Tổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loại (Luận án tiến sĩ)

Tổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loạiTổng hợp nghiên cứu tính chất màng polyme gốc phenyl định hướng ứng dụng làm cảm biến ion kim loại

\ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ V HỒNG DUY T NG H P, NGHIÊN C U T NH CH T MÀNG POLYME G C PHENYL Đ NH HƯ NG NG DỤNG LÀM C M BI N ION KIM LOẠI LUẬN ÁN TI N SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ V HOÀNG DUY T NG H P, NGHIÊN C U T NH CH T MÀNG POLYME G C PHENYL Đ NH HƯ NG NG DỤNG LÀM C M BI N ION KIM LOẠI LUẬN ÁN TI N SĨ HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa H u Mã số: 9.44.01.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tuấn Dung GS.TS Trần Đại Lâm HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cộng Tất xuất công bố chung với cán hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án V Hoàng Duy LỜI C M ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Tuấn Dung GS.TS Trần Đại Lâm, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Ban Giám đốc Học viện Khoa học Công nghệ, cán Viện Học viện giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo T ng công ty DMC, Chi nhánh DMC-RT, Viện nghiên cứu da-giày đồng nghiệp động viên, chia sẻ khó khăn, tạo điều kiện thời gian công việc cho hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn cán phòng Nghiên cứu Ứng dụng Triển khai Công nghệ -Viện Kỹ thuật nhiệt đới thành viên nhóm nghiên cứu, đặc biệt Th.S Nguyễn Lê Huy - Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ nhiệt tình để tơi hồn thiện luận án Tôi xin cảm ơn đề tài Nafosted 104.03-2011.58 cho ph p tham gia nghiên cứu thực luận án Cuối tơi xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè quan tâm, giúp đỡ, động viên khích lệ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án V Hoàng Duy M ỤC L Ụ C LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, C C CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC H NH V V Đ TH iii DANH MỤC BẢNG .vii M Đ U CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 POLYME DẪN 1.1.1 Giới thiệu polyme dẫn 1.1.2 Phân loại polyme dẫn 1.1.3 Đặc t nh dẫn điện q trình hoạt hóa 1.1.4 Các phương pháp t ng hợp polyme dẫn 1.1.5 Ứng dụng polyme dẫn làm vật liệu cảm biến .12 1.2 POLYME DẪN GỐC PHENYL 16 1.2.1 Polyanilin 16 1.2.2 Poly(1,8-diaminonaphthalen) poly(1,5-diaminonaphthalen) 19 1.3 C C PHƯƠNG PH P CHẾ TẠO MÀNG POLYME 21 1.3.1 Phủ nhúng 21 1.3.2 Phương pháp quay phủ ly tâm 22 1.3.3 Phương pháp Langmuir-Blodgett 23 1.3.4 Trùng hợp ngưng tụ pha 24 1.3.5 Phủ nhỏ giọt .24 1.3.6 Kết tủa điện hóa 25 1.4 C C PHƯƠNG PH P NHẬN BIẾT V X C Đ NH KIM LOẠI NẶNG .26 1.4.1 Kim loại nặng 26 1.4.2 Các phương pháp phân t ch ion kim loại nặng 29 1.4.3 Ứng dụng màng polyme dẫn phân t ch kim loại nặng .32 1.5 VẬT LIỆU TỔ HỢP POLYME DẪN - ỐNG CARBON NANO 33 1.5.1 Ống carbon nano 33 1.5.2 Ứng dụng ống carbon nano 34 1.5.3 Vật liệu t hợp polyme dẫn - ống carbon nano 35 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM V PHƯƠNG PH P NGHIÊN CỨU .38 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT 38 2.2 PHƯƠNG PH P THỰC NGHIỆM 38 2.2.1 T ng hợp đặc trưng t nh chất màng polyme dẫn gốc phenyl 38 2.2.2 Khảo sát t nh nhạy cation kim loại nặng .40 2.2.3 T ng hợp màng t hợp poly(1,5-DAN)/MWCNT ứng dụng phân t ch đồng thời Pb(II) Cd(II) .41 2.3 PHƯƠNG PH P NGHIÊN CỨU 45 2.3.1 Phương pháp ph hồng ngoại biến đ i Fourier 45 2.3.2 Phương pháp ph tán xạ Raman 45 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 46 2.3.4 Các phương pháp điện hóa 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 TỔNG HỢP V ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA POLYANILIN .50 3.1.1 T ng hợp màng polyanilin 50 3.1.2 Nghiên cứu đặc trưng t nh chất màng polyanilin 51 3.1.3 Khảo sát tính nhạy ion kim loại nặng PANi 56 3.2 TỔNG HỢP V ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT MÀNG POLY(1,8-DAN) 59 3.2.1 T ng hợp màng poly(1,8-DAN) 59 3.2.2 Nghiên cứu đặc trưng màng poly(1,8-DAN) 60 3.2.3 Nghiên cứu t nh nhạy ion kim loại màng poly(1,8-DAN) 66 3.3 TỔNG HỢP V ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT POLY(1,5-DAN) .70 3.3.1 T ng hợp màng poly(1,5-DAN) 70 3.3.2 Nghiên cứu đặc trưng màng poly(1,5-DAN) 71 3.3.3 Nghiên cứu t nh nhạy ion kim loại nặng màng poly(1,5-DAN) 76 3.4 NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÀNG TỔ HỢP POLY(1,5-DAN)/ MWCNT ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH Đ NG THỜI Pb(II) VÀ Cd(II) 78 3.4.1 T ng hợp màng t hợp poly(1,5-DAN)/MWCNT 78 3.4.2 Đặc t nh điện hóa màng t hợp poly(1,5-DAN)/MWCNT 80 3.4.3 Đặc t nh cấu trúc màng t hợp poly(1,5-DAN)/MWCNT 81 3.4.4 Khảo sát t nh nhạy ion Pb(II) ion Cd(II) .84 3.4.5 Các yếu tố ảnh hư ng đến t nh nhạy ion Pb(II) ion Cd(II) 86 3.4.6 Xây dựng đường chu n phân t ch đồng thời ion Pb(II) ion Cd(II) .88 3.4.7 Ứng dụng màng t hợp poly(1,5-DAN)/MWCNT phân t ch ion Cd(II) ion Pb(II) nước 99 KẾT LUẬN 102 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 104 DANH MỤC C C CÔNG TR NH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC CÁC K HIỆU, CÁC CHỮ VI T TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1,5-DAN 1,5-diaminonaphthalene 1,8-DAN 1,8-diaminonaphthalene ANi Aniline CE Counter electrode Điện cực đối CNT Carbon nanotubes Ống carbon nano CNT-CP/E Carbon nanotubes - Conducting Polymer/ Electrode Ống carbon nano – polyme dẫn / điện cực CNT/CP/E Carbon nanotubes/ Conducting Polymer/ Electrode Ống carbon nano/polyme dẫn/ điện cực CP/CNT/E Conducting Polymer/ Carbon nanotubes Electrode Polyme dẫn/ ống carbon nano/ điện cực CV Cyclic voltammetry Vơn - ampe vòng FE-SEM Field Emission - Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét phát xạ trường FT-IR Fourier Transform Infrared Spectrocopy Ph hồng ngoại biến đ i Fourier GC Glassy carbon Than thủy tinh HPLC High Performance Liquid Chromatography Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao LOD Limit of detection Giới hạn phát MWCNT Multi-walled carbon nanotubes Ống carbon nano đa vách PANi Polyaniline Poly(1,5- Poly(1,5-diaminonaphthalene/ DAN)/MWCNT/Pt Multi-walled carbon nanotubes/ RE Điện cực platin phủ ống carbon nano đa vách sau Platinium phủ poly(1,5-DAN) Reference Electrode Điện cực so sánh I Saturated Calomel Electrode Điện cực calomen bão hòa Square Wave Anodic Stripping Vơn - ampe hòa tan anode Voltammetry theo kỹ thuật sóng vng SWCNT Sing-walled carbon nanotubes Ống carbon nano đơn lớp SWV Square Wave Voltammetry Vôn - ampe sóng vng WE Working Electrode Điện cực làm việc SCE SWASV II DANH MỤC H NH V VÀ Đ TH Hình 1.1 Một số loại polyme dẫn điện tử .4 Hình 1.2 Một số loại polyme oxi hóa khử Hình 1.3 Polyme trao đ i ion H nh 1.4 Cơ chế hoạt hóa polypyrrol tạo dạng polaron H nh 1.5 Cơ chế hoạt hóa polypyrrol dạng polaron thành bipolaron H nh 1.6 Sơ đồ mạch polyacetylen hoạt hóa b i I2 .7 H nh 1.7 Sơ đồ hoạt hóa PANi dạng emeraldin base b ng HCl H nh 1.8 Cơ chế tr ng hợp oxi hóa hóa học polypyrrol 10 Hình 1.9 Đường CV (a) điện cực GC/PPy sau ngâm AgNO3 0,1 mM; (b) điện cực GC/PPy; (c) điện cực trần GC sau ngâm AgNO3 0,1 mM 15 Hình 1.10 Đường CV ghi HCl 0,05 M (a) điện cực biến tính PEDOT: PSS (b) điện cực trần sau ngâm dung dịch Pb(NO3)2 mM; so sánh với (c) điện cực biến tính PEDOT: PSS ngâm dung dịch khơng có Pb(NO3)2 .16 Hình 1.11 Cấu trúc hóa học anilin 17 Hình 1.12 Phản ứng tr ng hợp hóa học PANi 18 Hình 1.13 Cơ chế trùng hợp điện hóa PANi môi trường axit 19 H nh 1.14 Cấu trúc hóa học (A) 1,8-DAN (B) 1,5-DAN 19 H nh 1.15 Cơ chế phản ứng tr ng hợp điện hóa poly(1,8-DAN) 21 H nh 1.16 Nguyên l phủ nhúng (dip-coating) 22 H nh 1.17 (A) Máy quay phủ ly tâm; (B) Nguyên l trình phủ màng 23 H nh 1.18 (A, B) Kỹ thuật tạo màng LB;(C) Thiết bị tạo màng LB 23 H nh 1.19 Hình minh họa thiết bị ngưng tụ pha 24 H nh 1.20 Hình minh họa trình phủ nhỏ giọt .24 H nh 1.21 Sơ đồ nguyên l (A) mạ điện; (B) Tr ng hợp điện hóa 25 H nh 1.22 (a) Ống carbon nano đơn vách (b) Ống carbon nano đa vách 34 H nh 1.23 Các đường tạo màng vật liệu t hợp polyme dẫn-CNT bề mặt điện cực 35 III ... 3.2 TỔNG HỢP V ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT MÀNG POLY(1,8-DAN) 59 3.2.1 T ng hợp màng poly(1,8-DAN) 59 3.2.2 Nghiên cứu đặc trưng màng poly(1,8-DAN) 60 3.2.3 Nghiên cứu t nh nhạy ion kim loại. .. 3.1 TỔNG HỢP V ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA POLYANILIN .50 3.1.1 T ng hợp màng polyanilin 50 3.1.2 Nghiên cứu đặc trưng t nh chất màng polyanilin 51 3.1.3 Khảo sát tính nhạy ion kim loại. .. NH KIM LOẠI NẶNG .26 1.4.1 Kim loại nặng 26 1.4.2 Các phương pháp phân t ch ion kim loại nặng 29 1.4.3 Ứng dụng màng polyme dẫn phân t ch kim loại nặng .32 1.5 VẬT LIỆU TỔ HỢP