NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ NỒNG ĐỘ<br />
ION CLO CHO ĐẾN QUÁ TRÌNH HOÀ TAN ANÔT FE<br />
STUDY ON THE INFLUENCE OF pH AND CHLORIDE ION<br />
CONCENTRATION ON THE ANODIC DISSOLUTION OF IRON<br />
<br />
<br />
<br />
LÊ TỰ HẢI<br />
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Ảnh hưởng của nồng độ ion clo và pH đến sự hòa tan anôt của Fe trong dung dịch nước đã<br />
được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong phân cực và phổ tổng trở điện hóa<br />
(EIS). Các kết quả thu được cho thấy rằng tốc độ hòa tan anôt tăng tuyến tính với sự tăng<br />
nồng độ ion Cl-. Tốc độ hòa tan anôt giảm khi pH tăng và đạt giá trị cao nhất ở pH = 3,0 và<br />
thấp nhất tại pH = 11,0. Dạng đồ thị Nyquist của phổ tổng trở gồm một bán cầu. Đường kính<br />
của bán cầu phụ thuộc vào pH dung dịch.<br />
ABSTRACT<br />
The effect of chloride ion concentration and pH on the anodic dissolution of Iron in aqueous<br />
solutions has been studied by using electrochemical polarization curves and electrochemical<br />
impedance spectroscopy (EIS). It has been discovered that the rate of anodic dissolution<br />
-<br />
increased linearly with increasing Cl concentration. With increasing pH, the rate of anodic<br />
dissolution decreased, being highest at pH 3.0 and lowest at pH 11.0.<br />
The Nyquist impedance plots consisted only of one semicircle. The diameter of semicircle was<br />
dependent upon solution pH.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1. Më ®Çu<br />
Ph-¬ng ph¸p keo tô ®iÖn hãa ®-îc sö dông réng r·i ®Ó xö lý n-íc th¶i chøa chÊt th¶i thùc<br />
phÈm, kim lo¹i nÆng, c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vµ n-íc th¶i dÇu [1,2]. Keo tô ®iÖn hãa còng ®-îc<br />
sö dông ®Ó t¸ch c¸c hîp chÊt ph«tphat vµ xö lý n-íc th¶i cña nhµ m¸y dÖt [3]. Trong ph-¬ng<br />
ph¸p keo tô ®iÖn hãa, chÊt keo tô ®-îc t¹o thµnh b»ng ph¶n øng oxi hãa ®iÖn cùc an«t hßa tan.<br />
Qu¸ tr×nh hßa tan an«t kim lo¹i ¶nh h-ëng ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa vµ chÞu ¶nh<br />
h-ëng cña mét sè yÕu tè trong m«i tr-êng.<br />
Trong bµi b¸o nµy, ¶nh h-ëng cña ion clo vµ pH dung dÞch ®Õn qu¸ tr×nh hßa tan an«t s¾t<br />
®-îc nghiªn cøu b»ng ph-¬ng ph¸p ®o ®-êng cong ph©n cùc an«t thÕ ®éng vµ ph-¬ng ph¸p<br />
phæ tæng trë ®iÖn hãa (EIS).<br />
2. Ph-¬ng ph¸p thùc nghiÖm<br />
PhÐp ®o phæ tæng trë vµ ®-êng cong ph©n cùc ®-îc tiÕn hµnh trong b×nh ®o 3 ®iÖn cùc:<br />
§iÖn cùc so s¸nh lµ ®iÖn cùc calomen b·o hßa (SCE), ®iÖn cùc phô lµ thanh graphit, ®iÖn cùc<br />
lµm viÖc lµ mét ®Üa s¾t (Fe 99,7%) cã diÖn tÝch 1cm2.<br />
Tr-íc mçi phÐp ®o, bÒ mÆt ®iÖn cùc ®-îc tÈy c¬ häc b»ng giÊy nh¸m SiC (1200), tÈy mì<br />
trong axeton vµ röa l¹i b»ng n-íc cÊt.<br />
§-êng cong ph©n cùc an«t thu ®-îc b»ng ph-¬ng ph¸p quÐt thÕ tuyÕn tÝnh víi tèc ®é quÐt<br />
thÕ 5mV/s tõ -1V ®Õn +1V so víi (SCE). Phæ tæng trë ®-îc ®o trong vïng tÇn sè 10mHz -<br />
10KHz víi thÕ A.C lµ 10mV. TÊt c¶ c¸c phÐp ®o ®iÖn hãa ®-îc tiÕn hµnh trªn thiÕt bÞ PAR-<br />
potentiostat- model 273A vµ 1025FRD (Frequency Response Detector) [4].<br />
Qu¸ tr×nh hßa tan an«t Fe ®-îc nghiªn cøu trong dung dÞch NaCl cã nång ®é 0,01M;<br />
0,03M; 0,1M vµ 0,3M ë c¸c gi¸ trÞ pH kh¸c nhau. pH dung dÞch ®-îc ®iÒu chØnh b»ng dung<br />
dÞch HCl vµ NaOH ®Ëm ®Æc.<br />
<br />
3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn<br />
3.1.§-êng cong ph©n cùc an«t thÕ ®éng<br />
KÕt qu¶ ®o ®-êng cong ph©n cùc cña Fe trong c¸c dung dÞch NaCl t¹i gi¸ trÞ pH= 3,0; 7,0;<br />
11,0 ®-îc tr×nh bµy ë h×nh 1.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
(a) (b)<br />
(c)<br />
H×nh 1. §-êng cong ph©n cùc an«t Fe trong dung dÞch c¸c NaCl<br />
ë c¸c m«i tr-êng: a- pH=3,0; b- pH = 7,0; c- pH = 11,0<br />
<br />
<br />
C¸c kÕt qu¶ ®o cho thÊy Fe dÔ bÞ hßa tan ë vïng thÕ an«t trong dung dÞch trung tÝnh vµ<br />
axit; ®ång thêi kh«ng cã mµng thô ®éng h×nh thµnh trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. Trong dung dÞch<br />
kiÒm (pH = 11,0), trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc cã t¹o mµng thô ®éng trong vïng thÕ thô ®éng.<br />
Tèc ®é hßa tan an«t Fe trong c¸c m«i tr-êng pH kh¸c nhau t¨ng khi nång ®é NaCl<br />
t¨ng. Nguyªn nh©n nµy lµ do ion Cl- t-¬ng t¸c víi mµng vµ ph¸ hñy nã theo c¸c ph¶n øng sau:<br />
FeOOH + Cl- FeOCl + OH- (1)<br />
FeOCl + H2O Fe3+ + Cl- + 2OH- (2)<br />
¶nh h-ëng cña pH ®Õn ®-êng cong ph©n cùc an«t Fe trong c¸c dung dÞch NaCl ®-îc<br />
tr×nh bµy ë h×nh 2.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
(a) (b)<br />
(c) (d)<br />
<br />
H×nh 2. §-êng cong ph©n cùc an«t Fe trong dung dÞch NaCl cã nång ®é:<br />
a- 0,01M; b- 0,03M; c- 0,1M; d- 0,3M<br />
<br />
<br />
Tèc ®é hßa tan an«t Fe t¨ng khi pH gi¶m. Ph¶n øng hßa tan Fe trong c¸c m«i tr-êng<br />
nh- sau:<br />
Fe Fe2+ + 2e (3)<br />
Tuy nhiªn, do ¶nh h-ëng cña ph¶n øng khö cat«t trong c¸c m«i tr-êng kh¸c nhau, nªn<br />
tèc ®é hßa tan an«t Fe còng thay ®æi.<br />
Theo [5] trong dung dÞch trung tÝnh (pH = 7,0) cã mét mµng oxit Fe hai xèp h×nh<br />
thµnh trªn bÒ mÆt vµ oxi bÞ khö theo ph-¬ng tr×nh sau:<br />
O2 + H2O + 4e 4OH- (4)<br />
Trong dung dÞch axit ( pH = 3,0) mµng oxit Fe hai bÞ hßa tan vµ tèc ®é hßa tan an«t<br />
t¨ng lªn. Ion H+ trong m«i tr-êng bÞ khö theo ph-¬ng tr×nh:<br />
2H+ + 2e H2 (5)<br />
ë m«i tr-êng pH = 11,0 tèc ®é hßa tan an«t chËm do bëi sù h×nh thµnh líp mµng oxit<br />
3+<br />
Fe víi sù cã mÆt cña oxi hßa tan.<br />
<br />
<br />
3.2. Phæ tæng trë ®iÖn hãa (EIS)<br />
H×nh 3 tr×nh bµy phæ tæng trë d¹ng Nyquist cña Fe trong dung dÞch NaCl 0,1M ë gi¸<br />
trÞ pH = 3,0; 7,0 vµ 11,0.<br />
a. b.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
c.<br />
H×nh 3. §å thÞ tæng trë d¹ng Nyquist cña Fe trong dung dÞch NaCl 0,1M<br />
trong c¸c m«i tr-êng: a- pH 3.0; b- pH 7.0; c- pH 11.0<br />
<br />
<br />
C¸c phæ Nyquist thu ®-îc chØ gåm mét b¸n cÇu. §ång thêi ®-êng kÝnh cña b¸n cÇu lín<br />
nhÊt trong m«i tr-êng pH = 11,0 vµ nhá nhÊt trong m«i tr-êng pH = 3,0. §iÒu nµy cho thÊy<br />
tèc ®é hßa tan an«t Fe lín nhÊt trong m«i tr-êng pH =3,0 vµ nhá nhÊt trong m«i tr-êng pH =<br />
11,0. KÕt qu¶ nµy phï hîp víi kÕt qu¶ ®o ®õ¬ng cong ph©n cùc.<br />
Tõ c¸c sè liÖu phæ tæng trë vµ sö dông ch-¬ng tr×nh ZSimp Win, m¹ch ®iÖn hãa t-¬ng<br />
®-¬ng cña ph¶n øng ¨n mßn Fe trong dung dÞch nghiªn cøu nh- h×nh sau:<br />
Cdl<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
RS RP<br />
<br />
<br />
Rp: §iÖn trë ph©n cùc Rs: §iÖn trë dung dÞch Cdl: §iÖn dung líp kÐp<br />
4. KÕt luËn<br />
<br />
- Tèc ®é hßa tan an«t Fe trong dung dÞch NaCl gi¶m khi t¨ng gi¸ trÞ pH, lín nhÊt ë pH<br />
= 3,0 vµ thÊp nhÊt ë pH = 11,0. Trong c¸c m«i tr-êng kh¸c nhau, tèc ®é hßa tan an«t t¨ng khi<br />
t¨ng nång ®é NaCl.<br />
<br />
- Trong m«i tr-êng axit vµ trung tÝnh Fe kh«ng thÓ hiÖn tÝnh thô ®éng. Trong m«i<br />
tr-êng kiÒm mµng thô ®éng xuÊt hiÖn trong vïng thÕ thô ®éng.<br />
<br />
- C¸c kÕt qu¶ ®o phæ tæng trë cho thÊy ®å thÞ Nyquist chØ gåm mét b¸n cÇu vµ m¹ch<br />
®iÖn hãa t-¬ng ®-¬ng cña ph¶n øng hßa tan an«t Fe lµ m¹ch Randle.<br />
<br />
<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
<br />
[1] E. C. Beck, A. P. Giannini, Food Technol, 18 – 19, 22, 1974.<br />
[2] D. R. Jenke and F. E. Diebold, Water Research, 18, 855, 1984.<br />
[3] J. S. Do and M. L. Chen, J. Appl. Electrochem, 24 785 – 790, 1994.<br />
[4] J. R. Macdonal, Impedance Spectroscopy, Chapel Hill, New York, 1987.<br />
[5] Denny A. Jones, Principles and prevention of corrosion, Prentice Hall, London –<br />
Sydney, 1996.<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
