Nghiên cứu điều chế dung dịch mạ điện nickel với tác nhân đệm là các axit hữu cơ

DANH SÁCH NH NG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN... INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1.. General information Profect title: “A study on the synthesis of nickel electroplating solution with bu

B GIÁO D C VÀ ÀO T O

I H C À N NG

BÁO CÁO TÓM T T TÀI KHOA H C VÀ CÔNG NGH

B GIÁO D C VÀ ÀO T O

I H C À N NG

BÁO CÁO TÓM T T TÀI KHOA H C VÀ CÔNG NGH

DANH SÁCH NH NG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN

THÔNG TIN K T QU NGHIÊN C U

1 Thông tin chung

Tên đ tài: “Nghiên c u đi u ch dung d ch m đi n nickel v i tác

nhân đ m là các axit h u c ”

Mã s : 2013-03-36

Ch nhi m đ tài: TS V Th Duyên

TCQ: 0511 3244198 TD : 0167 489 3375

Email:hoaxoantim810@yahoo.com ho c vtduyen@ud.edu.vn

Thành viên tham gia: TS inh V n T c; CN Võ Th Ki u Oanh

Nghiên c u tính ch t c a dung d ch m đi n nickel v i tác nhân

đ m là các axit h u c : axetic, glixin, asparagine; tìm m i quan h gi a tính ch t c a dung d ch v i thành ph n ion c a chúng, t đó rút ra nguyên t c l a ch n thành ph n t i u cho dung d ch m đi n nickel

3 Tính m i và sáng t o

- a ra nguyên t c l a ch n thành ph n dung d ch m đi n nickel có tính đ m t t và pH t o thành k t t a hidroxit cao

- Xây d ng đ c ph ng pháp tính toán lý thuy t đ đ m

c a dung d ch nhi u c u t trên c s phân tích thành ph n ion c a dung d ch

- óng góp thêm các thông tin, t li u khoa h c v thành

ph n c a dung d ch m đi n nickel n ng đ th p

t i ch y u d ng ion nickel t do ho c ph c ch t cation, trong môi

tr ng ki m nickel t n t i d ng ph c ch t anion Khi t ng n ng đ axit h u c s cân b ng v n ng đ c a d ng proton và deproton ([HAc] = [Ac-]; [HGly] = [Gly-]; [HAsp-] = [Asp2-]) s d ch chuy n

v phía môi tr ng baz và nh h ng t ng theo th t : HAc < HGly

< H2Asp

2) ã nghiên c u tính ch t đ m c a dung d ch các axit axetic, glixin,

asparagine và dung d ch m đi n nickel ch a các axit h u c trên có

pH thay đ i t 1 đ n 12 Ch ng minh đ c, tính ch t đ m c a dung

dch liên quan đ n s phân b các d ng t n t i c a các axit h u c :

d ng proton và deproton i v i dung d ch đ m tinh khi t đ đ m

c c đ i xu t hi n khi pH = pKa i v i dung d ch m đi n nickel do

nh h ng c a s t o ph c v trí c a c c đ i đ đ m có th b đ y v vùng axit

3) ã đ a ra nguyên t c l a ch n thành ph n dung d ch m đi n nickel

có đ đ m cao và ph ng pháp xác đ nh đ m n ng c a dung d ch

d a vào vi c phân tích thành ph n ion c a dung d ch

4) ã nghiên c u nh h ng c a b n ch t và n ng đ ligand đ n pHh Xác đ nh đ c thành ph n hóa h c c a h p ch t ít tan t o thành khi dung d ch b v n đ c Ch ng minh đ c, s có m t c a ion clorua trong thành ph n h p ch t ít tan là nguyên nhân d n đ n s gi m đáng k giá tr pHh t dung d ch m đi n ch a mu i nickel clorua Các anion h u c không tham gia vào quá trình t o h p ch t ít tan, chúng ch nh h ng đ n giá tr pHh thông qua vi c t o ph c v i ion nickel

5) ã đ a ra nguyên t c l a ch n thành ph n dung d ch m đi n nickel

có pHh cao: thêm ligand có kh n ng t o ph c b n v i n ng đ trong kho ng CL:CNi = nmax ± 0,5, đây nmax là s ligand t i đa có trong

ph c ch t

6) ã nghiên c u quá trình m đi n nickel t các dung d ch có pHh và

đ m n ng khác nhau Ch ng minh đ c m i quan h gi a pHh v i

hi u su t đi n phân và tính ch t b m t m Tính ch t đ m không nh

h ng tr c ti p đ n hi u su t đi n phân nh ng có th giúp gi cho dung d ch làm vi c n đ nh t i môi tr ng có hi u su t đi n phân cao

nh t

5 Tên s n ph m

 Tài li u v k t qu nghiên c u: báo cáo t ng k t

 Dung d ch m đi n nickel v i tác nhân đ m là các axit h u c

 B ng tra c u đ đ m c a dung d ch m đi n nickel ch a các axit h u c

6 Hi u qu , ph ng th c chuy n giao k t qu nghiên c u và kh

n ng áp d ng

 S bài báo công b : 02

 S báo cáo t i h i ngh khoa h c: 01

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information

Profect title: “A study on the synthesis of nickel electroplating solution

with buffering agents are organic acids”

Code number: 2013-03-36

Project Leader: Dr Vu Thi Duyen

Office tel: 0511 3244198

Mobile: 0167 489 3375

Email: hoaxoantim810@yahoo.com or vtduyen@ud.edu.vn

Coordinator: Dr Dinh Van Tac; DSc Vo Thi Kieu Oanh

Implementing institution: Danang University of Education

Address: 459 Ton Duc Thang St., Danang City

3 Creativeness and innovativeness

- Established principles of selection the optimum components for nickel electroplating solution with good buffering properties and high pH of hydrated metal ions

- Developed a theoretical method for calculating the buffer capacity solution’s with many components based on analysis of its ionic composition

- Contributed more information for scientific resources about composition of the nickel electroplating low-concentrated solution

= [Ac-], [HGly] = [Gly-], [HAsp-] = [Asp2-]) will translate moving toward the alkaline and the influence increases in the order: HAc

<HGly <H2Asp

2) Studied buffering properties of solutions organic acids: acetic, glycine, asparagine and nickel electroplating solution containing organic acids in pH range from 1 to 12 It shown that, buffering properties of solutions related to the distribution protonated and deprotonated form of organic acids For the solutions of pure buffering agents maximum buffer capacity occurs when pH = pKa For the nickel electroplating solutions due to the complexation position of the maximum buffer capacity can be pushed to the acid 3) Established principles of selection the optimum components for nickel electroplating solution with good buffering properties and method of buffer capacity determination based on the ionic composition of solution

4) Studied influence of the nature and concentration of ligands on The nature of precipitates formed in these electrolytes when pH = pHh is determined It shown that, the presence of chloride ions in precipitates is the cause of a significant reduction of pHh The organic anions are not involved in the process of creating compounds less soluble in water, they only influence on values of pHh through

formation complexes with ion nickel

5) Established principles of selection the optimum components for nickel electroplating solution with high pHh: addition of ligands forming stable complexes with concentrations in the range CL: CNi = 0,5 ± nmax, where nmax is the maximum number of ligands in complexes

6) Investigate nickel electroplating from the solutions with different pHh and buffer capacity It shown that relationship between the pHh and the performance of the electrolysis process and properties of nickel-plated copper Buffering properties don’t directly influence on electrolyte performance, but can help keep the solution in stable working environment with highest performance

5 Products

 Materialof research results: final report

 Nickel electroplating solution with buffering agent is organic acid

 Lookup table buffer capacity of Nickel electroplating solution with

organic acids

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability

 The number of articles published: 02

 The number of: 01

n ng đ OH

khu v c catot t ng đ t ng t, đ c bi t khi s d ng dòng

đi n có c ng đ l n i u này không ch làm gi m c ng đ dòng đi n

t i đa cho phép s d ng, gi m hi u su t c a quá trình đi n phân, trong

tr ng h p pH v t qua giá tr pH t o k t t a hidroxit (pHs > pHh) s n

ph m t o thành còn b l n t p ch t, ch t l ng b gi m

kh c ph c v n đ trên ng i ta đ a vào thành ph n dung

d ch m đi n nickel các ch t v a có kh n ng t o ph c v i ion nickel giúp c i thi n tính ch t c a b m t, v a có tính ch t đ m - có tác d ng

gi cho pH c a vùng catot không b t ng đ t ng t trong quá trình đi n phân Hi u qu c i thi n tính ch t dung d ch m đi n nickel và s n ph m thu đ c c a các ligand h u c có tính ch t đ m đã đ c ch ng minh trong nhi u bài báo đ c đ ng t i trên các t p chí l n c a th gi i

Tuy nhiên s l a ch n ch t đ m – ligand cho dung d ch m đi n nickel ho c mang tính ch t th c nghi m, ho c ch d a trên c s giá tr

h ng s axit (baz ) nh đ i v i dung d ch đ m truy n th ng: đ đ m có giá tr l n nh t khi pH = pKa Cách l a ch n này đ i v i h g m nhi u cân b ng ph c t p nh dung d ch m đi n nickel th ng không chính xác Ví d khi ch t đ m trong dung d ch m đi n nickel có kh n ng t o

ph c v i ion nickel, cân b ng t o ph c gián ti p thông qua vi c d ch chuy n cân b ng axit- baz có th nh h ng r t l n đ n đ đ m c a dung dch C s lý thuy t và nguyên t c chung nh t đ ch n l a thành

ph n dung d ch m đi n nickel sao cho t i u nh t v n ch a đ c đ a

ra

Vì th , chúng tôi ch n đ tài: “Nghiên c u đi u ch dung d ch

m đi n nickel v i tác nhân đ m là các axit h u c ”

2 M c đích nghiên c u

Nghiên c u tính ch t c a dung d ch m đi n nickel v i tác nhân

đ m là các axit h u c : axetic, glixin, asparagine, t đó rút ra nguyên

t c l a ch n thành ph n t i u cho dung d ch m đi n nickel

3 i t ng nghiên c u và ph m vi nghiên c u

3.1 i t ng nghiên c u: Dung d ch m đi n nickel

3.2 Ph m vi nghiên c u:

- Nghiên c u tính ch t c a dung d ch m đi n nickel v i tác nhân

đ m là các axit h u c : axetic, glixin, asparagine

- Tìm m i quan h gi a tính ch t c a dung d ch v i thành ph n ion c a chúng

- Rút ra nguyên t c l a ch n thành ph n t i u cho dung d ch m

+Thi t l p m i liên h gi a tính ch t c a dung d ch m đi n v i thành ph n ion c a chúng và đ a ra nguyên t c l a ch n thành

ph n t i u cho dung d ch m đi n nickel

+ Nghiên c u so sánh tính ch t b m t thu đ c b ng cách đi n phân dung d ch ch a ch t đ m là các axit h u c

5 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u

5.1 Cách ti p c n

Trên c s các tài li u tham kh o v thành ph n c b n c a dung d ch m đi n nickel, đi u ch dung d ch m đi n nickel v i tác nhân đ m là các axit h u c : axetic, glixin, asparagine, đ ng th i đ nh

h ng nghiên c u thành ph n ion c a các dung d ch đi u ch Kh o sát tính ch t hóa lí c a dung dch đ c đi u ch , c ng nh tính ch t b m t

m thu đ c T v n chuyên môn, xây d ng m i liên h gi a tính ch t

hóa lí và thành ph n ion c a dung d ch và thi t l p nguyên t c l a ch n thành ph n t i u cho dung d ch m đi n nickel

5.2 Ph ng pháp nghiên c u

 Ph ng pháp nghiên c u lý thuy t

+ Thu th p, t ng h p, phân tích các tài li u v thành ph n c

b n c a dung d ch m đi n nickel và nh h ng c a chúng t i tính ch t b m t m thu đ c

+ T ng h p tài li u v ph ng pháp tính toán lý thuy t phân tích thành ph n ion c a dung d ch m đi n nhi u thành ph n

 Ph ng pháp nghiên c u th c nghi m

+ Ph ng pháp chu n đ đi n th xác đ nh tính ch t đ m c a dung d ch

+ Ph ng pháp chu n đ axit – baz đ xác đ nh pH t o thành

+ Các k t qu thu đ c là tài li u tham kh o cho các nghiên c u

ti p theo kh c ph c tình tr ng dung d ch m đi n kim lo i n ng

đ th p nhanh chóng b đ c trong quá trình s d ng

+ S thành công c a đ tài cho phép l a ch n đ c nh ng ch t

đ m h u c hi u qu thay th cho axit boric, đ ng th i l a ch n thành ph n dung d ch m đi n nikel t i u nh t sao cho dung

d ch có tính ch t đ m t t, có pH t o k t t a hidroxit cao

Ch ng 1 T ng quan: phân tích, t ng h p các d li u v thành ph n,

tính ch t c a dung d ch m đi n nickel s d ng trong công nghi p; trình bày c ch m đi n nickel t dung d ch đ n gi n và dung d ch ph c

Ch ng 2 Ph ng pháp nghiên c u: li t kê các hóa ch t, d ng c thí

nghi m và ph ng pháp nghiên c u Dung d ch m đi n nickel đ c

đi u ch b ng cách pha các hóa ch t tinh khi t (đ tinh khi t 99%): NiCl2.6H2O, HGly, NaAc, H2Asp v i n c tinh khi t, sau đó thêm dung

d ch NaOH 10% ho c H2SO4 2M đ hi u ch nh đ n giá tr pH c n nghiên c u

đ m c a dung d ch đ c xác đ nh b ng ph ng pháp chu n

đ đi n th Ch t chu n đ đ c l a ch n là HCl 1M và NaOH 1M Giá

tr pH c a dung dch đ c đo b ng máy universal ionomer EV-74 (đ chính xác ±0,05)

pH t o k t t a hidroxit nickel đ c xác đ nh b ng cách nh t t dung d ch NaOH 1M ho c NaOH 0,1M vào dung d ch c n nghiên c u Giá tr pH t i th i đi m dung d ch v n đ c đ c xác đ nh là pH t o thành k t t a hidroxit nickel

B m t nickel thu đ c b ng cách s d ng dòng đi n không đ i,

m t đ dòng catot i = 50mA/cm2

m lên t m đ ng có ti t di n 2cm2trong th i gian 10 phút i n c c ph tr là đi n c c Pt, đi n c c so sánh là đi n c c b c clorua bão hòa Hi u su t m đi n đ c xác đ nh

b ng t s kh i l ng nickel t o thành th c t và lý thuy t

nh SEM và phân tích thành ph n nguyên t hóa h c c a b

m t m nickel đ c th c hi n trên kính hi n vi đi n t quét JEOL

6380LV

Ch ng 3 K t qu và th o lu n: Nghiên c u thành ph n ion c a dung

d ch m đi n nickel; tìm m i quan h gi a thành ph n ion v i các tính

ch t hóa lí c a dung dch (đ đ m, pHh) và tính ch t c a b m t m

Kh o sát thành ph n ion c a dung d ch m đi n nickel ch a 0,08M NiCl2 và m t trong ba axit h u c : axetic, glixin và asparagine trong kho ng pH t 2 đ n 12 N ng đ các axit bi n thiên t 0,02M đ n 0,5M K t qu cho th y, đ i v i c 3 h nghiên c u trong môi tr ng axit pH < 3,0 nickel t n t i ch y u d ng ph c ch t v i n c

Ni(H2O)62+(th ng vi t g n thành Ni2+), trong khi đó các axit h u c

t n t i d ng proton Khi t ng pH c a dung d ch d ng proton s m t

d n H+ chuy n thành d ng deproton Trong kho ng pH t 3,0 đ n 8,0 trong dung d ch t n t i các ph c ch t khác nhau c a nickel v i anion

h u c B n ch t và thành ph n c a các ph c ch t ph thu c vào t l

n ng đ CNi: CHA và b n ch t c a ligand Khi t l n ng đ ligand và nickel l n h n giá tr nh t đ nh nào đó: CH2Asp>2CNi, CHGly>3CNi, CHAc>8CNi thì thành ph n c a các ion trong môi tr ng baz m nh g n

nh không còn b nh h ng b i pH n a Ion nickel lúc này t n t i ch

y u d ng ph c ch t cao nh t v i ligand: [NiAc2]0, [NiAs 2]2-, [NiGly3]–

Khi t ng n ng đ axit h u c s cân b ng v n ng đ c a d ng proton và deproton ([HAc] = [Ac-]; [HGly] = [Gly-]; [HAsp-] = [Asp2-])

s d ch chuy n v phía môi tr ng baz và nh h ng t ng theo th t : HAc < HGly < H2Asp

Kh o sát tính ch t đ m c a dung d ch các dung d ch axit h u

c : axetic, glixin, asparagine và dung d ch m đi n nickel ch a các axit

i v i dung d ch axit b c hai

(glixin) s l ng c c đ i đ đ m t ng lên hai: m t c c đ i xu t hi n vùng axit (pH = 2 3), m t c c đ i vùng baz (pH = 9 10) Vùng trung tính đ đ m nh và g n nh không đ i, không ph thu c vào pH

Thay đ i n ng đ glixin ch làm thay đ i đ cao mà không làm thay đ i

Hình 1 S ph thu c c a đ đ m các dung d ch HAc, HGly và H 2 Asp

n ng đ 0,2M vào pH