32
TPCHÍ KHOA HCVÀ CÔNG NGHTp44, s2, 2006 Tr. 32-
37
TNG HPINHÓACTÍNH CHN LCCATION CA
MÀNG POLYPYROL/DODECYLSULFAT
NGUYNTHLÊ HIN
I. MU
Polypyrol (Ppy) hinang là mttrong các polyme dn���cnghiên cu nhiu hơn c
khnng n��nh cao và dn tttrongi tr��ng axit và trung tính. ��ctính dn capolyme
cng nhkhnng lachnion khi phnng oxy hóa - khxyra phthuc rt nhiuvào bn
cht capolyme, ch �� tng hp��c bitlà các ion ��i pha tptrong polyme. Bng ph�ơng
pháp tng hpin hóa, các polyme thu ���ctrng thái oxy hóa và ���c pha tp bicác
anion. Khi phnng khxyra, thông th��ng polyme snh��ng các anion �� ��m bo quá
trình trung hòa intích trong màng. Tuy nhiên, trong tr��ng hpcác anion pha tpcó kích
th��c ln, kém linh ��ng sbgilitrong màng, do ó các cation trong dung dch s���c pha
tpvào polyme nhm��m bo scân bng intích. Vi mcích tng hpmàng Ppy có kh
nng trao ��ication khi phnng oxy-hóa khxyra, ng dng trong các sensor chn lc
cation hoc tomàng polyme dn bnn mòn trong các môi tr��ng chaanion clo, anion ��i
dodecylsulfat (DS) ã���c sdng �� pha tp vào màng Ppy trong quá trình tng hpin hóa.
Trong bài báo này, chúng tôi giithiu mt skt qunghiên cu quá trình tng hpin
hóa to màng polypyrol/dodecylsulfat (Ppy/DS) và ��c tính chn lccation ca nó.
II. IUKINTHCNGHIM
Màng Ppy/DS ���c tng hptrên hthit b in hóa Autolab (Hà Lan), trong bình in
hóa hba in cc: in ccso sánh là calomen bão hòa KCl, in cc��ilà l��iPt có din
tích ln hơn rtnhiuso viin cclàm vic. in cclàm viclà vàng có dintích làm vic
là 0,27 cm2,có cu to phù hpcho nghiên cutiptheo bng ph�ơng pháp cân vi l��ng thch
anh (EQCM) [1].
Màng sau khi tng hp���c phân tích bmt bng kính hinvi in tquét (SEM) trên h
thit bLeica Stereoscan 440, sdng ch�ơng trình phn mm Leo. Nghiên cu quá trình chn
lcion bng ph�ơng pháp quét thng kt hp viEQCM trên hthit btto ca phòng thí
nghim‘Bmtvà hthng inhóa’- tr��ng Paris 6- Pháp. Thành phncác cu ttrong màng
Ppy/DS ���c phân tích bng phtán xnng lung (EDS).
III. KTQUVÀ THOLUN
1. Tng hp!i#nhóa màng Ppy/DS
Ion DS có công thc cu toCH3–(CH2)11–O–SO3
-là mtcht hot��ng bmt. Các
nguyên tcacht hot��ng bmtDS bao gm 2 cckhác nhau: Cc kn��c - hòa tan tt
trong du(hydrophobic) ��ctrng bi mch alkyl 12 carbon. Cca n��c - hòa tan tttrong
n��c (hydrophilic), ��ctrng bi gc phân cc ion (–O-SO3
-).
33
Cng nhcác chthot��ng bmtkhác, DS có khnng hp phlnvà hình thành các
mixel (micelle) khi nng �� ca trong dung dch v��t quá nng �� CMC (Critical Micelle
Concentration) (hình 1).
Nng �� thp(< CMC) Nng �� cao (> CMC)
Hình 1. Giithiu cutrúc caion DS
Trong dung dch tomàng Ppy, ion ��iDS tn ti dui dng monome hocmixel là ph
thucvào nng �� ca trong dung dch. dng mixel, d��itác ��ng caintr��ng, các ion
DS hpphtrên bmtin cc nhhình 2 [2]. Pyrol monome hòa tan trong các dung môi hu
cơtt hơnso vitrong n��c[3], nên pyrol s u tiên pha trntrong các mixel và khch tán ��n
bmtin cc. Kt qulà màng Ppy tora ���ckimsoát bi quá trình vnchuyncht qua
màng DS hp ph, ó nng �� cht phnng là cao nht, cho phép ha hn thu ���cng
Ppy/DS có cutrúc mn, sít cht��ng nht.
Khi DS ���c hòa tan trong dung dch n��c, hai nng �� CMC ã���c xác ��nh t�ơng ng
vihai dng mixel, [DS] > 8.10-3 M t�ơng ng vimixel có dng hình cu, và [DS] > 4.10-2 M
t�ơng ng vimixel có dng hình tr[4, 5]. Tuy nhiên, khi trong dung dch có mtpyrol, nng
�� CMC và dng camixel có thsbthay ��i.
Màng Ppy/DS ���c tng hp bng ph�ơng pháp dòng áp ��t(I = 1mA/cm2), nhit�� phòng,
trong dung dch có chapyrol 0,1 M và ion DS nng �� 0,005; 0,01; 0,025; 0,05 và 0,1 M.
N
Ion DS
N
N
N
Kim lo¹i (+)
Cation ®èi
(Na
+
)
N
Hình 2. Mô hình tng hpmàng Ppy/DS nng �� cao hơnCMC
CMC
Mixel + Monome
a níc
adÇu
(-O-SO3
-
)
Monome
+
n
34
2. .ctính c2amàng Ppy/DS
a. Cutrúc bmt
Sau khi tng hp màng Ppy/DS có màu en sm, bmtmàng ��ng nht. Sthay ��i cu
trúc camàng khi nng �� thay ��i���cquan sát binh SEM (hình 3). Nng �� DS trong
khong 0,01 0,025 M cho cu trúc màng nhmn hơn c. Chúng tôi ãchn nng �� DS là
0,025 M cho các nghiên cutip theo.
[DS] = 0,005 M
[DS] = 0,01 M
[DS] = 0,025 M
35
[DS] = 0,05 M
[DS] = 0,1 M
Hình 3. Cutrúc bmtmàng Ppy/DS tng hpcác nng �� DS khác nhau
b. Khn ng ch"n l"c ion c&a màng Ppy/DS
Nghiên cukhnng chn lcion camàng Ppy/DS khi màng oxy hóa khbng ph�ơng
pháp quét thng kt hp viECQM trong dung dch NaCl 3%. Kt quthu ���c biu din
trên hình 4. Sau khi tng hpmàng Ppy/DS trng thái oxy hóa, trong phân tca có cha
các ion ��iDS, khi màng Ppy/DS bkh,các ion DS kém linh ��ng bgili trong màng, chính
vì vycác cation Na+trong dung dch phi pha tptip tcvào trong màng �� ��m bo strung
hòa inch. Do ó chúng ta quan sát ���c stng khi l��ng cang (m>0) (hình 4a).
Khi phnng oxy hóa xyra, chính các cation Na+này li tham gia vào quá trình vnchuyn
ion tmàng polyme vào dung dch inly ((m < 0).
Khác hn vi quá trình oxy hóa khxyra vimàng Ppy pha tp bicác anion �ơncó kích
th��c nhnhtrung hp màng Ppy/Cl (hình 4b). Vn chuynion trong Ppy/Cl là mt quá trình
vn chuyn hn hp ccác anion và các cation. Khi phnng khxyra trong dung dch NaCl
3%, ban ��ucác ion ��iCl-trong màng sb ��yra �� ��m bo scân bng v in, chính vì
vychúng ta quan sát ���c sgimkhi l��ng camàng Ppy (m < 0), tipócác cation Na+
trong dung dch stham gia vào quá trình kh pha tp vào trong màng Ppy, do ókhi l��ng
ca màng Ppy li tng lên (m>0).
36
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3
-10
0
10
20
30
m (µg/cm2)
E(V/ECS)
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
I (mA/cm2)
Scan 1
Scan 2
Scan 3
Scan 4
Scan 5
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
Scan 1
Scan 2
Scan 3
-1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3
-8
-4
0
4
8
12
E(ECS)
a) Màng Ppy/DS b) Màng Ppy/Cl
Hình 4. Sbinthiên dòng invà khi l��ng camàng theo inthquét trong dung dch NaCl
Hình 5.PhEDS camàng Ppy/DS sau khi quét thng trong dung dch NaCl
Màng Ppy/DS sau khi quét th ã���ckim tra thành phn bi EDS. Hình 5 ãchra rng
ngoài các nguyn ttrong thành phn camàng, chcó thêm thành phn caNa pha tptrong
màng. Kt qunày mt ln nakhng ��nh khnng utiên chn lccác cation camàng
Ppy/DS thu ���c.