Tổng hợp vật liệu compozit bã chè – PANi – bã cafe định hướng xử lí môi trường ô nhiễm ion mn2+ (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THỊ KIM OANH

TỔNG HỢP VẬT LIỆU COMPOZIT
PANi – BÃ CHÈ – BÃ CAFE ĐỊNH HƯỚNG
2+
XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG Ô NHIỄM ION Mn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Người hướng dẫn khoa học

TS. NGUYỄN THẾ DUYẾN

HÀ NỘI – 2017


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn giảng viên
TS. Nguyễn Thế Duyến, người đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ
em hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa hóa học - Trường
Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình dạy dỗ và tạo điều kiện thuận lợi cho
em trong thời gian em học tập và nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn bên cạnh, động
viên, hỗ trợ và giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Kim Oanh

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan khóa luận này là công trình nghiên cứu của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Thế Duyến. Các kết quả và số
liệu trong khóa luận là trung thực và chưa được công bố trong bất cứ công
trình nào khác.
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thị Kim Oanh

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 1
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 1
4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về polyanilin (PANi)............................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu chung về polyme dẫn ..................................................... 3

1.1.2. Cấu trúc của PANi .......................................................................... 3
1.1.3. Tính chất của PANi ......................................................................... 4
1.1.3.1. Tính dẫn điện ........................................................................... 4
1.1.3.2. Tính điện sắc ............................................................................ 5
1.1.3.3. Khả năng tích trữ năng lượng .................................................. 6
1.1.3.4. Tính chất cơ ............................................................................. 6
1.1.4. Phương pháp tổng hợp PANi .......................................................... 7
1.1.4.1. Phương pháp hóa học............................................................... 7
1.1.4.2. Phương pháp điện hóa.............................................................. 9
1.1.5. Ứng dụng của PANi ...................................................................... 10
1.2. Giới thiệu về bã cafe, bã chè ................................................................ 12
1.2.1. Bã cafe........................................................................................... 12
1.2.2. Bã chè ............................................................................................ 13
1.3. Xử lí môi trường từ phụ phẩm nông nghiệp ........................................ 14
1.4. Xử lí môi trường bằng PANi................................................................ 16
1.5. Xử lí môi trường bằng bã chè và bã cafe ............................................. 16

3


CHƯƠNG 2..................................................................................................... 18
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 18
2.1. Thực nghiệm ........................................................................................ 18
2.1.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị thí nghiệm .......................................... 18
2.1.1.1.Hóa chất .................................................................................. 18
2.1.1.2. Dụng cụ .................................................................................. 18
2.1.1.3. Thiết bị ................................................................................... 18
2.1.2. Tổng hợp vật liệu hấp thu ............................................................. 19
2.1.2.1. Xử lí bã chè, bã cafe trước khi tổng hợp ............................... 19
2.1.2.2. Tổng hợp vật liệu hấp thu ...................................................... 19

2+

2.1.3. Khả năng hấp thu ion Mn bằng vật liệu tổng hợp ...................... 20
2.1.3.1. Bã cafe.................................................................................... 20
2.1.3.2. Bã chè..................................................................................... 20
2.1.3.3. PANi....................................................................................... 21
2.1.3.4. PANi-BC-BCF ....................................................................... 21
2.2. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................. 21
2.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)................................................ 21
2.2.2. Phương pháp kính hiển vi điện tự quét (SEM) ............................. 23
2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)................................. 23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 25
3.1. Tổng hợp vật liệu ................................................................................. 25
3.1.1. Phổ hồng ngoại IR......................................................................... 25
3.1.2. Kết quả phân tích SEM ................................................................. 27
3.2. Khả năng xử lí ion kim loại nặng......................................................... 28
3.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu đến khả năng xử lí .................................. 28
3.2.2. Hiệu suất hấp thu của vật liệu ....................................................... 29
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 32
4


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
AAS

Tiếng Việt

Tiếng Anh

Phương pháp phổ hấp thụ

Atomic Absorption

nguyên tử

Spectroscopy

ANi

Anilin

BC

Bã chè

BCF

Bã café

PANi

Polyanilin

PANi-BC-BCF

PANi-bã chè-bã cafe

PPNN

Phụ phẩm nông nghiệp

IR

Phổ hồng ngoại

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

Infrared spectroscopy

v

Scanning electron
microscope


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường axit khác nhau..... 5
Bảng 1.2. Điện thế oxi hóa khử của một số chất oxi hóa................................. 8
Bảng 1.3. Thành phần hóa học trong cafe trước khi rang. ............................. 12
Bảng 1.4. Thành phần hóa học trong cafe sau khi rang. ................................ 13
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của lá chè. ..................................................... 14
Bảng 3.1. Giá trị số sóng của các mẫu PANi, BCF, BC và PANi. ................ 26

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử PANi. .................................................................... 3
Hình 3.1. Phổ IR của các mẫu. ....................................................................... 26
Hình 3.2. Phổ SEM của các mẫu PANi-BC-BCF, BCF, BC và PANi. ......... 27
2+

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ hấp thu ion Mn theo thời gian của
các vật liệu. Nồng độ ban đầu C0 = 20 mg/L, pH = 7....................... 28
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp thu ion Mn

2+

theo thời gian của

các vật liệu....................................................................................................... .29

vii


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

1


Hiện nay việc loại bỏ ion kim loại nặng trong nước là một vấn đề chính
trong xử lí môi trường bởi vì tính độc hại của chúng ngay cả khi ở nồng độ
thấp. Những chất ô nhiễm này xuất hiện trong nước là từ các quá trình sản
xuất công nghiệp mà ra. Có rất nhiều cách khác nhau để loại bỏ kim loại ra
khỏi nước như trao đổi ion, thẩm thấu ngược, kết tủa hoặc hấp phụ…Trong

đó hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm hơn so với
nhiều phương pháp khác. Do vậy việc tìm kiếm và nghiên cứu chế tạo vật liệu
hấp phụ có khả năng xử lí các ion kim loại gây ô nhiễm nước là rất cần thiết.
Trong các nghiên cứu gần đây, polyanilin kết hợp với phụ phẩm nông
nghiệp là vật liệu có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng. Theo hướng này sử
dụng bã chè và bã cafe là phụ phẩm làm vật liệu hấp thu có hiệu quả và khả
thi do chúng có khả năng tách kim loại nặng hòa tan và màu trong nước nhờ
vào cấu trúc xốp và thành phần xenlulozơ. Bên cạnh đó nguồn nguyên liệu bã
chè và bã cafe rất đa dạng và phong phú, Việt Nam nằm trong nhóm 5 quốc
gia đứng đầu Châu Á về lượng tiêu thụ cafe bình quân đầu người trên một
năm, đứng thứ 5 về diện tích và thứ 6 về sản lượng chè trên thế giới.
Vì những lí do trên em chọn đề tài: “Tổng hợp vật liệu compozit bã
2+

chè – PANi – bã cafe định hướng xử lí môi trường ô nhiễm ion Mn ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu định hướng xử lí môi trường ô nhiễm kim loại nặng.
2+

- Đánh giá khả năng xử lí ion kim loại Mn của vật liệu hấp thu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố trong quá trình tổng hợp vật liệu.
- Khảo sát sự biến đổi nồng độ ion kim loại nặng khi hấp thu bằng vật
liệu được tổng hợp.

2


4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) xác định được vị trí (tần số) của vân

3


phổ.
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) xác định hình dạng, cấu
trúc bề mặt vật liệu.
- Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định hàm lượng các
ion nguyên tử trước và sau khi hấp phụ.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Tổng hợp được vật liệu PANi-BC-BCF hấp thu ion kim loại nặng Mn

2+

trong nước thải với nguồn nguyên liệu tổng hợp có sẵn, phong phú, vật liệu
thân thiện với môi trường.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về polyanilin (PANi)
1.1.1. Giới thiệu chung về polyme dẫn
Polyme dẫn điện lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1977 khi các nhà
khoa học phát hiện ra khả năng dẫn điện của polyaxetilen. Từ đó đã mở ra cho
các nhà khoa học một hướng nghiên cứu mới về một loại vật liệu mới đó là
polyme dẫn điện. Polyme dẫn đã và đang thu hút được sự quan tâm nghiên
cứu của rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Trong số đó polyanilin
(PANi) là polyme dẫn được quan tâm nhiều nhất. Do PANi có khả năng ứng
dụng rất lớn với nguồn nguyên liệu có sẵn và dễ tổng hợp. Ngoài ra PANi còn

là vật liệu thân thiện với môi trường, bền nhiệt, bền cơ học, tồn tại ở nhiều
trạng thái oxy hóa khử khác nhau và đặc biệt là khả năng điện hóa rất cao.
Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu nâng cao tính năng của PANi nhờ sử dụng
kĩ thuật cài các chất vô cơ hay hữu cơ [4].
1.1.2. Cấu trúc của PANi
PANi được mô tả như là mạch chính của cặp phân tử anilin đầu cuối ở vị
trí para của vòng thơm. PANi là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin
trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác. Công thức tổng quát của
PANi như hình 1.1.
H
NH

N

a

N

N

*

b


Hình 1.1. Cấu trúc phân tử PANi [7].
a, b = 0, 1, 2, 3, 4...
PANi có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa khử khác nhau. Với mỗi
trạng thái có một cấu trúc mạch polyme khác nhau và có màu sắc cũng khác
nhau.

Các trạng thái oxi hóa khử cụ thể:
Với a

0: Pernigraniline (màu xanh tím) trạng thái bị oxy hóa hoàn toàn.

N

Với b

Với a

Ngoài

N

N

N

0: Leucoemeraldin(màu vàng) trạng thái khử cao nhất.
H

H

H

H

N

N

N

N

b: Emeraldine (màu xanh lá cây) trạng thái oxi hóa một nửa.

ba

H

H

N

N

trạng

thái

cơ

bản:

N

Pernigraline

N

(màu

xanh

tím),

Leucoemeraldine (màu vàng), Emeraldine (màu xanh lá cây), do được hoạt
hóa cao của nhóm (-NH-) và mã cấu trúc ( N-), PANi thường tạo muối với
các axit thành dạng Emeraldin có tính chất dẫn điện tốt [7].
1.1.3. Tính chất của PANi
1.1.3.1. Tính dẫn điện
PANi có thể tồn tại ở cả trạng thái cách điện và trạng thái dẫn điện.
Trong đó trạng thái muối emeraldin có độ dẫn điện cao nhất và ổn định nhất.
Có 2 đặc trưng cơ bản đã tạo nên tính dẫn điện của polyme. Thứ nhất
polyme dẫn được tạo nên bởi hệ thống nối đôi liên hợp dọc toàn mạch phân tử
hoặc trên những đoạn lớn của mạch (-C=C-C=C-) đây là sự nối tiếp của các


liên kết đơn C-C và liên kết đôi C C, tạo nên đám mây electron π linh động
có thể dịch chuyển từ đầu chuỗi đến cuối chuỗi polyme một cách dễ dàng.
Tuy nhiên sự dịch chuyển từ chuỗi này sang chuỗi khác gặp khó khăn nên
các polyme đơn thuần có độ dẫn điện không lớn. Vì vậy người ta cần đưa thêm
(doping) các chất pha tạp vào polyme nên đặc trưng thứ hai là do sự hiện diện
của các chất pha tạp, chất này có thể là vô cơ, hữu cơ hoặc nguyên tử như Cl, I,
-

-

-

Br… chúng có thể nhận electron để tạo ra các ion âm Cl , I , Br ,... kết hợp với
mạch hidrocacbon liên hợp của polyme để chuyển sang dạng muối dẫn làm
tăng tính dẫn của PANi [5].
Trong các môi trường axit khác nhau thì độ dẫn điện của PANi cũng
khác nhau được thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường axit khác nhau.
Axit

Độ dẫn điện
(S/cm).10

-2

Axit

Độ dẫn điện
(S/cm).10

H2SO4

9,72

H3PO4

8,44

HCl

9,14

HClO4

8,22

HNO3

8,63

H2C2O4

7,19

-2

Để tăng độ dẫn điện của PANi hiện nay người ta thường sử dụng phương
pháp đưa các phân tử có kích thước nanomet của kim loại hay oxit kim loại
chuyển tiếp hoặc ống nano cacbon [9] vào màng polyme để tạo ra vật liệu có
độ dẫn vượt trội. Nó có vai trò như cầu nối để dẫn electron từ chuỗi polyme
này sang chuỗi polyme khác.
1.1.3.2. Tính điện sắc
PANi là một chất vô định hình, có màu sắc thay đổi tùy vào từng trạng
thái oxi hóa khử của nó. Từ màu vàng nhạt đến xanh lá cây, xanh thẫm và tím
đen.


Màu sắc của PANi có thể quan sát tại các điện thế khác nhau (so với điện

cực calomen bão hòa) trên điện cực Pt ta thấy rằng tại -0,2V thì PANi có màu
vàng, tại 0,0V có màu xanh nhạt, tại điện thế 0,65V có màu xanh thẫm, các
màu sắc này tương ứng với các trạng thái oxy hóa khử của PANi [14].
Khi doping các chất khác thì sự thay đổi màu sắc của PANi đa dạng hơn.
-

Ví dụ: doping ion Cl thì màu sắc của PANi có thể thay đổi từ màu vàng
(trạng thái khử) sang màu xanh (trạng thái oxi hóa).
Nhờ vào tính điện sắc đó ta có thể quan sát và biết được trạng thái tồn tại
của PANi ở môi trường nào.
1.1.3.3. Khả năng tích trữ năng lượng
PANi có khả năng tích trữ năng lượng cao nên người ta đã sử dụng nó
làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ PANi có thể thay thế MnO 2
trong pin Leclanche để trở thành acquy Zn/polyanilin do MnO2 là chất độc hại
với môi trường. Ngoài ra pin dùng PANi có thể dùng phóng nạp nhiều lần.
Đây là ứng dụng có nhiều triển vọng trong công nghiệp năng lượng [1].
1.1.3.4. Tính chất cơ
Thuộc tính cơ học của PANi phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp.
PANi tổng hợp bằng phương pháp điện hóa có độ xốp cao, độ dài phân tử
ngắn, độ bền cơ học kém. Phương pháp hóa học thì ít xốp hơn và được sử
dụng phổ biến, PANi tồn tại dạng màng, sợi hay phân tán hạt.
Màng PANi tổng hợp theo phương pháp điện hóa có cơ tính phụ thuộc
nhiều vào điện thế tổng hợp. Ở điện thế 0,65V (so với Ag/Ag+) màng PANi
có khả năng kéo dãn tốt tới 40%. Trong khoảng 0,8 - 1V màng giòn, dễ vỡ và
khả năng kéo giãn kém [11].
Hầu hết các sợi và các màng PANi đã được tạo ra từ quá trình chuyển
đổi từ dạng emeraldin sang muối axit bởi quá trình pha tạp. Sự lựa chọn chất
pha tạp có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học. Trong thực tế MacDiarmid đã
chỉ ra rằng các tính chất cơ học phụ thuộc một cách phức tạp vào các chất pha

tạp [11]. Những ảnh hưởng cụ thể tác động của cấu trúc polyme (như chịu ảnh
hưởng của chất pha tạp và dung môi) về tính chất cơ học vẫn chưa được
nghiên cứu rõ ràng.
1.1.4. Phương pháp tổng hợp PANi
Trong các polyme dẫn thì PANi được quan tâm nhiều nhất, một trong các
lí do đó là khả năng tổng hợp đơn giản. PANi có thể được tổng hợp bằng con
đường điện hóa hoặc hóa học, trong đó phương pháp điện hóa có nhiều ưu
điểm hơn.
1.1.4.1. Phương pháp hóa học
Để tổng hợp PANi với một lượng lớn người ta thường sử dụng phương
pháp hóa học. Đó là polyme hóa anilin bằng phương pháp hóa học.
Polyme hóa hóa học là phương pháp thông dụng để chế tạo polyme nói
chung. Polyme hóa anilin theo con đường hóa học đã được biết đến từ lâu và
được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
PANi tổng hợp bằng phương pháp hóa học có cấu tạo mạch thẳng chưa
được oxy hóa hay tạo muối gọi gọi là Leucoemeraldin và có cấu tạo như sau:
H

H

H

H

N

N

N

N

Trong phương pháp này PANi được tổng hợp bằng cách sử dụng các
chất oxy hóa để oxy hóa anilin trong môi trường axit và người ta thường sử
dụng amonipesunfat (NH4)2S2O8 làm chất oxy hóa. Bởi (NH4)2S2O8 tạo được
polyme có khối lượng phân tử rất cao (KLPT > 20000) và độ dẫn tối ưu hơn
so với các chất oxi hóa khác [7].
Môi trường axit là H2SO4, HCl, HClO4... hay môi trường các hoạt chất
oxy hóa như các chất tetra aouroborat khác nhau (NaBF4, NO2BF4, Et4NBF4).


Trong những hệ PANi-NaBF4, PANi-NO2BF4, PANi-Et4NBF4, do tính chất
thủy phân yếu của các cation nên anion sẽ thủy phân tạo ra HBF4, HBF4 đóng
vai trò như một tác nhân prôton hóa rất hiệu quả được sử dụng để làm tăng độ
dẫn của polyme [7].
Quá trình tạo PANi bắt đầu cùng với quá trình tạo gốc cation anilium,
đây là giai đoạn quyết định tốc độ của quá trình. Hai gốc cation kết hợp lại để
tạo N - phenyl-1,4-phenylendiamin hoặc gốc không mang điện sẽ kết hợp với
gốc cation anilium tạo thành dạng trime, trime này dễ dàng bị oxy hóa thành
một gốc cation mới và lại dễ dàng kết hợp với một gốc cation anilium khác để
tạo thành dạng tetrame. Phản ứng chuỗi xảy ra liên tiếp cho đến khi tạo thành
polyme có khối lượng phân tử lớn. Bản chất của phản ứng polyme hóa này là
tự xúc tác [7].
Ngoài ra người ta còn sử dụng các chất oxi hóa khác như H2O2 [20],
FeCl3, K2Cr2O7 [12], MnO2 [17,19], NH4VO3 [17]…Điện thế oxi hóa khử của
các chất này được thể hiện trong bảng 1.2. FeCl 3 có điện thế oxi hóa khử thấp
nhất tuy nhiên nó là chất oxi hóa phù hợp để tạo ra PANi có khối lượng phân
tử 200 000. Trong các môi trường axit khác nhau với các nồng độ khác nhau
thì sản phẩm PANi thu được có độ tan, độ dẫn điện và độ bền rất khác nhau

[5].
Bảng 1.2. Điện thế oxi hóa khử của một số chất oxi hóa.
Chất oxi hóa

E0 (V)

(NH4)2S2O8

1,94

H2O2

1,78

Ce(SO4)2

1,72

K2Cr2O7

1,23

FeCl3

0,77


Nhiệt độ của quá trình tổng hợp polyanilin cũng ảnh hưởng đến khối
lượng phân tử trung bình cũng như sự phân bố của các chuỗi polyme. Theo

nghiên cứu của Kwangsun- Ryu và các đồng nghiệp, PANi tổng hợp tại nhiệt
0

độ phòng có khối lượng phân tử thấp hơn PANi được tổng hợp tại 0 C, PANi
có khối lượng phân tử thấp có khả năng hòa tan cao hơn và có độ dẫn điện
thấp hơn. Tương tự theo [13] độ dẫn điện của PANi tổng hợp trong môi
0

0

trường HCl ở 0 C là 7,58 S/cm, còn ở 20 C là 4,37 S/cm.
PANi có cấu trúc sợi nano có thể được tổng hợp bằng phương pháp trùng
hợp bề mặt (interfacial polymerization). Trong phương pháp này anilin được
hòa tan trong clorophom, chất oxi hóa amoni pesunfat được hòa tan trong dung
dịch axit HCl. Khi cho 2 dung dịch phản ứng với nhau thì PANi sẽ được hình
thành trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha dung môi hữu cơ và nước, tiếp theo
PANi có cấu trúc sợi nano sẽ hòa tan vào nước. Tùy theo tỷ lệ monome/chất
oxi hóa ta sẽ thu được sợi PANi có hình thái và sự đồng đều khác nhau.
1.1.4.2. Phương pháp điện hóa
Tổng hợp PANi nói riêng và polyme dẫn nói chung theo con đường điện
hóa có nhiều ưu điểm. Đó là độ tinh khiết rất cao, tất cả các quá trình hóa học
đều xảy ra trên bề mặt điện cực.
Các phương pháp điện hóa thường dùng để tổng hợp PANi như dòng
tĩnh, thế tĩnh, quét tuần hoàn, xung dòng, xung thế.
Trong phương pháp điện hóa các phân tử monome trong dung dịch điện
ly sẽ được oxy hóa trên bề mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện.
Các giai đoạn trung gian chính xảy ra:
 Khuếch tán và hấp thụ anilin.
 Oxy hóa anilin.

 Hình thành polyme trên bề mặt điện cực.
 Ổn định màng polyme.
 Oxi hoá bản thân màng và doping.


Sản phẩm PANi tổng hợp bằng phương pháp điện hóa thu được ở anot
của hệ 2 hoặc 3 điện cực. PANi có thể được tổng hợp trên các điện cực Pt,
Au, Al, Cu, thép không rỉ,than thủy tinh, graphit,…[5].
Cả nồng độ monome và mật độ dòng đều có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc
độ và hiệu suất polyme hóa. Ngoài hai yếu tố kể trên tính chất sản phẩm
polyme còn phụ thuộc vào dung dịch điện ly, nhiệt độ, thời gian, pH và vật
liệu làm điện cực nghiên cứu. Bằng phương pháp điện hóa ta có thể tạo ra các
PANi có tính chất khác nhau tùy theo nhu cầu ứng dụng.
Bằng phương pháp điện hóa ta có thể thu được màng mỏng PANi có khả
năng bám dính tốt trên bề mặt của các điện cực và ta có thể thay đổi chiều dày
của màng tùy thuộc vào chế độ tổng hợp. Như vậy, có thể tạo trực tiếp PANi
lên mẫu kim loại cần bảo vệ, đây chính là một ưu điểm của phương pháp tổng
hợp PANi bằng điện hóa.
Các thiết bị điện hóa đang được sử dụng là máy Potentiostat, thiết bị
tạo được điện thế hay dòng điện theo yêu cầu để phân cực, đồng thời cho
phép ghi lại các tín hiệu phản hồi nhằm điều khiển quá trình phản ứng polyme
bám trên bề mặt điện cực nhúng trong dung dịch. Nhờ các thiết bị điện hóa
này người ta có thể kiểm soát và điều chỉnh được tốc độ polyme hóa PANi,
cho phép chế tạo những màng mỏng đồng thể, bám dính tốt trên bề mặt mẫu.
Ngoài ra phương pháp này cho phép theo dõi được tính chất oxi hóa khử của
PANi trong quá trình tổng hợp [7].
1.1.5. Ứng dụng của PANi
PANi hay một số polyme khác hiện nay đang được ứng dụng rất rộng rãi
vào tất cả các ngành công nghệ kĩ thuật cao bởi các đặc tính ưu việt của chúng
(chế tạo điện cực của pin, thiết bị điện sắc, cố định enzim,...). Hợp chất cao

phân tử thường nhẹ, kết hợp với độ bền cao, có nhiều những tính chất đặc biệt
nên trong một số trường hợp không dùng vật liệu khác để thay thế được.


Màng PANi có thể tồn tại ở các trạng thái oxy hóa khử khác nhau tương
ứng với các màu sắc khác nhau tùy thuộc vào pH của dung dịch điện ly và thế
đặt vào... Nhờ tính chất này màng PANi phủ lên vật liệu vô cơ như: Al, Fe,
Pt... để tạo ra linh kiện hiển thị điện sắc gồm hai điện cực [10].
PANi có thể sử dụng để chế tạo sen sơ khi dựa trên nguyên lý sự thay
đối điện trở thông qua quá trình hấp thụ khi trên bề mặt điện cực. Tại các giá
trị pH khác nhau thì PANi tồn tại ở các trạng thái khác nhau tương ứng với
các điện thế khác nhau. Dựa vào tính chất này có thể ứng dụng PANi làm sen
sơ đo pH. Ngoài ra PANi được pha tạp thêm một số chất khác để ứng dụng
làm các sen sơ khác nhau như sen sơ chọn lọc ion, sen sơ xác định metanol,
etanol ở trạng thái hơi, sen sơ độ ẩm…[16].
PANi còn ứng dụng rộng rãi trong việc chống ăn mòn kim loại. Do khả
năng bám dính cao, có điện thế dương nên màng PANi có khả năng chống ăn
mòn cao, có triển vọng khả quan thay thế một số màng phủ gây độc hại, ô
nhiễm môi trường. PANi bảo vệ kim loại chủ yếu theo cơ chế bảo vệ anot, cơ
chế che chắn, cơ chế ức chế. Bằng thực nghiệm, các nghiên cứu gần đây đã
cho thấy dạng Pemigranilin màu xanh thẫm - trạng thái oxy hóa cao nhất của
PANi có khả năng ngăn chặn sự tấn công của axit hay môi trường ăn mòn.
Ngoài ra, do PANi có khả năng hấp thụ kim loại nặng nên người ta có
thể dùng nó để hấp thụ các kim loại nặng có trong nước thải công nghiệp
cũng như nước thải dân dụng. Để tăng quá trình hấp thụ (tăng bề mặt tiếp
xúc) và làm giảm giá thành sản phẩm người ta phủ nên chất mang như: mùn
cưa, vỏ lạc, vỏ đỗ, vỏ trứng... (tài nguyên chất thải, có ích, rẻ tiền nên có thể
khai thác sử dụng) một lớp màng PANi mỏng. Các compozit này có khả năng
2+

2+

6+

hấp thụ rất tốt đối với Pb , Cd , Cr ,… [15,18].


1.2. Giới thiệu về bã cafe, bã chè
1.2.1. Bã cafe
Cafe là thức uống được nhiều người trên thế giới yêu thích và cafe được
coi như là phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện tại của chúng ta.Việt
Nam là một trong năm quốc gia đứng đầu Châu Á về lượng tiêu thụ cafe tính
theo bình quân đầu người/năm (1,15 kg) chỉ đứng sau Hàn Quốc (2,42 kg) và
Nhật Bản (2,90 kg) [21]. Hằng ngày có rất nhiều bã cafe được thải ra từ các
quán cafe trong cả nước. Khi bã cafe được thải trực tiếp vào đất, lâu ngày sẽ
bị nấm mốc, vi khuẩn phân hủy làm bốc mùi hôi rất khó chịu. Ngoài ra, bã
cafe để lâu trong không khí còn trực tiếp sản sinh ra khí Metan (CH4) - một
loại khí gây ra hiệu ứng nhà kính vì vậy ảnh hưởng rất lớn tới môi trường.
Thành phần hóa học trong cafe thay đổi tùy thuộc vào từng loại cafe,
mức độ rang, quá trình rang và một số yếu tố khác. Tuy nhiên các thành phần
như xenlulozơ và lignin không thay đổi nhiều, nhờ có cấu trúc những thành
phần này nên bã cafe được sử dụng làm vật liệu compozit của PANi.
Thành phần hóa học trong cafe được tóm tắt trong bảng 1.3 và 1.4 [22].
Bảng 1.3. Thành phần hóa học trong cafe trước khi rang.
Thành phần
Nước

% khối lượng
10-12

Xenlulozơ

31

Tinh bột và chất keo

13

Protein

12

Dầu

11

Cacbohidrat hòa tan

9

Cafein

1

Tro

3
Ngoài ra còn các thành phần khác

Bảng 1.4. Thành phần hóa học trong cafe sau khi rang.
Thành phần

% khối lượng

Nước

2

Xenlulozơ

32

Tinh bột và chất keo

15

Protein

13

Dầu

13

Cacbohidrat hòa tan

10

Cafein

1

Tro

4
Ngoài ra còn các thành phần khác

1.2.2. Bã chè
Chè là cây công nghiệp thế mạnh của Việt Nam. Việt Nam đứng thứ 5
về diện tích và thứ 6 về sản lượng chè trên thế giới. Chè phân bố trên 34 tỉnh
nhưng tập trung ở 12 tỉnh trọng điểm (chiếm 94% diện tích toàn quốc). Diện
tích trồng chè dao động khoảng 126.000 – 133.000 héc ta. Trong năm 2011 cả
nước có diện tích trồng chè là 133.000 ha, sản lượng (thô) đạt 888.600 tấn,
sản lượng (đã chế biến) đạt 165.000 tấn. Năm 2014, Việt Nam có khoảng 500
cơ sở sản xuất chế biến chè với tổng công suất 500.000 tấn chè khô/năm.
Trong số 180.000 tấn chè khô năm 2014, Việt Nam xuất khẩu 130.000 tấn,
sản lượng chè nội tiêu khoảng 33.000 tấn [23].
Từ lâu, người ta đã xem cây chè như một vị thuốc quý, dịch chiết lá chè
được sử dụng trong công nghiệp thuộc da. Nước chè là một thức uống ngon,
bổ dưỡng, được xem là một thức uống truyền thống có tác dụng giảm nhiệt,
giảm mệt mỏi, có khả năng kháng khuẩn, ngăn ngừa sự phát triển của các tế
bào ung thư, hạn chế quá trình lão hóa… Con người đã và đang khai thác