệthốngbánd ẫn

Hệthốngnốiđôiliênhợpđemlạimộtthuậnlợilớnvềmặtnănglượng

Polymecó độbềnnhiệtđộngcao

Polyanilinđượcmôtảnhưmộtchấtvôđịnhhìnhmàusẫmbền.Màucủanócóthểthayđổitừmàuxanh lácâynhạtchođếnmàutímbiếc

Trongdungdichaxit,ANikếthợpvớiH+tạothànhcation.Đâylàphản

ứngthuậnnghịch,ANicótínhbazo

AlininhòatanbịoxihóathànhPANikếttủatrênbềmặtđiệncực.Khiđiệnthếđiệncựcđủlớn(vềphíadương),AnilingiảiphongH+,nhườngđiệnt ửchođiệncựctạonêndạnghoạthóavàtừđótạothànhmàngpolymekếttủatrênbềmặt

PANic ó t h ểbịoxihóah o ặckhửtạothànhc á c dạngdẫnxuấtkhácnhau.Dạngtổngquátgồmhaidạngcấutrúcavà blàcácsốnguyên

DạngcơbảncủaPANikhôngdẫnđiện(leucoemeraldin)VìđộhoạthóacaonênPANicóthểbịoxihóangaytrongkhôngkhíhoặctrongdungdịchnước.Dobámdínhtrênđiệncựcvàcóđộdẫnđiệnnhưk i m loạimàngnơidiễnracácphảnứngđiệnhóatiếptheo.Dạngđiệncòncót h ểgọilàcựcbiếntính(modifiedelectrode).Docónhiềutrungtâmphảnứng(oxihóatừngphần)hoặcoxihóatoànphần

Oxihóamộtphần:DạngđơngiảnnhấtlàoxihóamộtnửamạchPANisaochoa=b.Trongthựctếcóthểchỉmộtphầnnhỏhoặcgầnhếtmạchbịoxihóa,khiđótacócôngthứctổngquátlàa>0,b>0,acóthểlớnhơnhoặcnhỏhơnb

Oxihóatoànphần:NếutoànbộmạchPANibịoxihóacấutrúcdạngakhôngcòn,chỉcódạngb.PANitrởnêncóđộdẫnđiệncaonhất

 Cơchếbảovệanot

Dopolyanilinc ó đ i ệ nthếmạchhởdươnghơnkiml o ạ ikiềmn ê n polyanilinđóngvaitrònhưđiệncựcdương,lúcđầukimloạibịhòatannhanhtrongdungdịchtạomàngthụđộng, màngoxitkhôngchokimloạitantiếp

 Cơchếchechắn

Cũngnhưtấtcảcácmàngchephủbảovệkhác,màngpolyanilintrênbềmặtkimloạicókhảnăngchechắnngăncảnquátrìnhchuyểnvậtchất,quátrìnhkhuếchtán,hạnchếtốcđộphảnứnghóahọchòatank im loại,phảnứngoxihóabởioxikhôngkhí

 Cơchế ứcchế

Polyanilincónhómchứchoạthóa,vớicặpđiệntửtựdo,tạođiềukiệnthuậnlợichokhảnănghấpthụvànângcaokhảnăngchốngănmòn

TínhưuviệtlàởchỗbềmặtthépvẫnđượcbảovệcảsaukhibỏtoànbộmàngPANi

2A- + 2H2O ← 1/2H2O + 2H+AKhimàngphủcókhuyếttật,bềmặtkimloạicóthểtiếpxúcvớimôitrườngcóoxi,nước,PANicóvaitròchấtoxihóatạooxitFe(III).Màngoxis ắtphủkínbềmặtk i m

-l o ạibịh ởtạonênmộtbariethụđộngbềnbảovệchốngănmònkim-loại

1.4.3.4 .4 CơchếdẫnđiệncủapolymedẫndạngdịmạchPANi[9]

PANic ó t h ểtồntạiở trạngtháicáchđiện( g ồm3 c ấutrúc)v à cảở trạngtháidẫnđiện.Sựchuyểntừtrạngtháidẫnđiệnsangtrạngtháicáchđiệnđượcmôtảtheosơđồsau:

emeraldincáchđiện,c á c liênkếtbịkhửhoàntoàn

DạngN=Nứngvớiemeraldinđãprotonhóa(oxihóahoàntoàn),

đólàbipolaron(hệgốccation).Giữahaitrạngtháin à y c ó t h ểtồntạitrạngtháipalaronHN-

+NH.BipolaronđầutiênnàycóthểbịoxihóabằngbipolaronN+=+Nthôngquapalaron(gốccaction)thứ2,N=N+.Trongquátrìnhoxihóa,đầutiênPANichỉbịoxihóanhữngvùngtiếpxúcvớicựcđạikimloại,

sauđ óvùngcóđ ộ dẫnđiệnv à l à m việcn h ư mộtđiệncựcmớiđ ể oxihóavùngkhôngdẫnkếtiếp.Cứthếvùngdẫnlantruyềnđếnmặtngoàicủamàngpolyme.Sựpháttriểncủavùngdẫnphụthuộcvào sựtiếpnốicácđiểmdẫnvàtiếpxúcđiểmvớiđiệncựcnền

Quátrìnhoxihóapolyanilintrongmôitrườngaxitsunfuricđượcmôtản hư sau:

(1).CấutrúcLeucoemeraldincóthểbịoxihóathànhdạngcấutrúcemeraldin

Leuco–emeraldinBase

EmeraldinBase

(2).Từdạngcấutrúcnàyemeraldinmớicóthểxảy

raphảnứngprotonhóađ ể trởthànhmuốiemeraldin

EmeraldinBase

EmeraldinSale(3).Chỉởdạngmuốinàyemeraldinmớicókhảnăngdẫnđiện.Quátrìnhprotonhóalạitiếptụcxảyrađểtạomuốileuco–

emeraldin,muốinàycóthểlạitiếptụcbịoxihóađểtrởthànhdạngcấutrúcbanđầuleuco–emeraldin

EmeraldinSale

LeucoEmeraldinSale

TrongquátrìnhtạoPANidẫnđiện,thìquátrìnhchuyểntừdạngcáchđiệnsangdạngdẫnđiệnnhờsựthayđổitrạngtháioxihóacủamàngpolyme.Sựthayđổimàngpolymexảyrarấtnhanhnhờđótínhchất trunghòađiệntrongmàngpolymeđượcbảotoàn.Sựthayđổitrạngtháioxihóađikèmvớiquátrìnhravàocủaiontráidấubùđiệntích.Cácpolymehoạtđộngđiệnlàc á c vậtdẫntổhợp.Trongquátrìnhtổnghợpmàngpolymedẫncósựchuyểntrạngtháitừdẫnđiệnsangcáchđiện,cósựxâm nhậpcủaanionvàomàngpolyme.S ựt ồntại2 trạngtháiliênk ếttươngứngvới2 dạngmangđiện:palaronvàbipalaron.

Cót h ểnóirằngquátrìnhnghiênc ứuc ơ c h ế dẫnđiệncũngn h ư quátrìnhtổnghợpnênvậtliệupolymedẫnđiệnlàquátrìnhhếtsứcphứctạp,phụthuộcvàonhiềuyếutốnhư:p H c ủ a môitrườngtrongquátrìnht ổnghợp,nồngđộcủacácchấtphatạpvàthờigianđiệnhóa,…

1.4.4 Mộtsốứngdụngcủapolyanilin

Polymedẫnđiệnđượcứngdụngrộngrãitrongnhiềungànhtrongnhiềungành, nhiềulĩnhvực,vídụnhư:

(1) Vậtliệuđiện:Chấtdẫnđiện, biếntrở,tụđiện

(2) Linhkiệnđiệntử(diode, transistor)

(3) Linhkiệnphátquang(đèndiode,lightemittingdiode:LED)còngọil à phátquangđiệnhọc(electrolumminesence)

(10) Cơnhântạo

Ngoàinhữngá p dụngbìnhthường,c á c nhàkhoah ọccònmangmộtthamvọngthiếtkếcácloạipolymedùngtrongcôngnghệcaonhưviđiệntử(microelectronics),quangđ i ệ nt ử(optoelectronics),pinmặttrời,nhữngápdụngmàhiệnnaysiliconvànhữngchấtbándẫnkhácđanglàvậtliệuchủl ực,haychếbiếnthànhvậtliệuthôngminhbiếtứngxửkhicótácnhânhaykíchthíchbênngoài(vídụ:cơ bắpnhântạo,bậtđổimàu).Nhưvậy,tiềmnăngápdụngcủapolymedẫnđiệnlàrấtrộnglớn.Trongsốcácpolymedẫnc ó mộtloạipolymedẫnđượcchúýquantâmnghiêncứuvàứngdụngrộngrãihơncảlàPANidoPANicónhữngđặcđiểm:ổnđịnhtrongmôitrườngkhôngkhí,khábềntrongmôitrườngaxitvàkiềm,chấtkíchthíchvànócónhiềuthuậnlợitrongquátrìnhđiềuchế,khônggâyô nhiễmmôitrường

Polyanilincónhiềukhảnăngứngdụngtrongcácngànhđiệntử,senronsinhhọc,bộcảmứngbiến,pin,acquyPANi,làmmàngđiệnsắcdomàucủanóthayđổitùythuộ

cv à o phảnứngoxihóa– khửc ủamàng,l à m chỉthịmàu,…

Đặcbiệtlàkhảnăngchốngănmònvàbảovệkimloạitheonhiềucơch ếbổsungchonhau,cókhảnăngtạomànglớplóttrongthụđộngbềmặtk i m loại,tínhứcchếthaythếchocáclớpcrommatđộc hại

1.5.Địnhhướngnghiêncứukhóaluận

Khảnăngứngdụngngàycànglớncủapolyanilinvàkhôngngừngpháttriểntrongnhiềulĩnhv ự c Trongđó,nhucầunângcaochấtlượngbảovệchốngănmònkimloạiđangđượcquantâmnghiêncứuởnhiềunước

đểthayt h ếchomộtsốchấtđộchạigópphầnbảovệmôitrường.Chươngtrìnhhợpt á chaiquốcgiaPháp–

Việtvềbảovệkimloạiđangđượctậptrungnghiêncứunângcaođộbềncủamàngphủpolymed ẫn.Trongđópolyanilinl à m

tăngthờigianb ảovệcủamàng.Nhữngk ếtq u ảk h ảquanvềnghiêncứumàngPANicóthểmởranhữngnghiêncứumớinhiềutriểnvọng.

MộtsốchấthoạtđộngbềmặtđượcđưavàodungdịchđiệnlinhằmtạoPANicónhữngđặcđiểmmớiđápứngyêucầuứngdụng.TrênnềnđiệncựcbiếntínhvớiPANicóthểtạocompositvớinhiềuchất.Chúngcóứngdụngr ấtđadạngđặcbiệtkhảnăngchốngănmòntănglênđángkể,khảnănghấpthụcácionkimloạinặng

VớimụcđíchnghiêncứuchếtạoPANicókhảnăngxúctácmạnhquátrìnhoxihóa-

khử,đồngthờitácđộngtíchcựcđếnquátrìnhthụđộnghóanhanhbảov ệchốngă n mòn.Chúngtôik h ả osátquátrìnht ổnghợpPANitrongdungdịchH2SO4v àkhảnăngtươngtácoxihóa–khửvớiionCu2+

đũathủytinh,ốngđong, máy khấy,contừ, máysấy,tủsấy.

D.V0

==>V0=V.100%.Cm (ml)

C1

Trongđó:

V 0 làthểtíchdungdịchaxitbanđầucầnlấy(ml)V làth ểtíchdungdịchcầnpha(ml)

C 2 lànồngđộaxitcầnpha(M) Vídụ:PhanồngđộaxitH2SO40 , 5 Mtrong

100mldungdịchnhưsau:Ápdụngcôngthức: C1V1=C2V2

VậythểtíchaxitH2SO41McầnlấyđểphadungdịchaxitH2SO40,5Mlà:

V1PhadungdịchCuSO41 Mnhư sau:

Cho62,5gamCuSO4.5H2Ovào500mlnướccấttađược500mldungdịchCu

SO41 M

TươngtựnhưkhiphaloãngdungdịchaxitH2SO41 MthìkhiphaloãngdungdịchCuSO41 Mracácnồngđộnhư:0,5M;0,05M;0,005M.Tacũngápdụngcôngthức:C1V1

=C2V2đểphaloãngnồngđộCuSO41Mracácnồngđ ộ trên

2.3 Cácbướctiếnhànhnghiêncứu

-Tổnghợppolyanilintheođiềukiện:

+H2SO41M;ANi0,42M;dùngchấtoxihoá(NH4)2S2O80,21M.

+H2SO40,5M;ANi10ml/l;dùngdòngđiện.

AnilinDung dịch H2SO4

Khuấy đều 1-2 phút

Hỗn hợp 1

Khuấy đều 3h (NH 4 ) 2 S 2 O 8

Hỗn hợp 2

Lọc, rửa sạch, sấy khô

Sản phẩm PANi

- SảnphẩmPANikhichếtạođượcngõm,khuấyvàrửabằngnướccấtnhiềul ần.Đồngthờikiểmtra pHbằnggiấyquỳchotớimụitrườngtrungtớnh

- TiếpđúPANiđượcsấykhụ

- MẫuPANiđượcbảoquảntrongtỳinilontrướckhiđemphõntớchnhiệtvis a i , chụpSEM,đophổIR

- SảnphẩmPANikhiđượcsấykhụtiếptụcchohấpphụCuSO4vớicỏcnồngđộ0,5M;0,05M;0,005Mtrong1giờvà3giờ

- SảnphẩmPANikhihấpphụCuSO4đượcngõmvà khuấysauđúlọc

- SảnphẩmPANikhihấpphụCuSO4đượcngõm,khuấyvàrửabằngnướcc ấtnhiềulần.ĐồngthờikiểmtrapHbằnggiấyquỳchotớimụitrườngtrungtớnh

Tiếpđ ú , PANiđ ư ợ cs ấyk h ụ M ẫuPANihấpp h ụCuSO4đ ư ợcbảoquảntrongtỳinilontrướckhiđemđophổEDX

2.4 Tổnghợppolyanilin

2.4.1. Dựngchấtoxihoỏ(NH 4 ) 2 S 2 O 8

Hỡnh2.1.SơđồtổnghợpPANidựngchấtoxihoỏ

S¶n phÈm PANi

AnilinDung dÞch H2SO4

E

trongphântửchấtcầnnghiêncứu.Cáctiabứcxạcóbướcsóngnhấtđịnhsẽl à m daođộngcácliênkếtnhấtđịnh.Chínhvìvậymànănglượngbịhấpphụliênquanchặtchẽđếnđặcđiểmliênkếtcủacácnguyêntửtrongphântử.Đâyl à phươngphápcơbảnvàhữuhiệutrongnghiênc ứucấutrúccủacácchấtđ ặ cbiệtlàhợpchấthữucơ

Cóhailoạidaođộngchínhđượcxéttrongphổhồngngoạiđólàdaođộnghoát r

ịv à daođộngbiếndạng.Khic h i ếuc á c b ứcx ạhồngngoạivàophântử,nhữngphotoncónănglượngđúngbằngnănglượngchênhlệchgiữac á c mứcnănglượngdaođộngtrongphântửsẽđượchấpphụvàkíchthích

chodaođộngđóxảyra.Nhưvậynếumứcnănglượngchênhlệchlà thìmốiliênhệgiữatầnsốsóngvà

A=lgI/ I0=εlCTrongđó:

A:Mậtđộquang

I0:CườngđộchùmtiatớiI:

Cườngđộchùmtialóε:Hệs

ốhấp

phụphântửl:Chiềudàicuvet

C:Nồngđộmol/l củachất

ĐườngcongbiểudiễnsựphụthuộcgiữamậtđộquangAvàchiềudàibướcsónghoặcsốsóngcủabứcxạkíchthíchgọilàphổ.MỗiđỉnhcựcđạitrongphổI R đặctrưngchomộtdaođộngcủamộtliênkếttrongphântử Quaphổhồngngoạitacó

thểdựđoánchínhxáccấutrúccủaphântử

2.6.2. Phươngphápchụpảnhhiểnviđiệntửquét(SEM)

Nguyêntắc

cơbảncủaphươngphápchụpảnhSEM(ScanningElectronMicroscopy)làsửdụngchùmtiaelectronđượcphátratừsúngphóngelectron(cóthểlà phátxạnhiệthayphátxạtrường)sauđóđượctăngtốc.ThếtăngtốccủaSEMthườngchỉtừ1050kVvìsựhạnchếcủathấukínhtừ.Chùmtiaelectronđượcphátra,tăngtốcvàcuốicùnghộitụthànhmộtchùmelectronhẹp(cỡvàitrămA0đếnvàinm)nhờhệthốngthấukínhtừ,sauđóquéttrênb ềmặtmẫunhờc á c cuộnquéttĩnhđiện.Đ ộ phângiảicủaSEMđượcxácđịnhtừkíchthướccủachùm

electronhộitụvàphụthuộcvàotươngt á c giữavậtliệutạibềmặtmẫuvậtvàelectron.Khielectrontươngtácvớibềmặtmẫuvậtsẽcócácbứcxạphátra.SựtạoảnhtrongSEMvà

cácphépphântíchđượcthựchiệnthôngquaviệcphântíchcácbứcxạnày.Chúnggồmhailoạisau:

* Electronthứcấp:Đâylàchếđộghiảnhthôngdụngnhấtcủakínhhiểnv i điệntửquét,chùmelectronthứcấpcónănglượngthấpđượcghinhậnbằngốngnhânquangnhấpnháy.Vìchúngcónănglượngthấpnênchủyếulàcácelectronphátratừbềmặtmẫuvậtvớiđộsâuchỉvàinm,dovậychúngtạoraảnhhaichiềucủabềmặtmẫu

* Electrontánxạngược:Làchùmelectronbanđầukhitươngtácvớibềmặtmẫuvậtbịbậtngượctrởlại,dođóchúngthườngcónănglượngcao.Sựtánx ạnàyphụthuộcvàothànhphầnhoáhọcởbềmặtmẫu,dođóảnhelectron