intTypePromotion=3

Nghiên cứu tổng hợp màng polypyrol trên nền thép CT3 bằng phương pháp oxi hóa điện hóa pyrol và khả năng chống ăn mòn kim loại của màng polypyrol

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
34
lượt xem
1
download

Nghiên cứu tổng hợp màng polypyrol trên nền thép CT3 bằng phương pháp oxi hóa điện hóa pyrol và khả năng chống ăn mòn kim loại của màng polypyrol

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp màng PPy trên điện cực thép CT3 bằng phương pháp oxi hóa anôt pyrol và khả năng chống ăn mòn kim loại của lớp màng polypyrol tạo thành.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tổng hợp màng polypyrol trên nền thép CT3 bằng phương pháp oxi hóa điện hóa pyrol và khả năng chống ăn mòn kim loại của màng polypyrol

  1. T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (3), Tr. 284 - 289, 2006 Nghiªn cøu tæng hîp mµng polypyrol trªn nÒn thÐp CT3 b»ng ph ¬ng ph¸p oxi hãa ®iÖn hãa pyrol vµ kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn kim lo¹i cña mµng polypyrol §Õn Tßa so¹n 21-4-2005 Lª Tù H¶i Khoa Hãa häc, §¹i häc S$ ph¹m §& N½ng Summary Electrochemical oxidation of pyrrole on CT3 steel electrode to form polypyrrole film has been studied by cyclic voltammetry technique and constant current density electrolysis. The results of polarization curves showed that CT3 steel is passived in H2C2O4 solution and the electrochemical oxidation of pyrrole occurs at +0.7 ÷ +1.2 V (SCE). Smooth, black, well adhering polypyrrole films were obtained in oxalic acid solution under constant current density condition. The deposited films were characterized by conductivity, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. Polypyrrol films exhibit very good protection against corrrosion in NaCl 3.5% solution. I - §Æt vÊn ®Ò pyrol v$ kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn kim lo¹i cña líp m$ng polypyrol t¹o th$nh. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, viÖc nghiªn cøu tæng hîp polyme dÉn ®iÖn ®"îc nhiÒu nh$ khoa II - Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu häc trªn thÕ giíi quan t©m do bëi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc, kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn v$ øng dông réng r4i C¸c hãa chÊt sö dông trong nghiªn cøu gåm: cña chóng [1, 2]. pyrol, H2SO4, HNO3, H2C2O4, KClO4, NaCl, Polypyrol (PPy) l$ mét polyme dÉn ®iÖn NaOH, Na2CO3 v$ gelatin cã møc ®é tinh khiÕt ®"îc sö dông l$m sensor hãa häc, thiÕt bÞ ®iÖn ph©n tÝch. Dung m«i ®Ó pha dung dÞch l$ n"íc tö, c¸c ®iÖn cùc trong vi pin v$ l$m chÊt kÝch cÊt hai lÇn. ho¹t trong d"îc phÈm [3, 4]. Ngo$i ra, PPy cßn ThiÕt bÞ potentiostat PGS-HH1B kÕt nèi víi ®"îc sö dông l$m vËt liÖu m$ng ®Ó chèng ¨n m¸y tÝnh ®"îc sö dông trong c¸c phÐp ®o ®"êng mßn kim lo¹i [5, 6]. cong dßng-thÕ tuÇn ho$n (cyclic voltammetry) B»ng ph"¬ng ph¸p oxi hãa ®iÖn hãa pyrol, ®Ó nghiªn cøu tÝnh chÊt thô ®éng cña thÐp CT3 PPy ®4 ®"îc tæng hîp trªn c¸c ®iÖn cùc an«t tr¬ trong c¸c dung dÞch. ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é v$ ¸p suÊt th"êng. Tuy PhÐp ®o dßng-thÕ ®"îc tiÕn h$nh trong b×nh nhiªn, viÖc tæng hîp PPy trªn ®iÖn cùc an«t hßa ®o 3 ®iÖn cùc. §iÖn cùc so s¸nh l$ calomen b4o tan bÞ h¹n chÕ bëi qu¸ tr×nh hßa tan kim lo¹i. hßa (SCE). §iÖn cùc phô l$ ®©y dÉn Pt. §iÖn cùc Trong c«ng tr×nh n$y, chóng t«i tr×nh b$y l$m viÖc l$ thÐp CT3. kÕt qu¶ nghiªn cøu tæng hîp m$ng PPy trªn ®iÖn Tr"íc mçi phÐp ®o, bÒ mÆt ®iÖn cùc ®"îc cùc thÐp CT3 b»ng ph"¬ng ph¸p oxi hãa an«t tÈy c¬ häc b»ng giÊy nh¸m SiC (1500 v$ 1200); 284
  2. tÈy mì trong dung dÞch NaOH, Na2CO3 ë 55oC - 1. Kh¶o s¸t sù thô ®éng thÐp CT3 60oC v$ röa l¹i b»ng n"íc cÊt. TiÕn h$nh quÐt cyclic voltammetry ®iÖn cùc §Ó tæng hîp m$ng PPy, chóng t«i tiÕn h$nh thÐp CT3 trong c¸c dung dÞch ®iÖn ly HNO3 ®iÖn ph©n dung dÞch nghiªn cøu trªn thiÕt bÞ 0,1M, H2SO4 0,1 M, H2C2O4 0,1 M, KClO4 0,1 ®iÖn ph©n ANA-2 ë ®iÒu kiÖn mËt ®é dßng M trong kho¶ng thÕ tõ -0,7 V ÷ +2,0 V, víi tèc kh«ng ®æi, nhiÖt ®é th"êng. ®é quÐt thÕ 20 mV/s. §iÖn trë m$ng PPy ®"îc ®o b»ng thiÕt bÞ Sanwa YX-960TR. CÊu tróc cña PPy v$ ¶nh tÕ C¸c kÕt qu¶ thu ®"îc cho thÊy, trong kho¶ng vi m$ng PPy t¹o th$nh trªn thÐp CT3 ®"îc kh¶o thÕ 0,0V ÷ +1,5 V thÐp CT3 kh«ng bÞ thô ®éng s¸t b»ng ph"¬ng ph¸p phæ hång ngo¹i v$ kÝnh trong c¸c dung dÞch HNO3 0,1 M, H2SO4 0,1 M, hiÓn vi ®iÖn tö quÐt. KClO4 0,1 M (h×nh 1); cßn trong dung dÞch H2C2O4 0,1 M thÐp CT3 bÞ thô ®éng trong III - KÕt qu¶ v% th¶o luËn kho¶ng thÕ +0,6 V ÷ +1,5 V (h×nh 2). i, mA/cm2 i, mA/cm2 2 1 3 Potentia, V Potentia, V H×nh 1: §"êng cong dßng - thÕ cña ®iÖn cùc H×nh 2: §"êng cong dßng - thÕ cña ®iÖn cùc thÐp CT3 trong c¸c dung dÞch: (1) H2SO4 0,1 M, thÐp CT3 trong dung dÞch H2C2O4 0,1 M (2) HNO3 0,1 M, (3) KClO4 0,1 M Do ®ã, H2C2O4 ®"îc chän l$m chÊt ®iÖn ly trªn ®"êng cong dßng - thÕ xuÊt hiÖn thªm mét cho qu¸ tr×nh tæng hîp líp m$ng PPy trªn nÒn pic oxi hãa, m$ pic n$y kh«ng cã trong ®"êng thÐp CT3. cong dßng-thÕ cña dung dÞch chØ chøa H2C2O4 (h×nh 2). Nh" vËy, cã x¶y ra ph¶n øng oxi hãa 2. ¶nh h ëng cña nång ®é H2C2O4 ®Õn qu¸ pyrol trªn ®iÖn cùc thÐp CT3 (+0,7V ÷ +1,2 V) tr×nh oxi hãa pyrol trªn nÒn thÐp CT3 trong sù cã mÆt cña chÊt ®iÖn ly H2C2O4. ¶nh h"ëng cña nång ®é H2C2O4 ®Õn qu¸ Pic oxi hãa pyrol trong dung dÞch H2C2O4 tr×nh oxi hãa pyrol trªn nÒn thÐp CT3 ®"îc ®"a 0,05 M v$ 0,75 M thÊp h¬n so víi dung dÞch ra ë h×nh 3. H2C2O4 0,1 M v$ 0,2 M. §iÒu n$y chøng tá, ë c¶ 4 tr"êng hîp kh¶o s¸t trªn, bÒ mÆt ®iÖn ph¶n øng oxi hãa pyrol trong dung dÞch H2C2O4 cùc thÐp CT3 ®Òu cã phñ líp m$ng m$u ®en v$ 0,05 M v$ 0,75 M x¶y ra yÕu h¬n. Pic oxi hãa pyrol trong dung dÞch H2C2O4 0,1 M thÊp h¬n 285
  3. trong dung dÞch H2C2O4 0,2 M; nªn dung dÞch tèc ®é t¹o th$nh PPy t¨ng, ®ång thêi tèc ®é hßa H2C2O4 0,2 M ®"îc chäm l$m dung dÞch ®iÖn ly tan ®iÖn cùc thÐp còng t¨ng nªn líp m$ng PPy cho qu¸ tr×nh tæng hîp m$ng PPy trªn nÒn thÐp t¹o th$nh xèp v$ cã ®é b¸m dÝnh kh«ng tèt. CT3. Khèi l"îng m$ng ( m) ®"îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch c©n ®iÖn cùc sau khi ®iÖn ph©n (®4 röa s¹ch i, mA/cm2 v$ sÊy kh« ®iÖn cùc ë nhiÖt ®é 65oC trong 2 giê) v$ sau khi bãc t¸ch líp m$ng PPy. §é d$y cña líp m$ng PPy t¹o th$nh ®"îc x¸c ®Þnh b»ng m¸y ®o ®é d$y (sö dông ®Çu dß siªu ©m) ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau cña líp m$ng. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh khèi l"îng v$ ®é d$y m$ng øng víi c¸c mËt ®é dßng kh¸c nhau ®"îc ®"a ra ë b¶ng 1. B¶ng 1: Khèi l"îng v$ ®é d$y cña líp m$ng PPy ë c¸c mËt ®é dßng kh¸c nhau i, 1 2 4 6 mA/cm2 m, mg 8 12 19 33 §é d$y, 5,3 9 12,3 20,3 µm Potential, V C¸c ®iÖn cùc l$m viÖc cã cïng diÖn tÝch bÒ H×nh 3. §"êng cong dßng - thÕ cña dung dÞch mÆt nh"ng khèi l"îng m$ng PPy t¹o th$nh chøa pyrol 0,1 M + H2C2O4: (1) 0,05 M, kh«ng t¨ng tuyÕn tÝnh theo mËt ®é dßng. §iÒu (2) 0,075 M, (3) 0,1 M, (4) 0,2 M. n$y l$ do hiÖu suÊt dßng ph¶n øng trong c¸c qu¸ Tèc ®é quÐt thÕ 20 mV/s tr×nh ®iÖn ph©n kh¸c nhau. Khi t¨ng mËt ®é dßng, tèc ®é hßa tan ®iÖn cùc thÐp t¨ng nªn hiÖu 3. Tæng hîp líp m0ng PPy trªn ®iÖn cùc thÐp suÊt dßng ph¶n øng gi¶m. Do ®ã, khèi l"îng líp CT3 b»ng ph ¬ng ph¸p ®iÖn ph©n ë mËt m$ng PPy t¹o th$nh t¨ng chËm h¬n so víi sù ®é dßng kh«ng ®æi t¨ng mËt ®é dßng. TiÕn h$nh tæng hîp líp m$ng PPy ë c¸c mËt 4. Kh¶o s¸t cÊu tróc líp m0ng PPy ®é dßng kh«ng ®æi l$ 1 mA/cm2, 2 mA/cm2, 4 mA/cm2 v$ 6 mA/cm2. Thêi gian cho mçi lÇn a) ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM) tæng hîp l$ 30 phót. Sau khi tæng hîp, ®iÖn cùc l$m viÖc ®"îc röa s¹ch b»ng n"íc cÊt, råi sÊy CÊu tróc tÕ vi cña líp m$ng PPy tæng hîp kh« trong lß sÊy ë nhiÖt ®é 65oC trong 2 giê. trªn ®iÖn cùc thÐp CT3 ®"îc kh¶o s¸t b»ng ph"¬ng ph¸p chôp ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt nhê B»ng trùc quan dÔ d$ng nhËn thÊy líp m$ng thiÕt bÞ Jeal-JSM-5300 Scanning Microscope. PPy ®"îc tæng hîp ë mËt ®é dßng 1 mA/cm2 v$ KÕt qu¶ ®"îc chØ ra ë h×nh 4. 2 mA/cm2 nh½n mÞn h¬n v$ cã ®é b¸m dÝnh trªn nÒn thÐp CT3 tèt h¬n so víi líp m$ng ®"îc tæng C¸c ¶nh SEM cho thÊy, cÊu tróc tÕ vi cña hîp ë mËt ®é dßng 4 mA/cm2 v$ 6 mA/cm2. líp m$ng PPy l$ tËp hîp c¸c d¹ng h¹t h×nh cÇu §iÒu n$y l$ do ë mËt ®é dßng nhá tèc ®é t¹o v$ kÝch th"íc cña c¸c h¹t h×nh cÇu n$y t¨ng dÇn th$nh PPy nhá v$ tèc ®é hßa tan ®iÖn cùc thÐp khi t¨ng mËt ®é dßng tæng hîp líp m$ng PPy. còng nhá, nªn líp m$ng PPy t¹o th$nh cã cÊu KÕt qu¶ n$y phï hîp víi sù quan s¸t b»ng trùc tróc mÞn v$ b¸m dÝnh tèt. Khi t¨ng mËt ®é dßng, 286
  4. a b c H×nh 4: ¶nh SEM cña líp m$ng PPy tæng hîp tõ mËt ®é dßng a) 1 mA/cm2, b) 2 mA/cm2, 6 mA/cm2 quan: Khi mËt ®é dßng c$ng t¨ng, líp m$ng t¹o B¶ng 2: Ph©n gi¶i phæ hång ngo¹i cña PPy tæng th$nh c$ng xèp. hîp ®"îc b) Phæ hång ngo¹i TÇn sè, KiÓu dao Nhãm Phæ hång ngo¹i cña PPy tæng hîp ®"îc ghi cm-1 ®éng b»ng m¸y quang phæ IR-Impact-410-Nicolet. 3400 N-H Hãa trÞ KÕt qu¶ ghi phæ hång ngo¹i v$ ph©n gi¶i phæ ®"îc tr×nh b$y ë h×nh 5 v$ b¶ng 2. 2972,83 C-H Hãa trÞ Phæ hång ngo¹i chøng tá cã mÆt ion ®èi 1675,38 C=C, C=N (liªn hîp) Hãa trÞ 2- (C2O42-) trong PPy t¹o th$nh, tøc l$ PPy ë tr¹ng 1638,67 C=O (trong C2O4 ) Hãa trÞ th¸i kÝch thÝch. 1393,94 N-H BiÕn d¹ng Nh" vËy cÊu t¹o cña ph©n tö PPy cã thÓ l$: 1268,51 2- C-O (trong C2O4 ) Hãa trÞ 2+ 2 nhãm C-H th¬m 600 - 800 Hãa trÞ c¹nh nhau NH x A 2- y §é dÉn ®iÖn riªng cña m$ng PPy ®"îc x¸c Trong ®ã, A2- l$ C2O42- v$ x cã gi¸ trÞ tõ 6 - 8; y ®Þnh b»ng c¸ch ®o ®iÖn trë bÒ mÆt m$ng ë c¸c vÞ l$ sè ®¬n vÞ PPy kÝch thÝch. trÝ kh¸c nhau (m$ng PPy ®"îc tæng hîp trªn 5. X¸c ®Þnh ®é dÉn ®iÖn riªng cña m0ng PPy ®iÖn cùc thÐp CT3 cã diÖn tÝch 4 cm2). KÕt qu¶ 287
  5. H×nh 5: Phæ hång ngo¹i cña PPy tæng hîp cho thÊy ®é dÉn ®iÖn riªng cña m$ng PPy biÕn to$n chuçi m¹ch v$ t¹o th$nh cÊu tróc electron ®æi tõ 0,5 - 15 S/cm. céng h"ëng bÒn v÷ng. PPy kÝch thÝch cã tÝnh §é dÉn ®iÖn riªng cña líp m$ng PPy thay dÉn ®iÖn v$ cã kh¶ n¨ng chuyÓn electron ®Õn bÒ ®æi bÊt th"êng cã lÏ l$ do sù ph©n bè c¸c chuçi mÆt kim lo¹i, v× thÕ l$m gi¶m tèc ®é hßa tan PPy kh«ng theo mét h"íng x¸c ®Þnh. kim lo¹i [6]. 6. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn thÐp CT3 cña m0ng PPy i, mA/cm2 §o ®"êng cong ph©n cùc cña mÉu thÐp trÇn v$ c¸c mÉu thÐp ®"îc bao phñ bëi líp m$ng PPy tæng hîp ë c¸c mËt ®é dßng kh«ng ®æi l$ 1 mA/cm2, 2 mA/cm2, 4 mA/cm2 v$ 6 mA/cm2 trong dung dÞch NaCl 3,5% (c¸c mÉu ®"îc ng©m trong thêi gian 24 giê tr"íc khi ®o). Tõ c¸c ®"êng cong ph©n cùc, mËt ®é dßng ¨n mßn (icorr) ®"îc x¸c ®Þnh b»ng ph"¬ng ph¸p ®iÖn trëph©n cùc Stern - Geary víi ch"¬ng tr×nh xö lý chuyªn dông. C¸c ®"êng cong ph©n cùc ®"îc chØ ra ë h×nh 6 v$ c¸c gi¸ trÞ mËt ®é dßng ¨n mßn ®"îc ®"a ra trong b¶ng 3. C¸c kÕt qu¶ thu ®"îc cho thÊy, mËt ®é dßng ¨n mßn thÐp CT3 ®"îc bao phñ bëi líp m$ng PPy gi¶m so víi thÐp trÇn. Líp m$ng PPy cã t¸c dông l$m gi¶m tèc ®é ¨n mßn thÐp CT3 mét Potential, V phÇn l$ do líp m$ng ng¨n c¸ch thÐp víi m«i tr"êng ¨n mßn. MÆt kh¸c, PPy cã c¸c liªn kÕt H×nh 6: §"êng cong ph©n cùc cña c¸c mÉu thÐp ®«i liªn hîp v$ nhãm N-H ph©n cùc trong vßng CT3 trong dung dÞch NaCl 3,5%: (1) thÐp trÇn; pyrol nªn PPy ho¹t ®éng nh" chÊt øc chÕ an«t. ë thÐp ®"îc bao phñ bëi líp m$ng PPy tæng hîp ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch, do cã c¸c liªn kÕt ®«i liªn mËt ®é dßng: (2) 1 mA/cm2, (3) 2 mA/cm2, hîp m$ ®iÖn tÝch ®"îc ph©n t¸n trªn (4) 4 mA/cm2, (5) 6 mA/cm2 288
  6. B¶ng 3: MËt ®é dßng ¨n mßn (icorr) thÐp CT3 trÇn v$ thÐp CT3 ®"îc bao phñ bëi líp m$ng PPy tæng hîp ë c¸c mËt ®é dßng kh¸c nhau MÉu ThÐp trÇn 1 mA/cm2 2 mA/cm2 4 mA/cm2 6 mA/cm2 icorr, mA/cm2 1,12.10-1 3,5.10-2 8,0.10-3 9,2.10-3 1,2.10-2 IV - KÕt luËn 3,5% kho¶ng 14 lÇn so víi thÐp trÇn. 1. Tæng hîp ®"îc líp m$ng PPy trªn ®iÖn T%i liÖu tham kh¶o cùc thÐp CT3 b»ng ph"¬ng ph¸p oxi hãa ®iÖn hãa m$ kh«ng x¶y ra ®ång thêi qu¸ tr×nh hßa 1. Michael E. G. Lyons. Electroactive Polymer tan thÐp CT3 ®¸ng kÓ. Qu¸ tr×nh n$y ®"îc thùc Electrochemistry, Part 1: Fundamentals, hiÖn b»ng ph"¬ng ph¸p ®iÖn ph©n ë mËt ®é Prenum Press, New York and London dßng kh«ng ®æi (i 6 mA/cm2) víi dung dÞch (1994). chøa pyrol 0,1 M v$ H2C2O4 0,2 M. H2C2O4 cã 2. Kyoo Kim. Characterization of some t¸c dông l$m gi¶m qu¸ tr×nh hßa tan thÐp CT3 conductive polymer, Seoul (1996). khi ph©n cùc an«t ®iÖn cùc. 3. Yu Chen, T. Imrie. J. Mater. Chem., 11, 990 2. Líp m$ng PPy tæng hîp ë mËt ®é dßng 1 - 995 (2001). mA/cm2 v$ 2 mA/cm2 cã cÊu tróc nh½n mÞn h¬n 4. Seung - Ki Lee. Experimental Analysis on v$ cã ®é b¸m dÝnh trªn ®iÖn cùc thÐp CT3 tèt the properties of polypyrrole as drug h¬n líp m$ng tæng hîp ë mËt ®é dßng 4 delivery system materials, Synthetic Met. mA/cm2 v$ 6 mA/cm2. 73, 247 - 256 (1995). 3. X¸c ®Þnh ®"îc cÊu tróc tÕ vi cña líp m$ng 5. J. Tamm, A. Hallik, A. Alumaa, V. PPy l$ tËp hîp c¸c h¹t d¹ng h×nh cÇu. Sammelselag. Electrochimica Acta, Vol. 42, 4. §é dÉn ®iÖn riªng cña líp m$ng PPy cã No. 19, P. 2929 - 2934 (1997). gi¸ trÞ biÕn ®æi tõ 0,5 - 15 S/cm. 6. N. V. KrstajÝc, B. N. Grgur, S. M. 5. Líp m$ng PPy phñ trªn thÐp CT3 (tæng JovanovÝc, M. V. VojnovÝc. Electrochimica hîp ë mËt ®é dßng 2 mA/cm2) cã t¸c dông øc Acta, Vol. 42, No. 11, P. 1685 - 1691 chÕ ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch NaCl (1997). 289

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản