Nghiên cứu chế tạo màng phủ hỗn hợp oxit thiếc và antimon trên nền thép hợp kim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Huỳnh Thu Sương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG PHỦ HỖN HỢP OXIT THIẾC VÀ ANTIMON TRÊN NỀN THÉP HỢP KIM CAO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Huỳnh Thu Sương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG PHỦ HỖN HỢP OXIT THIẾC VÀ ANTIMON TRÊN NỀN THÉP HỢP KIM CAO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số : 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. La Thế Vinh 2. La Văn Bình ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của người hướng dẫn khoa học: GS. La Văn Bình, PGS.

La Thế Vinh. Các số liệu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tập thể hướng dẫn TÁC GIẢ PGS. La Thế Vinh Huỳnh Thu Sương i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới GS.

La Văn Bình, PGS. La Thế Vinh, những người đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Bộ môn Công nghệ các chất Vô cơ, Bộ môn Công nghệ Điện hóa và bảo vệ kim loại đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ tôi thực hiện các nghiên cứu. Và tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp, bạn bè – những người đã luôn quan tâm, động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Cuối cùng tôi xin dành tình cảm đặc biệt tới gia đình, người thân của tôi – những người đã luôn tin tưởng, động viên, cho tôi thêm nghị lực để vững bước vượt qua mọi khó khăn Tác giả Huỳnh Thu Sương ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT………………………………………. DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………. DANH MỤC HÌNH……………………………………………………. Vật liệu điện cực anot dùng trong kỹ thuật điện hóa.

Các phương pháp chế tạo màng phủ trên vật liệu anot. Phương pháp Sol-gel…………………………………………………. Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD)…………………………… 11 1. Phương pháp bay hơi vật lý (PVD)…………………………….

Kỹ thuật bốc hơi nhiệt…………………………………………… 12 1. Phương pháp mạ ion…………………………………………. Phương pháp phún xạ magnetron phẳng. Phương pháp bốc bay chùm điện tử……………………….

Phương pháp điện hóa………………. Phương pháp mạ hóa học……………………. Phương pháp anot hóa…………………………………………… 16 1. Phương pháp kết tủa lắng đọng điện hóa (electrochemical deposition)……………………………………………………….

Phương pháp hóa lý: Nhúng phủ - nhiệt phân…………. Vật liệu thép hợp kim cao………………………………………. Thép hợp kim……………………………………………. Ảnh hưởng của thành phần, cấu trúc đến tính chất vật liệu……….

Cơ chế ăn mòn trên thép hợp kim cao………………………………. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước……………………………. Tính chất vật lý và hóa học của SnO2………………. Màng oxit SnO2……………………………………….

Tổng quan về nước thải dệt nhuộm và xử lý nước thải bằng phương 29 pháp điện hóa. Nước thải dệt nhuộm. Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường…. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam………….

Thuốc nhuộm Rhodamin B…………………………. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm. Xử lý nước thải bằng phương pháp điện hóa. Phương pháp đông tụ điện hóa………….

Phương pháp oxi hóa điện hóa tiên tiến…. Phương pháp Fenton điện hóa…………. Phương pháp oxi hóa điện hóa…………. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…….

Thiết bị, dụng cụ, hóa chất và vật liệu…………………………………. Thiết bị, dụng cụ………………………………………………………. Hóa chất và vật liệu……………………………………………………. Quy trình chế tạo màng hỗn hợp oxit trên nền thép hợp kim cao…….

Các phương pháp nghiên cứu……………………………. Các phương pháp phân tích……………………………………………. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)…………………. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)…….

Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)………………. Phương pháp hiển vi quang học…………………. Các phương pháp điện hóa……………………………………. Phương pháp thế động đo đường cong phân cực……………….

Phương pháp quét thế vòng (CV)……………………. Đánh giá độ bền điện cực bằng phương pháp gia tốc, quét với 47 mật độ dòng cao…………………………………………………. Phương pháp đo điện thế mạch hở theo thời gian…. Các phương pháp đo tính chất cơ lý của màng……………………….

Đo độ dẫn bằng phương pháp bốn mũi dò…………………. Xác định độ bám dính của màng………………………………… 49 2. Một số phương pháp và chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải ……. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)………………….

Phương pháp đo độ màu………………………………. Một số chỉ tiêu đánh giá nước thải………………………………. 50 iv CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………… 51 3.

Nghiên cứu tạo màng đơn oxit SnO2 trên nền thép hợp kim cao Cr18Ni12Ti 54 3. Nghiên cứu quá trình tạo màng hỗn hợp trên nền thép hợp kim cao 54 Cr18Ni12Ti khi bổ sung SbCl3 vào dung dịch tạo màng. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhúng phủ tới hình thái cấu trúc và tính chất 54 của màng trong dung dịch tạo màng chứa 10 g/L SbCl3……………………… 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhúng phủ đến hình thái bề mặt và độ 54 sâu chân bám.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nhúng phủ tới tính chất của màng hỗn 57 hợp oxit trên nền thép hợp kim cao. Ảnh hưởng tới tính chất cơ lý. Ảnh hưởng tới độ bền điện hóa. Ảnh hưởng của thời gian nhúng phủ tới hình thái bề mặt và độ bền của 59 màng khi bổ sung 10g/L SnCl4 trong dung dịch tạo màng chứa 162 g/L SnCl4.

Ảnh hưởng của thời gian nhúng phủ tới hình thái bề mặt màng. Ảnh hưởng của thời gian nhúng phủ tới độ bền điện hóa của màng 63 3. Ảnh hưởng của thời gian nung tới cấu trúc và tính chất của màng khi 64 bổ sung 10g/l SbCl3. Ảnh hưởng tới hình thái và cấu trúc của màng phủ trên nền thép 64 hợp kim cao.

Ảnh hưởng tới độ bên hóa của màng phủ trên nền thép hợp kim cao 70 3. Ảnh hưởng của phương pháp tạo màng đến cấu trúc và tính chất của 72 lớp màng phủ trên thép hợp kim cao ………………………………. Ảnh hưởng của phương pháp tạo màng đến cấu trúc của lớp 72 màng phủ trên thép hợp kim cao. Ảnh hưởng của phương pháp tạo màng đến độ dày của màng phủ 74 trên thép hợp kim cao.

Ảnh hưởng của phương pháp tạo màng đến thành phần hóa học 75 của màng phủ không rửa và có rửa sau nung. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hình thái, cấu trúc và tính chất của 77 màng phủ hỗn hợp oxit trên nền thép hợp kim cao………………………. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hình thái và cấu trúc của màng 77 phủ hỗn hợp oxit trên nền thép hợp kim cao…………….2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ bền của màng phủ hỗn hợp oxit trên nền thép hợp kim cao……………………. Ảnh hưởng của hàm lượng SbCl3 đến cấu trúc và tính chất của màng 84 hỗn hợp oxit.

Ảnh hưởng tới cấu trúc…………………………………………. Ảnh hưởng tới tính chất điện hóa của màng………. Ảnh hưởng của độ pH dung dịch tạo màng có bổ sung 10g/L SbCl3 tới 89 hình thái và cấu trúc của màng hỗn hợp oxit trên nền thép hợp kim cao ……. Ảnh hưởng của độ pH tới hình thái bề mặt màng……………….

Ảnh hưởng của độ pH tới khả năng bám dính của màng với nền. Ảnh hưởng của độ pH tới cấu trúc của màng hỗn hợp oxit……. Ảnh hưởng của độ pH tới độ bền điện hóa của màng………. Nghiên cứu một số tính chất đặc trưng của vật liệu điện cực anot hợp 97 kim cao phủ hỗn hợp oxit SnO2 – Sb2O3.

Tính chất cơ lý của điện cực anot hợp kim cao phủ màng oxit SnO2-Sb2O3 97 3. Độ bền điện hóa của điện cực anot hợp kim cao phủ màng oxit SnO2- 98 Sb2O3. Đo điện thế ổn định theo thời gian. Đo đường cong phân cực theo thời gian của mẫu nghiên cứu.

Đánh giá độ bền điện cực nghiên cứu bằng phương pháp gia tốc, 100 quét với mật độ dòng cao. Đánh giá khả năng oxi hóa điện hóa của vật liệu điện cực bằng 101 phương pháp quét thế vòng (CV). Nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu. Nghiên cứu xử lý chất màu Rhodamin B bằng phương pháp điện phân 102 sử dụng điện cực thép HKC/SnO2-Sb2O3.

Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến quá trình xử lý chất màu 103 Rhodamin B. Ảnh hưởng đến hiệu suất mất màu. Ảnh hưởng đến độ tiêu hao năng lượng. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến quá trình xử lý chất màu 105 Rhodamin B.

Ảnh hưởng đến hiệu suất mất màu. Ảnh hưởng đến khả năng loại TOC nước thải. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến quá trình xử lý Rhodamin B. Ảnh hưởng đến hiệu suất mất màu.

Ảnh hưởng đến độ tiêu hao năng lượng. Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc bằng phương 110 pháp oxi hóa điện hóa sử dụng điện cực thép HKC/SnO2-Sb2O3. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến quá trình điện phân xử lý 110 nước thải. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến quá trình xử lý nước 111 thải.

Ảnh hưởng đến hiệu suất mất màu. Ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD. 114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

116 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa SEM Kính hiển vi điện tử quét EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X XRD Giản đồ nhiễu xạ tia X COD Nhu cầu oxy hóa học TOC Tổng lượng cacbon hữu cơ BDD Điện cực màng kim cương CVD Lắng đọng hơi hóa học MOCVD Lắng đọng hơi hóa học hợp chất cơ kim PVD Bay hơi vật lý S Diện tích Vdd Thể tích dung dịch t Thời gian  Bước sóng r Kích thước hạt E Điện thế ic Mật độ dòng ăn mòn (mA/cm2) Rp Điện trở phân cực (.cm2 ) i Mật độ dòng R Điện trở T Nhiệt độ 2θ Góc phản xạ D Kích thước tinh thể trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam HKC Hợp kim cao RhB Rhodamin B viii DANH MỤC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1. Bán kính của một số ion. Một số nghiên cứu xử lý chất màu, chất hữu cơ bằng phương pháp oxi hóa điện hóa nâng cao sử dụng điện cực kim loại phủ màng SnO2 pha tạp Sb. Điện thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa mạnh trong môi trường lỏng 35 Bảng 1.

Các sản phẩm trung gian khi oxi hóa điện hóa nâng cao chất màu RhB. Tính chất cơ lý của màng đơn oxit SnO2 trên nền thép hợp kim cao. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhúng phủ tới chiều cao chân bám. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhúng phủ tới độ cứng của màng.

Ảnh hưởng của thời gian nhúng phủ đến chiều cao chân bám. Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể SnO2 vào thời gian ủ nhiệt. Sự phụ thuộc của thành phần các nguyên tố vào thời gian ủ nhiệt. Các thông số điện hóa ngoại suy từ đường cong phân cực.

Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào chế độ tạo màng .