Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ ION Pb2+ TRONG DUNG DỊCH Pb(NO3)2 TẠO MÀNG PbO2

Động học và cơ chế quá trình oxi hoá Pb2+ trong dung dịch Pb(NO3)2 tạo màng PbO2 đã được nghiên cứu bằng phương pháp phân cực dòng - thế tuần hoàn thông qua khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb2+, pH dung dịch, tốc độ quét thế và tốc độ quay điện cực. Kết quả cho thấy, phản ứng oxi hoá Pb2+ trên điện cực Pt xảy ra trong khoảng thế + 0,28V (+ 0,77V (SCE) và qua nhiều giai đoạn trung gian. Tốc độ oxi hoá Pb2+ bị khống chế bởi giai đoạn khuếch tán và giai đoạn...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ ION Pb2+ TRONG DUNG DỊCH Pb(NO3)2 TẠO MÀNG PbO2" NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ ION Pb2+ TRONG DUNG DỊCH Pb(NO3)2 TẠO M ÀNG PbO2 A STUDY ON THE KINETICS AND MECHANISM OF ELECTROCHEMICAL OXIDATION OF PB2+ ION IN PB(NO3)2 SOLUTION TO PRODUCE PBO2 FILM LÊ TỰ HẢI Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Động học v à cơ chế quá trình oxi hoá Pb2+ trong dung dịch Pb(NO3)2 tạo màng PbO2 đã được nghiên cứu bằng phương pháp phân cực dòng - thế tuần hoàn thông qua khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb2+, pH dung dịch, tốc độ quét thế v à tốc độ quay điện cực. Kết quả cho thấy, phản ứng oxi hoá Pb2+ trên điện cực Pt xảy ra trong khoảng thế + 0,28V (+ 0,77V (SCE) và qua nhiều giai đoạn trung gian. Tốc độ oxi hoá Pb2+ bị khống chế bởi giai đoạn khuếch tán và giai đoạn điện hoá. ABSTRACT The kinetics and mechanism of electrooxidation of Pb2+ ions to produce PbO2 f ilm have been studied in Pb(NO3)2 solution by cyclic voltammetry technique through investigating the influences of concentration of Pb2+, pH of solution, potential scan rate and rotation rate of electrode. The obtained results showed that the electrooxidation of Pb2+ on Pt electrode occurs at about + 0.28V  + 0.77V (SCE) and in some complex steps. The rate of oxidation of Pb2+ is controlled by the rate of diffusion and electrochemical processes.1. Më ®Çu §ioxyt ch× (PbO2) lµ vËt liÖu cã ®é dÉn ®iÖn cao, chèng ¨n mßn tèt vµ qu¸ thÕ tho¸t oxilín, nªn ®îc sö dông lµm ®iÖn cùc an«t ®Ó thay thÕ ®iÖn cùc Pt ®¾t tiÒn trong c¸c qu¸ tr×nhc«ng nghÖ ®iÖn ho¸ nh s¶n xuÊt peclorat, peiodat, hydroquinon, hydroxilamin... [1, 2]. Ngoµi ra, PbO2 cßn ®îc dïng lµm ®iÖn cùc an«t trong qu¸ tr×nh xö lý c¸c hîp chÊth÷u c¬ g©y « nhiÔm m«i trêng b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn ho¸ [3, 4]. Qu¸ tr×nh oxi ho¸ Pb2+ trªn ®iÖn cùc tr¬ ®Ó ®iÒu chÕ PbO2 x¶y ra theo ph¶n øng tængqu¸t sau: Pb2+ + 2H2O  PbO2 + 4H+ + 2e (1) Tuy nhiªn, ph¶n øng (1) kh«ng x¶y ra qua mét giai ®o¹n ®¬n gi¶n, mµ cã thÓ x¶y raqua nhiÒu giai ®o¹n phøc t¹p. §Ó lµm s¸ng tá vÊn ®Ò nµy, bµi b¸o tËp trung nghiªn cøu ®énghäc vµ c¬ chÕ cña ph¶n øng (1) b»ng ph¬ng ph¸p ®o ®êng cong dßng - thÕ tuÇn hoµn (cylicvoltammetry).2. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu C¸c ho¸ chÊt ®Ó pha dung dÞch nghiªn cøu gåm Pb(NO3)2, HNO3 cã møc ®é tinh khiÕtph©n tÝch. Dung m«i ®Ó pha dung dÞch lµ níc cÊt hai lÇn. C¸c phÐp ®o dßng - thÕ tuÇn hoµn ®îc thùc hiÖn trong b×nh ®o 3 ®iÖn cùc b»ng thiÕt bÞPotentiostat PGS-HH1B kÕt nèi víi m¸y tÝnh ®Ó xö lý kÕt qu¶. §iÖn cùc lµm viÖc (WE) lµ ®iÖn cùc ®Üa Pt ®êng kÝnh 4,0mm, ®iÖn cùc ®èi (CE) lµd©y Pt vµ ®iÖn cùc so s¸nh (RE) lµ ®iÖn cùc calomen b·o hoµ (SCE). Tríc mçi phÐp ®o, bÒmÆt ®iÖn cùc lµm viÖc ®îc ®¸nh b»ng giÊy nh¸m mÞn (Si 2000), sau ®ã röa s¹ch b»ng níccÊt.3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1. Đường cong dòng-thế của dung dịch nền và dung dịch Pb2+ KÕt qu¶ ®o ®êng cong ph©n cùc dung dÞch nÒn (níc cÊt) vµ dung dÞch Pb2+ 0,1M trongvïng quét thế từ -0,2V  +1,0V (SCE) víi tèc ®é quÐt thÕ 20mV/s được trình bày ở hình 1. Hình 1. Đường cong dòng-thế của dung dịch: (1) nền và (2) Pb2+ Từ hình 1 cho thấy, đối với dung dịch nền, trong khoảng thế từ -0,2 V đến +1,0 Vkhông xảy ra bất kỳ phản ứng oxi hóa nào. Cßn trong trường hợp dung dịch có Pb2+ thì xuấthiện thêm hai pic oxi hóa mà thế bắt đầu khoảng +0,28V  +0,77V. C¸c pic này xuất hiện làdo quá trình oxi hóa Pb2+ thành Pb4+ nh sau: Pb2+ - e  Pb3+ (2) Pb3+ - e  Pb4+ (3) Ngoài ra, ở quá trình quét ngược có xuất hiện pic khử. §ång thêi, trªn bÒ mÆt ®iÖn cùcxuÊt hiÖn mµng mµu ®en b¸m chÆt. 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Pb2+ Ảnh hưởng của nồng độ Pb2+ (0,0625M; 0,125M; 0,25M ) đến quá trình oxi hóa Pb2+được trình bày ở hình 2. Hình 2. Đường cong dòng - thế của dung dịch Pb(NO3)2 ë các nồng độ khác nhau: (1) 0,0625M; (2) 0,125; (3) 0,25M víi tốc độ quét thế 20mV/s Từ các đường cong cyclic, giá trị mật độ dòng cực đại ip ứng với các nồng độ ban đầucủa Pb2+ được đưa ra ở bảng 1. Bảng 1. Nồng độ ban đầu của Pb2+ và mật độ dòng cực đại ip tương ứng Co(M) 0,0625 0,125 0,25 ip(mA/cm2) 1,12 1,52 1,62 B¶ng 1 cho thÊy, ip t ỉ lệ với nồng độ ban đầu của Pb2+. Sự phụ thuộc cña mật độ dòngvào nồng độ Pb2+ được thÓ hiện rõ khi xây dựng đồ thị Co- ip (hình 3). ip(mA/cm2) 2 ...