Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mụn dừa định hướng hấp phụ DDT tách chiết từ đất ô nhiễm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài tiến hành nhằm nghiên cứu hiệu suất phụ hóa chất BVTV từ vật liệu hấp phụ PANi/MD; từ đó tìm ra phương pháp đơn giản để bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phương pháp xử lý mới chất ô nhiễm đơn giản, hiệu quả hơn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mụn dừa định hướng hấp phụ DDT tách chiết từ đất ô nhiễm

S TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== LẠI THANH TÂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ HÀ NỘI - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 ====== KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐC PANi/ MỤN DỪA ĐỊNH HƯỚNG HẤP PHỤ DDT TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Sinh viên thực hiện: Lại Thanh Tâm Người hướng dẫn khoa học TS. NGUYỄN QUANG HỢP
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Quang Hợp đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực nghiệm. Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu được trong suốt quá trình học tập bốn năm qua không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Trân trọng! Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lại Thanh Tâm LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là TS. Nguyễn Quang Hợp. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình. Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lại Thanh Tâm
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật MD Mụn dừa PANi hoặc PA Polyaniline PANi-MD/ PA-MD Polyaniline- mụn dừa VLHT Vật liệu hấp thu APS Amonium pesunfate DDD Dichloro diphenyl dichloroethane DDE Dichloro diphenyl dichloroethylene DDT Dichloro diphenyl trichloroethane GCMS Gas Chromatography Mass Spectometry IR Phổ hồng ngoại PCB Polychlorinated Biphenyls POP Persistent organic pollutans SEM Scanning Electron Microscope VLHT Vật liệu hấp thu WE Điện cực làm việc
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN ............................................................................ 3 1.1. Khái niệm về hóa chất BVTV .................................................................... 3 1.2. Phân loại hóa chất BVTV .......................................................................... 3 1.3. Khái niệm tổng quan về chất hữu cơ khó phân hủy ................................... 3 1.4. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nước ta .................................................. 5 1.6. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP ...................................................... 5 1.7. Tổng hợp và ứng dụng của Polyaniline ..................................................... 6 1.7.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi ..................................................................... 6 1.7.1.1. Phương pháp hóa học ........................................................................... 6 1.7.1.2. Phương pháp điện hóa .......................................................................... 9 1.7.1.3. Ứng dụng của Polyaniline trong xử lý ô nhiễm môi trường ............... 9 1.8. Mụn dừa ................................................................................................... 10 1.8.1. Thành phần hóa học của mụn dừa........................................................ 10 1.8.2. Cấu trúc và ứng dụng của mụn dừa ...................................................... 11 1.8.2.1. Cấu trúc của mụn dừa ........................................................................ 11 1.8.2.2. Ứng dụng của mụn dừa ...................................................................... 12 1.9. Lý thuyết về phương pháp hấp phụ .......................................................... 12 1.9.1. Phương pháp hấp phụ ............................................................................ 12 1.9.1.1. Các khái niệm cơ bản ......................................................................... 12 1.9.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt .......................................................... 14 1.9.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ...................................... 14 1.9.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ..................................... 16 CHƯƠNG 2 -ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 19 2.1. Thực Nghiệm............................................................................................ 19 2.1.1. Máy móc và thiết bị............................................................................... 19 2.1.2. Dụng cụ và hóa chất .............................................................................. 19
2.1.3. Tiến hành thí nghiệm ............................................................................ 19 2.1.3.1. Tổng hợp và chế tạo các vật liệu hấp phụ .......................................... 19 2.2.3.3 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng bản chất vật liệu ....................................... 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 21 2.2.1. Sắc kí khí ghép khối phổ - GCMS ........................................................ 21 2.2.2. Phổ hồng ngoại (IR) .............................................................................. 22 2.2.3. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................................ 22 2.2.4. Phần mềm xử lý số liệu Origin và Excel .............................................. 23 2.2.4.1 Phần mềm origin ................................................................................. 23 2.2.4.2 Phần mềm excel .................................................................................. 24 CHƯƠNG 3 -KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 25 3.1. Đặc trưng vật liệu tổng hợp...................................................................... 25 3.1.1. Hiệu suất tổng hợp vật liệu hấp phụ...................................................... 25 3.1.2. Phổ hồng ngoại của vật liệu hấp phụ .................................................... 26 3.1.3. Phân tích ảnh SEM ...................................................................................28 3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu ................................................................. 30 3.2.1. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu ........................................................... 30 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ....................................................................... 32 3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ....................................................... 34 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ........................................................................ 34 3.3. Mô hình hấp phụ ...................................................................................... 37 3.3.1. Mô hình đẳng nhiệt Langmuir .............................................................. 37 3.3.2. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich ............................................................. 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 46 1. Kết luận ....................................................................................................... 46 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 47
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT ................................................................ 5 Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8 ................................... 8 Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................. 15 Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C ................................................. 15 Hình 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ............................................ 17 Hình 1.6. Đồ thi để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich .............. 17 Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của Mụn dừa.......................................................... 26 Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của PANi ............................................................... 27 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của PANi/MD ........................................................ 28 Hình 3.4. Ảnh SEM của mụn dừa ................................................................... 29 Hình 3.5. Ảnh SEM PANi............................................................................... 29 Hình 3.6. Ảnh SEM của PANi/Mụn dừa ........................................................ 29 Hình 3.7. Dung lượng hấp phụ o,p’ DDT của vật liệu .................................... 30 Hình 3.8. Dung lượng hấp phụ p,p’ DDTcủa vật liệu ..................................... 31 Hình 3.9. Tổng dung lượng hấp phụ DDT của vật liệu................................... 31 Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian tới dung lượng hấp phụ o,p’ DDT .........32 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian tới dung lượng hấp phụ p,p’ DDT .........33 Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian tới tổng dung lượng hấp phụ DDT ....... 33 Hình 3.13. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu tới dung lượng hấp phụ o,p’DDT và hiệu suất hấp phụ ........................................................................ 34 Hình 3.14. Biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng tới dung lượng hấp phụ p,p’ DDT......................................................................................................................34 Hình 3.15. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu tới tổng dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ ............................................................................................. 35
Hình 3.16. Dung lượng hấp phụ o,p’-DDT khi thay đổi nồng độ chất hấp phụ ban đầu và hiệu suất hấp phụ .......................................................................... 36 Hình 3.17. Dung lượng hấp phụ p,p’ DDT khi thay đổi nồng độ chất ban đầu và hiệu suất hấp phụ ........................................................................................ 36 Hình 3.18. Tổng dung lượng hấp phụ khi thay đổi nồng độ ban đầu ............. 36 Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của o,p’ DDT sự phụ thuộc của q vào C ......................................................................................................................... 38 Hình 3.20. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với chất o,p’ DDT ......................................................................................................38 Hình 3.21.Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của o,p’ DDT ban đầu.............. 39 Hình 3.22. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của p,p’ DDT sự phụ thuộc của q vào C ......................................................................................................................... 40 Hình 3.23. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với chất p,p’ DDT ......................................................................................................40 Hình 3.24. Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của p,p’ DDT ban đầu ............. 41 Hình 3.25. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của DDT sự phụ thuộc của q vào C .. 42 Hình 3.26. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của DDT sự phụ thuộc của q vào C .. 42 Hình 3.27. Mối quan hệ giữa RL với nồng độ của DDT ban đầu ................... 43 Hình 3.28. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với chất o,p’ DDT ......................................................................................................44 Hình 3.29. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với chất p,p’ DDT ......................................................................................................44 Hình 3.30. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu hấp phụ đối với chất DDT ......................................................................................................... 44
BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần hóa học của mụn dừa .................................................. 10 Bảng 1.2. Mối tương quan của RL và dạng mô hình ....................................... 16 Bảng 3.1. Hiệu suất tổng hợp của vật liệu....................................................... 25 Bảng 3.2. Quy kết các nhóm chức của mụn dừa ............................................. 26 Bảng 3.3. Quy kết các nhóm chức của PANi .................................................. 27 Bảng 3.4. Quy kết các nhóm chức của PANi-mụn dừa .................................. 28 Bảng 3.5.Giá trị thông số phương trình đẳng nhiệt Langmuir ........................ 37 Bảng 3.6. Các thông sô của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với o,p’ DDT .................................................38 Bảng 3.7. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với p,p’ DDT .................................................40 Bảng 3.8. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ gốc PANi/ MD đối với DDT ...................................................... 43 Bảng 3.9. Giá trị thông số phương trình đẳng nhiệt Freundlich ..................... 44
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là một quốc gia phát triển đi lên từ nông nghiệp. Và hoá chất BVTV có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển nông nghiệp đối với nước ta. Nhưng hiện nay do việc người nông dân sử dụng hoá chất BVTV không hợp lý kèm theo sự phát triển không ngừng của xã hội thì con người chúng ta ngày càng thải nhiều chất độc vào môi trường..Một phương pháp dễ áp dụng, kinh phí thấp và phù hợp với điều kiện của Việt Nam để giải quyết vấn để đất nông nghiệp ô nhiễm các hóa chất BVTV, đặc biệt là DDE, DDT, DDD là điều rất cần thiết. Vật liệu gốc Polyaniline (PANi) là một trong số vật liệu được các nhà khoa học nghiên cứu từ lâu, nó có giá trị lớn do việc chế tạo khá dễ dàng,biến tính và khử pha tạp nhằm nâng cao, bổ sung những đặc tính cần thiết, theo định hướng ứng dụng của vật liệu [1, 2], ổn định, bền với môi trường, độ dẫn điện cao, dễ dàng được xử lý pha tạp. Đặc biệt, PANi được sử dụng hấp phụ có hiệu quả một số chất ô nhiễm hữu cơ, kim loại nặng như Pb, Fe, Cr,... [3-5]. Và từ những lý do trên tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốc PANi/ mụn dừa định hướng hấp phụ DDT tách chiết từ đất ô nhiễm” 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hiệu suất phụ hóa chất BVTV từ vật liệu hấp phụ PANi/MD Từ đó tìm ra phương pháp đơn giản để bảo vệ môi trường. 1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm đất nông nghiệp, phương pháp xử lý hóa chất BVTV trong đất nông nghiệp và các môi trường khác. Dự tính, lập kế hoạch và tiến hành thí nghiệm. Tiến hành lấy mẫu, làm thí nghiêm. Ghi kết quả thu được. Phân tích, đánh giá kết quả mẫu sau khi làm thí nghiệm bằng máy phân tích điện tử… 4. Đối tượng nghiên cứu Thuốc BVTV, Polyaniline, mụn dừa 5. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, phân tích tài liệu, tiến hành thí nghiệm so sánh… 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu góp phần làm cơ sở khoa học để mở ra một phương pháp xử lý mới chất ô nhiễm đơn giản, hiệu quả hơn. 2
Chương 1-TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm về hóa chất BVTV Hóa chất BVTV hay còn gọi là thuốc BVTV là những loại hóa chất bảo vệ cây trồng hoặc những sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những chất được tạo ra để chống lại và tiêu diệt loài gây hại hoặc các vật mang mầm bệnh. Chúng cũng gồm các chất để đấu tranh với các loại sống cạnh tranh với cây trồng cũng như nấm bệnh cây. Ngoài ra, các loại thuốc kích thích sinh trưởng, giúp cây trồng đạt năng suất cao cũng là một dạng của hóa chất BVTV. Hóa chất BVTV là những hóa chất độc, có khả năng phá hủy tế bào, tác động đến cơ chế sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cả cây trồng, vì thế khi các hợp chất này đi vào môi trường, chúng cũng có những tác động nguy hiểm đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp. Và đây cũng là lý do mà thuốc BVTV nằm trong số những hóa chất đầu tiên được kiểm tra triệt để về bản chất, về tác dụng cũng như tác hại . [6] 1.2. Phân loại hóa chất BVTV Hóa chất BVTV được phân loại như: Thuốc trừ: sâu bệnh, cỏ dại, chuột, ốc sên, tuyến trùng, nhện hại cây,…. Trong đó nhóm hóa chất BVTV quen thuộc và được sử dụng rộng rãi nhất đó là: thuốc diệt cỏ dại, thuốc sâu 1.3. Khái niệm tổng quan về chất hữu cơ khó phân hủy -Khó phân hủy: bền vững cao đối với quá trình phân hủy tự nhiên, tồn tại trong một thời gian dài khi phát thải vào môi trường. - Độc tính cao: đã được chứng minh là có ảnh hưởng rất xấu tới môi trường sinh thái và sức khỏe con người. - Khả năng di chuyển phát tán xa: có thể di chuyển xa khỏi nguồn phát thải ban đầu theo gió, các dòng chảy hay nhờ vào các loài vật sống 3
di cư. Theo Công ước, các hợp chất POP được chia thành 3 nhóm: (1) Các hoá chất công nghiệp cần giảm sản xuất và cấm sử dụng Ví dụ như: BHC (cũng được dùng làm thuốc BVTV) và PCB; (2) Các hoá chất bị cấm triệt để và cần phải tiêu huỷ, bao gồm 8 loại hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) rất độc hại là, Chlordane,, DDT, Endrin, Heptachlor, Dieldrin , Mirex, Toxaphene Polychlorinated biphenyls (PCB) và Aldrin. (3) Các hoá chất phát sinh không chủ định: Dioxin/Furan và PCB. Tại phiên họp ngày 8 tháng 5 năm 2009 tại Geneva, có 9 loại chất/nhóm chất đã được hơn 160 Chính phủ các nước thống nhất đưa bổ sung vào danh sách các hóa chất độc hại theo Công ước Stockholm. Tại Hội nghị các thành viên Công ước lần thứ 5, tổ chức năm 2011, Công ước Stockholm đã thêm vào danh sách thuốc trừ sâu Endosunfan và các đồng phân của nó vào danh sách các hóa chất BVTV, với yêu cầu loại bỏ Endosunfan từ năm 2012. Như vậy, tính đến thời điểm hiện tại Công ước Stockholm đã đưa vào danh sách quản lý 22 hóa chất/ nhóm hóa chất POP [4,9]. * Cấu trúc của DDT DDT là một trong các thuốc diệt côn trùng, chúng là một nhóm các hợp chất hữu cơ có hai vòng thơm và có chứa clor, bao gồm 14 hợp chất hữu cơ là các dạng tương đồng về tính chất, trong đó: 77,1% là p,p’-DDT; 14,9% là o,p’- DDT; 0,3% p,p’-DDD; 0,1% là o,p’-DDD; 4% là p,p’- DDE; 0,1% là o,p’-DDE; sản phẩm khác là 3,5% [7,8], một số đặc tính cơ bản của các hợp chất DDD, DDE, DDT được giới thiệu cụ thể trong bảng 1.1. - Công thức hoá học của DDT: C14H9Cl5. 4
- Tên khoa học (IUPAC): diclor diphenyl triclorethan - Cấu tạo phân tử của DDT: - Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT Độc tính: LD50 (chuột) = 113 mg/ kg, DDT có khả năng tích lũy trong cơ thể người và động vật, nhất là các mô sữa, mô mỡ, đến khi đủ lượng gây độc thì DDT sẽ gây ra một số bệnh hiểm nghèo như dị dạng, quái thai, ung thư,… DDT gây độc mạnh với ong mật và cá nhưng lại rất an toàn đối với cây trồng,trừ những cây thuộc họ bầu bí và hiện tại DDT đang bị cấm sử dụng [7,8] 1.4. Thực trạng đất bị ô nhiễm POP ở nước ta Hóa chất BVTV bắt đầu được sử dụng ở miền Bắc vào năm 1955 và đến nay việc sử dụng hóa chất BVTV ở nước ta càng tăng nhanh. Do việc sử dụng hóa chất BVTV ngày càng tăng, hơn nữa người nông dân lại không biết cách xử lý đúng cách chính là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường. Theo thống kê, hiện nay nước ta có khoảng trên 1153 khu vực môi trường bị ô nhiễm nặng thuốc bảo vệ thực vật dạng POP. Các khu vực môi trường bị ô nhiễm nặng như: Quảng Bình, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, ….. Như vậy thực trạng ô nhiễm đất do thuốc bảo vệ thực vật nói chung và hóa chất BVTV khó phân hủy nói riêng ngày càng là một vấn đề đang rất nguy cấp. Nó không chỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sản xuất nông nghiệp mà còn ảnh hưởng tới môi trường sống và sức khỏe con người. [10] 1.5. Các biện pháp xử lý đất bị nhiễm POP 5
1. Các phương pháp cơ hóa lý 2. Phương pháp chôn lấp, cô lập 3. Phương pháp đốt có xúc tác 4. Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng 5. Phân hủy bằng Plasma 6. Công nghệ Daramend 7. Công nghệ rửa đất ô nhiễm (soil washing) Yêu cầu công nghệ phù hợp cho việc xử lý các chất POP tại Việt Nam vừa có thể triển khai rộng, phù hợp với điều kiện hoàn cảnh kinh tế và trình độ kỹ thuật quản lý ở trong nước, mà vẫn giữ được các yếu tố như: không gây phát tán chất độc, không phát sinh chất độc thứ cấp như đioxin, furan hay các chất độc hại khác ra môi trường. Nhưng thực tế, hiện nay chưa có phương pháp xử lý công nghệ nào đáp ứng được yêu cầu thực tế.[23] 1.6. Tổng hợp và ứng dụng của Polyaniline 1.6.1. Nghiên cứu tổng hợp PANi Đã có hàng ngàn báo cáo khoa học và bằng phát minh về những các phương pháp tổng hợp của các loại polymer dẫn điện và phương pháp tổng hợp có thể phân ra làm hai loại sau: - Loại 1: Phương pháp hóa học - Loại 2: Phương pháp điện hóa Phương pháp điện hóa cho polymer ở dạng màng và phương pháp hóa học cho polymer ở dạng bột. Những polymer dẫn điện thông dụng như polypyrole (PPy), Polyaniline (PANi) và polythiophene (PT) có thể được tổng hợp bằng cả hai phương pháp. 1.6.1.1. Phương pháp hóa học 6
Phương pháp polymer hóa aniline theo con đường hóa học đã được biết từ lâu. Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra tính chất dẫn điện của PANi thì việc nghiên cứu phương pháp tổng hợp được quan tâm nhiều hơn. Có thể polymer hóa aniline trong môi trường acid tạo thành Polyaniline có cấu tạo cơ bản như sau: H N N n H Polyaniline Nguyên tắc của việc tổng hợp PANi theo phương pháp hoá học là sử dụng các chất oxi hoá như (NH4)2S2O8, Na2S2O8, K2Cr2O7, KMnO4,iiFeCl3, H2O2... trong môi trường acid. Thế oxi hoá ANi khoảng 0,7V. Vì vậy, chỉ cần dùng các chất oxi hoá có thế oxi hoá trong khoảng này là có thể oxi hoá được ANi. Cácichất này vừa oxi hoá ANi, PANi, vừa đóng vai trò là chất doping PANi. Trong các chất nói trên thì (NH4)2S2O8 được quan tâm nhiều hơn vì thế oxi hoá - khử của nó cao, khoảng 2,01V và PANi tổng hợp bằng chất này có khả năng dẫn điện cao. PANi được tổng hợp bằng (NH4)2S2O8 có thể thực hiện trong môi trường acid như HCl, H2SO4. PANi được tổng hợp theo phương pháp hóa học từ aniline bằng cách sử dụng amoni persunfate và dodecylbenzensunfonic acid như một chất oxi hóa và dopant. Quá trình hóa học xảy ra như sau (hình 1.2) 7
NH2 + (NH4)2S2O8, HA, H2O H H N N N reduction A- A- A- oxidation N 2n N N n H H Emeraldine salt Leucoemeraldine salt - HA + HA - HA + HA H H N N N reduction oxidation N 2n N N n H H Emeraldine base Leucoemeraldine base Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp PANi từ ANi và (NH4)2S2O8 PANi hình thành theo phương pháp hóa học nêu trên có độ dẫn điện là 3 S/cm, có độ ổn định và giữ nhiệt tốt, có thể tan tốt trong các dung môi hữu cơ như chloroform, m-cresol, dimetylformamit... PANi còn được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương đảo từ aniline, amoni persunfat, decylphosphonic acid hoặc dodecylbenzensunfonic acid. Theo đó, hệ nhũ tương đảo được chuẩn bị từ decylphosphonic acid hoặc dodecylbenzensunfonic acid, n-heptane, amoni persunfat. Sau đó nhỏ từ từ dung dịch aniline trong n-heptane vào hệ nhũ tương đảo. Kết quả là hỗn hợp chuyển từ màu trắng của hệ nhũ tương sang màu vàng và cuối cùng là màu xanh lá cây. Sản phẩm thu được là PANi đã được doping bởi acid và có cấu trúc hình ống. [1] 8
1.6.1.2. Phương pháp điện hóa Ngoài phương pháp tổng hợp hóa học thông thường, do có tính chất dẫn điện nên các polymer dẫn điện còn được tổng hợp bằng phương pháp điện hóa. Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo nên sự phân cực với điện thế thích hợp, sao cho đủ năng lượng để oxi hóa monome trên bề mặt điện cực, khơi mào cho polymer hóa điện hóa tạo màng dẫn điện phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE). Điện cực làm việc có thể là Au, Pt, thép CT3, thép 316L,... Đối với aniline, trước khi polymer hóa điện hóa, aniline được hòa tan trong dung dịch acid như H 2SO4, HCl, (COOH)2... Như vậy, có thể tạo trực tiếp PANi lên mẫu kim loại cần bảo vệ; do đó việc chống ăn mòn và bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hóa có ưu việt hơn cả. Do thế oxi hoá của ANi khoảng 0,7V nên có thể sử dụng phương pháp phân cực thế động trong khoảng thế từ -0,2 đến 1,2V bằng thiết bị điện hoá potentiostat - là thiết bị tạo được điện thế hay dòng điện theo yêu cầu để áp lên hệ điện cực, đồng thời cho phép ghi lại các tín hiệu phản hồi (áp dòng ghi lại điện thế hoặc ngược lại). Từ các số liệu về thế hoặc dòng phân cực tạo ra từ máy potentiostat và các số liệu phản hồi ghi được đồ thị thế - dòng hay ngược lại là dòng - thế gọi là đường cong phân cực. Qua các đặc trưng của đường cong phân cực có thể xác định được đặc điểm, tính chất điện hóa của hệ đó. 1.6.1.3. Ứng dụng của Polyaniline trong xử lý ô nhiễm môi trường Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa- hiện đại hóa. Các ngành công nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ. Và việc phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp càng làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm ngày, đặc biệt là vấm đề ô nhiễm kim loại nặng. Và vì tính chất vô cùng độc hại, không những ảnh hưởng tới sức khỏe con người, sinh vật mà nó còn ảnh 9