CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1.1. Chuẩn bị dung dịch
2.1.1.1. Hoá chất dùng cho nghiên cứu
Hóa chất được dùng trong thí nghiệm đều là hóa chất tinh khiết của Trung Quốc đượcliệt kê trong bảng 2.1.
Bảng 2.1- Hoá chất dùng cho thí nghiệm
STT Tên hoá chất Ký hiệu Độ tinh khiết
1 Mangan sunfat MnSO4 .H2O ≥ 99.0 %
2 Sắt (III) sunfat Fe2(SO4)3.5H2O 99.5 %
3 Co sunfat CoSO4.7H2O 99.5 %
4 EDTA C10H14 O8 N2Na2 ≥ 99.0 %
5 Kali hydroxit KOH 99.5%
6 Axit sunfuric H2SO4 95 ÷ 99 %
7 Axeton (CH3)O ≥ 99.5%.
8 Kali Clorua KCl 99.5 %
9 Kali iotdua KI 99.5%
10 Natri th unfatios Na2S2O3 99.5%
11 ETOO
12 Iot I2
13 Hydroxylamin 99%
14 N i hydrocacbonat atr NaHCO3 99%
15 Hồ tinh bột
2.1.1.2. Pha chế dung dịch
• Dung dịch điện phân:
Các cốc, ống đong, bình chứa, bình định mức dùng trong quá trình thí nghiệm đều được rửa sạch bằng xà phòng, rửa siêu âm bằng dung dịch cromat, sau đó rửa sạch bằng nước thường rồi tiếp tục siêu âm bằng nước cất 1 lần. Các hóa chất được cân và đong chính xác rồi đem đi pha với nước cất 1 lần thành các dung dịch điện phân có thành phần như bảng 2.2. Trong đó các dung dịch này đều có đặc điểm chung là nồng độ cation Co2+(hoặc Fe3+) và Mn2+ thay đổi nhưng tổng nồng độ của chúng trong dung dịch là không đổi và bằng 0,3 M và nồng độ của EDTA trong mỗi dung dịch là 0,2 M, pH của các dung dịch điện phân đều được điều chỉnh về giá trị 5 7 nhờ dung dịch KOH - và H2SO4 loãng. Chú ý trong qu trình pha dung dá ịch đ ện i âph n lu n phô ải điều chỉnh pH kịp thời, tránh để dung dịch kết tủa. Và để thuận tiện cho cách diễn đạt sau này thì mẫu vật liệu được tổng hợp trong dung dịch nào sẽ được gọi theo tên dung dịch đó. Ví dụ như mẫu được tổng hợp trong dung dịch có thành phần 0.27M Mn2+và 0 M Co.03 2+và 0 2M EDTA thì . m ẫu được ký hiệu là mẫu 27Mn(II)3Co(II).
• Dung dịch khắc m dòn ùng t để ạo độnhám b m ề ặtcho graphit, giúp cho MnO2 có b thể ám chắc ê i c tr n đ ện ựcgraphit: H2SO4 0.2 M
• Dung dịch nghiên cứu đặc t iínhđ ện hoá: KCl 2 M
Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thu Hằng
Bảng 2 - .2 Thành phần dung dịch điện phân Mẫu
Thành phần
Pha tạp Co
30Mn(II) 27Mn(II)3Co(II) 25Mn(II)5Co(II) 20Mn(II)10Co(II) 1
[EDTA] (mol/l) 0,2 0,2 0,2 0,2
[Mn2+ ] (mol/l) 0,3 0,27 0,25 0,2
[Co2+](mol/l) - 0,03 0,05 0,1
Tỉ lệ [Mn2+ ] /[Co2+] - 27/3 25/5 20/10
Pha tạp Fe
30Mn(II) 27Mn(II)3Fe(III) 25Mn(II)5Fe(III) 20Mn(II)10Fe(III) 1
[EDTA] (mol/l) 0,2 0,2 0,2 0,2
[Mn2+ ] (mol/l) 0,3 0,27 0,25 0,2
[Fe3+](mol/l) - 0,03 0,05 0,1
Tỉ lệ [Mn2+ ]/[Fe3+] - 27/3 25/5 20/10
2.1.2. Chuẩn bị mẫu
Các tấm cabon graphit lớn kích thước 10 cm x 4 cm x 1 cm được cắt ra thành các tấm nhỏ có kích thước 1 cm × 3 cm × 1 cm. Đo lấy phần diện tích bề mặt 1cm2 rồi quét keo epoxy lên các phần còn lại như hình 2.1.
Hình 2 - .1 Điện cực làm việc graphit
Điện cực được mài nhẵn lần lượt bằng các loại giấy nhám cỡ 600, 800 và 1500. Sau đó mẫu được nhúng vào trong dung dịch axeton trong khoảng thời gian là 2 phút, mẫu được tráng lại bằng nước cất một lần, rồi đem đi khắc mòn trong dung dịch axit H2SO4 0.2 M trong thời gian 15 phút. Tiếp theo, mẫu sẽ được rửa sạch và đem siêu âm trong nước cất 15 phút trước khi đem nung ở 1000C trong 1giờ để cân khối lượng trước khi điện phân. Mẫu sau khi được lấy ra khỏi lò nung được đem đi cân khối lượng, sau đó được đem điện phân. Nếu mẫu điện cực nào chưa được đem đi điện phân thì được lưu trong bình hút ẩm có chứa silicagen.
2.1.3. Tổng hợp vật liệu
Vật liệu mangan đioxit không pha và có pha tạp được chế tạo ở dạng màng mỏng theo phương pháp điện hoá. Quá trình điện phân được tiến hành trong bình điện hóa ba điện cực, trong đó:
+ Điện cực nghiên cứu là graphit + Điện cực đối là điện cực lưới Pt
1cm2
Để ổn định nhiệt cho bình điện phân ta dùng áo nước bên ngoài như hình 2.2.
Trong suốt quá trình điện phân có sử dụng khuấy từ để khuấy trộn dung dịch.
Hình 2 - H.2 ệ điện phân
Ta tiến hành mắc các điện cực vào máy potentiostat IMex6 theo hình 2.2, rồi tiến hành điện phân tổng hợp mẫu theo chế độ điện phân như sau:
+ Mật độ dòng anot: Da = 50 mA/cm2 + Nhiệt độ: t0 = 800C
+ Tốc độ khuấy: v = 200 vòng/phút + Thời gian: τ 1= 0 phút
Sau điện phân, đem mẫu đi rửa sạch nhiều lần bằng nước cất rồi để khô tự nhiên trong không khí. Sau đó mẫu được đem đi sấy ở 1000C trong 2 giờ, lưu trong bình hút ẩm trước khi đem cân khối lượng và kiểm tra tính chất của lớp kết tủa nhờ sử dụng các phương pháp phi điện hoá (như kính hiển vi điện tử quét, phổ kế tán xạ tia X, nhiễu xạ tia X, phân tích nhiệt, phân tích hoá học) và các phương pháp điện hoá (như quét thế vòng tuần hoàn, phổ tổng trở).