NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ĐIỆN CỰC PbO
2
TRÊN
NỀN CARBON GRAPHIT VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG OXI HÓA PHENOL
TRÊN ĐIỆN CỰC PbO
2
A STUDY AND IMPROVEMENT OF THE ELECTRODEPOSITION OF PbO
2
ON GRAPHITE SUBSTRATE AND SURVEY THE ABILITY TO THE
ELECTROCHEMICAL OXIDATION OF PHENOL OF PbO
2
ANODE
Nguyễn Ngọc Kiên
Khoa Hoá học & CN Thực phẩm, Trường Đại học Bà Rịa- Vũng Tàu
[email protected]
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này chúng tôi nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố như mật
độ dòng, nồng độ của H
+
, Pb
2+
, Cu
2+
, chất phụ gia gelatin đến quá trình điện kết tinh
PbO
2
trên nền anode carbon graphit kết hợp với catode làm bằng thép không rỉ 304 và
khả năng oxi hóa điện hóa phenol của điện cực PbO
2
trong điều kiện mật độ dòng
không đổi. Kết quả, đã tìm ra điều kiện tối ưu để thu được màng PbO

0.15M, pH = 8.0, nồng độ NaCl 7.5 g/l, mật độ dòng i = 75
mA/cm
2
, nồng độ phenol 1000 mg/l [1].
ABSTRACT
This research aims to investigate the influence of some factors such as current
density, concentration of H
+
, Pb
2+
, Cu
2+
and gelatine to the electrodeposition of PbO
2
on
anode carbon graphite substrate combined with catode made from 304 stainless steel
and the ability to the electrochemical oxidation of phenol of PbO
2
anode at constant
current density. Results, have found optimum conditions for smooth and good adherent
PbO
2
film were i = 40 mA/cm
2
,
HNO
3
20ml/l, Pb(NO
3
)

cực lưới Pt và đã thu được màng PbO
2
đáp ứng yêu của một điện cực anode trong các
quá trình điện hóa.
Trong công trình này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu
tố đến quá trình điện kết tinh tạo màng PbO
2
trên nền carbon graphit bằng cách sử
dụng điện cực lưới catode làm bằng thép không rỉ 304 bao quanh điện cực anode thay
vì sử dụng điện cực lưới Pt [1].
II- PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Điện cực PbO
2
được tổng hợp bằng phương pháp oxi hóa điện hóa ion Pb
2+
từ dung
dịch Pb(NO
3
)
2
trên nền anode carbon graphit dạng hình trụ (Ф = 0.75 cm, chiều dài =
5 cm) sử dụng điện cực lưới bao quanh làm bằng thép không rỉ 304 với mật độ dòng
không đổi.
Quá trình oxi hóa phenol được tiến hành bằng phương pháp điện phân ở mật độ
dòng không đổi với anode PbO
2
đã tổng hợp trên và catode bao quanh làm bằng lưới
thép không rỉ 304 với mật độ dòng không đổi.
Dạng tinh thể của PbO
2

dòng thay đổi từ 10 mA/cm
2
đến 60 mA/cm
2
. Ảnh hưởng của mật độ dòng đến lượng
PbO
2
kết tinh được đưa ra trong bảng 1 và hình 2.
Bảng 1. Ảnh hưởng của mật độ dòng tới lượng PbO
2
kết tinh
I(mA/cm
2
)
Khối lượng điện
cực trước điện phân
(g)
Khối lượng điện cực
sau điện phân (g) Δm(g)
10 4.733 5.107 0.374
20 5.002 5.715 0.713
30 4.887 6.042 1.155
40 5.178 6.973 1.795
50 5.098 7.364 2.266
60 5.058 7.908 2.850
Hình 2: Ảnh hưởng của mật độ dòng tới lượng PbO
2
kết tinh
Kết quả ở bảng 1 và hình 2 cho thấy, khối lượng PbO
2

kết tủa trên nền anode không thể bám vào bề mặt anode và bề mặt anode bị rỗ lớn, bị
bong tróc. Như vậy, mật độ dòng anode tối ưu để tạo màng PbO
2
đặc sít là 40 mA/cm
2
.
1.2. Ảnh hưởng của nồng độ ion H
+
Ảnh hưởng của nồng độ H
+
được khảo sát ở điều kiện điện phân như 1.1, mật độ
dòng cố định tại 40 mA/cm
2
và thể tích HNO
3
đặc (d=1.4 g/l) được thay đổi từ 0 đến
60 ml. Các kết quả được đưa ra trong bảng 2 và hình 3.
Bảng 2. Ảnh hưởng của nồng độ H
+
tới lượng PbO
2
kết tinh
V (ml) HNO
3
đặc trong 1
lít dung dịch
Khối lượng điện cực
trước điện phân (g)
Khối lượng điện
cực sau điện phân

↔
Pb(OH)
2
+ H
+
(3)
2OH
-
- 2e → H
2
O + ½ O
2
(4)
Khi thay đổi nồng độ lớn hơn 20ml/l HNO
3
thì đồng thời bề mặt của Anode thu
được cũng có sự thay đổi rất rõ ràng, càng tăng nồng độ HNO
3
thì bọt khí xuất hiện
càng nhiều dẫn đến bề mặt Anode thu được bị rỗ, khối lượng PbO
2
thu được giảm
mạnh. Từ đó, nồng độ HNO
3
đặc 20 ml/l được chọn để kết tinh điện hóa PbO
2
.
1.3. Ảnh hưởng của nồng độ Pb
2+
Điều kiện để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb

(g)
Khối lượng điện cực
sau điện phân (g) Δm(g)
0.3 4.608 5.653 1.045
0.4 4.551 6.503 1.952
0.5 5.137 7.211 2.074
0.6 4.546 6.642 2.096
0.7 5.199 7.285 2.086
0.8 5.152 7.230 2.078
Từ bảng 3 ta nhận thấy, tại mật độ dòng 40 mA/cm
2
khi nồng độ Pb(NO
3
)
2
thay đổi
từ 0,3 M đến 0,8 M thì khối lượng kết tủa PbO
2
tăng dần và đạt cực đại tại nồng độ
0,6M, lớn hơn 0,6M thì khối lượng kết tủa hầu như không tăng mà còn có xu hướng
giảm. Nguyên nhân khi tăng nồng độ Pb
2+
thì phản ứng (3) sẽ chuyển dịch theo chiều
thuận tạo ra Pb(OH)
2
ảnh hưởng đến phản ứng điện kết tinh PbO
2
trên điện cực. Do
vậy, nồng độ Pb(NO
3

0,6 M, nồng độ Cu(NO
3
)
2
thay đổi
từ 0,1 M đến 0,5 M. Các kết quả được trình bày trong bảng 4.
Bảng 4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu
2+
tới lượng PbO
2
kết tinh
Nồng
độ Cu(NO3)2
(mol/l)
Khối lượng điện
cực trước điện
phân (g)
Khối lượng điện
cực sau điện phân
(g) Δm(g)
0.1 5.114 7.18 2.066
0.2 4.625 6.682 2.057
0.3 4.617 6.673 2.056
0.4 4.511 6.618 2.107
0.5 4.635 6.623 1.988
Kết quả ở bảng 4 cho thấy, khi nồng độ Cu(NO
3
)
2
tăng từ 0.1M đến 0.3M hầu như

2
kết tinh
Nồng độ gelatin Khối lượng điện cực Khối lượng điện cực Δm(g)
(g/l)
trước điện phân (g) trước điện phân (g)
1 4.648 6.658 2.010
2 4.539 6.697 2.158
3 4.561 6.665 2.104
4 4.682 6.709 2.027
5 4.716 6.659 1.943
Từ kết quả ở bảng 5 ta thấy, tại nồng độ 2g/l gelatin thu được khối lượng PbO
2
lớn
nhất, nhưng trong quá trình khảo sát khi quan sát bằng mắt thường thì điện cực thu
được tại nồng độ gelatin 1g/l láng mịn hơn tại nồng độ 2g/l và độ bền cũng tương
đương nhau. Khi tăng nồng độ gelatin vượt trên mức 2g/l thì có hiện tượng xuất hiện
nhiều bọt khí làm bề mặt điện cực bị rỗ, khối lượng PbO
2
thu được cũng giảm đi.
Vậy nồng độ gelatin 1g/l được chọn cho quá trình tổng hợp PbO
2
.
Hình 4. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu PbO
2
tổng hợp ở điều kiện tối ưu.
Kết quả phân tích mẫu PbO
2
bằng phương pháp nhiễu xạ tia X cho thấy xuất hiện
pic d = 3.50547(2θ =25,5
o

2
SO
4
0.15 M,
nồng độ NaCl 7,5g/l, pH = 8, mật độ dòng i = 75 mA/cm
2
, nồng độ phenol 1000mg/l.
Khả năng khoáng hóa của điện cực PbO
2
được thể hiện ở bảng 6.
Bảng 6. Độ chuyển hóa COD của dung dịch điên phân theo thời gian
SST Điện cực Thời gian oxi hóa( Phút)
Độ chuyển hóa
COD(%)
1 90 47.1125
2 150 79.0274
3 210 92.7052
Từ bảng 6 ta nhận thấy khả năng khoáng hóa các chất trong dung dịch thành CO
2
và H
2
O của điện cực PbO
2
đã được nghiên cứu tổng hợp tăng dần theo thời gian.
2.2. Khả năng chuyển hóa phenol của điện cực PbO
2
Với điều kiện điện phân như 2.1, khả năng oxi hóa điện hóa phenol của điện cực
PbO
2
được thể hiện ở hình 5.

Khả năng oxi hóa phenol trên điện cực tổng hợp được cho kết quả rất tốt:
a. Khi điện phân dung dịch phenol có nồng độ khoảng 1000mg/l với các điều kiện
tối ưu thì độ chuyển hóa của phenol đạt gần như hoàn toàn (> 99%) và khả năng
khoáng hóa thành CO
2
và H
2
O đạt trên 79%.
b. Cấu trúc tế vi của điện cực PbO
2
hầu như không thay đổi sau khi điện phân oxy
hóa phenol. Do đó, điện cực anode PbO
2
sau khi nghiên cứu tổng hợp có thể
ứng dụng làm điện cực anode để xử lý phenol trong nước bằng phương pháp
điện hóa.
Vì không cần sử dụng lưới Pt để làm catode nên kết quả nghiên cứu này góp phần
phần giảm chi phí trong quá trình tổng hợp điện cực PbO
2
.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Tự Hải, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng – Số 5 (28), (2008)
[2] Nguyễn Văn Đức, “Nghiên cứu quá trình điện kết tinh PbO
2
bằng phương pháp oxi
hóa dung dịch Pb
2+
”.