Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế phát triển với tốc độ rất nhanh, tồn tại song song với nó là
lượng chất thải hóa học cũng tăng theo, đặc biệt là các chất thải hữu cơ bền, độc hại như:
benzen, toluen, xylen, phenol… Đây là mối lo ngại cho toàn xã hội, vì vậy việc xử lý nó
là một vấn đề rất cấp bách và quan trọng.
Phương pháp điện phân, ngoài những ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp
điện hóa thì nó còn có khả năng xử lý các chất thải hữu cơ trên, bằng cách sử dụng các
điện cực anode tiêu biểu như Au, Pt…để oxi hóa phân hủy chúng nhưng giá thành tương
đối cao nên không đem lại hiệu quả về kinh tế. Trong khi đó, điện cực anode PbO2 là
một điện cực rẻ tiền nhưng lại có thể thay thế những điện cực đắt tiền trên.
Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp điện cực anode PbO2 như: phương pháp ép
bột, phương pháp oxi hóa ion Pb2+ trên các vật liệu nền trong môi trường giàu oxi. Song,
các phương pháp này chỉ thu được màng PbO2 xốp, độ bền cơ học thấp và độ dẫn điện
kém. Ngược lại, bằng phương pháp điện hóa sử dụng dòng điện nhằm oxi hóa điện kết
tinh tạo màng PbO2 trên nền các vật liệu như: Fe, Ti [3, 4], carbon graphit [1, 2]….thì
lại thu được màng PbO2 đáp ứng được yêu cầu của một điện cực anode trong các quá
trình điện hóa. Các vật liệu nền sử dụng để tổng hợp anode PbO2 tương đối rẻ, đặc biệt
là carbon graphit, đây là loại vật liệu rẻ nhất trong số các vật liệu thường sử dụng và là
chất thải của ngành công nghiệp sản xuất Pin [15]. Vì vậy, hiện nay các nghiên cứu về
quy trình tổng hợp điện cực PbO2 trên nền carbon graphit đang rất được quan tâm bởi
tính kinh tế mà nó có thể đem lại và còn làm giảm thiểu các nguyên nhân gây ô nhiễm
môi trường.
Các nghiên cứu gần đây đều cho thấy kết quả khả quan của việc nghiên cứu quy
trình tổng hợp điện cực PbO2 trên nền carbon graphit [2, 6]. Bằng việc sử dụng các hóa
chất có độ tinh khiết cao, sử dụng điện cực catode lưới làm bằng kim loại Pt, một số nhà
nghiên cứu trong và ngoài nước đã tổng hợp thành công điện cực PbO2 có độ bền cơ hóa
cao, có khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại như phenol [1].…rất tốt. Việc nghiên

điện phân.

-

Giai đoạn 2: Khảo sát khả năng oxy hóa chuyển hóa phenol và khả năng khoáng
hóa (COD) của điện cực sau khi tổng hợp tại điều kiện tối ưu.

Với mục tiêu nhằm:
 Xác định được các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện kết tinh PbO2 nhằm tạo ra
được điện cực tốt nhất.
 Đánh giá được khả năng oxi hóa của điện cực sau khi tổng hợp trong điều kiện tối
ưu nhất thông qua xác định độ chuyển hóa phenol và độ chuyển hóa COD của điện
cực.
 Đánh giá chất lượng của điện cực sau khi thực hiện quá trình oxy hóa xử lý phenol.

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

ii


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu, dưới sự giúp đỡ tận tình của giáo viên
hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi tôi đã có một quá trình nghiên
cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài. Kết quả thu được không chỉ


Vũng tàu, ngày 12 tháng 07 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Kiên

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

iii


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, tôi đã tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp điện
cực PbO2, đồng thời đã tổng hợp thành công điện cực PbO2 trên nền anode carbon
graphit kết hợp với catode làm bằng thép không gỉ 304 và khảo sát khả năng oxi hóa
điện hóa phenol của điện cực PbO2 trong điều kiện mật độ dòng không đổi.
Các phương pháp phân tích hóa lý được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm:
phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để định dạng pha tinh thể của PbO2;
phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) được sử dụng để xác định độ chuyển hóa của
phenol sau khi xử lý; phương pháp COD được dùng để xác định mức độ khoáng hóa (sự
chuyển hóa thành CO2, H2O) của phản ứng oxi hóa phenol.
Kết quả, điều kiện tối ưu để thu được màng PbO2 có bề mặt láng mịn, độ bám dính
tốt, độ bền cơ hóa cao là mật độ dòng i = 40 mA/cm2; HNO3 20 ml/l; Pb(NO3)2 0,6M;
Cu(NO3)2 0,4M; gelatin 1 g/l; nhiệt độ 250C - 300C và kết quả oxi hóa điện hóa phenol
của điện cực đã nghiên cứu cho thấy, độ chuyển hóa phenol đạt 99%, khả năng khoáng


1.1.2.

Điện cực Pb ...............................................................................................2

1.1.3.

Điện cực carbon graphit ............................................................................2

1.1.4.

Điện cực oxyt ............................................................................................2

1.1.5.

Điện cực bán dẫn .......................................................................................3

1.2. Tổng quan điện cực PbO2 ......................................................................................3
1.2.1.

Một số phương pháp điều chế PbO2 ..........................................................7

1.3. Tổng quan về phenol ..............................................................................................8
1.3.1.

Tính chất hóa học ......................................................................................9

1.3.2.

Ứng dụng .................................................................................................10

CHƯƠNG II. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 15
Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

v


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

2.1. Thiết bị và hóa chất ..............................................................................................15
2.1.1.

Thiết bị ....................................................................................................15

2.1.2.

Hóa chất ...................................................................................................15

2.2. Chuẩn bị vật liệu nền............................................................................................16
2.2.1.

Đánh bóng ...............................................................................................16

2.2.2.

Tẩy dầu mỡ ..............................................................................................16



2.5.2.

Khả năng chuyển hóa phenol của điện cực PbO2....................................20

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 21
3.1. Kết quả khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện kết tinh PbO2.21
3.1.1.

Ảnh hưởng của mật độ dòng ...................................................................21

3.1.2.

Ảnh hưởng của nồng độ ion H+ ...............................................................22

3.1.3.

Ảnh hưởng của nồng độ ion Pb2+ ............................................................24

3.1.4.

Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu2+............................................................25

3.1.5.

Ảnh hưởng của nồng độ gelatin ..............................................................26

3.2. Kết quả khảo sát khả năng oxi hóa phenol trên điện cực PbO2 .......................28
3.2.1.


Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ đến lượng PbO2 kết tinh ................................25
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến lượng PbO2 kết tinh ............................27
Bảng 3.6. Độ chuyển hóa COD của dung dịch điên phân theo thời gian ......................28

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

vii


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả quá trình điện phân cơ bản ........................................................11
Hình 3.1. Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị thực nghiệm .................................................16
Hình 3.2. Catode làm việc ............................................................................................17
Hình 3.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng tới lượng PbO2 kết tinh ...................................21
Hình 3.2. Điện cực PbO2 thu được khi khảo sát mật độ dòng.......................................22
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ ion H+ tới khối lượng PbO2 kết tinh ......................23
Hình 3.4. Điện cực PbO2 thu được khi khảo sát nồng độ ion H+ ..................................24
Hình 4.6. Ion Cu2+ bị khử thành Cu bám lên catode trong quá trình điện phân ............26
Hình 4.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu PbO2 tổng hợp ở điều kiện tối ưu. .............27
Hình 3.8. Kết quả sắc ký lỏng cao áp của mẫu dung dịch chứa Phenol trước và sau
điện phân. ......................................................................................................28
Hình 3.9. Đồ thị thể hiện độ chuyển hóa của phenol sau điện phân theo thời gian ......29
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu PbO2 sau khi oxi hóa phenol....................29

DC

Direct Current

Dòng điện một chiều

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

NSX

Nhà sản xuất

CNMT

Công nghệ môi trường

EDTA

Ethylendiamin Tetraacetic Acid

2. Các ký hiệu
Ф


ix


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về điện cực [1]
Trong điện hóa, tính chất của các vật liệu sử dụng làm điện cực thường được thể
hiện bởi quá thế của điện cực, đó là đại lượng đặc trưng biểu thị sự thích hợp của điện
cực với chất tham gia phản ứng trên điện cực. Quá thế hydro của điện cực là một yếu tố
quan trọng đối với quá trình khử trong các dung môi proton, vì nó xác định giá trị thế
âm của điện cực trước khi phản ứng khử của môi trường xảy ra để cạnh tranh với phản
ứng.
Nhìn chung, điện cực có quá thế hydro càng cao sẽ cho sản phẩm của quá trình
điện phân cao nhất. Trong dung dịch và trong các dung môi proton, proton có thể bị khử
và hydro thoát ra. Vì lý do này, khoảng thế của điện cực trong vùng catode được đưa ra
bởi thế của điện cực H+/H2 và quá thế hydro của nó.
Mặt khác tính chất xúc tác của vật liệu điện cực cũng có ảnh hưởng đến chiều
hướng của phản ứng, đặc biệt đối với các phản ứng khử trên các kim loại có quá thế
hydro thấp.
Bề mặt điện cực có thể ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của điện cực và sự hấp phụ
của chất phản ứng. Ví dụ trong quá trình khử của hợp chất nitro ở điện cực thiếc, bề mặt
của nó bị thay đổi trong quá trình phản ứng khi kim loại bị hòa tan và hình thành trở lại
trên bề mặt điện cực.
Tính chất không tinh khiết của vật liệu điện cực cũng có thể làm biến đổi tính chất

chất phản ứng ở điện cực có thể loại trừ một phần phản ứng phóng điện của ion H+, do
đó làm tăng việc chuyển electron đến chất phản ứng.
Chì cũng có thể được sử dụng làm anode dưới dạng nguyên chất hoặc hợp kim
trong dung dịch axit sunfuric, sự có mặt của 1% Ag, 0,3% Sn và một lượng nhỏ Co sẽ
tăng khả năng chống ăn mòn của anode Pb. Trong nhiều trường hợp bề mặt của anode
Pb bị oxi hóa thành PbO2 trở thành vật liệu anode.
Các điện cực kim loại khác như: Zn, Sn, Al, Fe, Cu, Pt, Ni, Au… cũng được sử
dụng làm điện cực trong một số quá trình khử và oxi hóa. Điện cực Sn được sử dụng
rộng rãi trong phản ứng khử hợp chất nitro. Pt và Ni rất thích hợp trong phản ứng hydro
hóa xúc tác.
Việc lựa chọn vật liệu anode thường bị hạn chế, vì hầu hết các kim loại bị ăn mòn
trong phản ứng anode. Trong trường hợp này Pt, Au thường được sử dụng.
1.1.3. Điện cực carbon graphit
Điện cực carbon graphit được sử dụng trong cả phản ứng khử và oxi hóa. Điện cực
carbon graphit rất có hiệu quả khi làm vật liệu anode nhờ có tính dẫn điện cao, chống
ăn mòn hóa học tốt, độ bền cơ học đáng kể và giá rẻ.
1.1.4. Điện cực oxyt
Một số oxyt kim loại như TiO2, MnO2, PbO2, RuO2 được sử dụng làm điện cực
trong quá trình điện hóa, đặc biệt là quá trình oxi hóa nhờ có tính dẫn điện cao, chống
ăn mòn và quá thế oxi hóa lớn.
Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

2


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT


Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

3


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

Bảng 1.1. Một số tính chất hóa lý của 2 dạng PbO2 [1]

STT
1
2

Các thông số
Dạng tinh thể
Hệ số mạng (0A) a
b
c
Rơnghen

3

Dạng α-PbO2
Orthorombic
4,98
35,969
5,486

-276,83
-219,14
1,690

4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tỷ trọng (g/cm3)
Thể tích nguyên tử (0A)3
Điện trở (Ωcm-1)
Mật độ điện tử (e/cm3)
Độ linh động electron (cm2/S.V)
Nồng độ oxy (%)
ΔHs (KJ/mol)
ΔG (KJ//mol)
U0H(axit) (V)

13

( ) 𝑃 (mV/0C) trong H2SO4 4,62M

-0,36


Dioxyt chì dẫn điện rất tốt, đặc biệt là PbO2 kết tủa điện hóa có độ dẫn xấp xỉ với
kim loại.

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

4


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

Bảng 1.2. Điện trở của các dang dioxyt chì và một vài kim loại [1]

Điện trở (Ωcm)
74,0.10-4
142,0.10-4
(0,94÷4,05) .10-4
12,0.10-4
7,0.10-4
8,0.10-4
0,96.10-4
1,2.10-4
0,22.10-4
74,0.10-4

Dạng mẫu
Bảng cực dương acqui (độ xốp 46%)


Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

5


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

Giá trị cao của kim loại quý và hợp kim của chúng như là vật liệu anode đã được
thúc đẩy cho việc nghiên cứu ra những vật liệu mới trong nhiều năm nay. Điện thế của
PbO2 cho một mục đích như vậy đã được hiểu một cách cặn kẽ chỉ sau đầu thế kỷ này.
Với một điện trở suất 40-50.10-6 Ωcm-1, PbO2 là một chất dẫn điện tốt hơn so với
cacbon và than chì. Nó tương đối cứng (khoảng 5 theo thang đo độ cứng) và vì thế nó
chống lại sự mài mòn [4]. Nó có tính trơ về mặt hóa học đối với hầu hết những tác nhân
oxi hóa và những axit mạnh. Mặc dù, PbO2 có những ưu điểm trong sử dụng, nhưng
những khó khăn vẫn xảy ra trong quá trình sản xuất anode PbO2. Ferland [1] đã làm kết
tủa PbO2 từ dung dịch Pb(NO3)2 và được kết tủa rất giòn và dễ vỡ. Tính chất giòn và
không đồng nhất của PbO2 là do sự tăng giảm của dòng kết tủa và ảnh hưởng của dung
dịch điện phân (đặc biệt là độ pH và nồng độ Pb2+).
Một vài loại dung dịch đã được sử dụng để tạo kết tủa PbO2 và đã tìm được điều
kiện tối ưu cho quá trình điện kết tinh PbO2. Với việc sử dụng kỹ thuật mạ điện hiện đại
và những phụ gia thích hợp, những chất kết tủa PbO2 có độ bền cao, tỷ trọng cao và sự
trơn bóng của bề mặt đã đạt được. Shibasaki [12] đã cho thấy rằng những chất kết tủa
PbO2 có độ trơn sáng là bền nhất, và do đó đáng được mong đợi nhất.
Angel và Mellquist [11] đã kết tủa PbO2 trên Fe, Cu và Ni, nhưng đã nhận thấy
rằng những điện cực như vậy là bị thụ động hóa. Một anode PbO2 thô được tạo ra từ một

Năm 1950 Sugino [14] dùng phương pháp điện hóa thu được lớp kết tủa PbO2 dày
chắc, có độ dẫn điện và độ bền hóa học cao. Kết quả này đã thu hút sự quan tâm của các
nhà công nghệ điện hóa trên thế giới. Hàng loạt các phương pháp cũng như các vật liệu
nền khác nhau và các dung dịch điện li để kết tủa PbO2 đã được công bố.
Điện cực PbO2 còn có khả năng hấp phụ tốt các chất nên thường được sử dụng
trong các quá trình điện phân tổng hợp các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Một số nhà điện
hóa môi trường đã nghiên cứu quá trình xử lý phenol trên anode PbO2, Ti/PbO2 và đạt
kết quả tốt khi sản phẩm của quá trình oxi hóa chủ yếu là CO2.
1.2.1. Một số phương pháp điều chế PbO2 [1]
1.2.1.1.

Phương pháp hóa học

a. Phương pháp nhiệt
Quét các dung dịch muối chì lên nền kim loại hoặc phi kim loại, sau đó gia nhiệt
trong môi trường giàu oxi để oxi hóa thành PbO2.
Phương pháp này cho phép chế tạo điện cực có độ xốp cao, tạo thành nhiều lớp
bám chắc vào nền, nhất là loại nền bằng gốm, song có nhược điểm là hàm lượng PbO2
thấp, độ bền hóa học và độ dẫn điện kém.
b. Phương pháp ép
Trộn bột PbO2 với chất kết dính vô cơ hoặc nhựa hữu cơ, polymer rồi ép ở áp suất
> 2500 kg/cm2.
Phương pháp này chế tạo được điện cực có tấm hình lớn, độ bền cơ học cao (tùy
thuộc vào vật liệu kết dính và áp suất ép), nhưng nhược điểm là độ bền hóa học và độ
dẫn điện kém, thế cực không ổn định và sản phẩm dễ bị bẩn.
1.2.1.2.

Phương pháp điện hóa

Đây là quá trình oxi hóa Pb2+ từ dung dịch thành PbO2 bám lên điện cực.

phổ biến hơn cả, vì nó rẻ, dễ kiếm và cho phép điều chế PbO2 với tốc độ cao hơn hẳn
dung dịch khác.
Phương pháp điện hóa có những ưu điểm nổi bật: lớp kết tủa đặc khít, có độ dày
tùy ý, hàm lượng PbO2 cao và ổn định, có cấu trúc tinh thể xác định, do đó lớp kết tủa
này dẫn điện tốt, bền hóa học và rất ít hao mòn trong quá trình vận hành.
Nhược điểm chủ yếu của phương pháp điện hóa là lớp PbO2 có ứng suất nội lớn,
làm lớp mạ bị rộp lên hoặc nứt dẫn đến bong tróc. Nhưng khi hiểu rõ bản chất quá trình
tạo thành PbO2 trên anode, ta có thể hạn chế thiếu sót này.
1.3. Tổng quan về phenol [16]
Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43°C. Để
lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp
thụ hơi nước. Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ. Phenol
rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da. Phenol tan vô hạn ở 660C.

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

8


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

Phenol có một nhóm -OH liên với với vòng Benzen. Đặc biệt hơn, trong phân tử
phenol có hiệu ứng liên hợp mạnh do có oxi của nhóm -OH cũng ảnh hưởng đến tính
chất vật lí cũng như tính chất hóa học của phenol.

Cấu tạo của phenol:

với axit, phenol chỉ có thể tác dụng với clorua axit hoặc anhidric axit mới tạo được este:
C6H5OH + CH3COCl  CH3COOC6H5 + HCl

(1.6)

C6H5OH + (CH3CO)2O  CH3COOC6H5 + CH3COOH (1.7)
Điều này được giải thích do 2 nguyên nhân:

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

9


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

-

Trường ĐHBRVT

Mật độ điện tích âm của O nhóm -OH vì có hệ liên hợp trong phân tử nên giảm hơn
so với O nhóm -OH của rượu thông thường, dẫn đến phenol khó tấn công vào phân
tử axit tạo este hơn.

-

Phenol có vòng thơm nên gây hiệu ứng không gian cản trở.

1.3.2. Ứng dụng

1.3.4. Một số phương pháp xử lý phenol
Phenol có thể được xử lý bằng phương pháp điện hóa học sử dụng các loại điện
cực anode như Ti/TiO2, Ti/SnO2, Ti/PbO2…Ngoài ra còn có thể oxi hóa phenol bằng
phương pháp sử dụng vật liệu xúc tác quang hóa như TiO2.
1.4. Giới thiệu về phương pháp điện phân [5, 7]
1.4.1. Định nghĩa
Sự điện phân là quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra tại bề mặt các điện cực khi
có dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hay chất điện li ở trạng thái nóng
chảy.

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

10


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

Hình 2.1. Sơ đồ mô tả quá trình điện phân cơ bản

1.4.2.

Một số khái niệm

1.4.2.1. Khái niệm anode
Điện cực dương (cực dương, dương cực) là điện cực nối với cực dương của nguồn
điện một chiều, là nơi hút các điện tử về.

mang điện tích dương nên sẽ di chuyển về cực âm (catode), tại đây có quá trình khử xảy
ra; Còn các ion âm (anion) mang điện tích âm nên sẽ di chuyển về cực dương (anode),
tại đây có quá trình oxi hóa xảy ra.
Ví dụ:
NaCl nóng chảy
(Na+, Cl-)
Catode (-)
Na+ + e-  Na
Chất oxi hóa

2Cl-

Chất khử

Anode (+)
- 2e- 

Chất khử

Cl2

Chất oxi hóa

2NaCl
 2Na+ + 2Cl+
2Na + 2e  2Na
2Cl- - 2e-  Cl2

+



Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

12


Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

1.4.4.1. Ở Catode
Thực nghiệm cho thấy khi điện phân dung dịch các ion kim loại đứng sau nhôm
(Al) trong dãy thế điện hóa thì các ion kim loại này bị khử tạo thành kim loại bám vào
điện cực catode. Ion nào càng đứng sau thì có tính oxi hóa càng mạnh nên càng bị khử
trước ở catode.
K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au
M+ + 2e-  M (Kim loại đứng sau Al)
Còn khi điện phân dung dịch chứa ion kim loại từ nhôm trở về trước (ion kim loại
Al3+, Mg2+, ion kim loại kiềm thổ, ion kim loại kiềm) thì các ion kim loại này không bị
khử ở catode mà là H2O của dung dịch bị khử tạo H2 bay ra và phóng thích ion OH- vào
trong dung dịch (ion OH- kết hợp với ion kim loại tạo hydroxyt kim loại tương ứng). Có
thể hiểu là các kim loại từ Al trở về trước có tính khử rất mạnh, nên các ion kim loại này
có tính oxi hóa rất yếu, yếu hơn H2O. Do đó H2O bị khử trước ở catode, và khi hết nước
cũng không còn dung dịch nữa nên sự điện phân sẽ ngừng. Các ion kim loại từ Al trở về
trước chỉ bị khử tạo kim loại tương ứng khi điện phân nóng chảy chất điện li có chứa
các ion này.
1.4.4.2.

Ở Anode



 Nếu anion đi về anode là anion có chứa O như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-... thì các
anion này không bị oxi hóa ở anode mà là H2O của dung dịch bị oxi hóa tạo O2
thoát ra, đồng thời phóng thích ion H+ ra dung dịch (ion H+ kết hợp với anion tạo
thành axit tương ứng). Và một khi nước đã bị oxi hóa ở anode thì đây cũng là
giai đoạn chót ở anode. Vì khi hết nước mới đến các chất khử khác bị oxi hóa,
lúc này không còn là dung dịch nữa, nên sự điện phân dừng.
1.4.5. Định luật Faraday
Khối lượng của chất tạo ra ở điện cực bình điện phân tỉ lệ với đương lượng của
chất đó, với cường độ dòng điện và thời gian điện phân (hay khối lượng của chất tạo ra
ở điện cực tỉ lệ với đương lượng của chất đó và điện lượng qua bình điện phân).
m𝐴 =

1
MA
×
×I×t
96500 nA

Trong đó:
-

mA: khối lượng của chất A tạo ở điện cực (catode hoặc anode), (gam);

-

MA: khối lượng phân tử (nguyên tử, ion) của A. Nếu chất A tạo ở điện cực là
phân tử thì MA là khối lượng phân tử của A; nếu A tạo ở điện cực là nguyên tử
thì MA là khối lượng nguyên tử của A; còn nếu chất A tạo ở điện cực là ion thì
MA là khối lượng ion của ion đó (ion lượng, ion khối);



Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG II

PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Thiết bị và hóa chất

2.1.1. Thiết bị
-

Máy khuấy từ gia nhiệt;

-

Cân phân tích PA214C, Ohaus, Mỹ;

-

Máy hút chân không ;

-

Tủ sấy ;



Cu(NO3)2.3H2O tinh thể (NSX Trung Quốc);

-

Dung dịch HNO3 đậm đặc (NSX Trung Quốc);

-

Chất hoạt động bề mặt gelatin (NSX Ấn Độ);

-

NaCl tinh thể (NSX Trung Quốc);

-

Na2SO4 tinh thể (NSX Trung Quốc);

-

Phenol tinh thể (NSX Trung Quốc);

-

NaOH tinh thể (NSX Trung Quốc);

-

Dung dịch H2SO4 đậm đặc (NSX Trung Quốc);

đó đem rửa sạch bằng nước máy và nước cất.
2.2.2.2. Tẩy trong dung dịch kiềm nóng
Sau khi xử lý bằng axeton ta tiếp tục nhúng điện cực vào dung dịch kiềm nóng và
chảy bằng cước, sau đó đem rửa sạch bằng nước máy và nước cất.

Sv Nguyễn Ngọc Kiên – Lớp DH09H1

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

16