Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ NỒNG ĐỘ ION CLO CHO ĐẾN QUÁ TRÌNH HOÀ TAN ANÔT FE"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ảnh hưởng của nồng độ ion clo và pH đến sự hòa tan anôt của Fe trong dung dịch nước đã được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong phân cực và phổ tổng trở điện hóa (EIS). Các kết quả thu được cho thấy rằng tốc độ hòa tan anôt tăng tuyến tính với sự tăng nồng độ ion Cl-. Tốc độ hòa tan anôt giảm khi pH tăng và đạt giá trị cao nhất ở pH = 3,0 và thấp nhất tại pH = 11,0. Dạng đồ thị Nyquist của phổ tổng trở gồm một bán cầu....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ NỒNG ĐỘ ION CLO CHO ĐẾN QUÁ TRÌNH HOÀ TAN ANÔT FE"

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ NỒNG ĐỘ ION CLO CHO ĐẾN QUÁ TRÌNH HOÀ TAN ANÔT FE STUDY ON THE INFLUENCE OF pH AND CHLORIDE ION CONCENTRATION ON THE ANODIC DISSOLUTION OF IRON LÊ TỰ HẢI Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Ảnh hưởng của nồng độ ion clo và pH đến sự hòa tan anôt của Fe trong dung dịch nước đã được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong phân cực và phổ tổng trở điện hóa (EIS). Các kết quả thu được cho thấy rằng tốc độ hòa tan anôt tăng tuyến tính với sự tăng nồng độ ion Cl-. Tốc độ hòa tan anôt giảm khi pH tăng và đạt giá trị cao nhất ở pH = 3,0 và thấp nhất tại pH = 11,0. Dạng đồ thị Nyquist của phổ tổng trở gồm một bán cầu. Đường kính của bán cầu phụ thuộc vào pH dung dịch. ABSTRACT The effect of chloride ion concentration and pH on the anodic dissolution of Iron in aqueous solutions has been studied by using electrochemical polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). It has been discovered that the rate of anodic dissolution increased linearly with increasing Cl- concentration. With increasing pH, the rate of anodic dissolution decreased, being highest at pH 3.0 and lowest at pH 11.0. The Nyquist impedance plots consisted only of one semicircle. The diameter of semicircle was dependent upon solution pH. 1. Më ®Çu Ph¬ng ph¸p keo tô ®iÖn hãa ®îc sö dông réng r·i ®Ó xö lý níc th¶i chøa chÊt th¶i thùc phÈm, kim lo¹i nÆng, c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vµ níc th¶i dÇu [1,2]. Keo tô ®iÖn hãa còng ®îc sö dông ®Ó t¸ch c¸c hîp chÊt ph«tphat vµ xö lý níc th¶i cña nhµ m¸y dÖt [3]. Trong ph¬ng ph¸p keo tô ®iÖn hãa, chÊt keo tô ®îc t¹o thµnh b»ng ph¶n øng oxi hãa ®iÖn cùc an«t hßa tan. Qu¸ tr×nh hßa tan an«t kim lo¹i ¶nh hëng ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa vµ chÞu ¶nh hëng cña mét sè yÕu tè trong m«i trêng. Trong bµi b¸o nµy, ¶nh hëng cña ion clo vµ pH dung dÞch ®Õn qu¸ tr×nh hßa tan an«t s¾t ®îc nghiªn cøu b»ng ph¬ng ph¸p ®o ®êng cong ph©n cùc an«t thÕ ®éng vµ ph¬ng ph¸p phæ tæng trë ®iÖn hãa (EIS).
2. Ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm PhÐp ®o phæ tæng trë vµ ®êng cong ph©n cùc ®îc tiÕn hµnh trong b×nh ®o 3 ®iÖn cùc: §iÖn cùc so s¸nh lµ ®iÖn cùc calomen b·o hßa (SCE), ®iÖn cùc phô lµ thanh graphit, ®iÖn cùc lµm viÖc lµ mét ®Üa s¾t (Fe 99,7%) cã diÖn tÝch 1cm2. Tríc mçi phÐp ®o, bÒ mÆt ®iÖn cùc ®îc tÈy c¬ häc b»ng giÊy nh¸m SiC (1200), tÈy mì trong axeton vµ röa l¹i b»ng níc cÊt. §êng cong ph©n cùc an«t thu ®îc b»ng ph¬ng ph¸p quÐt thÕ tuyÕn tÝnh víi tèc ®é quÐt thÕ 5mV/s tõ -1V ®Õn +1V so víi (SCE). Phæ tæng trë ®îc ®o trong vïng tÇn sè 10mHz - 10KHz víi thÕ A.C lµ 10mV. TÊt c¶ c¸c phÐp ®o ®iÖn hãa ®îc tiÕn hµnh trªn thiÕt bÞ PAR- potentiostat- model 273A vµ 1025FRD (Frequency Response Detector) [4]. Qu¸ tr×nh hßa tan an«t Fe ®îc nghiªn cøu trong dung dÞch NaCl cã nång ®é 0,01M; 0,03M; 0,1M vµ 0,3M ë c¸c gi¸ trÞ pH kh¸c nhau. pH dung dÞch ®îc ®iÒu chØnh b»ng dung dÞch HCl vµ NaOH ®Ëm ®Æc. 3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1.§êng cong ph©n cùc an«t thÕ ®éng KÕt qu¶ ®o ®êng cong ph©n cùc cña Fe trong c¸c dung dÞch NaCl t¹i gi¸ trÞ pH= 3,0; 7,0; 11,0 ®îc tr×nh bµy ë h×nh 1. (a) (b)
(c) H×nh 1. §êng cong ph©n cùc an«t Fe trong dung dÞch c¸c NaCl ë c¸c m«i trêng: a- pH=3,0; b- pH = 7,0; c- pH = 11,0 C¸c kÕt qu¶ ®o cho thÊy Fe dÔ bÞ hßa tan ë vïng thÕ an«t trong dung dÞch trung tÝnh vµ axit; ®ång thêi kh«ng cã mµng thô ®éng h×nh thµnh trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. Trong dung dÞch kiÒm (pH = 11,0), trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc cã t¹o mµng thô ®éng trong vïng thÕ thô ®éng. Tèc ®é hßa tan an«t Fe trong c¸c m«i trêng pH kh¸c nhau t¨ng khi nång ®é NaCl t¨ng. Nguyªn nh©n nµy lµ do ion Cl- t¬ng t¸c víi mµng vµ ph¸ hñy nã theo c¸c ph¶n øng sau: FeOOH + Cl- FeOCl + OH- (1) Fe3+ + Cl- + 2OH- FeOCl + H2O (2) ¶nh hëng cña pH ®Õn ®êng cong ph©n cùc an«t Fe trong c¸c dung dÞch NaCl ®îc tr×nh bµy ë h×nh 2. (a) (b)
(c) (d) H×nh 2. §êng cong ph©n cùc an«t Fe trong dung dÞch NaCl cã nång ®é: a- 0,01M; b- 0,03M; c- 0,1M; d- 0,3M Tèc ®é hßa tan an«t Fe t¨ng khi pH gi¶m. Ph¶n øng hßa tan Fe trong c¸c m«i trêng nh sau: Fe2+ + 2e Fe (3) Tuy nhiªn, do ¶nh hëng cña ph¶n øng khö cat«t trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau, nªn tèc ®é hßa tan an«t Fe còng thay ®æi. Theo [5] trong dung dÞch trung tÝnh (pH = 7,0) cã mét mµng oxit Fe hai xèp h×nh thµnh trªn bÒ mÆt vµ oxi bÞ khö theo ph¬ng tr×nh sau: 4OH- O2 + H2O + 4e (4) Trong dung dÞch axit ( pH = 3,0) mµng oxit Fe hai bÞ hßa tan vµ tèc ®é hßa tan an«t t¨ng lªn. Ion H+ trong m«i trêng bÞ khö theo ph¬ng tr×nh: 2H+ + 2e H2 (5) ë m«i trêng pH = 11,0 tèc ®é hßa tan an«t chËm do bëi sù h×nh thµnh líp mµng oxit 3+ Fe víi sù cã mÆt cña oxi hßa tan. 3.2. Phæ tæng trë ®iÖn hãa (EIS) H×nh 3 tr×nh bµy phæ tæng trë d¹ng Nyquist cña Fe trong dung dÞch NaCl 0,1M ë gi¸ trÞ pH = 3,0; 7,0 vµ 11,0.
a. b. c. H×nh 3. §å thÞ tæng trë d¹ng Nyquist cña Fe trong dung dÞch NaCl 0,1M trong c¸c m«i trêng: a- pH 3.0; b- pH 7.0; c- pH 11.0 C¸c phæ Nyquist thu ®îc chØ gåm mét b¸n cÇu. §ång thêi ®êng kÝnh cña b¸n cÇu lín nhÊt trong m«i trêng pH = 11,0 vµ nhá nhÊt trong m«i trêng pH = 3,0. §iÒu nµy cho thÊy tèc ®é hßa tan an«t Fe lín nhÊt trong m«i trêng pH =3,0 vµ nhá nhÊt trong m«i trêng pH = 11,0. KÕt qu¶ nµy phï hîp víi kÕt qu¶ ®o ®õ¬ng cong ph©n cùc. Tõ c¸c sè liÖu phæ tæng trë vµ sö dông ch¬ng tr×nh ZSimp Win, m¹ch ®iÖn hãa t¬ng ®¬ng cña ph¶n øng ¨n mßn Fe trong dung dÞch nghiªn cøu nh h×nh sau: Cdl RS RP Rp: §iÖn trë ph©n cùc Rs: §iÖn trë dung dÞch Cdl: §iÖn dung líp kÐp
4. KÕt luËn - Tèc ®é hßa tan an«t Fe trong dung dÞch NaCl gi¶m khi t¨ng gi¸ trÞ pH, lín nhÊt ë pH = 3,0 vµ thÊp nhÊt ë pH = 11,0. Trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau, tèc ®é hßa tan an«t t¨ng khi t¨ng nång ®é NaCl. - Trong m«i trêng axit vµ trung tÝnh Fe kh«ng thÓ hiÖn tÝnh thô ®éng. Trong m«i trêng kiÒm mµng thô ®éng xuÊt hiÖn trong vïng thÕ thô ®éng. - C¸c kÕt qu¶ ®o phæ tæng trë cho thÊy ®å thÞ Nyquist chØ gåm mét b¸n cÇu vµ m¹ch ®iÖn hãa t¬ng ®¬ng cña ph¶n øng hßa tan an«t Fe lµ m¹ch Randle. TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1] E. C. Beck, A. P. Giannini, Food Technol, 18 – 19, 22, 1974. [ 2] D. R. Jenke and F. E. Diebold, Water Research, 18, 855, 1984. [ 3] J. S. Do and M. L. Chen, J. Appl. Electrochem, 24 785 – 790, 1994. [ 4] J. R. Macdonal, Impedance Spectroscopy, Chapel Hill, New York, 1987. [ 5] Denny A. Jones, Principles and prevention of corrosion, Prentice Hall, London – Sydney, 1996.