Nghiên cứu quy trình điện phân Cadimi

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Trong cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày nay, phát triển ln gắn với tình trạng nhiễm mơi trường ngày tăng Trong đó, nhiễm kim loại nặng cadimi, chì, asen… thải từ ngành công nghiệp mối đe dọa nghiêm trọng sức khỏe người an toàn hệ sinh thái Hiện nay, nhiều ngành công nghiệp đổ trực tiếp chất thải chưa xử lí mơi trường Kim loại nặng, độc tố thành phần đặc trưng chất thải cơng nghiệp Ơ nhiễm kim loại nặng gây tác hại định (asen gây ung thư, cadimi gây huyết áp cao, đau thận, phá hủy mô tế bào máu, chì độc ảnh hưởng tới thận thần kinh…), kim loại thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn, số tính chất hóa lí đặc biệt tính chất thành phần thay đổi làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái sức khỏe người Việc nhận biết nước bị nhiễm vào trạng thái hóa học, vật lí, hóa lí, sinh học nước Ví dụ: nước bị nhiễm có mùi khó chịu, vị khơng bình thường, màu không suốt, số lượng thủy sinh vật giảm , cỏ dại phát triển, nhiều mùn, có váng dầu mỡ mặt nước… Số lượng ngày tăng kim loại nặng môi trường nguyên nhân gây nhiễm độc với đất, khơng khí nước Việc loại trừ thành phần chứa kim loại nặng độc khỏi nguồn nước, đặc biệt nước thải công nghiệp mục tiêu quan trọng phải giải Đã có nhiều phương pháp đưa nhằm loại bỏ kim loại nặng nước thải trước thải mơi trường: phương pháp hóa lí, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học… Trong đó, phương pháp dùng chất hấp phụ Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp để loại bỏ ion kim loại nặng dùng phổ biến Vật liệu composit polyanilin phụ phẩm nông nghiệp (vỏ lạc, vỏ trấu, rơm,…) có khả hấp phụ kim loại nặng cao dễ hồn ngun Dung dịch sau hồn ngun dùng phương pháp điện phân để xử lý triệt để ion kim loại nặng trước thải môi trường Và khóa luận này, em xin chọn đề tài “ Nghiên cứu quy trình điện phân cadimi” ứng dụng xử lí nước nhiễm cadimi Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu cadimi 1.1.1 Tồn tự nhiên [20] Cadimi phát năm 1817, bình quân khoảng 0,1 mg/kg lớp vỏ Trái đất Tuy nhiên tìm thấy loại đá trầm tích với hàm lượng cao đá trầm tích phosphate biển thường chứa khoảng 15mg/kg Hàng năm, sơng ngòi vận chuyển lượng lớn cadimi khoảng 15000 đổ vào đại dương (GESAMP, 1984 trích WHO, 1992) Hàm lượng cadimi báo cáo lên đến 5mg/ kg trầm tích sơng hồ, từ 0,03 đến mg/kg trầm tích biển (Korte, 1983 trích WHO, 1992) Hàm lượng cadimi trung bình đất vùng khơng có hoạt động núi lửa biến động từ 0,01 đến mg/kg, vùng có hoạt động núi lửa hàm lượng lên đến 4,5 mg/kg (Korte, 1983 trích WHO, 1992) Tuy nhiên theo Murray (1994) hàm lượng cadimi đất diện trung bình 0,06 đến 1,1 ppm Hàm lượng cadimi phân lân biến động khác tùy thuộc vào nguồn gốc đá phosphate Phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Bắc Carolina chứa cadimi 0,054 g/kg, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm lượng cadimi 0,012 g/kg, phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Gafsa chứa 0,07 g/kg 1.1.2 Tính chất lí - hóa 1.1.2.1 Tính chất đơn chất [1], [2] Cadimi thuộc nhóm IIB, nằm 48, chu kì 5, kim loại độc Cadimi kim loại màu trắng bạc khơng khí ẩm, chúng dần bị bao phủ màng oxit nên ánh kim Trong tự nhiên, cadimi có đồng vị bền, 114 Cd chiếm 28% 112 Cd chiếm 24,2% Đặc biệt đồng vị bền 113 Cd Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp có tiết diện bắt notron lớn nên cadimi kim loại dùng làm điều chỉnh dòng notron lò phản ứng nguyên tử Cadimi mềm dễ nóng chảy, dát mỏng kéo thành sợi Bảng 1: Một số đặc tính cadimi Đặc tính Dữ liệu Cấu hình electron [Kr] 4d10 5s2 Năng lượng ion hóa I1= 8,99V, I2= 16,9V, I3 =37,7V Bán kính nguyên tử(A0) 1,56 Thế điện cực tiêu chuẩn (V) -0,402 V T0nc(0C) 321 T0s(0C) 767 Nhiệt thăng hoa ( kJ/mol) 112 Tỉ khối 8,63 Độ âm điện 13 Cadimi tương đối hoạt động Trong khơng khí ẩm, cadimi bền nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ nhiệt độ cao cháy mãnh liệt cho lửa màu xanh sẫm Thực tế, người ta dùng lớp mạ cadimi để bảo vệ kim loại không rỉ (những chi tiết máy móc ơtơ, xe tăng, máy bay tàu thủy, thường xuyên tiếp xúc với môi trường ăn mòn, mạ cadimi), lớp mạ cadimi bền đẹp Cadimi tác dụng với halogen, lưu huỳnh nguyên tố phi kim khác photpho, selen… Ở nhiệt độ thường, cadimi bền với nước có màng oxit bảo vệ, nhiệt độ cao khử nước biến thành oxit: Cd Vũ Thị Mơ t + H2O   CdO + H2 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 (1) K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cadimi điện cực âm, tác dụng dễ dàng với axit khơng phải chất oxi hóa giải phóng khí hidro: + 2H3O+ + 2H2O Cd  [Cd(H2O)4] 2+ + H2 (2) 1.1.2.2 Các hợp chất Cadimi Ion Cd2+ ion độc, thường tồn dạng muối halogenua CdX (X: halogen) Cd(NO3)2 Ion Cd2+ có khả tạo phức với nhiều phối tử khác nhau, thường có số phối trí đặc trưng  Cadimioxit CdO có màu vàng nâu đen phụ thuộc trình chế hóa nhiệt CdO khó nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy 1813 C , thăng hoa đun nóng, độc Trong tự nhiên, tồn dạng khống vật Monteponit CdO khơng tan nước, tan axit tan kiềm nóng chảy: CdO+2KOHnc  K2CdO2 +H2O (3) CdO điều chế cách đốt cháy kim loại khơng khí nhiệt phân muối hiđroxit hay muối nitrat, cacbonat 170-300 C Cd(OH)2   CdO + H2O (4) t CdCO3   CdO + CO2 (5)  Hidroxit Cd(OH)2 Cd(OH)2 kết tủa nhầy, màu trắng, tan nước Cd(OH)2 rõ tính lưỡng tính, tan dung dịch axit, khơng tan dung dịch kiềm, tan kiềm nóng chảy, tan dung dịch NH3 tạo thành amoniacat Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Cd(OH)2 +2HCl  CdCl2 +2H 2O Cd(OH)2 +4NH3  [Cd(NH3 )4 ](OH)2 (6) (7) Cd(OH)2 tạo cho dung dịch muối Cd2+ tác dụng với dung dịch kiềm  Muối Cd(II) Các muối halgenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat, axetat cadimi(II) dễ tan nước Còn muối sunfua, cacbonat, orthophotphat muối bazo tan Những muối tan kết tinh từ dung dịch nước thường dạng hidrat Cd(NO3)2.4H2O, CdCl2.H2O… Đa số muối đơn giản không màu, CdS có màu vàng, Cd2SCl2 màu da cam, muối đihalogenua dạng tinh thể trắng, nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy cao Các muối bị thủy phân dung dịch nước Cd2+ có khả tạo phức, thường gặp [CdX4]2-, (X: Cl- ,Br - ,I- ,CN- ), [Cd(NH3)4]2+ , (Cd(NH3)6]2+ 1.1.3 Ứng dụng tác hại cadimi [20], [21] * Ứng dụng Trong công nghiệp, cadimi ứng dụng chủ yếu làm lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định PVC, chất tạo màu nhựa thủy tinh, hợp phần nhiều hợp kim nguyên nhân giải phóng cadimi vào mơi trường Ngồi ra, ứng dụng số lĩnh vực chất quang dẫn, chất bán dẫn, pin, đèn chân không, X-quang nhấp nháy Các chất dùng kỹ thuật đúc, điện, sản xuất gương, lĩnh vực bôi trơn, phân tích hố học dùng lĩnh vực thú y tính chất diệt nấm, diệt giun xúc tác Chúng dùng que hàn que hàn nhôm Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp * Tác hại Các kim loại nặng có nồng độ vi lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho phát triển bình thường người Tuy nhiên, vượt hàm lượng cho phép gây tác động nguy hại đến sức khỏe người Cadimi kim loại độc có tự nhiên với nồng độ thấp, tìm từ năm 1917, từ 1930 sử dụng với số lượng đáng kể Sản lượng cadimi giới 18000 đến 25000 tấn/ năm Do có nhiều ứng dụng mà người ta thu hồi 10% cadimi sử dụng phần lớn bị vào mơi trường, kể quặng bẩn xỉ có chứa đến 30% kim loại Khi người ta cộng thêm vào lượng chất thải số lượng từ q trình đốt cháy nhiên liệu hố thạch tới 5000 tấn/năm số lượng tự nhiên trở nên khơng quan trọng, chí khơng đáng kể Ở đây, ta nên ghi nhớ quặng thải (cộng thêm với chất thải mỏ hình thành từ q trình khai thác) nguồn chất thải nghành cơng nghiệp hố chất Chất thải tích lớn phosphate nhiễm cadimi với hàm lượng khác tuỳ theo nguồn gốc địa lý Ở Mỹ chẳng hạn, năm 1988, công nghiệp phosphate sản sinh 204 triệu chất thải lỏng Ta nhận thấy tải cadimi hệ sinh thái đại dương Hơn nữa, vùng quặng giàu dần đi, người ta phải khai thác mỏ ngày nghèo tạo nhiều chất thải cho lượng quặng, kim loại nặng gia tăng môi trường cách mạnh mẽ liên tục Cadimi đổ vào hệ sinh thái từ nhiều nguồn khác nhau:  Khói bụi, nước thải chế biến chì, thiếc, sắt, thép  Nước rửa ngành đúc điện  Khi bào mòn lốp xe, trường hợp cadimi có chất xúc tiến lưu hoá nhiên liệu diesel Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp  Trong phân lân, có cadimi tạp chất  Trong bùn thải trạm làm nước Người ta ước tính tổng lượng cadimi đổ vào đại dương lên tới 8000 tấn/năm mà nửa có nguồn gốc từ hoạt động người Người ta chưa biết tiến triển cadimi đại dương Cuối cadimi hợp chất có danh sách đen cơng ước London cấm thải chất độc biển Nhưng cadimi có khơng khí số xí nghiệp (ví dụ nhà máy sản xuất pin) Sự tiếp xúc nghề nghiệp với chất đặc biệt nguy hiểm dạng khói Ở cần ý người nghiện thuốc hít nhiều cadimi Một điếu thuốc chứa 1,5-2g kim loại người nghiện hít vào 10% lượng Hút gói thuốc ngày làm tăng gấp đơi lượng cadimi vào thể Cadimi tích tụ vào thể người tồn lâu Nó thường nằm gan thận Một tiếp xúc lâu dài với nồng độ nhỏ kim loại có khả dẫn đến chứng khí thủng, bệnh phổi rối loạn thận Cadimi biết gây tổn hại thận xương liều lượng cao Nghiên cứu 1021 người đàn ông phụ nữ bị nhiễm độc cadimi Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại có liên quan đến gia tăng nguy gãy xương độ tuổi 50 Năm 1946, hội chứng có đặc điểm biến dạng xương, đau cơ, dễ gãy xương rối loạn thận chuẩn đoán phụ nữ lớn tuổi, sinh đẻ nhiều, thu hút ý giới y học vùng Funchu thuộc quận Toyoma Nhật Bản Họ gọi tên bệnh Itai-Itai (hay bệnh đau đớn) Hội chứng làm hàng trăm người chết Những nghiên cứu phát bệnh nhân hấp thụ lượng cadimi khoảng 600g ngày ăn gạo bị nhiễm độc nước sông Jintsu, sông bị ô nhiễm quặng xỉ từ nhà máy chế biến cadimi Những người bị bệnh anbumin niệu protein niệu tiếp xúc với cadimi không 20 năm Sự theo dõi người làm việc ngành nghề phải tiếp xúc với cadimi khẳng định Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp họ bị loại bệnh mạn tính Đối với nam giới cadimi chất gây độc cho thận tác động có tính tích luỹ âm thầm Hơn độc tính cadimi gây rối loạn chuyển hoá canxi, tác động đến xương khớp, gây đau khớp, đau xương chí gây bệnh lỗng xương Hàm lượng cadimi cao nước uống gây chứng tăng huyết áp chuột thí nghiệm Cadimi tác nhân gây ung thư gây quái thai loài gặm nhấm Năm 1965 cadimi bị nghi ngờ gây bệnh ung thư tuyến tiền liệt công nhân làm việc nhà máy pin Anh Cadimi xâm nhập vào thể người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, trồng đất giàu cadimi tưới nước có chứa nhiều cadimi, hít thở bụi cadimi thường xun làm hại phổi, vào phổi cadimi thấm vào máu phân phối khắp nơi Phần lớn cadimi xâm nhập vào thể người giữ lại gan đào thải, phần (khoảng 1%) giữ lại thận, cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có thận Phần lại giữ lại thể, tích lũy với tuổi tác Khi lượng cadimi lớn, chiếm chỗ Zn2+ enzim quan trọng, gây rối loạn hoạt động số enzim định gây nên chứng bệnh hội chứng rối loạn chức thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư Bảng 2: Mức kim loại nặng cho phép (theo QCVN)[24] STT Nguyên tố Nước Nước biển Nước Nước thải mặt ven bờ ngầm (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) Cadimi 0,005 0,005 0,005 0,01 Chì 0,02 0,05 0,01 0,05 Crom (VI) 0,02 0,02 0,05 0,1 Đồng 0,2 0,03 1,0 2,0 Niken 0,1 - - 0,5 As 0,02 0,01 0,05 0,1 Vũ Thị Mơ Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 10 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.2 Giới thiệu điện phân [22],[4] 1.2.1 Khái niệm Sự điện phân q trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có dòng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li Sự điện phân trình sử dụng điện để tạo biến đổi hóa học Trong q trình điện phân, tác dụng điện trường cation chạy cực âm (catot) anion chạy điện cực dương (anot), xảy phản ứng điện cực (sự phóng điện) Tại catot xảy trình khử cation (Mn+ + ne → M) anot xảy q trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li nước, điện phân dùng điện cực dương tan 1.2.2 Điện phân dung dịch chất điện li nước Trong điện phân dung dịch, ion chất điện li phân li có ion H+ OH- nước Do đó, việc xác định sản phẩm điện phân phức tạp Tùy thuộc vào tính khử tính oxi hóa ion có bình điện phân mà ta thu sản phẩm khác Ví dụ: điện phân dung dịch NaCl, ion Na+, H+ (H2O) chạy catot ion Cl-, OH- (H2O) chạy anot Ion số chúng phóng điện điện cực Cơ sở để giải đề dựa vào giá trị oxi hóa – khử cặp Trong trình điện phân, catot diễn khử Vì vậy, có nhiều dạng oxi hóa trước hết dạng oxi hóa cặp lớn bị khử trước Ngược lại, anot diễn oxi hóa dạng khử cặp oxi hóa – khử nhỏ trước Vũ Thị Mơ 10 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 10 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 16 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp quét tuần hồn (phân cực vòng) [11], [5] Ngun lý Nguyên lý phương pháp áp vào điện cực nghiên cứu tín hiệu điện biến thiên tuyến tính theo thời gian từ E1 đến E2 ngược lại Đo dòng đáp ứng theo điện tương đương cho ta đồ thị CV biểu diễn mối quan hệ dòng điện- điện Hình 1: Quan hệ dòng - điện qt tuần hồn Mỗi pic xuất ta quét phía dương ứng với q trình oxy hóa, pic xuất ta quét phía âm ứng với trình khử Từ đường cong vơn-ampe thu ta đánh giá tính chất điện hóa đặc trưng hệ Dòng pic Ip = kn3/2AD1/2Cv1/2 Trong đó: (26) k: số Raidles – Cevick, A: diện tích điện cực (cm2) n: số electron tham gia phản ứng điện cực D: hệ số khuếch tán (cm2/s) Vũ Thị Mơ 16 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 16 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 17 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp C: nồng độ chất dung dịch (mol/l), V: tốc độ quét (mV/s) Hình 2: Phổ quét tuần hoàn hệ thuận nghịch Qúa trình oxi hóa: M → MZ+ + z e (27) Qúa trình khử: (28) MZ+ + z e → M Phân tích phổ CV nhằm nghiên cứu q trình thuận nghịch bất thuận nghịch hệ điện hóa Điều kiện trình thuận nghịch  Tại 298K hiệu điện pic oxy hóa khử không phụ thuộc vào tốc độ quét thế:  p,a -  p,c = 59mV n  Tỉ lệ chiều cao pic oxy hóa khử I p ,a I P,c 1 (29) 2.2 Phương pháp dòng khơng đổi Nguyên lý Áp vào điện cực nghiên cứu tín hiệu dòng điện khơng đổi khoảng thời gian t, ta đo đáp ứng điện tương ứng với thời gian Vũ Thị Mơ 17 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 17 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 18 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp E (V) I (A) t (phút) t (phút) Hình 3: Quan hệ I-t đáp ứng E-t phương pháp dòng tĩnh Vũ Thị Mơ 18 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 18 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 19 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 3.1 Dụng cụ thí nghiệm Chuẩn bị bình định mức Cốc thủy tinh loại, đũa thủy tinh Các dụng cụ cân phân tích, cân điện tử Điện cực xoắn Ti (điện cực đối) Các loại giấy ráp từ P400 đến P2000 ( chủ yếu sử dụng giấy P2000) Giá đỡ 3.2 Hóa chất - Tinh thể 3CdSO4.8H2O xuất xứ Trung Quốc - Dung dịch axit H2SO4 nồng độ 98%, d = 1,84g/ml, xuất xứ Trung Quốc 3.3 Thiết bị Hệ điện cực: WE điện cực thép không gỉ (S = cm2) Thiết bị sử dụng thiết bị khảo sát CV thiết bị đo tổng trở máy Impedance Mesurement IM6 (Zahuer –Elektrik) Đức Hình 4: Thiết bị đo tổng trở & điện hoá IM6 Vũ Thị Mơ 19 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 19 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 20 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.4 Tiến hành thực nghiệm 3.4.1 Pha dung dịch Pha dung dịch CdSO4 có nồng độ : 0,015M; 0,03M; 0,09M mơi trường axit H2SO4 có pH =3 Pha dung dịch CdSO4 có nồng độ 0,03M mơi trường axit H2SO4 có pH thay đổi (pH = 3, 4, 5) Pha dung dịch CdSO4 có nồng độ 0,03M mơi trường axit H2SO4 có pH = 3.4.2 Chuẩn bị điện cực nghiên cứu Các lớp oxit ảnh hưởng đến tính chất điện hóa ăn mòn kim loại, chí thay đổi chế phản ứng điện hóa phải tiến hành tẩy dầu mỡ, đánh bóng để lấy lớp oxit bề mặt điện cực * Đánh bóng học Mài bóng học giấy ráp từ kích thước to đến nhỏ đến bóng phẳng bề mặt điện cực ( q trình mài có cho thêm nước tay, nhanh để đạt độ bóng cao) * Đánh bóng hóa học Điện cực sau đánh bóng học nhúng vào dung dịch K2Cr2O7 + H2SO4 để làm bề mặt điện cực, sau Teflon xung quanh điện cực để lộ bề mặt điện cực khảo sát Khi cần tránh dầu mỡ tay dính vào lớp Teflon 3.4.3 Thí nghiệm * Đo đường cong phân cực Áp vào điện cực nghiên cứu tín hiệu điện biến thiên tuyến tính theo thời gian từ E1 đến E2 Vũ Thị Mơ 20 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 20 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 21 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3: Các điều kiện quét CV với dung dịch có pH = Nồng độ CdSO4 Tốc độ quét (M) (mV/s) 0,015 E1 = U0(V) E2(V) - 0,57 -4 0,03 - 1,273 -4 0,09 - 0,796 -4 * Điện phân CdSO4 +) Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới trình điện phân Khảo sát với mẫu dung dịch CdSO4 0,03M mơi trường axit H2SO4 có pH thay đổi (pH =3, 4, 5), mật độ dòng i = -2,5 mA/cm2, thời gian điện phân t = 60 phút, Vdung dịch = 50 ml +) Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng tới q trình điện phân Khảo sát với mẫu CdSO4 0,03M môi trường axit H2SO4 có pH = với mật độ dòng thay đổi i = - 0,5; - 1,5; - 2,5; - 3,5 mA/cm2 với thời gian điện phân t = 60 phút, U = ± 10 V, hệ điện cực có đệm V = 50ml +) Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến trình điện phân Khảo sát mẫu theo thời gian 1h, 1h30m, 2h, 3h, 4h, 6h với i = 3,5 mA/cm2 , U = ± 10 V, CdSO4 0,03M + H2SO4 (pH = 4) Hệ điện cực có đệm V = 50ml Vũ Thị Mơ 21 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 21 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 22 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1 Đo đường cong phân cực Kết khảo sát mẫu cho đồ thị sau 0.015M 0.03M 0.09M -i (mA/cm2) -2 -E (V) Hình 5: Đường cong phân cực dung dịch CdSO4 nồng độ khác Từ hình biểu diễn đường cong phân cực dung dịch CdSO4 có nồng độ 0,015 M; 0,03M; 0,09M ta thấy điện bắt đầu phóng điện dung dịch -1,7V; -1,8V; -1,85V Đây điện bắt đầu phóng điện Cd2+ dung dịch hình thành mầm tinh thể Tại điện ta tiến hành điện phân Ta chọn dung dịch CdSO4 có nồng độ 0,03M để khảo sát yếu tố khác ảnh hưởng tới trình điện phân Dung dịch sau hồn ngun có nồng độ tương đối thấp môi trường axit Do vậy, chọn dung dịch có nồng độ mơi trường gần với dung dịch sau hồn nguyên mà tiến hành điện phân tốt Vũ Thị Mơ 22 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 22 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 23 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 4.2 Điện phân 4.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới trình điện phân Khảo sát với mẫu dung dịch CdSO4 0,03M mơi trường H2SO4 có pH thay đổi (pH =3, 4, 5), mật độ dòng i = -2,5 mA/cm2, thời gian điện phân t = 60 phút, Vdung dịch = 50 ml Kết cho bảng sau: Bảng 4: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất dòng điện Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến trình điện phân sau: 100 H (%) 75 50 25 pH Hình 6: Ảnh hưởng pH tới hiệu suất dòng Từ bảng hình ta nhận thấy pH thay đổi hiệu suất dòng hiệu suất thu hồi thay đổi Nguyên nhân pH tăng Vũ Thị Mơ 23 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 23 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 24 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp nồng độ H+ giảm, lượng Cd2+ tham gia phóng điện lớn Từ pH = lên pH = hiệu suất dòng tăng từ 84,92 % lên 86,83 % tăng 1,91 % từ pH = lên pH = hiệu suất dòng lại giảm từ 86,83 % xuống 83,02 % , giảm 3,81 % , với pH = hiệu suất thu hồi (86,83%) hiệu suất dòng (5,4%) lớn gần với pH hoàn nguyên nên ta chọn khảo sát dung dịch CdSO4 mơi trường axit H2SO4 có pH = để nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng đến trình điện phân 4.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng đến q trình điện phân Bảng 5: Ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất dòng điện hiệu suất thu hồi Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn ảnh hưởng mật độ dòng đến q HH(%) (%) trình điện phân sau: -i (mA/cm2) Hình 7: Ảnh hưởng mật độ dòng tới hiệu suất dòng Vũ Thị Mơ 24 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 24 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 25 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Từ bảng hình ta thấy thay đổi mật độ dòng hiệu suất dòng thay đổi, mật độ dòng tăng từ - 0,5 đến -1,5 hiệu suất dòng giảm Tiếp tục tăng mật độ dòng điện hiệu suất dòng tăng đạt cực đại i = - 2,5 (mA/cm2) tương ứng với giá trị 86,83% Khi tăng mật độ dòng điện lên i = - 3,5 (mA/cm2) hiệu suất dòng điện có giảm đơi chút hiệu suất thu hồi lớn (7,29 %) cadimi thu dạng tinh thể dễ thu hồi, mật độ dòng nhỏ cadimi dạng sợi bơng, khó thu hồi mát trình cân mẫu, ta chọn điều kiện khảo sát i = 3,5 (mA/cm2) để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến trình điện phân 4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến trình điện phân Khảo sát mẫu theo thời gian 1h, 1h30m, 2h, 3h, 4h, 6h với i = - 3,5 (mA/cm2) , U = ± 10 V, CdSO4 0,03M + H2SO4 (pH = 4) Hệ điện cực có đệm V = 50ml Kết cho bảng đây: Bảng 6: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất dòng điện hiệu suất thu hồi Từ bảng ta biểu diễn phụ thuộc hiệu suất dòng điện hiệu suất thu hồi vào thời gian sau: Vũ Thị Mơ 25 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 25 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 26 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 8: Ảnh hưởng thời gian điện phân đến hiệu suất dòng điện hiệu suất thu hồi Từ biểu đồ bảng hình ta thấy tăng thời gian điện phân hiệu suất dòng điện giảm dần hiệu suất thu hồi tăng Nguyên nhân làm giảm hiệu suất dòng điện nồng độ Cd 2+ dung dịch giảm dần nên làm giảm khả phóng điện H+ cạnh tranh phóng điện Hơn ion gần điện cực phóng điện hết ion phía ngồi dung dịch di chuyển phía điện cực để phóng điện Lúc khả phóng điện bị giảm ảnh hưởng trình khuyếch tán Thời gian điện phân tăng hiều suất thu hồi tăng lượng ion Cd2+ phóng điện tăng lên Vũ Thị Mơ 26 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 26 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 27 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu em thu số kết luận sau:  Các yếu tố pH dung dịch, mật độ dòng, thời gian điện phân ảnh hưởng đến trình điện phân cadimi  pH ảnh hưởng tới trình điện phân cadimi: tăng pH = lên pH = hiệu suất dòng tăng từ 84,92 % lên 86,83 % từ pH = lên pH = hiệu suất dòng lại giảm từ 86,83 % xuống 83,02 % với pH = hiệu suất thu hồi (86,83%) hiệu suất dòng (5,4%) đạt giá trị lớn  Khi thay đổi mật độ dòng hiệu suất dòng thay đổi, mật độ dòng tăng từ - 0,5 (mA/cm2) đến -1,5(mA/cm2) hiệu suất dòng giảm Tiếp tục tăng mật độ dòng điện hiệu suất dòng tăng đạt cực đại i = 2,5 (mA/cm2) tương ứng với giá trị 86,83% Khi tăng mật độ dòng điện lên i = - 3,5 (mA/cm2) hiệu suất dòng điện có giảm đơi chút hiệu suất thu hồi lớn (7,29 %), cadimi thu dạng tinh thể dễ dàng cho việc thu hồi  Khi tăng thời gian điện phân hiệu suất dòng điện giảm dần hiệu suất thu hồi tăng  Điều kiện tốt để điện phân cadimi thu hiệu cao là: dung dịch CdSO4 0,03M, pH= 4, i = -3,5(mA/cm2), thời gian điện phân tăng hiệu suất thu hồi cao Vũ Thị Mơ 27 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 27 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 28 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Kim Chi (2005), Hóa học mơi trường, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lí, Nhà xuất giáo dục Hà Nội Hồng Nhâm (2001), Hóa vơ tập 3, Nhà xuất giáo dục PGS Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa học vơ tập – kim loại điển hình, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội PGS-TS Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, Nhà xuất khoa học kĩ thuật – Hà Nội Trần Minh Hoàng – Nguyễn Văn Thanh – Lê Đức Trí, Sổ tay mạ điện, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Ngun Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lí, tập 2, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học, môi trường sức khỏe người, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Trịnh Xuân Sén (2002), Điện hóa học, Nhà xuất ĐH 10 Trịnh Xuân Sén (2006), Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 11 Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội Vũ Thị Mơ 28 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 28 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 29 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tiếng Anh 12 Arias Sari (2003), Trace metal concentrations in blue musels Mytilus edulis in Byfjorden and the coastal areas of Bergen, Institute for Fisheries and Marine Biology University of Bergen 13 B.J Lokhande, M.D Uplane (2001), Effect of deposition temperature on spray deposited cadimium oxide films, Materials Research Bulletin 36, 439 -477 14 Christopher M A Brett and Ana Maria Oliveira Brett(1993), Electrochemistry principles, methods and applications, Oxford University press 15 D.A Lamb, S.J.C Irvine (2011), A temperature dependant crystal orientation of cadimium oxide films deposited by metal organic chemical vapour deposition, Journal of Crystal Growth 332, 17-20 16 O Vigil, L Vaillant, F Cruz, G Santana, A Morales-Acevedo, G Contreras-Puente (2000), Spray pyrolysis deposition of cadimi-zinc oxide thin films, Thin Solid Films 361 - 362, 53 - 55 17 Paul O’Brien, Tahir Saeed (1996), Deposition and characterization of cadimium sunfide thin films by chemical bath deposition, Journal of Crystal Growth 158, 497-504 18 Shin’ichi Kuranouchi, Tatsuo Nakazawa, Atsushi Ashida (1994), Cadimium sunfide thin films prepared by chemical bath deposition method, Solar Energy Materials and Solar Cells 35, 185 - 191 19 Y.S Lo, R.K Choubey, W.C Yu, W.T Hsu, C.W Lan (2011), Shallow bath chemical deposition of CdS thin film, Thin Solid Films 520, 217 - 223 Vũ Thị Mơ 29 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 29 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 30 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Internet 20 http://diendanmoitruong.com/threads/o-nhiem-kim-loai-nang-trong-nuocp1.240/ 21 http://tailieutonghop.com/free/o-nhiem-kim-loai-nang_f203-7504.html 22 http://luanvan.co/luan-van/de-tai-nghien-cuu-tham-do-phuong-phap-xuly-kim-loai-nang-bang-chat-hap-phu-sinh-hoc-co-nguon-goc-tu-chatthai-thuy-san-1988/ 23.http://www.moon.vn/baigiang/LyThuyet.aspx?ChuyenDeID=460&Subject ID=3 24 http://uv-vietnam.com.vn/NewsDetail.aspx?newsId=1334 Vũ Thị Mơ 30 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 30 of 103 K35A – SP Hóa ... thiệu điện phân [22],[4] 1.2.1 Khái niệm Sự điện phân q trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có dòng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li Sự điện phân trình sử dụng điện. .. anot xảy q trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) Người ta phân biệt: điện phân chất điện li nóng chảy, điện phân dung dịch chất điện li nước, điện phân dùng điện cực dương tan 1.2.2 Điện phân dung... LUẬN Qua trình nghiên cứu em thu số kết luận sau:  Các yếu tố pH dung dịch, mật độ dòng, thời gian điện phân ảnh hưởng đến trình điện phân cadimi  pH ảnh hưởng tới trình điện phân cadimi: tăng