Nghiên cứu chế tạo điện cực màng chọn lọc ion xyanua và ứng dụng trong phân tích nước thải nhà máy cồn

GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC MÀNG
CHỌN LỌC ION XYANUA VÀ ỨNG DỤNG
TRONG PHÂN TÍCH NƯỚC THẢI NHÀ MÁY
CỒN
TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
1

1
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC MÀNG
CHỌN LỌC ION XYANUA VÀ ỨNG DỤNG
TRONG PHÂN TÍCH
TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
GVHD: NGUYỄN PHƯỚC THÀNH
Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
2

2
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Lời cảm ơn
Con xin chân thành cảm ơn:
Thầy Nguyễn Phước Thành đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ mọi mặt và
luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.

Quý thầy cô Hóa phân tích đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cũng như
kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian vừa qua.
Cùng tất cả các anh chị, bạn bè đã dành cho tôi những tình cảm tốt đẹp,
giúp đỡ tôi hoành thành tốt đề tài này.
3

3
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
4

4
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Lời mở đầu
Môi trường là vấn đề mà xã hội quan tâm hàng đầu hiện nay. Cùng với sự phát
triển của các công nghiệp, môi trường cũng theo đó ngày càng ô nhiễm. Vì lợi
nhuận mà con người bỏ qua, lẫn tránh việc kiểm soát nguồn nước thải của xí
nghiệp, công ty mình. Năm 2009 sự kiện ô nhiễm kênh Ba Bò mà báo chí phanh
khui chỉ là một phần nhỏ trong hàng nghìn nguyên nhân làm cho môi trường ngày
một xấu hơn.
Nước là nguồn không thể thiếu đối với con người, đặc biệt là nước sạch, Việc gìn
giữ cho nguồn nước (bao gồn nước mặt và nước ngầm) là vấn đề cấp bách hàng
đầu của chúng ta ngày nay. Việc ô nhiễm nguồn nước có nhiều nguyên nhân và
nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên chúng tôi quan tâm ô nhiễm do nguồn Xyanua
thải ra từ các nhà máy sản xuất bột mì và các chế phẩm từ củ mì. Hơn nữa xyanua
là một hóa chất cực độc, tuy có khả năng kết hợp với các kim loại nặng trong nước
song lại có khả năng bay hơi khi ở pH thấp. Vì vậy chúng ta cần phải kiểm tra
hàm lượng Xyanua trong nước thải đặc biệt đối với các nhà máy sản xuất các chế
phẩn từ củ mì. Cụ thể ở đây là nhà máy sản xuất cồn Xuân Lộc từ nguyên liệu
chính là tinh bột mì.
Việc xác định Xyanua có nhiều cách khác nhau nhưng một trong những phương

pháp xác định Xyanua dễ dàng nhất là phương pháp điện hóa, đặc biệt là sử dụng
điện cực màng chọn lọc. Phương pháp này cũng được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, kiểm soát
môi trường, y tế…
Ưu điểm của phương pháp đo điện thế sử dụng màng chọn lọc là xác định nhanh,
đo trực tiếp, máy móc đơn giản, điện cực dể chế tạo, điện cực được bán khá nhiều,
nhưng tuổi thọ của điện cực phụ thuộc vào điều kiện sử dụng. Có trường hợp cụ
5

5
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
thể thì không cao, thậm chí rất ngắn. Vì vậy việc nghiên cứu tự chế tạo cho đơn vị
sử dụng là điều được quan tâm.
Trong bài tiểu luận này chúng tôi tìm biện pháp để điều chế điện cực màng chọn
lọc ion CN
-
và ứng dụng xác định hàm lượng CN
-
có trong nước giếng và nước
thải, kiểm tra cho việc sử dụng điện cực này dùng xác định độ mặn của nước,
kiểm tra điện cực vừa chế nào có khả năng sử dụng ngay hay không.
6

6
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Mục lục
A. TỔNG QUAN
1. Mục tiêu của đề tài 10

2. Ý nghĩa của đề tài 10

3. Giới thiệu về CN
-
(Xyanua) 10
4. Cơ sở lý thuyết về điện cực màng chọn lọc 11
4.1 Định nghĩa 11
4.2 Nguyên lý hoạt động 12
4.3 Nguyên lý cấu tạo điện cực màng chọn lọc 12
5. Phương pháp điện thế 15
5.1 Phương pháp điện thế trực tiếp 15
5.2 Phương pháp điện thế gián tiếp (phương pháp chuẩn độ) 15
6. Các phương xác định hàm lượng xyanua 15
6.1 phương pháp barbituric acid-pyridine 16
6.2 Phương pháp cực phổ xung vi phân 16
6.3 Phương pháp chuẩn độ điện thế: 16
6.4 Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực màng chọn lọc ion
xyanua 17
B. THỰC NGHIỆM
1. Hóa chất và dụng cụ 20
2. Giới thiệu phương pháp 20

2.1 Chế tạo điện cực theo phương pháp ép vật liệu màng AgI 20
2.2 Chế tạo điện cực theo phương pháp 20
điện phân dây Ag trong dung dịch HI
2.3 Chế tạo điện cực theo phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch KI
21
7

7
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
3. Xác định khả năng sử dụng của các điện cực được chế tạo 26

4. Khảo sát khả năng sử dụng điện cực theo thời gian 30
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện cực 32
6. Nghiên cứu trên mẫu tự tạo 32
7. Khảo sát trên mẫu thật 34
7.1 Lấy mẫu 34
7.2 Quy trình phân tích 35
8. Kiểm tra khả năng sử dụng điện cực xác định ion clorua……… 37
9. Kiểm tra khả năng sử dụng điện cực khi vừa chế tạo…………… 38
C KẾT LUẬN…………………………………………………………….40
TÀI LIỆU THAM KHẢO
8

8
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
A. TỔNG QUAN
9

9
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
1. Mục tiêu của đề tài:
Bằng phương pháp điện phân, tìm điều kiện thuận lợi nhất điều chế nhanh điện
cực màng chọn lọc CN
-
và sử dụng nó trong phương pháp điện thế kế trực tiếp để
xác định CN
-
trong nước giếng gần nhà máy cồn Xuân Lộc, và nước thải của nhà
máy này.
Xác định hàm lượng CN
-

trong một số mẫu nước thực tế.
2. Ý nghĩa của đề tài:
Về mặt kinh tế thì phương pháp này cho phép xác định nồng độ xyanua trong
nước giếng, nước thải gây tổn hại đến việc nuôi trồng thủy canh, và sức khỏe
người dân lân cận nhà máy. Từ cơ sở kết quả kiểm tra xây dựng quy trình sử lý
phù hợp.
Về mặt xã hội: Nước giếng là nguồn nước có thể sử dụng được cho nhiều mục
đích khác nhau của con người chính vì thế việc chế tạo điện cực để đo độ ô nhiễm
của nước giếng là hết sức cần thiết.
Ngoài ra vì điện cực có cấu tạo là AgI/Ag nên ngoài việc xác định xyanua còn có
thể sử dụng điện cực này xác định các yếu tố khác như iodua, clorua, sunfua,…
3. Giới thiệu về CN
-
( Xyanua):
Ion cyaua tồn tại trong nước dưới dạng HCN muối hoặc phức kim loại. Tỉ
lệ giữa các dạng này phụ thuộc vào pH môi trường, và hằng số bền của các phức.
Nguồn gốc xyanua trong nước từ nguồn nước thải, từ quá trình phân hủy
chất hữu cơ thải ra từ các nhà máy sản xuất các chế phẩm từ củ mì, từ nguồn nước
thải của các xí nghiệp mạ. Quá trình đãi vàng và tinh chế vàng của những cơ sở sử
dụng KCN
1. Độc tính của Xyanua: các dạng tồn tại của xyanua đều rất độc, Độc
tính mạnh nhất là HCN, kế tiếp là ion xyanua và cuối cùng ít độc
hơn là các dạng phức. Có một số phức rất bền và hầu như không
độc, tuy nhiên các phức này vẫn nguy hiểm cho người và động vật vì
khả năng bị chúng có bị phân hủy thành HCN dưới tác dụng của ánh
sáng
[8]
10

10

GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Dạng ion xyanua thường gặp nhất là KCN. KCN một chất kịch độc, gây chết
người với liều lượng thấp. Chỉ cần ăn nhầm từ 3 đến 4 mg chất này thì một người khỏe
mạnh có thể mất ý thức trong vòng 10 giây đến 1 phút. Sau khoảng 45 phút thì rơi vào
trạng thái hôn mê và có thể tử vong sau khoảng 2 giờ nếu không có các biện pháp điều trị
kịp thời. Theo phân loại trong hướng dẫn số 67/548/EEC của liên minh châu Âu thì nó là
chất cực độc (T+). Giới hạn phơi nhiễm tối đa (PEL) của OSHA là 5 mg/m
3
. Còn theo
quyết định số 3733/2002/QĐ-BYT ngày 10 tháng 10 năm 2002 của Bộ Y tế Việt Nam thì
giới hạn này là 3 mg/m
3
trong môi trường sản xuất
[8]
.
Cơ chế gây độc:
Giống như các hợp chất xyanua khác, xyanua kali gây độc bằng cách ngăn chặn sự trao
đổi chất của tế bào. Xyanua kali có khả năng tạo liên kết hóa học với các heme trong máu
(như hemoglobin, làm cho các tế bào không lấy được ôxy và bị hủy hoại.
[9]
Cách giải độc:
Khi bị ngộ độc xyanua kali, cần sơ cứu nạn nhân bằng cách cho thở bằng khí ôxy.
Trong các phân xưởng có sử dụng xyanua kali, thường có sẵn bộ cấp cứu trong trường
hợp nhiễm độc, bao gồm các chất amyl nitrít, nitrít natri, xanh methylen và sodium
thiosulphate.
Đường glucô có khả năng làm chậm lại đáng kể quá trình gây độc của xyanua,
đồng thời bảo vệ các tế bào bằng cách tạo liên kết hóa học với ion xyanua. Tuy nhiên
Glucô không có khả năng giải độc.
4. Cơ sở lý thuyết về điện cực màng chọn lọc:
4.1 Định nghĩa:

Điện cực màng chọn lọc là một loại điện cực đặc biệt, hoạt động của điện cực trên
cơ sở màng chọn lọc ion, điện cực gồm một lớp màng mỏng phân cách giữa hai
dung dịch X và Y, X là dung dịch cần đo và Y là dung dịch có chứa cùng ion có
nồng độ xác định. Điện thế điện cực xuất hiện là do thế cân bằng tạo nên bởi ion
xác định trong dung dịch và pha rắn màng điện cực.
4.2 Nguyên tắc hoạt động:
11

11
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Nguyên tắc là đo thế cân bằng của điện cực nghiên cứu với điện cực so sánh để
xác định nồng độ cân bằng của chất cần phân tích trong phương pháp điện thế trực
tiếp hoặc theo dõi sự biến thiên của nó khi tham gia vào phản ứng hóa học. Điện
cực đo thế cân bằng gọi là điện cực chỉ thị, và thế đo được ở điện cực chỉ thị được
so sánh với điện cực có thế không đổi gọi là điện cực so sánh.
Điện cực so sánh thường sử dụng là:
Điện cực so sánh: Ag/AgCl/ HCl
Điện cực calome.: Hg/HgCl
2
/ KCl.
4.3 Nguyên lý cấu tạo điện cực màng chọn lọc ion:
Điện cực màng chọn lọc ion được cấu tạo chủ yếu từ hai loại màng chính là màng
rắn và màng lỏng.
+Điện cực màng rắn: điện cực chọn lọc ion màng rắn được chia làm 3 loại:
Cấu tạo: Điện cực màng rắn gồm ba loại:
Điện cực màng đơn tinh thể.
Điện cực màng rắn đồng thể.
Điện cực màng rắn dị thể.
Ba loại điện cực này chỉ khác nhau về màng hoạt động, giống nhau về cấu trúc.
Thân điện cực là ống thủy tinh hoặc chất dẻo, một đầu gắn trực tiếp với màng hoạt

động bởi một dây dẫn điện ( tiếp xúc rắn - rắn )hoặc chứa một dung dịch của ion
cần xác định với nồng độ đủ lớn từ 1M → 2M và trong đó nhúng một điện cực so
sánh phụ ( tiếp xúc lỏng – rắn).
Hình 1: hình vẽ điện cực màng rắn.
12

12
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Vật liệu hoạt động:
Ở dạng rắn ta có ba loại màng:
-Màng đơn tinh thể:
Tạo đơn tinh thể trong những trang thiết bị và điều kiện thích hợp. Điện cực chế
tạo từ vật liệu này có độ chọn lọc cao vì chỉ có những ion có kích thước và điện
tích nhất định mới có khả năng xếp vào các vị trí khuyết của màng, còn các ion
khác không xâm nhập được vào nên không tham gia vào quá trình trao đổi ion.
Tuy nhiên việc chế tạo màng vật liệu này phức tạp và tốn kém. Ví dụ màng đơn
tinh thể LaF
3
-Màng rắn đồng thể:
Là hỗn hợp đồng kết tủa hoặc trộn đều cơ học của các muối kim loại ít tan và một
chất trong đó đóng vai trò tạo hình và có tính dẫn điện tốt.
-Màng rắn dị thể:
Muối ít tan của kim loại được trộn đều với chất màng thường là các monomer, sau
đó polymer hóa chúng để tạo khung.
Yêu cầu đối với tất cả các loại điện cực màng của chúng phải ngăn cách một cách
hoàn toàn dung dịch trong điện cực và dung dịch nghiên cứu.
13

13
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp

+Điện cực màng lỏng:
Cấu tạo gồm một ống hình trụ bằng thủy tinh hoặc chất dẻo chứa chất lỏng hoạt
động điện cực. Chất lỏng được ngăn cách với dung dịch đo bằng một màng
xenxuloza, PVC,….hoặc một vật liệu nào đó có tính chất cho các ion đi qua và chỉ
giữ chất lỏng hoạt động điện cực.
-Nguyên tắc hoạt động là sự trao đổi ion giữa chất lỏng trong điện cực qua màng
với dung dịch đo bên ngoài.
Vấn đề cơ bản là sự tổng hợp các chất trao đổi ion như một ionit lỏng hoặc chất
tan trong dung môi hữu cơ có khả năng liên kết chọn lọc với một loại ion có kích
thước lớn, có điện tích ngược dấu với điện tích của ion nghiên cứu hoặc tạo thành
phức chất trung hòa điện. Các chất lỏng trong điện cực phải có tính chất trộn lẫn
với nước, có áp suất hơi bảo hòa nhỏ, khối lượng phân tử lớn và hằng số điện môi
nhỏ.
DD SO SÁNH TRONG ĐIỆN CỰC SO SÁNH TRONG
DÂY DẪN VÔ ĐIỆN CỰC
DD VẬT LIỆU HOẠT ĐỘNG
MÀNG
14

14
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Hình 2: Hình vẽ điện cực màng lỏng .
5. Phương pháp điện thế:
5.1 Phương pháp điện thế kế trực tiếp
[1]
:
Dựa trên nguyên lý từ giá trị thế đo được giữa hai điện cực nhúng trong dung dịch
chứa chất nghiên cứu rồi suy ra nồng độ bằng đồ thị chuẩn. Nội dung phương
pháp đồ thị chuẩn giữa thế của điện cực và logC: Vẽ đồ thị chuẩn E theo logC , đo
thế của dung dịch phân tích từ đó suy ra nồng độ chất phân tích.

5.2 Phương pháp điện thế kế gián tiếp ( chuẩn độ điện thế):
Áp dụng với tất cả các phản ứng có làm thay đổi nồng độ ion X tự do.
Nguyên tắc: theo dõi sự thay đổi thế của dung dịch xác định trong quá trình chuẩn
độ. Sau đó vẽ đồ thị sự biến đổi E theo V hoặc ∆E/∆V theo V (ml) của dung dịch
15

15
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
chuẩn. Điểm thay đổi thế đột ngột trước và sau điểm tương đương cho phép xác
định điểm tương đương của phản ứng. Với phương pháp điện thế gián tiếp, ta có
thể mở rộng phạm vi ứng dụng của điện cực màng chọn lọc bằng cách chuẩn độ
thay thế, chuẩn độ ngược,…
6. Các phương pháp xác định hàm lượng xyanua
[2]
:
6.1 Phương pháp barbituric acid-pyridine
Nguyên tắc: trước tiên xyanua trong dung dịch được cho phản ứng với
chloramine( sodium p – toluensulfonchloramine) tạo thành xyanogens clorua.
Xyanogen clorua tạo thành sẽ phản ứng với pyridine và acid barbituric để tạo
thành màu polymethin.
Đo cường độ màu của polymethin tại bước sóng 580nm, ta lập dãy chuẩn xác định
hàm lượng của xyanua
[3]
.
Khoảng xác định: phương pháp có khoảng tuyến tính trong khoảng nồng độ
từ 0.005 đến 0.5 mg/l.
Ưu điểm: xác định được hàm lượng xyanua rất nhỏ, ít ảnh hưởng của các
ion khác.
Nhược điểm:
• Ở nồng độ nhỏ bị ảnh hưởng mạnh bởi ion thioxyanate.

• Ở nồng độ cao hơn 10mg/l bị ảnh hưởng bởi sunfua và xyanate.
• Đường chuẩn không tuyến tính ở nồng độ cao, khắc phục bằng việc pha
loãng tuy nhiên sẽ gây sai số đáng kể.
• Thuốc thử độc tính cao.
6.2 Phương pháp cực phổ xung vi phân
[3]
:
Nguyên tắc:
Sử dụng điện cực giọt Hg rơi làm điện cực chỉ thị ghi sóng anod của dung
dịch xyanua.
Quá trình oxi hóa thủy ngân theo phản ứng:
Hg + 2CN
-
 Hg(CN)
2
+ 2e
16

16
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
Hoặc Hg + 3CN
-
 [Hg(CN)
2
]
-
+ 2e tùy theo nồng độ xyanua trong dung
dịch.
Thông qua cường độ dòng của đỉnh thu được ta sẽ xác định hàm lượng
xyanua trong dung dịch. Thông thường đệm pH =10 được sử dụng làm dung dịch

nền. Phương pháp cần đuổi oxi trong dung dịch và giữ bề mặt dung dịch bằng khí
trơ. Cường độ đỉnh thường nằm lân cận của -0.25V tùy theo pH và nồng độ của
xyanua
[
iii
]
.
Giới hạn xác định: phương pháp xác đinhh trong khoảng từ 0.01 đến 10mg/l.
Ưu điểm: không ảnh hưởng của các ion khác, không ảnh hưởng của sunfua ngay
ở nồng độ khá lớn.
Nhược điểm:
• Gây sai số bởi oxi, oxi có thể oxi hóa xyanua và mũi của oxi gần mũi của
xyanua.
• Chịu ảnh hưởng của pH, pH thấp gây mất xyanua do tạo ra HCN,
• pH cao mũi xyanua bị che một phân do mũi của ion hydroxyl, làm giảm
độ nhạy.
6.3 Phương pháp chuẩn độ điện thế:
Nguyên tắc:
Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn AgNO
3,
sử dụng điện cực chọn lọc ion xyanua
làm điện cực chỉ thị, điện cực Ag/AgCl/KCl 3M/KNO
3
10% làm điện cực so sánh.
Ag
+
sẽ phản ứng với xyanua theo phản ứng:
Ag
+
+ 2CN

-
 [Ag(CN)
2
]
-
Sau khi hết xyanua tự do xảy ra phản ứng:
Ag
+
+ Ag(CN)2]
-
 Ag[Ag(CN)2]
Xác định điểm tương đương nhờ đường biến đổi E theo V hoặc (∆E/∆V) theo V
trung bình.
Giới hạn phát hiện: phát hiện nồng độ xyanua từ khoảng 10mg/l trở lên.
Ưu điểm:
• Quy trình đơn giản, thiết bị đơn giản.
• Nhanh chóng, chính xác.
17

17
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
• Xác định được xyanua trong khoảng nồng độ rộng.
• Tuổi thọ của điện cực màng chọn lọc cao.
Nhược điểm:
• Ảnh hưởng của sunfua mạnh, gây sai số lớn.
• Không xác định được nồng độ nhỏ xyanua.
6.4 Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực màng chọn lọc ion
xyanua.
Nguyên tắc: Sử dụng điện cực chọn lọc ion xyanua làm điện cực chỉ thị, điện
cực Ag/AgCl/KCl 3M/KNO

3
10% làm điện cực so sánh. Cân bằng xảy ra:
AgI + CN
-
↔AgCN + I
-
Lập đường chuẩn với các dung dịch xyanua chuẩn biết trước nồng độ, suy
ra nồng độ của mẫu cần phân tích.
Ưu điểm:
• Thiết bị rẻ tiền, dể sử dụng
• Thời gian phân tích nhanh
• Khoảng nồng độ xác định rộng có thể từ 0.05 đến 100mg/l đối với màng ép.
• Không bị ảnh hưởng bởi ion OH
-
, nên có thể sử dụng dung dịch kiềm khá
cao.
Nhược điểm:
• Thời gian đạt cân bằng khá lâu.
• Các điều kiện thực nghiệm phải được tiến hành như nhau, đo từ
nồng độ nhỏ đến lớn, nếu không sẽ mắc sai số.
• Ở nồng độ cao điện cực bị phá hủy. Nên tuổi thọ điện cực thấp.

18

18
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
B. THỰC NGHIỆM
19

19

GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
1. Hóa chất và dụng cụ:
1.1 Hóa chất:
-Tất cả hóa chất sử dụng thuộc loại tinh khiết phân tích (PA) và pha trong nước
cất.
-Kali Xyanua KCN
-Kali iodua KI
-Kali clorua KCl
-Natri clorua NaCl
-Natri hidroxit NaOH
1.2 Thiết bị:
1. Máy điện phân
2. Máy đo thế ( Thermo Orion)
3. Dụng cụ thủy tinh các loại.
2. Giới thiệu phương pháp:
-Mục đích của chúng tôi là chế tạo điện cực màng chọn lọc ion CN
-
và chúng
phải đáp ứng tốt yêu cầu đòi hỏi về độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian sử dụng
lâu dài và rẻ tiền, dễ thực hiện.
- Theo tài liệu công bố có nhiều phương pháp để chế tạo điện cực màng chọn
lọc ion CN
-
. Sau đây là một số phương pháp chế tạo điện cực đã được công bố.
2.1 Chế tạo điện cực theo phương pháp ép vật liệu màng AgI
Phương pháp này rất phức tạp nhất là công đoạn chế tạo màng. Điện cực
tạo xong rất dễ bị rã, nên phải dùng thêm chất mang dẻo tạo hình thường sử dụng
là Ag
2
S và chất này do có tích số tan khá nhỏ nên sẽ bị nhiều ion kim loại hấp phụ

và tạo tủa với S
2-
.
2.2 Chế tạo điện cực theo phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch
HI
Phương pháp tương đối đơn giản nhưng vì HI thì đắt tiền không an toàn
bằng KI nên chúng tôi chọn phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch KI.
20

20
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
2.3 Chế tạo điện cực bằng phương pháp điện phân dây Ag trong dung dịch
KI .
Hình 3: Sơ đồ điện phân chế tạo điện cực:
2.3.1. Nguyên lý của phương pháp: dựa trên phản ứng Ag từ dây Ag với vai
trò anod sẽ tan ra và lập tức kết hợp với I
-
trong dung dịch tạo AgI bám trên bề mặt
điện cực theo các phương trình sau:
Ag – e → Ag
+

Ag
+
+ I
-
→ AgI↓
2.3.2. Phương pháp chế tạo:
Về mặt lý thuyết rất đơn giản nhưng để AgI trở thành màng chọn lọc ion bám
trên bề mặt dây Ag, lúc này đóng vai trò dây dẫn điện phải đáp ứng các điều kiện

sau:
21

KI
AgGraphít
21
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
AgI phải phủ đều toàn bộ diện tích phần dây bạc sau này sẽ làm điện cực
màng chọn lọc ion.
AgI phải bám chắc lên bề mặt, không bị bong tróc trong quá trình làm việc.
Để vật liệu AgI đáp ứng được các yêu cầu vừa nêu, chúng tôi phải tiến hành
nghiên cứu điện phân với nhiều thông số thay đổi để tìm được điều kiện tối ưu.
Cách tiến hành:
Dây Ag (nguyên chất dài 10cm đường kính 1mm) đã được đánh bóng bằng
giấy nhám mịn, đem đi xử lý với xà phòng sau đó rửa sạch với nước và được lắp
vào hệ thống để tiến hành điện phân.
Điều kiện làm việc:
- Nhiệt độ phòng.
- Hai điều kiện làm việc là tĩnh và khuấy bằng cá từ.
Mục tiêu của việc khảo sát quá trình điện phân.
 Xác định thể tích dung dịch điện phân.
 Xác định điều kiện tĩnh hay động
 Xác định nồng độ và hiệu điện thế làm việc tốt nhất
Ban đầu chúng tôi thực hiện điện phân với thể dung dịch KI = 80ml, điều kiện
tĩnh, hiệu điện thế 2V
[4]
. Chúng tôi thu được kết quả như sau.
Dây bạc được sử lý theo hai cách như sau:
TH1 Điện cực có sử lý đun sôi: Đánh nhẵn bề mặt, rửa sạch bằng xà phòng, rửa lại
bằng nước cất, tráng cồn, sau đó đun sôi trong nước cất khoảng 20 phút. Ngâm lại

trong cồn 1 giờ.
TH2 điện cực không sử lý đun sôi: làm tương tự nhưng không qua đun sôi 20 phút
Kết quả điền phân điện cực như sau
 Trường hợp 1: điên cực có sử lý đun sôi sau khi làm nhẵn bề mặt.
Lần
C
I
-
(M)
E
(V)
t
(phút)
Nhận xét
1 10
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình thành nhanh (khoảng 10s).
Sau đó kết tủa bám không chặt.
Vết phủ loang lỗ.
2 10
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình nhanh.
Sau đó tiếp tục có kết tủa hình thành nhưng bám
không chặt.
Phủ không đều
22

22

GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
3 10
-4
2.0 2 Có nhiều vết không bám kết tủa
4 10
-3
2.0 2
Kết tủa bám nhanh,
Vết không phủ lớn.
5 10
-3
2.0 5 Vết phủ loang lỗ.
 Trường hợp 2: điện cực không được sử lý đun sôi 20 phút
Lần
C
I
-
(M)
E
(V)
t
(phút)
Nhận xét
1 10
-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình thành nhanh (khoảng 10s).
Sau đó kết tủa bám không chặt.
Phủ gần hoàn toàn.
2 10

-4
2.0 2
Lượng kết tủa hình nhanh.
Sau đó tiếp tục có kết tủa hình thành nhưng bám
không chặt.
Phủ không đều
3 10
-4
2.0 2 Kết tủa bám kém hẳn
4 10
-4
2.0 5 Kết tủa bám kém, màu sắc nhợt nhạt.
5 10
-4
2.0 5 Kết tủa bám một lớp mỏng
6 10
-3
2.0 2
Kết tủa bám nhanh,
Lượng kết tủa dầy hơn theo thời gian, Phần kết
tủa lúc sau không bám chặt.
Bám đều 99%. Vài vệt không bám
7 10
-3
2.0 2 Tương tự
23

23
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
8 10

-3
2.0 2 Chất lượng điện cực kém hẳn
9 10
-3
2.0 5 Chất lượng điện cực kém
10 10
-3
2.0 5 Chất lượng điện cực kém
Như vậy tôi thấy trong trường hợp xử lý điện cực có đun sôi 20 phút thì chất
lượng điện cực kém hẳn, có nhiều vết loang lỗ lớn. Ở đây tôi suy nghĩ có thể trong
lúc đun sôi bề mặt của điện cực Ag đã xuất hiện những bọt khí. Những bọt khí này
làm cho kết tủa không bám được lên điện cực tạo nên vết loang như vậy.
Vậy từ nay về sau tôi không đun sôi điện cực trong nước sôi nữa. Chỉ xử lý đánh
bong bề mặt rồi sau đó rửa bằng xà phòng, tráng cồn.
Khi điện phân tôi thấy chất lượng điện cực giảm rất nhiều theo thời gian. Như vậy
cho thấy nồng độ I
-
đã giảm nhiều theo thời gian, và kết tủa tạo thành có lớp bám
không chặt. Lớp bám này làm cản trở kết tủa AgI bán chặt vào điện cực Ag, nên
chúng tôi tìm cách cải thiện.
Biện pháp cải thiện như sau.
Để nồng độ I
-
xem như không đổi theo thời gian chúng tôi thay thể tích điện phân
từ 80 ml thành 1000 ml.
Để tránh việc tạo có lớp kết tủa bám không chặt hình thành tôi sẽ khuấy liên tục.
Việc khuấy có ý nghĩa làm cho lớp kết tủa bám không chặt bị tróc ra để dàng cho
kết tủa bám chặt hơn, và đảm bảm sự khuyêt tán I
-
.

Trong điều kiện mới này kết quả thu được như sau.
Lần
C
I
-
(M)
E
(V)
t
(phút)
Nhận xét
1 10
-4
2 2
Điện cực không còn hình thành lớp bám dầy thứ
2 nữa. điện chưa bám hết 100%
2 10
-4
2 5 Tượng tự như trên.
24

24
GVHD: TS. Nguyễn Phước Thành Tiểu Luận Tốt Nghiệp
3 10
-4
2 5 Tượng tự như trên.
4 10
-4
2 10
Thời gian tăng lớp kết tủa tiếp tục dầy lên

không có hiện tượng bong tróc nữa.
Sau thời gian vài ngày lớp kết tủa có bong ra.
Chua phủ toàn bộ
5 10
-3
2.0 2
Kết tủa nhanh chóng bám , không còn lớp kết
tủa bột bám bên ngoài.
Chưa phủ toàn bộ
Kết tủa đã bắt đầu bám đẹp hơn, không còn lớp bám không chặt như trước nữa,
và sau nhiều lần điện phân chất lượng điện cực đồng đều không còn chênh lệch
như lúc làm ở V=80ml nữa.
Tuy nhiên yêu cầu điện cực phải phủ toàn bộ vẫn chưa đạt được, vẫn còn lấm tấm
vài chấm nhỏ màu trắng của Ag.
Nên tôi tiếp tục thay đổi các điều kiện về nồng độ.
Trong quá trình làm thí nghiệm tôi thấy:
Chất lượng điện cực phụ thuộc vào việc xử lý bề mặt ban đầu. và chất lượng kết
tủa không khác nhau nhiều ở hai nồng độ. Thời gian điện phân cũng không ảnh
hưởng nhiều đến hình thái điện cực.
Nên tôi kết hợp việc tìm xác xuất điều chế thành công trong mỗi điều kiện thực
nghiệm, thời gian điện phân từ hai đến 5 phút tùy theo nồng độ nên canh trực quan
bằng mắt.

Lần
C
I
-
(M)
E
(V)

t
(phút)
Nhận xét
5 lần 10
-4
2 - Chưa có điện cực nào đạt yêu cầu độ phủ 100%
5 lần 5.10
-4
2 - Có một điện cực chấp nhận được
5 lần 10
-3
2 - có 2 điện cực gần được như yêu cầu
25

25