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

52 564 0
Tổng hợp polyanilin bằng phương pháp hoá học và nghiên cứu khả năng tương tác với ion đồng (II)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI - - MAI NGỌC BÍCH TỔNG HỢP POLYANILIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI ION ĐỒNG (II) Chuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Mai Ngọc Bích Trang Người hướng dẫn khoa học: K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển vũ bão khoa học công nghệ, giới đạt nhiều thành tựu rực rỡ Trong đó, ngành hóa học góp phần đáng kể vào thành công Ngày nay, việc thay vật liệu truyền thống vật liệu có tính ứng dụng cao giới khoa học quan tâm nghiên cứu ứng dụng thực tế sống Một hướng tìm kiếm khả thay kim loại truyền thống có giá trị cao như: Silic, Gecmani,…bằng vật liệu giá thành rẻ dễ tổng hợp Trong số vật liệu polyme dẫn điện hữu Các polyme dẫn điện phổ biến nghiên cứu là: Polyanilin, Polypyrol, Polythiophen… Polyme ứng dụng rộng rãi ngành điện tử, làm sensor sinh học, cửa sổ quang, bán dẫn, tạo màng chống ăn mòn kim loại, sử dụng làm phụ gia cho điện cực âm ắc quy pin Polyanilin quan tâm khả ứng dụng lớn, nguyên liệu rẻ, dễ dàng tổng hợp phương pháp hóa học điện hóa, khả dẫn điện cao Nhằm tiếp tục nghiên cứu phương pháp tổng hợp, tính chất polyanilin, góp phần đữa polyanilin vào ứng dụng thực tế, chọn đề tài: “Tổng hợp polyanilin phương pháp hóa học nghiên cứu khả tương tác với ion đồng (II)” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu - Nắm phương pháp tổng hợp PANi phương pháp hóa học - Nghiên cứu khả tương tác oxi hóa – khử ion Cu2+ với PANi tổng hợp Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 - Khảo sát PANi PANi tương tác oxi hóa – khử với ion Cu2+: Đo phổ EDX, chụp ảnh SEM, chụp phổ IR, phân tích AAS Nhiệm vụ - Nghiên cứu sở lý luận chung polyme dẫn phương pháp điều chế polyme dẫn - Tổng hợp polyanilin phương pháp hóa học - Nghiên cứu tính chất polyanilin thu - Tìm hiểu phổ IR, phương pháp phân tích AAS, EDX ảnh SEM - Nghiên cứu tính chất polyanilin hấp thu ion Cu2+ Đối tƣợng nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu polyme dẫn phương pháp điều chế polyme dẫn - Phương pháp tổng hợp hóa học, phổ IR, phương pháp phân tích AAS, EDX ảnh SEM - Thực nghiệm tổng hợp hóa học nghiên cứu số tính chất polyanilin - Xử lý phân tích số liệu thực nghiệm, từ rút kết nhận xét - Các phần mềm công thức hóa học, phần mềm vẽ hình Phƣơng pháp nghiên cứu Để hoàn thành nhiệm vụ đề tài sử dụng phương pháp sau: - Nghiên cứu tài liệu: Lý luận polyme dẫn, phương pháp tổng hợp polyme dẫn tài liệu liên quan - Tổng hợp PANi phương pháp hóa học - Đo phổ IR, chụp EDX, ảnh SEM,… - Chuẩn độ, phân tích, hấp phụ nguyên tử AAS, EDX để xác định lượng kim loại nặng bị PANi hấp phụ - Xử lý số liệu máy vi tính Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ POLYME DẪN ĐIỆN 1.1 Giới thiệu polyme dẫn điện 1.1.1 Lịch sử polyme dẫn điện [7, 9, 17, 18 ] Đầu thập niên 80 thể kỷ trước ý tưởng polyme dẫn chủ đề thức nhiều tranh cãi Tuy nhiên, kiện xảy đồng thời vào cuối năm 1970 dẫn tới báo cáo vật liệu polyme có tính dẫn điện Trong suốt hai mươi năm sau nhiều nỗ lực để tạo polyme dẫn với độ dẫn điện cao kết nỗ lực đưa nhà khoa học tới polyme dẫn điện giới polyacetylen Trước năm 1977 phương pháp khác người ta tạo loại vật liệu thô đen giống cacbon đen Trong thời gian vài kỹ sư Nhật nhận thấy màng polyacetylen tạo trình polyme hóa khí acetylene bề mặt thùng phản ứng điều kiện có xúc tác hợp chất kim thủy ngân Những màng có độ dẫn điện lớn so với polyme khác nhiên chất bán dẫn Sau đó, với cộng tác chuyên gia Nhật trường đại học Persylvania sản phẩm polyme dẫn điện đời Polyacetylen polyme dẫn điện tìm thấy khả dẫn điện hạn chế nên không áp dụng vào công nghệ Vì nhà khoa học nghiên cứu tìm nhiều loại polyme có khả dẫn điện khác polyphenyline, polypyrrole, polyanilin … Khả dẫn điện polyme có chuỗi polyme có hệ liên kết Mai Ngọc Bích Trang liên hợp K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 nằm dọc theo toàn chuỗi polyme tạo đám mây điện tử linh động nên điện tử chuyển từ đầu chuỗi đến cuối chuỗi dễ dàng.Tuy nhiên, việc chuyển dịch điện từ chuỗi polymer sang chuỗi khác gặp phải khó khăn Các nguyên tử hai chuỗi phải xen phủ với việc chuyển điện tử từ chuỗi sang chuỗi khác thực Do vậy, polyme đơn có độ dẫn điện không lớn để tạo vật liệu có độ dẫn điện cao người ta cài phụ gia pha tạp để tạo vật liệu có độ dẫn điện cao Các phụ gia pha tạp đa dạng phong phú tùy thuộc vào loại polyme tạo Polyme dẫn điện tổng hợp phương pháp polyme hóa thông thường phương pháp tổng hợp điện Chính nhờ khả dẫn điện cao kim loại nên polyme dẫn ngày ứng rộng rãi sống, lĩnh vực chế tạo sensor hóa học, sinh học, lĩnh vực công nghệ vật liệu điện tử, chống ăn mòn kim loại,… Một số polyme dẫn đặc biệt quan tâm có nhiều ứng dụng rộng thực tế PANi ổn định môi trường không khí, bền môi trường axit, kiềm, chất kích thích, không gây ô nhiễm môi trường có nhiều thuận lợi trình tổng hợp 1.1.2 Phân loại polyme dẫn điện (theo chất dẫn điện) [1, 7] Polyme dẫn chia làm loại  Các polyme oxi hóa khử Các polyme oxi hóa khử vật dẫn có chứa nhóm có hoạt tính oxi hóa khử, liên kết →cộng hóa trị với mach polyme không hoạt động điện hóa Trong có vận chuyển điện tích xảy thông qua trình trao đổi electron liên tiếp tác nhân oxi hóa khử kề Qua trình gọi chuyển electron không theo bước nhảy Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 -e FeII FeIII +e Vinylferrocene  Các polyme dẫn điện Các polyme dẫn điện tử mạch cấu trúc có liên kết đôi liên hợp mở rộng, điển hình PANi Các polyme dẫn điện tử thường chế tạo điện hóa kết tủa bề mặt điện cực trình điện phân tạo thành phương pháp trùng hợp hóa học H N N H n polyaniline (PANi)  Các polyme trao đổi ion Polyme trao đổi ion polyme chứa cấu tử có hoạt tính oxi hoá khử liên kết với màng polyme dẫn ion, trường hợp này, cấu tử có hoạt tính oxi hóa khử ion trái dấu với chuỗi polyme tích điện Cl- + + N Fe(CN)63- Cl- + Cl- + H Polyme trao đổi ion (poly 4-Vilynpyridine với Fe(CN)63-) Trong tất trường hợp chuyển từ dạng tích điện sang dẫn điện thực nhờ thay đổi trạng thái oxi hóa màng polyme, thay đổi diễn nhanh Nhờ tính chất trung hòa điện màng Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 polyme trì Sự thay đổi trạng thái oxi hóa kèm với trình vào ion trái dấu bù điện tích Các polyme hoạt động điện thường vật dẫn tổ hợp biểu tính dẫn điện tử ion 1.1.3 Một số polyme dẫn điện tiêu biểu [ 1, 5, ] H N H N N H n N n H polypyrrole (PPy) polyaniline (PANi) Ứng dụng: PPy dùng để chế tạo siêu tụ điện điện thoại di động Polythiophen (PT) S S n polythiophene (PT) Ứng dụng: Dùng làm điện cực pin nạp điện máy tính, máy ảnh… Poly(paraphenylene vinylene) (PPV) n poly(para-phenylene vinylene) (PPV) Ứng dụng: PPV làm phát quang với nhiều màu sắc khác giống tinh thể lỏng nên dùng để chế tạo hình cực mỏng thay cho hình tinh thể lỏng… Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Poly(α-amino naphtalen) (PANa) Poly(1,5-diamino naphtalen) Nói chung, polyme dẫn điện có ứng dụng rộng rãi sống Polyme dẫn dần trở thành vật liệu hàng đầu cho ngành công nghiệp điện tử, hóa chất, y học, quân sự, … 1.2 Quá trình pha tạp (doping) [ 7, ] Các khái niệm sở biện pháp kĩ thuật để chế tạo polyme dẫn điện bắt nguồn lĩnh vực bán dẫn, chất dẫn electron, đưa vào số tạp chất hay tạo số sai lệch mạng làm thay đổi tính chất dẫn điện bán dẫn tạo chất bán dẫn loại p loại n tùy thuộc vào chất chất pha tạp Từ năm 1977 hai nhà khoa học Heeger Mac Diarmid phát pha tạp iod vào polyacetylen tạo polyme với tính dẫn điện kim loại Sự pha tạp khích lệ nhà khoa học khác tìm khám phá chất pha tạp nhằm làm tăng độ dẫn điện polyme dẫn Nhiều ion đưa vào màng polyme như: Cl- , Br- , F- , SO42- ,…các ion đưa vào màng polyme có tác dụng bù điện tích, trì trạng thái oxi hóa màng ngăn Sự oxi hóa phần Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 chuỗi polyme nhờ anion gọi trình pha tạp Quá trình liên quan đến chuyển đổi electron, trở thành điện tích dương Nhiều nhà khoa học đưa cấu trúc mạch polyme dẫn sau pha tạp anion vào polyanilin sau: Chưa pha tạp Đã pha tạp 1.3 Nguyên nhân dẫn điện polyme dẫn điện Polyme dẫn điện có đặc điểm sau: Đặc điểm chung polyme có khả dẫn điện mạch có nối đôi liên hợp –C=C-C=C-; nối tiếp nối đơn C-C nối đôi C=C PA, PANi, PPy, PTh có đặc điểm chung cấu trúc phân tử Đặc điểm thứ hai diện chất pha tạp (dopant).Iod thí dụ điển hình PA Hai đặc điểm làm cho polyme trở nên dẫn điện Dopant có nguyên tố nhỏ iod (I), chlo (Cl), hợp chất vô hữu cơ, miễn chất nhận điện tử cho anion để kết hợp với mạch carbon polyme Dopant cation Trong kim loại, dẫn điện xảy di động điện tử tự hai điện áp khác Dòng điện tử tự mang điện tích âm (-) Mai Ngọc Bích Trang K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 di động sinh dòng điện từ nơi có điện áp cao đến nơi có điện áp thấp Vì điên tử tự kim loại gọi hạt tải điện Gỗ, đá polyme thông thường khác chất cách điện hạt tải điện Như vậy, hạt tải điện, nguyên nhân gây dòng điện polyme dẫn điện tử tự mang điện âm giống kim loại mà polaron có điện tích +1 bipolaron có điện tích +2 Các polaron bipolaron sinh trình pha tạp (doping) Trong trình pha tạp chất tạp (dopant) nhận electron từ polyme để trở thành ion âm, gây lỗ trống mang điện tích dương electron mạch polyme Lỗ trống electron lại lại gọi polaron vật lý; cặp polaron gọi bipolaron Khi có dòng điện áp đặt vào polyme dẫn điện, polaron bipolaron di động hai điện áp tương tự electron kim loại 1.4 Polyanilin [1, 2, 7, 9] 1.4.1 Anilin (ANi) Polyanilin sản phẩm polyme hóa monome anilin (ANi) phương pháp hóa học hay phương pháp điện hóa dung dịch axit Anilin có công thức cấu tạo sau: NH2 Tính chất Anilin Ở điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường Anilin chất lỏng không màu có mùi khó chịu, để lâu không khí bị oxi hóa biến thành màu vàng sau chuyển sang màu nâu đen Mai Ngọc Bích Trang 10 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 3.2.2 Đo độ dẫn điện PANi Máy đo độ dẫn điện hệ đo điện hai điện cực Đo điện động, quét với vận tốc khác nhau, đo dòng phản hồi lập đồ thị J (mA/cm2) – E (V) tốc độ quét khác Kết đo độ dẫn, đồ thị J - E, với điện từ -0,1V đến +0,1V Tốc 1,0 J, mA/cm độ quét 0,2mV/s giới thiệu hình 3.8 0,0 0,2 5,0 20 50 -1,0 2,0 10 30 100 -2,0 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 E, V/SCE Hình 3.8 Đường cong J – E đo mẫu viên nén PANi bột, từ -0,1V đến 0,1V, vận tốc quét khác (mV/s, ghi đồ thị) Rõ ràng với tốc độ quét 2mV/s thu mật độ dòng cao Như vậy, tốc độ quét đo khác thu giá trị khác Kết cho thấy bột PANi nén viên vật liệu dẫn điện nhóm kim loại hợp kim, mà nhóm chất bán dẫn hữu Xử lý tiếp đồ thị J – E đây, chọn điện -0,1V, -0,05V, 0,05V 0,1V đọc kết JE điện này, dựng đồ thị JE phụ thuộc tốc độ quét, ta có đồ thị hình 3.9 Mai Ngọc Bích Trang 38 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 0,05V 0,1V J, mA/cm 4,0 2,0 0,0 -2,0 -0,05V -0,1V -4,0 -6,0 10 100 v, mV/s Hình 3.9 Biến thiên mật độ dòng nhánh CV anot Ja điện khác (ghi đồ thị) theo tốc độ đo v,mV/s Giá trị âm JE thể giá trị âm điện -0,1 -0,05V Với vận tốc quét 2mV/s giá trị dòng đo cao Điều cho thấy viên nén PANi dây dẫn loại kim loại, mà chất bán dẫn Điện trở R tính theo công thức : R = 1/( J/ E) = E/JE Điện trở R phụ thuộc tốc độ quét (hình 3.10) Đương nhiên với JE lớn ta có điện 1M R, cm trở R nhỏ 100k -0,1 -0,05 0,05 0,1 10k 10 v, mV/s 100 Hình 3.10 Biến thiên điện trở R viên nén bột PANi theo tốc độ quét, nhánh CV anot Ja điện khác (ghi đồ thị) theo tốc độ đo v,mV/s Mai Ngọc Bích Trang 39 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Như PANi có độ dẫn điện thấp, phụ thuộc vào điện phân cực tốc độ phân cực (quét thế) 3.3 Nghiên cứu khả hấp thu CuSO4 PANi Để nghiên cứu khả hấp thu Cu2+ PANi thời gian tiến hành tạo mẫu CuSO4 dùng làm thí nghiệm với 1g PANi Một số kí hiệu: Mẫu 1: M1, Mẫu 2: M2, Mẫu 3: M3 Nồng độ muối CuSO4 dung dịch tổng hợp lựa chọn ghi bảng 3.1 Bảng 3.1 Mẫu thử nghiệm hấp thu CuSO4 PANi Mẫu M1 M2 M3 Nồng độ CuSO4 (mol/l) 0,5 0,05 0,005 3.3.1 Khả hấp thu CuSO4 PANi Cho gam bột PANi vào 100 ml dung dịch CuSO4, nồng độ 0,5M; 0,05M; 0,005M, khuấy cho bột PANi thấm ướt, không bị vón Sau ngâm khuấy nhẹ liên tục Lọc lấy PANi, bột PANi sau hấp thu Cu2+ tiếp tục lọc rửa nước cất nhiều lần cho hết đồng hòa tan chưa hấp thu, sau sấy khô đem chụp EDX với điều kiện chụp: Instrument : 6490(LA) Acc Voltage : 20.0 kV Probe Current : 1.00000 nA PHA mode : T4 Dead Time : 21% - 24% Energy Range : - 20 keV Kết giới thiệu hình 3.11-3.13 Mai Ngọc Bích Trang 40 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 4000 Khóa luận tốt nghiệp - 2012 001 3200 CKa 3600 2800 1200 800 CuKb NKa OKa CuLl CuLa 1600 CuKa SKa 2000 SKb Counts 2400 8.00 9.00 400 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 keV 2+ Hình 3.11 Phổ EDX PANi hấp thu Cu 3600 0,5M 1h, đo lần 001 CKa 4000 1.0 1.0 mm mm 3200 2800 SKa Counts 2400 2000 CuKb 800 CuKa 1200 SKb NKa OKa CuLl CuLa 1600 8.00 9.00 400 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 keV 1.0 1.0 mm mm Hình 3.12 Phổ EDX PANi hấp thu Cu2+ 0,05M 1h, đo lần 4000 001 3200 CKa 3600 2800 800 SKb 1200 CuKb 1600 CuKa SKa 2000 NKa OKa CuLl CuLa Counts 2400 8.00 9.00 400 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 keV 2+ Hình 3.13 Phổ EDX PANi hấp thu Cu Mai Ngọc Bích Trang 41 1.0 1.0 mm mm 0,005M 1h, đo lần K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Mỗi mẫu chụp EDX lần lấy kết trung bình, kết phần trăm (%) nguyên tố giới thiệu bảng 3.2 đến 3.4 Bảng 3.2 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M1 (1h) % Lần đo Lần C N 30,95 45,39 19,00 4,21 0,45 Tổng % 100,00 Lần 31,36 45,12 18,64 4,28 0,59 100,00 Lần 30,66 45,69 18,70 4,32 0,63 100,00 Trung bình 30,99 45,40 18,78 4,27 0,56 100,00 O S Cu Bảng 3.3 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M2 (1h) % Lần đo Lần C N O S Cu 31,26 43,30 20,03 5,21 0,21 Tổng % 100,00 Lần 31,56 44,06 19,32 4,88 0,18 100,00 Lần 32,27 44,34 17,96 5,01 0,43 100,00 Trung bình 31,70 43,90 19,10 5,03 0,27 100,00 Bảng 3.4 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M3 (1h) % Lần đo Lần C N O S Cu 33,05 43,70 18,14 4,99 0,12 Tổng % 100,00 Lần 33,27 43,74 17,86 4,92 0,21 100,00 Lần 34,67 43,25 17,04 4,79 0,24 100,00 Trung bình 33,66 43,56 17,68 4,90 0,20 100,00 Tổng hợp kết trung bình hàm lượng nguyên tố mẫu PANi hấp thu Cu2+ phân tích theo phương pháp hấp thu EDX giới thiệu bảng 3.5 hình 3.14 Mai Ngọc Bích Trang 42 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Bảng 3.5 Hàm lượng trung bình nguyên tố hấp thu Cu2+ PANi theo phương pháp EDX (1h) % %Cu PANi Mẫu Mẫu (M1) Mẫu (M2) Mẫu (M3) C N O S Cu 30,99 31,70 33,66 45,40 43,90 43,46 18,78 19,10 17,68 4,27 5,03 4,90 0,56 0,27 0,20 Tổng % 100,00 100,00 100,00 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.14 Phần trăm khối lượng Cu mẫu PANi hấp thu Cu2+, 1h Như vậy, thấy hàm lượng Cu mẫu PANi thấp tăng gần tuyến tính theo nống độ dung dịch muối Cu2+ Để tính toán hiệu suất hấp thu Cu2+ mẫu PANi, cần dựa vào khối lượng cacbon mẫu không đổi 0,792 gam (vì 91 gam PANi có 72 gam C, gam PANi có 0,792 gam C) Trong mẫu M1, M2, M3 khối lượng C 0,792 gam không thay đổi tỉ lệ % khối lượng C mẫu thay đổi tỉ lệ Cu bị hấp thu vào thay đổi tỉ lệ nguyên tố như: N, O, S thay đổi Như vậy, từ việc biết khối lượng C, %C, %Cu mẫu ta tính khối lượng Cu mẫu Mai Ngọc Bích Trang 43 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Với mẫu M1, tính trung bình lần đo ta có: 0,792(g) C chiếm 30,99% a (g) Cu chiếm 0,56% từ ta tính a = 0,0143 (g) = 14,3 (mg) Tính tương tự mẫu M2, M3 ta trung bình khối lượng Cu mẫu tương ứng 6,75 mg 4,71 mg Từ kết tính khối lượng Cu mẫu, tính phần trăm lượng Cu bị hấp thu lượng Cu dung dịch ban đầu biết 3,2 gam (M1), 0,32 gam (M2) 0,032 gam (M3) Kết tính hàm lượng Cu bị hấp thu trình bày hình 3.15 H, % 15 10 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.15 Hiệu suất hấp thu (H) theo nồng độ Cu2+, 1h Từ kết hình 3.15 cho thấy hiệu suất hấp thu tương đối thấp giảm dần nồng độ muối Cu2+ tăng 3.3.2 Khả hấp thu CuSO4 PANi Cho gam bột PANi vào 100 ml dung dịch CuSO4, nồng độ 0,5M; 0,05M; 0,005M, khuấy cho bột PANi thấm ướt, không bị vón Sau ngâm khuấy nhẹ liên tục Lọc lấy PANi, bột PANi sau hấp thu Cu2+ tiếp tục lọc rửa nước cất nhiều lần cho hết đồng hòa tan chưa hấp thu, sau sấy khô đem chụp EDX Kết giới thiệu hình 3.16-3.18 Mai Ngọc Bích Trang 44 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 4000 Khóa luận tốt nghiệp - 2012 001 3200 CKa 3600 2800 1200 800 CuKb NKa OKa CuLl CuLa 1600 CuKa SKa 2000 SKb Counts 2400 8.00 9.00 400 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 1.0 1.0 mm mm keV 2+ Hình 3.16 Phổ EDX PANi hấp thu Cu 3600 001 CKa 4000 0,5M 3h, đo lần 3200 2800 1200 800 CuKb NKa OKa CuLl CuLa 1600 CuKa SKa 2000 SKb Counts 2400 8.00 9.00 400 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 keV 2+ Hình 3.17 Phổ EDX PANi hấp thu Cu 4500 0,05M 3h, đo lần 001 CKa 5000 1.0 1.0 mm mm 4000 3500 1000 SKb 1500 CuKb 2000 CuKa SKa 2500 NKa OKa CuLl CuLa Counts 3000 8.00 9.00 500 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 10.00 001 keV 2+ Hình 3.18 Phổ EDX PANi hấp thu Cu Mai Ngọc Bích Trang 45 1.0 1.0 mm mm 0,005M 3h, đo lần K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Mỗi mẫu chụp EDX lần lấy kết trung bình, kết phần trăm (%) nguyên tố giới thiệu bảng 3.6 đến 3.8 Bảng 3.6 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M1 (3h) % Lần đo Lần Lần Lần Trung bình C N O S Cu 34,55 34,34 34,63 34,50 44,57 44,64 47,34 45,51 16,20 16,47 13,71 15,46 4,37 4,31 4,03 4,24 0,31 0,25 0,29 0,29 Tổng % 100,00 100,00 100,00 100,00 Bảng 3.7 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M2 (3h) % Lần đo Lần C N O S Cu 32,02 44,37 18,55 4,75 0,31 Tổng % 100,00 Lần 32,57 43,54 19,28 4,47 0,13 100,00 Lần 32,94 44,70 17,74 4,39 0,23 100,00 Trung bình 32,50 44,20 18,51 4,54 0,25 100,00 Bảng 3.8 Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu M3 (3h) % Lần đo Lần C N O S Cu 33,84 44,59 16,55 4,70 0,32 Tổng % 100,00 Lần 34,18 44,24 16,99 4,32 0,28 100,00 Lần 34,82 43,25 17,07 4,61 0,25 100,00 Trung bình 34,28 44,03 16,87 4,54 0,28 100,00 Tổng hợp kết trung bình hàm lượng nguyên tố mẫu PANi hấp thu Cu2+ phân tích theo phương pháp hấp thu EDX giới thiệu bảng 3.9 hình 3.19 Mai Ngọc Bích Trang 46 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 Bảng 3.9 Hàm lượng trung bình nguyên tố hấp thu Cu2+ PANi theo phương pháp EDX (3h) % Mẫu Mẫu (M1) C N 34,50 45,51 15,46 4,24 0,29 Tổng % 100,00 Mẫu (M2) 32,50 44,20 18,51 4,54 0,25 100,00 Mẫu (M3) 34,28 44,03 16,87 4,54 0,28 100,00 O S Cu %Cu PANi 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.19 Phần trăm khối lượng Cu mẫu PANi hấp thu Cu2+, 3h Kết cho thấy, phần trăm khối lượng Cu mẫu PANi sau hấp thu thấp thấp với nồng độ Cu2+ 0,05M Tính toán tương tự với thời gian 1h, thời gian 3h khối lượng Cu mẫu M1, M2, M3 tương ứng 6,66 mg (M1), 6,10 mg (M2) 6,47 mg (M3) Từ tính hiệu suất hấp thu Cu2+ mẫu PANi thời gian 3h trình bày hình 2.20 Mai Ngọc Bích Trang 47 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 H, % 20 15 10 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.20 Hiệu suất hấp thu (H) theo nồng độ Cu2+, 3h Từ đồ thị hình 3.20 cho thấy, hiệu suất hấp thu giảm dần nồng độ muối Cu2+ tăng 3.3.3 So sánh khả hấp thu Cu2+ PANi Cùng nồng độ Cu2+, lượng PANi, thời gian hấp %Cu PANi thu khác cho kết khác Cụ thể sau: 0,6 1h 0,5 0,4 0,3 3h 0,2 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.21 So sánh phần trăm khối lượng Cu mẫu PANi hấp thu Cu2+ Từ kết hình 3.21 cho thấy, sau thời gian 3h, lượng Cu2+ hấp thu PANi ổn định nên hàm lượng Cu mẫu PANi sau hấp thu thay đổi không nhiều Mai Ngọc Bích Trang 48 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội H, % 20 Khóa luận tốt nghiệp - 2012 3h 16 12 1h 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2+ [Cu ], M Hình 3.22 So sánh hiệu suất hấp thu Cu mẫu PANi hấp thu Cu2+ Như vậy, thời gian 3h hiệu suất hấp thu cao thời gian 1h tất nồng độ muối Cu2+ Mai Ngọc Bích Trang 49 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 KẾT LUẬN Trên sở kết tổng hợp PANi nghiên cứu khả tương tác oxi hóa- khử với ion Cu2+ PANi ta rút kết luận sau: Tổng hợp polyme dẫn điện PANi môi trường axit H2SO4 chất oxi hoa dòng điện Xử lý làm 100 gam PANi, sấy khô bảo quản môi trường kín khí để làm vật liệu hấp thu ion kim loại nặng Xác định cấu trúc PANi phương pháp chụp ảnh SEM đo phổ hồng ngoại IR Độ dẫn điện PANi không lớn thể qua độ dẫn nhỏ Đã nghiên cứu trình hấp thu ion Cu2+ PANi, sử dụng phương pháp phân tích EDX phân tích hàm lượng đồng vật liệu hấp thu PANi Kết cho thấy hàm lượng Cu hấp thu PANi tương đối thấp phần trăm hấp thu tương đối thấp Tuy nhiên, tăng thời gian hấp thu hàm lượng Cu mẫu thời gian hấp thu tăng Mai Ngọc Bích Trang 50 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Đặng Đình Bạch, Lê Xuân Quế, cộng sự, Tổng hợp nghiên cứu số polime dị vòng bán dẫn, TC khoa học, trường ĐHSP Hà Nội, số 1-2006, tr.95-98 Đặng Đình Bạch(2000), Hóa học hữu cơ, NXBĐHQG Phan Thị Bình(2006), Điện hóa ứng dụng, NXBKH&KT Phạm Đình Đạo, Trần Kim Oanh, Lê Xuân Quế, Kết tủa điện hoá PANi axit sunphuric, Tạp chí khoa học công nghệ , Tập XXXVIII2003-3B, tr.87-91 Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXBGD Đỗ Thị Hải (2001), Nghiên cứu nâng cao khả bảo vệ kim loại PANi tạo màng hỗn hợp với PANi điện hóa, ĐHSP Hà Nội Bùi Thị Hoa, Nghiên cứu ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt CMC đến trình tổng hợp điện hóa PANi, ĐHSP Hà Nội , V-LV/6683-84 Dương Quang Huấn (2002), Luận Văn Thạc Sĩ, ĐHSP Hà Nội Hữu Huy Luận (2004), Tổng hợp nghiên cứu polime dẫn, copolime dẫn từ pyrol, thiophen, ĐHSP Hà Nội 10 Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô tập 1, NXBGD 11 Trần Kim Oanh (2000), Luận Văn Thạc Sĩ, ĐHSP Thái Nguyên 12 Lê Xuân Quế, Trần Kim Oanh, Nguyễn Hữu Tình, Phạm Đình Đạo, Đỗ Trà Hương, Phạm Huy Quỳnh, Vũ Hùng Sinh, Đặng ứng Vận, Polyme hoá điện hoá anilin môi trường axit, Tuyển tập Hội thảo Vật liệu Polyme Compozit, Hà Nội, 3/2001, Tr 182 13 Nguyễn Minh Thảo, Hoá học hợp chất dị vòng, Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội.1998 Mai Ngọc Bích Trang 51 K34A - Hóa Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - 2012 14 Nguyễn Thị Hải Vân, Ảnh hưởng TiO2 đến trình tổng hợp điện hoá PANi 2006 15 Nguyễn Thị Hải Vân, Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm Hà Nội, 2006 16 Đinh Văn Dũng, Dương Quang Huấn, Hứa Thị Thoan, Phạm Văn Thới, Lê Xuân Quế, Tạp chí hóa học, T45, số 1B, 2007, Tr 396 – 401 17 Dương Quang Huấn, Trần Huy Tiến, Lê Xuân Quế, Tạp chí hóa học T47 (4A), Tr 96 – 100, 2009 18 Dương Quang Huấn, Nguyễn Thị Thu Hương, Hoàng Thị Thu Trang, Lê Thị Hiền Dịu, Đỗ Thị Minh Thủy, Nguyễn Văn Tuấn, Trần Quang Đông, Lê Xuân Quế, Tạp chí hóa học T48 (5A), Tr 82 -86, 2010 Tiếng anh 19 D W DeBerry J Electrochem Soc., Electrochem Sci and Techn., 132 1022 (1985) 20 M C Pham Current Topics in Electrochemistry 2, (1993) 107 -129 21 J.L Camalet, J.C Lacroix, S Aeiyach, P.C Lacaze, J Electroanal Chem 445 (1998) 117 22 K Gurunathan, D.C Trivedi, Mater Lett 45 (2000) 262 23 K.Gurunathan, D.P.Amalnerkar, D.C Trivedi, Materials Letters 4040 (2002)702 24 K Rajendra Prasad, N Munichandraiah, Synth Met 123 (2001) 459 25 K Rajendra Prasad, N Munichandraiah, Synth Met 126 (2002) 61 26 K Rajendra Prasad, N Munichandraiah, Synthetic Metals 130 (2002) 17–26 27 K Rajendra Prasad, N Munichandraiah, Synthetic Metals 123, (2001) pp.459- 468 28 L.G Anne Hugot, in: H.S Nalwa (Ed), Handbook of Organnic Conductive Molecules and Polymes, Vol 3, Wiley, New York, 1997 29 Malinauskas, Synth Met 107 (1999) 75 Mai Ngọc Bích Trang 52 K34A - Hóa [...]... EDX 2.4 Tng hp polyanilin 2.4.1 Dựng cht oxi hoỏ (NH4)2S2O8 Anilin Dung dịch H2SO4 Khuấy đều 1-2 phút Hỗn hợp 1 (NH4)2S2O8 Khuấy đều 3h Hỗn hợp 2 Lọc, rửa sạch, sấy khô Sản phẩm PANi Hỡnh 2.1 S tng hp PANi dựng cht oxi hoỏ Mai Ngc Bớch Trang 26 K34A - Húa Trng i hc S phm H Ni 2 Khúa lun tt nghip - 2012 2.4.2 Dựng dũng in Anilin Dung dịch H2SO4 Khuấy đều 1-2 phút Hỗn hợp 1 Điện phân Hỗn hợp 2 Lọc, rửa... cht c bn ca polyanilin Cỏc polyme dn in t cú h thng ni ụi liờn hp, cú hng lot tớnh cht k thut quan trng nh bn vi nhit, cú t cm v cú h thng bỏn dn H thng ni ụi liờn hp em li mt thun li ln v mt nng lng Polyme cú bn nhit ng cao Polyanilin c mụ t nh mt cht vụ nh hỡnh mu sm bn Mu ca nú cú th thay i t mu xanh lỏ cõy nht cho n mu tớm bic Polyanilin bn vi cỏc dung mụi, khụng tan trong axit, kim, Polyanilin. .. axit, kim, Polyanilin cú t khi rt ln, cú mn v xp cao dn in ca polyanilin gm c dn in ion v dn in t 1.4.3.2 Tớnh oxi húa kh Quỏ trỡnh oxi húa anilin l bt thun nghch, nhng quỏ trỡnh oxi húa polyanilin l quỏ trỡnh thun nghch PANi chuyn t dng oxi húa sang dng kh v ngc li v trớ in th rt gn nhau Trong dung dich axit, ANi kt hp vi H+ to thnh cation.õy l phn ng thun nghch, ANi cú tớnh bazo Alinin hũa tan b... lun tt nghip - 2012 Mng polyme dn, in hỡnh l mng polyanilin cú th bo v n mũn theo nhiu c ch khỏc nhau C ch bo v anot Do polyanilin cú in th mch h dng hn kim loi kim nờn polyanilin úng vai trũ nh in cc dng, lỳc u kim loi b hũa tan nhanh trong dung dch to mng th ng, mng oxit khụng cho kim loi tan tip C ch che chn Cng nh tt c cỏc mng che ph bo v khỏc, mng polyanilin trờn b mt kim loi cú kh nng che chn... anilin to cation gc (2) Tip theo 2 cation gc ny phn ng vi nhau to ime v loi ra hai proton ime hoc oligome cú th b oxi húa th oxi húa monome (3) Phỏt trin mch PANi, giai on ny cỏc ime phn ng vi cation gc PANi hỡnh thnh bng con ng in húa cú th t n hng nghỡn n v monome trong mch phỏt trin polyme Mai Ngc Bớch Trang 14 K34A - Húa Trng i hc S phm H Ni 2 Khúa lun tt nghip - 2012 S to thnh caction gc Cỏc dng... trc tip lờn quỏ trỡnh in húa, n cht lng v tc phn ng Theo mt s ti liu, iu kin in th phõn cc phự hp xut hin ime húa v phn ng to thnh cht ion húa gc hot ng (C6H5NH2)+* cho phộp to thnh PNAi cú cu trỳc mch thng vi cỏc liờn kt v trớ para Ngc li nu in th phõn cc cao, cỏc cation (C6H5NH3)+ cú th phn ng vi Anilin v trớ octo cho cu trỳc cng knh, nhiu sn phm polyme lm xut hiờn s rp lờn ca mng polyme Bn cht cng... gia vo phn ng húa hc, c bit l phn ng polyme húa 1.4.2 Phng phỏp tng hp polyanilin [5, 7, 9] 1.4.2.1 Polyme húa bng phng phỏp húa hc Polyme húa húa hc l phng phỏp thụng dng ch to polyme núi chung cú th ỏp dng ch to polyme dn, i vi Anilin cú th polyme húa hc trong mụi trng axit, trong mụi trng cú cỏc loi cht oxi húa nh thiosunfat Polyanilin ch to bng cỏc phng phỏp húa hc thụng thng cú cu tao mch thng,... emeraldin cỏch in, cỏc liờn kt b kh hon ton Dng N = N ng vi emeraldin ó proton húa (oxi húa hon ton), ú l bipolaron (h gc cation) Gia hai trng thỏi ny cú th tn ti trng thỏi palaron HN - +NH Bipolaron u tiờn ny cú th b oxi húa bng bipolaron N+ = +N thụng qua palaron (gc caction) th 2, N = N+ Trong quỏ trỡnh oxi húa, u tiờn PANi ch b oxi húa nhng vựng tip xỳc vi cc i kim loi, sau ú vựng cú dn in v... xy ra rt nhanh nh ú tớnh cht trung hũa in trong mng polyme c bo ton S thay i trng thỏi oxi húa i kốm vi quỏ trỡnh ra vo ca ion trỏi du bự in tớch Cỏc polyme hot ng in l cỏc vt dn t hp Trong quỏ trỡnh tng hp mng polyme dn cú s chuyn trng thỏi t dn in sang cỏch in, cú s xõm nhp ca anion vo mng polyme S tn ti 2 trng thỏi liờn kt tng ng vi 2 dng mang in: palaron v bipalaron Cú th núi rng quỏ trỡnh nghiờn... nghiờn cu khúa lun Kh nng ng dng ngy cng ln ca polyanilin v khụng ngng phỏt trin trong nhiu lnh vc Trong ú, nhu cu nõng cao cht lng bo v chng n mũn kim loi ang c quan tõm nghiờn cu nhiu nc thay th cho mt s cht c hi gúp phn bo v mụi trng Chng trỡnh hp tỏc hai quc gia Phỏp Vit v bo v kim loi ang c tp trung nghiờn cu nõng cao bn ca mng ph polyme dn Trong ú polyanilin lm Mai Ngc Bớch Trang 22 K34A - Húa ... phỏp tng hp, tớnh cht ca polyanilin, gúp phn a polyanilin vo ng dng thc t, tụi ó chn ti: Tng hp polyanilin bng phng phỏp húa hc v nghiờn cu kh nng tng tỏc vi ion ng (II) lm ti khúa lun tt nghip... N H n polyaniline (PANi) Cỏc polyme trao i ion Polyme trao i ion l polyme cha cỏc cu t cú hot tớnh oxi hoỏ kh liờn kt vi mng polyme dn ion, trng hp ny, cu t cú hot tớnh oxi húa kh l cỏc ion trỏi... - Tng hp polyanilin bng phng phỏp húa hc - Nghiờn cu tớnh cht ca polyanilin thu c - Tỡm hiu v ph IR, phng phỏp phõn tớch AAS, EDX v nh SEM - Nghiờn cu tớnh cht ca polyanilin hp thu ion Cu2+ i

Ngày đăng: 28/11/2015, 17:46

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan