Luận văn sư phạm Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng điện hoá polianilin

TR

NG

I H C S PH M HÀ N I 2
KHOA HịA H C

TR N HUY TI N

NGHIÊN C U CH T O VÀ
NG D NG I N HịA POLIANILIN
KHịA LU N T T NGHI P

IH C

Chuyên ngƠnh Hóa h c h u c

HƠ N i 05-2009


TR

NG

I H C S PH M HÀ N I 2
KHOA HịA H C

TR N HUY TI N

NGHIÊN C U CH T O VÀ
NG D NG I N HịA POLIANILIN

KHịA LU N T T NGHI P

IH C

Chuyên ngƠnh Hóa h c h u c

Ng

iăh

ngăd năkhoaăh c: PGS.TS. Lê Xuơn Qu

HƠ N i 05-2009


L IC M

N

V iăt tăc ălòngăkínhătr ngăvàăs ăbi tă năchânăthành,ătôiăxinăg iăl iăc mă năt iăth yă
kínhăyêuăc aătôi.ă óălàăth yăPGS.TS.LêăXuânăQu ăng
nh ngăb
h

căđiăđ uătiên,ăđãăkiênătrì,ăđ ăl

iăđãăđ nhăh

ngăchoătôiăt ă

ngăch ăb oănh ngăc ngăr tănghiêmăkh că

ngăd nătôiăt nătìnhătrongăsu tăquáătrìnhănghiênăc uăđ ătôiăhoànăthànhăđ

căkhoáă

lu n.
Tôiăxinăchânăthànhăc mă nălãnhăđ oăVi năK ăThu tăNhi tă

iăvàăcácăanhăch ălàmă

vi căt iăphòngănghiênăc uă năMònăvàăB oăV ăKimăLo iă- Vi năK ăThu tăNhi tă
- Vi năKHCN Vi tăNamăđãăt oăđi uăki năgiúpăđ ăđ ătôiăđ

iă

cănghiênăc u,ăh căt pă

vàăhoànăthànhăkhoáălu n.
Tôiăxinăchânăthànhăc mă nălãnhăđ oătr

ngă

iăH căS ăPh măHàăN iă2,ăbanăch ă

nhi măvàăcácăth yăcôătrongăKhoaăHoáăH căđãăh tălòngăquanătâmăgiúpăđ ătôiătrongă
su tăth iăgianăh căt p.
Tôiăxinăc mă năgiaăđình,ăb năbè,ăvàăng

iăthânăđãăđ ngăviên,ăt oăđi uăkiênăchoătôiă

hoànăthànhăkhoáălu n.
HàăN i,ăngàyă12ăthángă05ăn mă2009
Tr năHuyăTi n


L I CAM OAN
tài này tôi đã tr c ti p nghiên c u d

is h

ng d n khoa h c c a th y

PẢS.TS.Lê Xuân Qu . Tôi xin cam đoan đây là k t qu mà tôi đã nghiên c u đu c
và k t qu đ a ra là đúng s th t. N u có đi u gì không trung th c, tôi xin ch u
trách nhi m tr

c nhà tr

ng và pháp lu t.

ảà N i ngày 12 tháng 05 n m 2009
Tr năHuyăTi n


M CL C
M Đ U

6

CH

8

NG 1. T NG QUAN V POLIME D N

1.1. Gi i thi u v polime d n đi n…….............................................. 8
1.1.1.ăL chăs ăv ăpolimeăd năđi n…………......................................... 8
1.1.2.ăPhânălo iăpolimeăd n………………...........................................9
1.1.3.ăM tăs ăđ căđi măvàă ngăd ngăc aăPANi……............................ 10
1.1.4ăQuáătrìnhăphaăt p…………………….......................................... 11

1.2. Polianilin…………………………… .........................................13
1.2.1.ăAnilin……………………………….......................................... 13
1.2.2.ăTínhăch tăv tălí…….................................................................... 13
1.2.3.ăăTínhăch tăhóaăh căc aăANi……................................................ 13
1.2.4.ăPh

ngăphápăt ngăh păpolianilin……………………………... 14

1.2.5ăTínhăch tăc aăPANiăch ăt oăb ngăđi năhóa……………………. 20
1.2.6ăKh ăn ngăb oăv ăch ngă nămònăkimălo i……………………… 22

CH

NG 2. PH

NG PHÁP NGHIÊN C U

25

2.1. Thi t b ………………………………………………………….. 25
2.1.1.ăThi tăb ăđi năhoáă……………………………………………… 25
2.1.2. i năc călàmăvi c……………………………………………... 26

2.2. Hoá ch t vƠ dung d ch nghiên c u…….……………………… 27
2.2.1.ăHoáăch t……………………………..........................................ă27
2.2.2.ăDungăd chănghiênăc u……………………………………….. 27
2.2.3.ăCácăb

căti năhànhănghiênăc u…….......................................... 27


2.3. Các ph
2.3.1.ăPh

ng pháp nghiên c u………….……………………… 27
ngăphápăđoăph ăCV………………………………………. 27

2.3.2.ăPhânătíchănhi tăviăsai………………………………………… 30

CH

NG 3: K T QU VÀ TH O LU N

3.1. T ng h p PANi trong HCl b ng phơn c c CV...........................
3.2. Bi n thiên m t s đ i l

ng c a ph CV.....................................

3.2.1.ăBi năthiênăđi năth ăpic................................................................
3.2.2.ăBi năthiênăđi n l

ng.................................................................

3.2.3.ăBi năthiênăđi năth ăbánăpic.........................................................
3.2.4.ăBi năthiênădòngăpic.....................................................................
3.3. Tác đ ng c a FeSO4 đ n t ng h p đi n hoá PANi.....................
3.3.1.ăTácăđ ngăc aăFeSO4 đ năph ăCVăt ngăh păPANi......................
3.3.2.ăTácăđ ngăc aăFeSO4 đ năđi năth ăpicăoxyăhoá...........................
3.3.3.

nhăh

3.3.4.ă nhăh

ngăc aăFeSO4 đ năđi năth ăbánăpicăEp1/2 ......................
ngăc aăFeSO4 đ năđi năl

ngăpicăoxyăhoáăkh .............

3.4. Tác đ ng c a CuSO4 đ n t ng h p đi n hoá PANi.....................
3.4.1.ăTácăđ ngăc aăCuSO4 đ năph ăCVăt ng h păPANi.....................
3.4.2.ăTácăđ ngăc aăCuSO4 đ năđi năth ăpicăoxyăhoá........................... 42
3.4.3.ă nhăh

ngăc aăCuSO4 đ năđi năl

ngăpicăoxyăhoáăkh ă.............43

3.5. Tính ch t nhi t c a m u PANi .......................................................44
K T LU N

48

TÀI LI U THAM KH O .................................................................... 49


M

U

1. Lí do ch n đ tƠi
Ngàyănay,ăcácăv tăli uăs ăd ngătrongăngànhăcôngăngh ăđi năt ăđangăđ

căt pă

trungă nghiênă c uă đ ă đápă ngă nh pă đ ă phátă tri nă nhanhă chóngă c aă ngànhă côngă
nghi pă này.ă M tătrongă cácă h

ngăđóă làă tìmă ki mă kh ă n ngă thayă th ă cácă kimă lo iă

truy năth ngănh :ăSilic,ăgecmani,ăacsenuaăgali,ăphosphuaăgali.ăR tăđ tăti n,ăđòiăh iă
côngăngh ăch ăbi năkh tăkhe,ăb ngăcácăv tăli uăcóăgiáăthànhăr ăh năvàăd ăt ngăh pă
h n.ăM tătrongăcácălo iăv tăli uăđóălàăpolimeăd năđi năh uăc .ăCácăpolimeăd năđi nă
hìnhăđangăđ

căt pătrungănghiênăc uătrênăth ăgi iălà:ăpolianilină(PANi),ăpolipyrol,ă

polivinyl-ancol…ă

Polimeăd năđ că ngăd ngăr ngărãiătrongăngànhăđi năt ,ălàmăsensorăsinhăh c,ă
c aăs ăquang,ăbánăd n,ăt oămàngăch ngă nămònăkimălo i,ăs ăd ngălàmăch tăph ăgiaă
trongăđi năc căâmătrongăpinăvàă cquy,ăs ăd ngătrongăcácăngànhăhoáăch t…ă căbi tă
làă k tă qu ă nghiênă c uă g nă đâyă choă th yă polianilină cóă th ă làmă đi nă c că thayă th ă
platinăđ tăti n,ătrongăphânătíchăm tăs ăionăkimălo iănh ăs tăII.
Trênăc ăs ăk tăqu ăkhoaăh căvà côngăngh ăthamăkh oăđ căchúngătôiăđãăch năđ ă
tài “Nghiên c u ch t o và Ệh n ng ng d ng đi n hoá poệianiệin” làmă n iă
dungănghiênăc uăchoăkhoáălu năt tănghi păc aămình.

2. M c đích nghiên c u


Ch ăt oăđu ncă căpolianilinăvàă ngăd ngănghiênăc uătính ch tăoxiăhóaăkh ăc aăm tă
s ăkimălo i

3. N i dung nghiên c u
- i uăch ăđ

căPANiătrongăaxităclohidricălàmăđi năc c

- S ăd ngăđi năc căpolianilinăch ăt oăđ

cănghiênăc uătínhăch tăoxiăhóaăkh ă c aă

các ion Fe2+, Cu2+

4.

it

ng nghiên c u

- Polianilină(PANi)ăt ngăh păđi năhoáătrongăHCl.
- Fe2+, Cu2+ trênăđi nc căpolianilin

5. Ph

ng pháp nghiên c u

ăhoànăthànhăm căđích,ănhi măv ăc aăđ ătàiăchúngătôiăđãăs ăd ngăcácăph

- Nghiênăc uătàiăli u:ăLíălu năv ăpolimeăd năvàăcácăph

ngăphápăsau:

ngăpháp đi uăch ă

polimeăd n,ăcácătàiăli uăliênăquan
- Ph

ngăphápăđi năhoá,ănhi tăviăsai,ăch pă nhăhi năviăđi năt ăquétăSEM.

- Nghiênăc u.
- Nghiênăc uăx ălíăvàăphânătíchăk tăqu ăth cănghi măthuăđ
liên quan trên máy AUTOLAB,
- T ngăh păth oălu năk tăqu

Ch

ng 1.

căs ăd ngăph năm mă


T ng quan
1.1. Gi i thi u v polime d n đi n
1.1.1. L ch s phát tri n
L chăs ăphátătri năc aăquáătrìnhăđi năhóaăt ngăh păcácăch tăh uăc ăđãăb tăđ uă
h nă150ăn mătr

c.ăTh iăđóăMr.Farađâyăl năđ uătiênăphátăhi năquáătrìnhăoxiăhóaă

mu i c aăaxităAliphaticăt oăthànhăcácăankanăt
Lelelyăđãăđi uăch ăđ

căpolianilinăb ngăph

ngă ng.ăC ngătrongăth iăk ăđó,ăH.ă
ngăphápăđi năhóa.ăÔngăđãăhòaătană2ă

aox ăanilinăvàoădungăd chăH2SO4 loãng,ăđ tăvàoăđóăhaiăđi năc căplatinăđ

căn iăv iă

ngu năđi năm tăchi u,ăôngăđãăquanăsátătr căti păs ăl nălênăc aămàngămàuăxanhăđ mă
trênă n nă c că d

ngă (+).ă V tă li uă sauă đóă đ

Emeraldin,ă Nigranilină vàă cu iă cùngă đ

că g iă d

iă cáiă tênă khácă nhauă nh ă

că g iă làă polianilin.ă Polianilină đ

d ngătrongăxúcătácăđi năhóa,ăcôngăngh ăsensor,ătàngătr ăbi năđ iăn ngăl
T ăđóăđ nănayăcácămàngăPolianilinăho tăđ ngăđi năhoáăđ

că ngă

ng...

căđ căbi tăchúăý,ă

nh tălàătrongănh ngăn măg năđây.ăDoăkh ăn ngătoăl năc aăv tăli uănàyătrongăxúcătácă
đi năhoá,ăđi năt ăhayăphânăt ,ăcácăcôngăngh ăsenrorăhoáăh căvàăsinhăh c,ăquáătrìnhă
tàngătr ăbi năđ iăn ngăl

ng.ăVàoăcu iănh ngăn mă1970ăpolymeăd năđãălàăch ăđ ă

c aăcácăcu cătranhălu năliênăt căvàătrongăth iăgianănàyăđãăb tăđ uăcóănh ngăthôngă
bàoă v ă tínhă bánă d nă c aă v tă li uă này.ă T ă đóă nhi uă nhàă khoaă h că đãă t ngă h pă raă
nhi uăb ngăch ngăpolymeăcóătínhăd năđi năvàăb ngăph

ngăphápăphaăt pă(doping)ă

c yăch năl cănh mănângăcaoăđ ăd n,ălàmăchoăcácăpolimeănàyăcóătínhăch tăc aăm tă
kimălo i.ăT ăđóăchúngăđ

cămangătênăpolimeăd nă(conductingăpolimerăă–CP)

M tătrongănh ngătínhăch tăquanătr ngăc aăpolimeăd năđi nălàăđ ăd năđi n.


ăd nădi năđ

cătínhătheoăcôngăth c:ăxă=ă1/Ră(ăRălàăđi nătr ă()).ă

iăv iăch tăbánăd nă

c ăđi n,ăh tăt iăcóăth ălàăionăđi năt ăhayăl ătr ng.

Polimeăd năxu tăhi năh tăt iăm iăđóălàăpolaronăcóăđi nătích là +1, spin ±1/2
vàăbiolaronăcóăđi nătíchălàă+2ăvàăspinălàă±ă0,ătrongăđóăpolimeăho tăđ ngăđi năcóăs ă
lanătruy năđi nătíchăt ăvùngăd năđi nătrongăpolimeăsangăvùngăkhôngăd năđi năkhiă
polimeăđ

căti păxúcăđi n.

1.1.2. Phơn lo i polime d n đi n
Polimeăd năđi năđ

căphânălàmă3ălo iăchính:

1.1.2.1. Các polime oxi hóa kh ( redox polymer)
Cácăpolimeăoxiăhóaăkh ălàăcácăv tăd năcóăch aăcácănhómăho tătínhăoxiăhóaă
kh ,ăliênăk tăc ngăhóaătr ăv iăm chăpolimeăkhôngăho tăđ ngăđi năhóa.ăTrongăđóăs ă
v năchuy năx yăraăthôngăquaăquáătrìnhătraoăđ iăelectronăliênăti păgi aăcácănhânăoxiă

hóaăkh ăk ănhau.ăQúaătrìnhănàyăg iălàăchuy năkhôngătheoăb cănh y.

Fe[II,III]

Tên ???
1.1.2.2. Các polime d n đi n t (electronical conducting polymer)
Cácăpolimeăd năđi năt , m chăpolimeăđãăcóăliênăk tăđôiăliênăh păm ăr ng.ăQúaă
trìnhă chuy nă đi nă tíchă d că theoă cácă chu iă x yă raă nhanh,ă cácă polimeă d nă đi nă t ă


th ngăch ăt oăb ngăcáchăoxiăhóa,ăđi năhóaăk tăt aătrênăb ăm tăđi năc cătrongăquáă
trìnhăđi năphân,ăho căcóăth ăt oăthànhăb ngăph ngăphápătrùngăh păhóaăh c.
N-H

N-H

*

n

*

polianilin
1.1.2.3. Các polime trao đ i ion ( ion exchange polymer)
Cácăpolimeătraoăđ iăionăcóăcácăc uăt ălinhăho tăoxiăhóaăkh ăliênăk tăt nhăđi nă
v iăm ngăpolimeăd năion.ăTrongătr ngăh pănày,ăc uăt ăho tătínhăoxiăhóaă kh ălàă
cácăionătráiăd uăv iăchu iăpolimeătíchăđi n.
+

3-

Fe(CN)6
+
N-H

Cl

3+
Fe(CN)6
+

+

n

Cl

1.1.3. M t s đ c đi m vƠ ng d ng c a polime d n đi n PANi
Polimeă d nă đ că ngăd ngă r ngă rãiă trongănhi uăngànhăđi nă t :ă làmă sensoră
sinhă h c,ă c aă s ăquang,ăbánăd n,ă t oă màngă ch ngă nă mònă kimă lo i,ăs ă d ngă làmă
ph ăgiaătrongăđi năc căâmătrongăpinăvàăacqui,ăs ăd ngătrongăcácăngànhăhóaăch t.
PANiăcóăđ căđi m:
- B n,ă năđ nhătrongămôiătr

ngăkhôngăkhí,ă

- D ăch ăt o
- Khôngăgâyăôănhi mămôiătr

ng

PANiăcóăr tănhi uăkh ăn ngă ngăd ng:
- Trongăcácăngànhăđi năt ,ăxenx ăsinhăh c,ăpină- acqui PANi,


- Làmămàngăđi năs cădoămàuăc aănóăthayăđ iătùyăthu căvàoăph nă ngăoxiăhóaă
kh ăc aămàng,ălàmăch ăth ămàu,ă
-

căbi tălàăkh ăn ngăch ngă nămònăvàăb oăv ăkimălo iătheoăchi uăc ăch ăb ă
sungăchoănhau,ăcóăkh ă n ngăt oămàngă – l pălótătrongăth ăđ ngăb ă m tăkimă
lo i,ătínhă căch ăthayăth ăchoăcácăl păcromatăđ căh i

1.1.4. Quá trình pha t p (doping)[15]
Cácăkháiăni măc ăs ăc ngănh ăcácăbi năphápăk ăthu tăđ ăch ăt oăcácăpolimeă
d năđi năb tăngu nătrongăl nhăv căbánăd n.ăNh ngăch tăelectronăkhiăđ aăvàoăm tăs ă
t păch tăhayăt oăraăm tăs ăsaiăh ngăm ngăl

iăs ălàmăthayăđ iătínhăch tăd năđi nă

c aăbánăd năvàăs ăt oăraăch tăbánăd nălo iăpăho călo iănătùyăthu căvàoăb năch tăc aă
ch tăphaăt p.ăCácăthu tăng ănàyăđãăđ

căápăd ngăvàoăh ăpolimeăd n.ă

T ă nh ngă n mă 1977ă haiă nhàă khoaă h că Huger,ă Macdiarmidă đãă phátă hi nă raă
khiăphaăt păI2 vàăpolyaxetilenăthìăt oăđ

căpolimeăv iătínhăd năđi năc aăkimălo i.ă

S ăphaăt păthànhăcôngătrênăđãăkhíchăl ăcácănhàăkhoaăh căkhácătìmăvàăkhámăpháăcácă
ch tăphaăt păm iănh mălàmăt ngăđ ăd năđi năc aăpolimeăd n.
Nhi uăionăđ

căđ aăvàoămàngăpolimeănguyênăt :ăCl - , Br- , F-, SO42-…ăcácă

ionăđ aăvàoămàngăpolimeăcóătácăd ngăbùăđi nătíchăđangăduyătrìătrongătr ngătháiăoxiă
hóaăc aămàng.ăS ăoxiăhóaăm tăph năchu iăpolimeănh ăcácăanionăc ngăg iălàăphaă
t p.ăQúaătrìnhănàyăliênăquanăđ năs ăchuy năđ iăm tăelectronăđ ătr ăthànhăđi nătíchă
(+).ă C uătrúcă m chă polimeă d nă sauăkhiă phaă t păanionă vàoăpolianilinăcóă d ngănh ă
hình 1.1.
Nh ă cóăphaă t p,ăv iă nhi uă lo iă phaă t pă phongă phúă vàăđaă d ng,ă polimeă d nă
đi nă cóă d ngă v iă nhi uă tínhă ch tă d nă đi nă quíă giá,ă cóă th ă ki mă soátă đ
ngàyăcàngăđ

că ngăd ngărôngărãiăvàăquanătâmănghiênăc uăphátătri n.

c,ă doă đóă


Cácănhàăkhoaăh căđ ăđ aăraăc uătrúcăm chăpolimeăd năsauăkhiăphaăt păanionă
vàoăpolianilinănh ăsau :

H
N

H

N

N

H

N

H

Ch aăphaăt p
HA

HA

A
H

H

A
H

N

N

N

H

N

ãăphaăt p

ảình 1.1. Ví d v c u trúc m ch poệime d n tr

c và sau pha t p

1.2. Polyanilin
1.2.1. Anilin
Anilină(ANi)ălàămonome,ăcóăth ăđ
ho căph

căpolimeăhóaăb ngăph

ngăphápăhóaăh că

ngăphápăđi năhóaăt oănênăpolianilin.ăAnilinăcóăcôngăth căc uăt oănh ăsau:
NH2

1.2.2.Tính ch t v t lý


ăđi uăki nănhi tăđ ăvàăápăsu tăbìnhăth
màu,ăcóămùiăkhóăch u.ă

ngăanilinălàăm tăch tăl ngăkhôngă

ălâuătrongăkhôngăkhíăb ăoxiăhóaăbi năthànhămàuăvàngăr iă

nâuăđen.ăT ăkh iăh iăc aăanilinălàă1,022,ănhi tăđ ănóngăch yălàă6,20C,ănhi tăđ ăsôiălàă
184,40C. Anilinătanăm nhătrongăete,ăbenzen,ăetanol,ăítătanătrongădungămôiăkhác.ă ă

200C,ă100gămu iăhòaătanăđ
quaămàngănh y,ăđ

că3,3ăgăanilin.ăAnilinăr tăđ c,ănóăthâmănh păvàoăc ăth ă

ngăhôăh păvàăcóăth ăquaăda.

1.2.3. Tính ch t hóa h c
Tínhăch tăhóaăh căc aăanilinăt pătrungăch ăy uă ănhómă– NH2 . Ngoài ra, do
hi uă ngăc mă ngăc aăcácănguyênăt ămàăv ătríăparaăc ngăđ

căho tăhóaădoăđóănóăcóă

th ăthamăgiaăph nă ngăhóaăh căđ căbi tălàăph nă ngăpolimeăhóa.

1.2.4. Ph

ng pháp t ng h p polyanilin

1.2.4.1. Polime hóa anilin b ng ph

ng pháp hóa h c

- Ph ngăphápăpolimeăhóaăanilinătheoăconăđ ngăhóaăh căđãăđ căbi tăđ năt ă
lâuăvàăđãăđ că ngăd ngăr ngărãiătrongăth căt .ăCóăth ăpolimeăhóaăanilinătrongămôiă
tr ngăaxităt oăthànhăpolianilinăcóăc uăt oăc ăb năd ngăm chăth ngănh ăsauă:

H

H

H

H

N

N

N

N

T ăpolianilinăthuăđ căkhóăt oămàngătrênăb ăm tăm uăb oăv ,ăh năn aăl pă
màngănàyăkhôngăth ăcóătínhăb oăv ăcaoănh ăcácămàngăs năph ăh uăc ăkhácăcóăc uă
t oă s iă khôngă giană v iă đ ă b nă c ă lýă caoă h n.ă M tă khácă ph nă ngă oxiă hóaă kh ă
polianilinăb ngăph ngăphápăhóaăh căkhóăđi uăkhi năh năsoăv iăph ngăphápăđi nă


hóa.ă âyăc ngălàăm tăđi măy uăc aăph
phápăhóaăh c.

ngăphápăpolimeăhóaăanilinăb ngăph

ngă

Anilinăcònăcóăth ăthamăgiaăvàoănhi uăquáătrìnhănh aăhóaăt oăthànhănhi uălo iăpolimeăkhác.ăVíă
d ănh ăquáătrìnhăng ngăt ăt oăpolimeăc aămetyleanilinăvàăpolyfomaldehitanilin.
ăt oăm ngăs năph ăb oăv ăch ngă nămòn,ăcóăth ăs ăd ngăph ngăphápăpolimeăhóaăđi năhóa,ăt oăl păph ăb oăv ătr căti pătrênăb m tăđi nă
c c.ă âyăc ngălàăph ngăphápăch ăt oăpolianilinăcóăhi uăqu ăcao.

1.2.4.2. Polime hóa anilin b ng ph
Ngoàiăph
đ

ng pháp đi n hóa

ngăphápăt ngăh păhóaăh căthôngăth

căt ngăh păb ngăph

ng,ăcácăpolimeăd năđi năcònă

ngăphápăđi năhóa.ăNguyênăt căc aăph

ngăphápăđi năhóaă

là dùng dòngăđi năđ ăt oănênăs ăphânăc căv iăđi năth ăthíchăh p,ăsaoăchoăđ ăn ngă
l

ngăđ ăoxiăhóaămonomeătrênăb ăm tăđi năc c,ăkh iămàoăchoăpolimeăhóaăđi năhóaă

t oămàngăd năđi năph ătrênăb ăm tăđi năc că làmăvi că(WE).
khiăpolimeăhóaăđi năhóa, anilinăđ

iăv iăanilin,ătr

că

căhòaătanătrongădungăd chăaxitănh ăH2SO4, HCl,

(COOH)2.ăNh ăv yăcóăth ăph nă ngătr căti păPANiălênăm uăkimălo iăc năb oăv ădoă
đóăvi căch ngă nămònăvàăb oăv ăkimălo iăthìăph
c .ăCácăthi tăb ăđi năhóaăđangăđ

ngăphápăđi năhóaăcóă uăvi tăh nă

căs ăd ngălàămáyăPotentiosatălàăthi tăb ăt oăđ

că

đi năth ăhayădòngăđi nătheoăyêuăc uăăđ ăápălênăđi năc că(ăpcđtă)ăđ ngăth iăchoăphépă
ghiăl iăcácă tínăhi uăph năh iă(ápădòngăghiăl iăđ

căth ă vàăng

că l i).ăNh măđi uă

khi năquáătrìnhăph nă ngăpolymeăbámătrênăb ăm tăđi năc cănhúngătrongădungăd ch.ă
T ăcácăs ăli uăv ăth ăho cădòngăphânăc căt oăraăt ămáyăPotentisatăvàăcácăs ăli uă
ph năh iăghiăđ

căđ ăth ăth ă - dòngăhayăng

căl iălàădòngăth ăg iălàăđ

phânăc c.ăQuaăcácăđ cătr ngăđi năhóaăc aăh ăph iăh ăđi năth ătrênăđ
c căcóăth ăxácăđ nhăđ

ngăcongăphână

căđ căđi m,ătínhăch tăđi năhóaăc aăh ăđó

Nh ăcácăthi tăb ăđi năphânănàyăng
t că đ ă ph nă ng,ă khôngă nh ngă th ă ph
đ

ngăcongă

iătaăcóăth ăki măsoátăvàăđi uăch nhăđ

că

ngă phápă đi nă hóaă cònă choă phépă ch ă t oă

cămàngăm ngăđ ngăth ,ăbámădínhăt tătrênăb ăm tăm u.


Màngă PANiă đ

că ch ă t oă b ngă ph

ngă phápă phână c că quétă vòngă đi nă th ă

tu năhoànăđaăchuăk ăbámădínhăt tătrênăb ăm tăđi năc c.ăPh
theoădõiăđ

cătínhăoxiăhóaăkh ăc aăPANiăđ

c căCVănh ngăph

ngăphápănàyăchoăphépă

cătheoădõiătrongăsu tăquáătrình phân

ngăphápănàyăcóăm tăđi măb tăl iăv ăm tăth iăgian.ăTh iăgiană

t oămàngă ngăv iăth iăgianăt năt iăđi năth ămàăt iăđóăx yăraăph nă ngăoxiăhóaăđi nă
hóaămonome,ăth iăgianănàyăt

ngăđ iăng n,ădoăđóăd năđ năhi uăsu tăkhôngăcao.

Vi căti năhànhăt ngăh păPANiăđ căti năhànhătrongămôiătr ngăaxităthuăđ că
PANiă d nă đi nă t t.ă Trongă môiă tr ngă ki mă PANiă khôngă d nă đi n,ă s nă ph mă cóă
kh iăl ngăphânăt ăth păh năn aăanilinăt oămu iătanătrongăaxit.
1.2.4.3. Các y u t

nh h

ng đ n quá trình t ng h p đi n hóa PANi

i năth ăvàădungăd chătrongăđi năphânălàăhaiăy uăt ă nhăh
quáătrìnhăđi năhóa,ăch tăl

ngătr căti pălênă

ngăvàăt căđ ăph nă ng.

Theoă m tă s ă tàiă li u,ă đi uă ki nă đi nă th ă phână c că phùă h pă xu tă hi nă đi nă
đimeăhóaăvàăph nă ngăt oăthànhăch tăionăhóa g căho tăđ ngă[C6H5NH2]+0 cho phép

t oăthànhăPANiăcóăc uătrúcăm chăth ngăv iăcácăliênăk tă ăv ătríăpara.ăNg
đi nătíchăPCăt

căl iăvìă

ngăđ iăcao,ăcácăcationă[C6H5NH3]+ cóăth ăph nă ngăv iăanilină ăv ă

tríăo,ăchoăc uătrúcăc ngăk nh,ănhi uăs năph măpolymeălàmăxu tăhi năs ăr pălênăc aă
màng polyme
B năch tăc ngănh ăn ngăđ ăch tăđi năliăcóăm tătrongădungăd chăph nă ng.ă
N ngăđ ăaxităth

ngăs ăd ngălàă0,5ă– 2ăM.ăAxităcaoăquáăkéoătheoăt căđ ăhòaătană

thépăcao,ădòngăth ăđ ngăl nămàngăPANiăkhóăhìnhăthành.ăN ngăđ ăANi nh ,ăquáă
trìnhăpolymeăhóaăkhóăx yăra.
Ngoàiă raă cácă nghiênă c uă choă th yă màngă PANiă đ

că t ngă h pă trongă dungă

d chăcóăm tăc aăionăNO3- cóăđ ăd năđi năcaoăh năc ăsoăv iăcácăionăăpeclorat,ăclorua,ă
hayă sunfat.ă Kittaliă đãă côngă b ă nghiênă c uă c aă mìnhă r ngă t că đ ă t oă màngă trongă


dungă d chă H2SO4 nhanhă h nă 2,7-2,8ă l nă soă v iă t că đ ă t oă m ngă trongă dungă d chă
HCl,ăPANiăt oăthànhătrongădungăd chăH2SO4.
1.2.4.4. C ch polyme hóa c a ANi t o PANi
Hìnhă1.2ăminhăh aăcácăquáătrìnhăx yăraătrongăquáătrìnhăpolymeăhóaăAni.ă
Genies[8] đ aăraăm tăc ăch ăpolymeăhóaăanilinătrongămôiătr

ngăaxitănh ăsau:

- (1)ăGiaiăđo năđ u,ăoxiăhóaăanilinăt oăcationăg c…
- (2)ăTi pătheoă(2)- cationăg cănàyăph nă ngăv iănhauăt oăđimeăvàălo iăraăhaiă
proton.ă imeăho căoligomeăcóăth ăb ăoxiăhóaă ăth ăoxiăhóaămonome
- (3)ăGiaiăđo năcácăđimeănàyăph nă ngăv iăcácăcationă– g căc aămonomeăphátă
tri năm chăPANi,ăPANiăt ngăh păđi năhóaăđ tăđ năhàngănghìnămonomeătrongăm chă
phátătri n.


NH2

H

NH3

1e
H

NH3

H

H

H

H

2H

N

H

H

N

H

N
H

H

H

H

N

H

H

H
N

H

N

N

1e

N

H

N

N
H

H

Hình 1.2. Quá trình polime hóa ANi
- S ăt oăthànhăcationăg c:
NH2

NH2

+e

- Cácăd ngăc ngăh
H
N

ngăc aăcationă– g c:

H

H
N

H

H

N
H

H

1.2.4.5.

u đi m c a ph

ng pháp t ng h p đi n hóa

H


- M cădùăquáătrìnhăpolimeăhóaăđi năhóaădi năraăr tăph căt pănh ngăvi căth că
hi nănóăl iăđ năgi n,ănhanh,ăcóăđ ătinăc yăvàăđ ă năđ nhăcao.
- T oăđ

cămàngăcheăph ătr căti pălênăb ăm tăm uăkimălo i,ăd năđ năph nă

l năPANiăs ăd ngăchoăvi căch ngă nămònăvàăb oăv ăkimălo iăđ uăđ

b ngăph

căt ngăh pă

ngăphápăđi năhóa.

- V iăph

ngăphápăđi năhóaăng

iătaăc ngăd ădàngăđ ngătrùngăh păgi aăcácă

monomeăkhácălo iăt oăraăcácăs năph măcopolime.
căbi tăm ngăPANi,ăb ngăph

ngăphápăđi năhóaănh ădòngăđi nătaăcóăth ă

oxi hóa – kh ăPANiăngayătrênăb ăm tăđi năc c.ăT oăraănh ngăd ngăPANi có tác
d ngăvàă ngăd ngăkhácăh nămàngăbanăđ u.ăQúaătrìnhănàyăt

ngăt ănh ăquáătrìnhă

phaăt pătrongăv tăli uăbánăd n,ăcóăth ăquáătrìnhăphaăt pătrongăv tăli uăbánăd n,ăcóă
th ăthayăđ iătínhăch tăc aăPANiănh :ălàmăthayăđ iămàu,ăđ ăd năđi n,ătínhăch tăhóaă
h c.
1.2.4.6 Qúa trình t o mƠng PANi: b ng ph

ng pháp đi n hóa

Nguyênălýăk tăt aăđi năhóaăpolianilinănh ăsau:ă

- Hòaătanăanilinătrongădungăd chăaxit.ăTùyăthu căvàoăkh ăhòaătanăc aăcácă
anilinăvàăm căđíchănghiênăc uămàătaăch năaxităkhácănhauăv iăn ngăđ ăc aăaxităvàă
anilin khác nhau
- S ăd ngăbìnhăđi năhóaăbaăđi năc c,ăđi năc călàmăvi călàăm uăthépănghiênă
c u,ăđi năc căđ iăvàăđi năc căsoăsánhă
- Phânăc căđi năc călàmăvi căv ăphíaăan tăsaoăchoăxu tăhi nădòngăph nă ngă
oxiăhóaăanilinătrênăđi năc căđ ăt oăPANi.ăTùyăthu căvàoăm căđíchănghiênăc uămàătaă
ápăth ăt nhăhayăth ăđ ng.
- Chi uăd yămàngăpolianilinătrênăđi năc călàmăvi căph ăthu căvàoăđi năl
truy năquaăh ăvàăhi uăxu tădòngăFarađây.

ngă


- Tínhăch tăc aămàngăpolimeăthuăđ

căph ăthu căvàoăđi uăki năpolimeăhóaă

nh ăă(pH,ăthànhăph nădungăd ch,ăm tăđ ădòng).ăKhiătaăápăphânăc căan tăđ ăl nă(ă
phânăc căđi năth ăho cădòngăđi nălênăđi năc călàmăvi c)ăs ăxu tăhi năquáătrìnhăoxiă
hóaăanilin.ăQúaătrìnhănàyăt oăraăcácăcationăvàăcácăăg căho tăhóaăngayătrênăb ăm tă
đi năc c.ăCácăphânăt ănàyăkhôngăt năt iăđ căl pămàăthamăgiaăvàoăph nă ngăt oă
màng,ăbámădínhătrênăb ăm tăđi năc c(kimălo iăăn n).ăTrênăb ăm tămàngăpolianilină
v aăđ

căt oăthànhăcóăth ăti păt căoxyăhóaăanilinăv iăcácăgiaiăđo nănh ăsau:ă

+ăKhuy chătánăvàăh păth ăanilinălênăb ăm tămàngăPANiăv aăt oăthành
+ăAnilinăb ăoxyăhóa,ăchuy năđi năt ăchoămàngăPANiăt oăthànhăg căho tăhóaăcóă
c păđi năt ăd ătrênăb ăm tămàngăPANiăd năđi n.

+ăCácăg căanilinăvàăcácăg căt ădoătrongămàngăPANiăk tăh păv iănhauăt oăPANi
làmăt ngăchi uădàyămàngăpolymeăd nătrênăb ăm tăđi năc c.
+ăQúaătrìnhă năđ nhămàngăPANiătrênăb ăm tăđi năc că
+ăQúaătrìnhăoxyăhóaăkh ăđi năhóaăPANi

1.2.5. Tính ch t c a PANi ch t o b ng đi n hóa
1.2.5.1. Tính ch t chung
Polianilin ch ăt oăb ngăph

ngăphápăđi năhóaăcóătínhăch tăchungăc aăm tă

polimeăd năhìnhăthànhăb ngăph nă ngăpolimeăhóaăhóaăh căthôngăth
cóăth ăk ăđ năm tăs ătínhăch tăđ cătr ngăc aăpolianilinăđi năhóa:ă

ng.ăNgoàiăraă


- D ngăs năph măcu iăcùngălàămàngăm ngăbámădínhătrênăđi năc căn n,ăcóă
chi uădàyăvàămàuăs căph ăthu căvàoăđi uăki năch ăt o:ădungăd chăhòaătanăanilinăvàă
phânăc căđi năhóa.
- Cóăđi năth ăm chăh ăd
lo iăn năb ngăFeăhayăb ngăthépăth

ngăh nănhi uăsoăv iăđi năth ăm chăh ăc aăkimă
ng G3

- Cóăth ăd ădàngăc yăghépăphaăt pălàmăthayăđ iătínhăch tăc aăpolimeăd n.ă
âyălàăm tă uăth ăđ căbi tăc aăpolimeăd năch ăt oăb ngăph
-

ngăphápăđi năhóa.

ăbámădínhăc aămàngăpolimeăd nălênăđi năc căn năcao,ăcóăb năch tă

bám dínhăki uăliênăk tăhóaălýăv iăb ăm tăd năđi n,ăkhácăh năs ăbámădínhăc ălýăc aă
màngăs năquétălênăkimălo i
1.2.5.2. Tính ch t oxy hóa kh
Qúa trìnhăoxiăhóaăanilinălàăb tăthu năngh ch,ănh ngăquáătrìnhăoxiăhóaăPANiă
làăquáătrìnhăthu năngh ch.ăPANiăchuy năt ăd ngăkh ăsangăd ngăoxiăhóaăvàăng

că

l iă ăv ătríăđi năth ăr tăg nănhau.
Trongădungăd chăaxit,ăanilinăk tăh păv iăH+ t oăthànhăcation.ă âyălàăph nă
ngăthu năngh ch,ăanilinăcóătínhăbaz .
+

NH2 + H

NH3+

Anilinăhòaătanăb oxyăhóaăt oăthànhăpolianilinăk tăt aătrênăb ăm tăđi năc c.ă
Khiăđi năth ăc căđ ăl n(v ăphíaăd

ng),ăanilinăgi iăphóngăH+,ănh

ngăđi năt ăchoă

đi năc c,ăt oănênăd ngăho tăhóaăvàăt ăđóăt oăthànhămàngăpolimeăk tăt aătrênăb ăm t.

H

H

N

N

CÊu tróc c¬ b¶n a

N

N

CÊu tróc oxy ho¸ b

PANiăcóăth ă b ăoxyăhóaăho că kh ăt oăthànhăcácăd ngăd năxu tăkhácă nhau.ă
D ngăt ngăquátăg mă2ăd ngăc uătrúcăaăvàăbăsauăđâyăv iăaăvàăbălàăcácăs ănguyênă
Nh ă trênă đãănêu,ă taăcóăd ngă c ă b nă vàă đ năgi nănh tăc aă PANiă khiă aă >ă 0,ă
b=0,ă ch tă leucomeraldin.ă T ă d ngă c ă b nă nàyă cóă th ă oxyă hóaă t oă nênă cácă d ngă
khác.

H

H

H

H

N

N

N

N

D ngăc ăb năc aăpolyanilinăkhôngăd năđi nă(leucoemeraldin
Vìăđ ăho tăhóaăcaoănênăPANiăcóăth ăb ăoxyăhóaăngayătrongăkhôngăkhíăho că
trongădungăd chăH2O.ăDoăbámădínhătrênăđi năc căvàăcóăđ ăd năđi nănh ăkimălo iă
màngăPANiăm iăt oăthànhăchínhălàăb ăm tăđi năc căn iădi năraăcácăph nă ngăđi nă
hóaă ti pătheo.ăD ngăđi năc cănàyăcònăăcóăth ăg iălàăđi năc căbi nătínhă(modifiedă
electrode).ăDoăđóănhi uătrungătâmăho tătínhăPANiăcóăth ăb ăoxyăhóaăm tăs ătrungă
tâmăph nă ngă(oxyăhóaăt ngăph n) ho căoxyăhóaătoànăph n.
•ăOxyăhóaăm tăph n
D ngăđ năgi nălàăoxyăhóaăm tăn aăm chăpolianilinăsaoăchoăaă=ăb.ăTrongăth că
t ,ăcóăth ăch ăm tăph nănh ăho căg năh tăm chăb ăoxyăhóa,ăkhiăđóătaăcóăcôngăth că
t ngăquátălàăaă>ă0,ăbă>ă0ă;ăaăcóăth ăl năh năb ngăho cănh ăh năb.
•ăăOxyăhóaătoànăph n


N uătoànăb ăm chăPANiăb ăoxi hoá,ăc uătrúcăd ngăaăkhôngăcòn,ăch ăcóăd ngă
b.ăPANiătr ănênăcóăđ ăd năđi năcaoănh t.
Tómăl iăt ăl ăgi aăc uătrúcăaăvàăbăs ăquy tăđ nhătínhăch tăd năđi năc aăPANiă:


a = 1; b = 0; PANiăkh ăhoànătoàn;ăd ngăleucoemeradin



a=b=



a = 0; b = 1; PANi+ b ăoxiăhoáăhoànătoàn;ăd ngăperniăgranitin

1
; PANi+ b ăoxiăhoáăm tăn a;ăd ngăemeradin
2

1.2.6. Kh n ng b o v ch ng n mòn kim lo i
Doă bámă dínhă cao,ă cóă đi nă th ă d ngă h nă vàă kh ă n ngă c yă ghépă phaă t p,ă
màngăpolimeăd năcóăkh ăn ngăch ngă nămònăcao,ăcóătri năv ngăkh ăquanăthayăth ă
m tăs ămàngăph ăđ căh iăgâyăôănhi mămôiătr ng.
Màngăpolimeăd n,ăđi năhìnhălàăpolianilinăcóăth ăb oăv ăch ngă nămònătheoă
nhi uăc ăch ăkhácănhau.
– C ăch ăb oăv ăanôt:
DoăPANiăcóăđi năth ăm chăh ăd ngăh năkimălo iăn nănênăPANiăđóngăvaiă
tròănh ăc căd ng,ălúcăđ uăkimălo iăb ăhoàătanănhanhătrongădungăd chăt oămàngăth ă
đ ngă– màngăoxităkhôngăchoăkimălo iăn nătanăti pă(s ăđ ăhìnhă1.2)

O2 + H2O

2OH
2e (3)

2Fe 

2Fe2+ 

2Fe3+ 

(1) 4e
4H+

LB

Fe2O3 + 3H2O


4e (2)
2H2O  4OH–
Hình 1.2a. S đ th đ ng n n thỨp đ

c ti p xúc b i PANi [31]

– C ăch ăcheăch n
C ngănh ăt tăc ăcácămàngăcheăph ăb oăv ăkhác,ămàngăPANiătrênăb ăm tăkimă
lo iă cóă kh ă n ng cheă ch n,ă ng nă c nă quáă trìnhă v nă chuy nă v tă ch t,ă quáă trìnhă
khu chătán,ăh năch ăt căđ ăph nă ngăhoáăh căhoàătanăkimălo i,ăph nă ng oxi hoá
b iăoxiăkhôngăkhí.
–C ăch ă căch
Polianilină cóă nhómă ch că ho tă hoá,ă v iă c pă đi nă t ă  t ă do,ă t oă đi uă ki nă
thu năl iăchoăkh ăn ng h păph ăvàănângăcaoăkh ăn ng ch ngă nămòn.ăTínhă uăvi tă ă
ch ălàăb ăm tăthépăv năđ

căb oăv ăc ăsauăkhiăbongăc căb màng PANi.

Fe + PANi+ A– + 3 H2O  - Fe2O3 + PANi+ A– + 6 HA
(a = b)

(a+3 > b–3)

Khiămàngăph ăcóăkhuy tăt t,ăb ăm tăkimălo iăcóăth ăti păxúcăv iămôiătr

ngăcóăoxi,ăn

c,ă

PANiăcóăvaiătròăch tăoxiăhoáăt oăoxităFe(III).ăMàngăoxit s ăph ăkínăb ăm tăkimălo iăb ăh ,ăt oănênă
m tăbarieăth ăđ ngăb năb oăv ăch ngă nămòn.

2A– + H2O 
PANi+A- (a=b)
Fe

H2O

1
O2 + 2H+A2
PANi+A- (a>b)

Fe2O3

2e
Fe

Hình 1.2b. S đ ph n ng đi n hoá c a ch t c ch PANi trên n n ạe

Ch

PH

ng 2.

NG PHÁP NGHIÊN C U

2.1. Thi t b nghiên c u
2.1.1. Thi t b đi n hoá[15]