Tổng hợp polyanilin và nghiên cứu khả năng hấp thụ ion sắt

Ngày nay polyme dẫn được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử, làm xenxơ sinh học, cửa sổ quang, bán dẫn… Đặc biệt nghiên cứu kết quả gần đây cho thấy polyanilin có thể làm điện cực tha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

********

LÊ THỊ NHUNG

TỔNG HỢP POLYANILIN VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION SẮT

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hoá hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Lê Xuân Quế

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Xuân Quế đã định hướng và hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kĩ thuật nhiệt đới và các anh chị làm việc tại phòng nghiên cứu Ăn mòn và Bảo vệ kim loại – Viện Kĩ thuật nhiệt đới – Viện KHCN Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi được nghiên cứu, học tập và hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, ban chủ nhiệm, các thầy cô trong Khoa Hóa học đã hết lòng quan tâm giúp đỡ tôi trong suốt thời gian 4 năm học tập

Con xin cảm ơn bố mẹ, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân

đã luôn tạo điều kiện và động viên khuyến khích tôi học tập đến đích cuối cùng

Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2011

Lê Thị Nhung

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này tôi đã trực tiếp nghiên cứu dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy PGS.TS.Lê Xuân Quế Tôi xin cam đoan đây là kết quả tôi đã đạt được trong thời gian làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Nếu có điều gì không trung thực, tôi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật

Hà Nội ngày 9 tháng 5 năm 2011

Lê Thị Nhung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài 5

2 Mục đích nghiên cứu 5

3 Nội dung nghiên cứu 5

4 Đối tượng nghiên cứu 6

5 Phương pháp nghiên cứu 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ POLIME DẪN ĐIỆN 7

1.1 Giới thiệu về polime dẫn điện 7

1.1.1 Lịch sử phát triển 7

1.1.2 Phân loại polime dẫn điện 8

1.1.3 Đặc điểm và ứng dụng 10

1.1.4 Một số polime dẫn điện tiêu biểu 10

1.1.5 Quá trình pha tạp (dopping) 11

1.2 Polianilin 13

1.2.1 Anilin 13

1.2.2 Phương pháp tổng hợp 16

1.2.3 Tính chất của polianilin chế tạo bằng hóa học 19

1.2.4 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại 21

1.3 Định hướng nghiên cứu của khóa luận 22

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Hóa chất và dụng cụ nghiên cứu 24

2.1.1 Hóa chất 24

2.1.2 Dụng cụ 24

2.1.3 Dung dịch nghiên cứu 24

2.2 Cách pha các dung dịch 24

2.2.1 Pha dung dịch H2SO4 1M từ H2SO4 98% 24

2.2.2 Pha dung dịch Fe2+ từ chất rắn FeSO4.7H2O 25

2.3 Các bước tiến hành……… 26

2.3.1 Tổng hợp polianilin bằng phương pháp hóa học 26

2.3.2 Tổng hợp polianilin bằng phương pháp điện hóa 28

2.3.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion sắt của polianilin 29

2.4 Các phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Hiển vi điện tử quét SEM 30

2.4.2 Phương pháp đo phổ EDX 31

2.4.3 Phổ hấp thụ nguyên tử AAS 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Tổng hợp PANi theo phương pháp hóa học 35

3.1.1 Phương trình phản ứng 35

3.1.2 Hiệu suất phản ứng 35

3.1.3 Một số tính chất sản phẩm PANi 35

3.2 Tổng hợp PANi bằng phương pháp điện hóa 36

3.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ của PANi với ion sắt 36

3.3.1 Số liệu thực nghiệm 37

3.3.2 Mô tả phương pháp xử lí số liệu 42

3.3.3 Kết quả xử lí số liệu hấp thụ 44

3.4 So sánh khả năng hấp phụ sắt của PANI điện hóa – hóa học 51

3.4.1 Phương pháp AAS 51

3.4.2 Phương pháp EDX 52

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Polyme - chất dẻo là một loại vật liệu không thể thiếu được sử dụng vô cùng rộng rãi trong đời sống và trong công nghiệp Loại vật liệu này không dẫn điện, quan niệm này đã trở thành cố hữu cho đến cuối thế kỉ 20 Polyme

có khả năng dẫn điện đã không được các nhà khoa học thừa nhận, họ coi đó là một tư tưởng sai lầm Ngày nay, polyme dẫn điện đã là một loại vật liệu phổ biến, được nghiên cứu và ứng dụng rộng khắp

Một trong số polyme dẫn điện hữu cơ điển hình được tập trung nghiên cứu nhiều nhất trên thế giới cho đến tận ngày nay chính là polyanilin (PANi)

Ngày nay polyme dẫn được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử, làm xenxơ sinh học, cửa sổ quang, bán dẫn… Đặc biệt nghiên cứu kết quả gần đây cho thấy polyanilin có thể làm điện cực thay thế platin đắt tiền

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thăm dò và tài liệu tham khảo được

chúng tôi đã chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp: “Tổng hợp polyanilin và

nghiên cứu khả năng hấp phụ ion sắt”

2 Mục đích nghiên cứu

- Chế tạo được PANi theo phương pháp hóa học

- Ứng dụng nghiên cứu khả năng hấp thu ion kim loại sắt

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp được PANi trong axit sunfuric

- Sử dụng PANi tổng hợp được để nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại sắt

4 Đối tượng nghiên cứu

- Polyanilin tổng hợp hóa học và điện hóa trong H2SO4

- Polyanilin trong dung dịch Fe2+

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu: Tổng quan về polyme dẫn và các phương pháp chế tạo polyme dẫn, tập hợp các tài liệu tham khảo liên quan

- Phương pháp chụp phổ AAS và phân tích EDX

- Phân tích – xử lý kết quả thực nghiệm thu được

- Tổng hợp kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ POLYME DẪN ĐIỆN

1.1 Giới thiệu về polyme dẫn điện

1.1.1 Lịch sử phát triển [1, 8, 15]

Các vật liệu cao phân tử đã được sử dụng một cách rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, với các ngành công nghiệp lớn như cao su, chất dẻo, sợi hoá học… Các ứng dụng của chúng gắn với độ bền, độ đàn hồi, độ rắn Tính chất cơ học này xuất phát từ các chất có khối lượng lớn Phần lớn các polyme cách điện có tính chất như: nhẹ, ổn định hoá học, dễ dàng vật liệu hoá

và giá rẻ Gần đây, một nhóm polyme hữu cơ mới được chú trọng nghiên cứu

và chế tạo là polyme có khả năng dẫn điện

Cách đây hơn 150 năm Letheby đã điều chế được PANi bằng phương pháp điện hoá Ông hoà tan 4,2g anilin trong dung dịch H2SO4 1M đặt vào 2 điện cực là Pt nối với nguồn điện một chiều Ông đã quan sát sự dày lên của lớp màng PANi màu xanh đậm trên điện cực dương Vật liệu này có nhiều tên gọi như: Ameraldin, Nigranilin và cuối cùng là polyanilin (PANi)

Cuối năm 1970 polyme dẫn đã bắt đầu trở thành một đối tượng nghiên cứu chủ yếu của công nghệ vật liệu điện tử và cũng trong thời gian này có nhiều thông báo về vật liệu polyme bán dẫn

Những năm tiếp theo nhiều thí nghiệm đã được thực hiện như: A.J Heerger, A.G Macdiamid đã thực hiện pha tạp (doping) các polyme dẫn bằng cách lấy một số tạp chất làm tăng độ dẫn điện của nó và xuất hiện polyme dẫn

Sau này một loạt polyme dẫn ra đời Tại Việt Nam, năm 1990 đã có sự nghiên cứu về PANi của Thái Doãn Hoà trong nghiên cứu các sensor sinh học

để xác định nồng độ glucozơ trong máu Polyme dẫn trở thành một trong bốn hướng chủ yếu của công nghệ vật liệu mới - vật liệu điện tử

Một trong những tính chất quan trọng của polyme dẫn điện là độ dẫn điện

Độ dẫn điện được tính theo công thức:

σ = R

1 ( R là điện trở (Ω) ) Đối với chất bán dẫn cổ điển, hạt tải có thể là ion điện tử hay lỗ trống Polyme dẫn xuất hiện hạt tải mới mới đó là polaron có điện tích là ± 1,

1.1.2 Phân loại về polyme dẫn điện [8]

1.1.2.1 Các polyme dẫn điện oxi hóa khử (redox conducting polymer)

Là những vật dẫn điện chứa các nhóm hoạt tính oxi hóa khử, liên kết cộng hóa trị với mạch polyme Vật liệu này không hoạt động hóa học Trong các polyme có sự chuyển điện tử xảy ra thông qua quá trình tác động electron liên kết giữa các nhóm oxi hóa khử gần nhau Quá trình này gọi là chuyển electron theo bước nhảy

Ví dụ:

Fe (II,III)

1.1.2.2 Các polyme dẫn điện tử (electronical coducting polymer)

Với polyme này, có quá trình chuyển điện tích dọc theo các chuỗi xảy

ra nhanh Nguyên nhân là do sự không định trú của một số liên kết π, dẫn tới không có sự tích tụ cục bộ điện tích

Polyme này thường được chế tạo bằng cách oxi hóa, bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp điện hóa kết tủa trên bề mặt điện cực trong điện phân

Polyme dẫn điện tử rất bền nhiệt, có độ từ cảm và tính bán dẫn

Ví dụ:

N H

N H

Polyanilin (PANi)

1.1.2.3.Polyme dẫn điện trao đổi ion (ion exchange conducting polymer)

Polyme hóa có cấu tạo linh hoạt oxi hóa khử liên kết tĩnh điện với mạng polyme dẫn điện ion

Cấu trúc hoạt tính oxi hóa khử là các ion trái dấu với chuỗi polyme tích điện

Ví dụ:

N H+

Cl

-Fe(CN)6

Cl

-Fe(CN)6+

1.1.3.2 Ứng dụng:

Ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành điện tử: làm sensor sinh học, cửa

sổ quang bán dẫn, chống ăn mòn kim loại, làm chất phụ gia trong điện cực âm trong pin và acqui, sử dụng trong ngành hóa chất

PANi còn nhiều khả năng ứng dụng trong hiện tại và tương lai:

- Làm pin – acqui PANi

- Làm màng điện sắc do màu sắc của nó thay đổi tùy thuộc vào phản ứng oxi hóa khử của màng làm chỉ thị màu

- Có khả năng chống ăn mòn kim loại theo nhiều cơ chế bổ sung cho nhau

- PANi còn có khả năng tạo màng – lớp lót trong thụ động bề mặt kim loại, tính ức chế thay thế cho các crom độc hại

1.1.4 Một số polyme dẫn điện tiêu biểu

 Polypyrol – PPy

N

H

N H

N

 Polyanillin – PANi

N H

N

H N

H

n

 Polythiophen

S S

n

 Poly(1,5-diaminnaphtalen)

1.1.5 Quá trình pha tạp (dopping) [1, 8]

Cở sở cho việc nghiên cứu polyme dẫn: trong lĩnh vực bán dẫn

Trong quá trình điều chế, khi đưa vào một số tạp chất hay tạo ra một số sai hỏng mạng lưới sẽ làm thay đổi tính chất dẫn điện của bán dẫn Từ đó tạo nên chất bán dẫn loại p hay loại n, tùy thuộc bản chất của chất pha tạp

Năm 1977, Huger Macdiarmid phát hiện ra khi pha tạp I2 và polyaxetilen tạo được polyme dẫn của kim loại Điều này đã khích lệ các nhà khoa học khác tìm và khám phá các chất tạp mới làm tăng độ dẫn điện

Những ion được đưa vào polyme (Cl-, Br-, I-, SO42-…) có tác dụng bù điện tích đang duy trì trong trạng thái oxi hóa của màng Sự oxi hóa một phần chuỗi polyme nhờ các anion cũng là pha tạp Quá trình này liên quan tới sự chuyển đổi 1electron để trở thành điện tích dương

Nhờ quá trình pha tạp hết sức phong phú và đa dạng, polyme dẫn điện

có nhiều tính quý giá Ta kiểm soát được polyme dẫn sẽ có rất nhiều ứng dụng rộng rãi

 Cấu trúc của polyme trước và sau khi pha tạp:

N H

N H N

H

N H

Chưa pha tạp

- HA + HA

N+H

Ở điều kiện thường, anilin là chất lỏng không màu, có mùi khó chịu

Để lâu trong không khí sẽ có màu vàng hoặc màu nâu đen do anilin bị oxi hóa bởi không khí

Khối lượng riêng d = 1,022 Nhiệt độ sôi ts = 184,4oC Nhiệt độ nóng chảy tnc = 6,2oC

Tan mạnh trong ete, benzen, etanol và tan ít trong dung môi khác

Ở 20oC, 100g nước hòa tan 3,4g anilin Anilin rất độc, nó không chỉ thâm nhập qua màng nhầy và đường hô hấp mà còn thấm qua da

1.2.1.2 Tính chất hóa học của anilin

- Phản ứng tạo thành anilit (phản ứng axyl hóa)

HO C CH3O

NH2

H2O +

+ 3Br2 + 3HBr

Br Br

- Anilin và fomandehit trong môi trường trung tính hoặc axit yếu sẽ điều chế được chất trimetylenanilin đun nóng với axit tạo thành nhựa có màu vàng đỏ là những polyme của metylen anilin

N CH2 N CH2 N CH2

Tác dụng của anilin với fomandehit trong môi trường axit mạnh sẽ tạo thành polyme có cấu trúc:

HN CH2 - NH CH2

1.2.2 Phương pháp tổng hợp [1, 8]

1.2.2.1 Polyme hóa bằng phương pháp điện hóa

Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện tạo nên sự phân cực với điện thế tổng hợp, sao cho đủ năng lượng để oxi hóa monome trên bề mặt điện cực, khơi mào cho polyme hóa điện tạo màng dẫn điện phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE)

Tuy nhiên polyme hóa bằng phương pháp điện hóa có một số nhược điểm sau:

- Các hạt sinh ra bám dính trên bề mặt điện cực theo từng lớp, từng lớp nên kích thước các hạt không đồng đều

- Tốc độ phản ứng chậm

- Không điều chế được lượng lớn trong một thời gian ngắn

- Hiệu suất của phản ứng không cao, do thời gian tạo màng tương ứng với thời gian tồn tại điện thế mà tại đó xảy ra quá trình oxi hoá điện hoá monomer để tạo polyme Thời gian này tương đối ngắn

1.2.2.2 Polyme hóa bằng phương pháp hóa học

Polyme hóa bằng phương pháp hóa học thực hiện trong môi trường axit tạo mạch polyme có cấu trúc thẳng như sau:

Leuco- emeradin

ANi còn tham gia quá trình nhựa hóa tạo nhiều polyme khác: quá trình ngưng tụ tạo polyme của metylanilin và polyfomandehitanilin

Polyanilin thu được bằng phương pháp hóa học cũng có thể tạo màng trên bề mặt kim loại bằng cách hòa tan hoặc phân tán bột PANi trong cấu tạo màng sau đó quét lên bề mặt kim loại

1.2.2.3 Cơ chế polyme hóa ANi tạo PANi [6, 8]

Hình 1.2 minh họa các quá trình xảy ra trong quá trình polyme hóa ANi Genies đưa ra một số cơ chế polyme hóa ANi trong môi trường axit như sau:

(1) Giai đoạn oxi hóa anilin tạo thành cation gốc

(2) Cation gốc phản ứng với nhau tạo đime và loại ra 2 proton

(3) Giai đoạn các đime phản ứng với các cation gốc của monomer phát triển mạch PANi

N

NH2

HH

NH

NH2

- 2H +

(3)N

H

NH2

- 1e

NH

NH2

Hình 1.2 Quá trình polyme hóa ANi

- Sự tạo thành cation gốc:

H

HH+ 1e

- Các dạng cộng hưởng của cation gốc:

1.2.3 Tính chất của polyanilin chế tạo bằng hoá học

1.2.3.1 Tính chất chung

PANi chế tạo bằng phương pháp hoá học có một số tính chất chung của polyme dẫn hình thành bằng phương pháp điện hoá Ngoài ra còn có một số tính chất như:

- PANi sinh ra trong dung dịch, vì thế kích thước hạt nhỏ, mịn và rất đồng đều

- Tốc độ phản ứng nhanh

- Có thể điều chế một lượng lớn trong cùng một thời gian

- Quá trình điều chế đạt hiệu suất cao

- Có thể dễ dàng cấy ghép, pha tạp làm thay đổi tính chất của polyme dẫn

- Độ bám dính của màng polyme dẫn lên điện cực nền cao, có bản chất bám dính kiểu liên kết hóa lý với bề mặt dẫn điện, khác hẳn sự bám dính của màng sơn quét lên kim loại

1.2.3.2 Tính chất oxi hoá khử

Quá trình oxi hóa anilin là bất thuận nghịch nhưng quá trình oxi hóa PANi là thuận nghịch PANi chuyển từ dạng khử sang dạng oxi hóa và ngược lại ở vị trí điện thế rất gần nhau

Trong dung dịch anilin kết hợp với H+ tạo thành cation Đây là phản ứng thuận nghịch, anilin có tính bazơ

+ H+

Anilin hòa tan bị oxi hóa tạo thành polyanilin kết tủa trên bề mặt điện cực Khi điện thế cực đủ lớn, anilin giải phóng H+, nhường điện tử cho điện cực, tạo nên dạng hoạt hóa và tạo thành màng polyme kết tủa

Cấu trúc cơ bản a Cấu trúc cơ bản b

PANi có thể bị oxi hóa hoặc khử tạo thành các dạng dẫn xuất khác nhau Dạng tổng quát gồm hai dạng cấu trúc a và b, với a, b là số nguyên

Dạng cơ bản và đơn giản nhất của PANi khi a > 0, b = 0, chất leucomeraldin Từ dạng cơ bản này có thể oxi hóa tạo nên các dạng khác

H H

Dạng đơn giản là oxi hóa một nửa mạch polyanilin sao cho a = b Trong thực tế, có thể chỉ có một phần nhỏ hoặc gần hết mạch bị oxi hóa, khi

đó ta có công thức tổng quát là a >0, b > 0, a có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn b

- Oxi hóa toàn phần

Nếu toàn bộ mạch PANi bị oxi hóa, cấu trúc dạng a không còn, chỉ có dạng b, PANi trở nên có độ dẫn điện cao nhất Do đó tỉ lệ giữa cấu trúc giữa a

và b sẽ quyết định tính chất dẫn điện của PANi:

+ a = 1, b = 0: PANi khử hoàn toàn, dạng leucomeraldin

+ a = b = : PANi+ bị oxi hóa một nửa, dạng emeraldin + a = 0, b = 1: PANi+ bị oxi hóa hoàn toàn, dạng perni granitin

1.2.4 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại

Màng polyme dẫn, điển hình là polyanilin có thể bảo vệ chống ăn mòn theo nhiều cơ chế khác nhau

- Cơ chế anôt:

Do polyanilin có điện thế mạch hở dương hơn kim loại nền nên PANi đóng vai trò như cực dương, lúc đầu kim loại bị hòa tan nhanh chóng trong dung dịch tạo màng thụ động – màng oxit không cho không cho kim loại nền tan tiếp (hình 1.3)

- Cơ chế ức chế:

Polyanilin có nhóm chức hoạt hóa, với cặp điện tử π tự do, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hấp phụ và nâng cao khả năng chống ăn mòn Tính ưu việt là ở chỗ bề mặt thép vẫn được bảo vệ sau khi bong cục bộ màng PANi

Fe + PANi+A– + 3H2O  -Fe2O3 + PANi+A– + 6HA

Khi màng phủ có khuyết tật, bề mặt kim loại có thể tiếp xúc với với môi trường có oxi, nước, PANi có vai trò là chất oxi hóa tạo oxit kim loại

Màng oxit sẽ phủ kín bề mặt kim loại bị hở Tạo nên một barie thụ động bền

bảo vệ chống ăn mòn

2A- + H2O ← O2 + 2H+A-

Hình 1.4: Sơ đồ phản ứng của chất ức chế PANi trên nền Fe

1.3 Định hướng nghiên cứu của khoá luận

Khả năng ứng dụng của PANi ngày càng lớn và không ngừng phát triển

trong nhiều lĩnh vực Trong đó có nhu cầu nâng cao chất lượng bảo vệ môi

trương, đặc biệt là các nguồn nước đang được quan tâm nghiên cứu ở nhiều

nước

Hiện nay, ở nước ta vấn đề bảo vệ môi trường nhất là bảo vệ mực nước

ngầm đang là một vấn đề vô cùng bức thiết Việc tìm ra các loại vật liệu,

nguyên liệu mới đang được tập trung nghiên cứu PANi có khả năng hấp phụ

ion kim loại nặng, vì thế đã được đưa vào nghiên cứu từ lâu Việc nghiên cứu

chúng đã thu được những kết quả khả quan và có thể mở ra những hướng

nghiên cứu mới nhiều triển vọng

PANi có thể đáp ứng yêu cầu ứng dụng của thực nghiệm Để tổng hợp

PANi phục vụ cho việc bảo vệ nguồn nước ta không phải mất kinh phí quá

lớn, như những phương pháp khác Ngoài ra, việc sử dụng PANi lại không

gây hại gì tới môi trường Vì vậy, nó càng có thêm nhiều ưu điểm để sử dụng

Với mục đích nghiên cứu trên, em đã chọn đề tài “Tổng hợp polyanilin

và nghiên cứu khả năng hấp phụ ion sắt”

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hóa chất và dung dịch nghiên cứu

2.1.1 Hóa chất

- Anilin nguyên chất,

2.1.3 Dung dịch nghiên cứu

- Dung dịch 10% anilin trong axit sunfuric 1M, 100ml

- Dung dịch axit sunfuaric H2SO4 1M

- Dung dịch ion FeSO4 với các nồng độ: 100, 50, 20, 10 (mg/l)

m

.100% = 100 %

. o

ct V d

m

= 100 %

.

o

ct ct V d

n M



100

.

V d M

C V d

n   ( C = M = 98)

Có: CM =

V

V d V

100

.

d

V C

o

100



Trong đó: V0 thể tích dung dịch axit ban đầu cần lấy

V thể tích dung dịch cần pha

d khối lượng riêng của axit

Ví dụ: Pha 1000ml dung dịch axit sunfuaric H2SO4 1M từ axit H2SO4 98% (d

= 1,84g/ml)

Áp dụng công thức trên có:

V0 =

84 , 1

1 1 100

= 54,347 (ml)  54,3 (ml)

Để pha 1000ml dung dịch axit sunfuaric H2SO4 1M từ axit sunfuaric H2SO4

98%, ta lấy 54,3ml H2SO4 98% và nước cất pha chế thành 1000ml dung dịch

2.2.2 Pha dung dịch Fe 2+ từ chất rắn FeSO 4 7H 2 O

Trước tiên, ta pha 1 dung dịch gốc, sau đó ta sẽ pha dung dịch gốc thành dung dịch Fe2+ với các nồng độ 100, 50, 20,10 (mg/l)

a Pha 500ml dung dịch Fe2+ 0,05M từ mẫu rắn FeSO4.7H2O

nFe2+ = 0,5 0,05 = 0,025 (mol)

Có phương trình phân li:

FeSO4.7H2O  Fe2+ + SO42- + H2O 0,025 ← 0,025 (mol)

 mFeSO4.7H2O = 0,025.278,02 = 6,95(g)  7(g)

Cách pha: Hòa tan 7(g) FeSO4.7H2O vào nước, cho vào bình định mức, sau

đó đổ nước cất đến vạch định mức 500ml, ta được dung dịch Fe2+ 0,05M (dung dịch gốc)

b Pha dung dịch Fe2+ với các nồng độ 100, 50, 20, 10 (mg/l) từ dung dịch gốc

Dung dịch (1): 250ml dung dịch Fe2+ chứa 100mg/l

Dung dịch (2): 250ml dung dịch Fe2+ chứa 50mg/l

Dung dịch (3): 250ml dung dịch Fe2+ chứa 20mg/l

Dung dịch (4): 250ml dung dịch Fe2+ chứa 10mg/l

Từ dung dịch gốc có nồng độ Fe2+ = 0,05.56  2,8 (g) Fe2+/l

= 2,8 (mg) Fe2+/ml

 Từ dung dịch (1) ta có mFe = 25mg

số ml dung dịch gốc cần lấy:

8,2

25

= 8,9 (ml) Vậy để pha 250ml dung dịch (1), ta lấy 8,9ml dung dịch gốc vào bình định mức và đổ nước cất tới vạch 250

2.3 Các bước tiến hành nghiên cứu

2.3.1 Tổng hợp PANi bằng phương pháp hóa học

Bước 1: Chuẩn bị dung dịch monome Cho 1900ml dung dịch axit sunfuric 1M vào lọ thuỷ tinh Thêm 100ml anilin, khuấy đều để tạo dung dịch đồng nhất

Bước 2: Chuẩn bị dung dịch chất oxi hoá Cho 125,4g (NH4)2S2O8 vào 627ml nước cất, khuấy đều để amoni persunfat tan hết

Bước 3: Vừa khuấy hỗn hợp vừa thêm từ từ từng giọt dung dịch chất oxi hoá Hỗn hợp phản ứng sau đó được khuấy đều thêm 5 giờ

Khi kết thúc phản ứng, lọc sản phẩm trên máy lọc hút chân không

- Sản phẩm PANi được làm sạch bằng cách ngâm, khuấy, rửa bằng nước cất Đồng thời, kiểm tra pH bằng giấy quì tới môi trường trung tính Tiếp đó, PANi được sấy khô Mẫu PANi được bảo quản cẩn thận (trong túi nilon, lọ, hộp) trước khi chụp SEM

Sơ đồ tổng hợp PANi bằng phương pháp hóa học:

Sản phẩm PANi

Dung dịch H2SO4

Khuấy đều 10-20 phútHỗn hợp 1

Lọc, rửa sạch, sấy khô

Anilin

Hỗn hợp 2(NH4)2S2O8 Khuấy đều 3h

2.3.2 Tổng hợp PANi bằng phương phỏp điện húa

Bước 1: Chuẩn bị dung dịch monome Cho 900ml dung dịch axit sunfuric 1M vào lọ thuỷ tinh Thờm 100ml anilin, khuấy đều để tạo dung dịch đồng nhất

Bước 2: Chuẩn bị 3 tấm điện cực thộp khụng gỉ, thường là loại thộp 316L, kớch thước 5cm x 10cm, diện tớch mỗi bề mặt sẽ là 50cm2, làm điện cực Cho 3 điện cực vào dung dịch, điện cực dương ở giữa, 2 điện cực õm ở hai bờn Nối tiếp xỳc với nguồn điện 1 chiều, điện thế 3-12V, dũng điện cú thể trong khoảng 10-20ê

Bước 3: Khuấy nhẹ dung dịch, rồi đúng điện và tăng từ từ dũng điện từ 0A đến 2A, địện cực dương (anụt) đạt 20mA/cm2, thời gian điện phõn được tớnh theo định luật Faraday, với cụng thức mỗi phõn tử monome anilin trong quỏ trỡnh polyme húa tạo polyme PANi sẽ mất đi 2 điện tử Sơ đồ bố trớ 3 điện cực trong bỡnh điện phõn như sau: