nano trong dung dịch
Quá trình hình thành hạt nano trong dung dịch dựa trên các phản ứng điện hóa trong bình điện phân. Do đó nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:
2.2.1.1. Khoảng cách điện cực
Khoảng cách điện cực có ảnh hưởng tới quá trình di chuyển của các ion kim loại trong dung dịch từ anôt tới catôt, cũng như thời gian tiếp xúc của các ion này với các tác nhân có tính khử để tạo hạt nano. Khoảng cách điện cực cũng ảnh hưởng tới điện trở của dung dịch điện môi trong quá trình điện phân.
Khoảng cách điện cực anôt-catôt trong các nghiên cứu từ 350 1000 mm.
2.2.1.2. Thời gian phản ứng
Điện lượng của quá trình điện phân tỷ lệ với thời gian ở cùng dòng điện. Số lượng và kích thước hạt nano kim loại được tạo thành sẽ có quan hệ mật thiết với thời gian phản ứng. Thời gian điện phân được khảo sát là 5 50 phút. Đây là khoảng thời gian phù hợp đủ để quan sát, phát hiện các chuyển biến điện hóa trong hệ điện phân, cũng như không quá dài để ảnh hưởng tới thiết bị nguồn điện áp cao và bình điện phân thủy tinh hai lớp.
2.2.1.3. Nhiệt độ ban đầu
Quá trình phản ứng điện cực như hòa tan anôt và thoát khí ở catôt có quan hệ mật thiết với nhiệt độ ban đầu của dung dịch điện ly. Hơn nữa khi sử dụng nước cất hai lần dẫn điện kém làm dung dịch điện ly có điên trở lớn sẽ tiêu thụ một năng lượng để chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của hệ phản ứng. Xác định được khoảng tăng nhiệt độ của dung dịch phản ứng và nước làm mát sẽ góp phần hình dung được phân bố năng lượng trong hệ phản ứng. Vì vậy các nhiệt độ ban đầu của dung dịch: 5 oC, 15 oC, 25 o
C, 35 oC, 55 oC được khảo sát để xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phản ứng.
2.2.1.4. Mật độ dòng
Tuy thiết bị có chế độ điều khiển ổn dòng, song do vùng dòng thí nghiệm không lớn so với những biến đổi nhiệt, điện trở của dung dịch điện ly nên các thí nghiệm với các diện tích mặt cắt điện cực khác nhau sẽ góp phần đánh giá ảnh hưởng của mật độ dòng phản ứng điện hóa. Các điện cực được chọn với các đường kính điện cực F = 3; 4; 5; 7 mm tương ứng với diện tích mặt cắt điện cực Đ = 7,07; 12,6; 19,6; 38,5 mm2.
Khi áp đặt vào hệ hai điện cực của cùng một kim loại bạc một điện áp cao từ hơn 8 kV và dòng từ 40 mA sẽ nhận thấy kim loại ở điện cực anôt sẽ bị hòa tan. Hình 2.5 diễn biến thế và dòng trong quá trình phản ứng điện hóa và ảnh điện cực anôt bị hòa tan sau thời gian phản ứng điện hóa của bạc trong nước cất hai lần với điện áp cao cho thấy quá trình thay đổi dòng và thế trong một chu trình điện phân của điện cực đường kính F = 4 mm ở khoảng cách
H = 650 mm ( , ). Theo đồ thị hình 2.5, diễn biến thế và dòng của quá trình hòa tan anôt bạc điện áp cao dao động nhưng có chiều hướng giảm phản ánh sự biến đổi điện trở của nước cất hai lần do tạo thành các chất do các phản ứng điện cực cũng như quá trình tăng nhiệt độ của nước cất từ nhiệt độ phòng đến hơn 70oC do hiệu ứng nhiệt.
Hình 2. 5. Đồ thị mật độ dòng điện và điện thế theo thời gian của hệ điện phân cao áp của điện cực đường kính 4 mm và khoảng cách giữa các điện
cực là H = 650 mm
Các thí nghiệm với các hệ điện cực đường kính và khoảng cách cũng tương tự như vậy. Từ đồ thị i-t ta có thể tính được điện lượng qua bình phản ứng theo công thức 2.1 và qua đó tính được dòng trung bình của phản ứng. Trong trường hợp mô tả trong hình 3.30:
itb = ∫ . = ∑ ( ).5 (2.1) = [(8,67 + 7,8) + (7 + 8,67) + (5,89 + 7) + (5,81 + 5,89) + (5,73 + 5,81) + (5,17 + 5,73) + (4,7 + 5,17) + (4,54 + 4,7) + (4,62 + 4,54) + (4,22 + 4,62)] x 5 x 60 / (2 x 1000) = 6,02 mA/mm2
Với điện thế cao tới 25 kV nên không thể sử dụng các dụng cụ đo trực tiếp trong quá trình phản ứng xảy ra trên các điện cực như dòng phản ứng, điện thế rơi, tốc độ thoát khí… Thay vào đó việc nghiên cứu phản ứng hòa tan dương cực được thực hiện gián tiếp thông qua dòng điện tổng hay lượng kim loại hao hụt ở anôt.
2.2.1.5. Ký hiệu quy ước mẫu dung dịch
Các thí nghiệm với nhiều đường kính và chế độ điện phân khác nhau. Để thống nhất và tiện theo dõi trong quá trình khảo sát, các mẫu dung dịch điện phân điện áp cao trong mỗi thí nghiệm được quy ước ký hiệu như sau: F, ,
Trong đó:
F (mm) - đường kính điện cực.
h (mm)- khoảng cách điện cực.
t (phút)- thời gian phản ứng.
T ( oC)- nhiệt độ ban đầu của phản ứng.
(Trường hợp nhiệt độ phòng thì không ghi ký hiệu T)