P1 tổng quan nghiên cứu điều chế TIO2 kích thước Nanomet bằng quá trình thủy phân dung dịch TITANYL SULFATE trong điều kiện Microware

P1 tổng quan nghiên cứu điều chế TIO2 kích thước Nanomet bằng quá trình thủy phân dung dịch TITANYL SULFATE trong điều kiện Microware

Trang 1

CHUONG 1

TONG QUAN 1.1 CAC BAC TINH CO BAN CUA Ti0,[1,9]

1.1.1 Cấu tric tinh thé:

TiO, cé 3 dang tinh thé 18 rutile, anatase, va brookite

- Rutile c6 mang tinh thể tứ phương

- Anatase cĩ mạng tỉnh thể tứ phương sai lệch

- Brookite cĩ mạng tính thể trực thoi

Ruuile là dạng phổ biến nhất thường tổn tại trong tự nhiên, trong đĩ T¡ phối trí

với oxy theo hình thể bát diện

Ở đạng cấu trúc anatase va brookite, m6éi nguyên tử T¡ được oxy bao xung

quanh cĩ hình thể bát diện bị biến dạng rất nhiều Trong đĩ cĩ hai oxy tương đối gần

nhau hơn bốn oxy kía Trong tính thể rutile các ion được phần bố đặc sít hơa nên sức hút lẫn nhau giữa chúng tăng lên, hoạt tính quang hĩa giảm, độ cứng tăng, các chỉ số

chiết quang, điện mơi khơng đổi Chính do đặc điểm cấu trúc này mà TiO; dạng

anatase cĩ hoại tính quang hĩa lớn hơn hoạt tính quang héa cia rutile

Trang 2

năng lượng hoạt hĩa chuyén pha 100 Keal/mol Tuy vậy vận tốc chuyển pha lại phụ

thuộc rất nhiều yếu tố: phương pháp điểu chế, hàm lượng tạp chất, kích thước hạt,

nhiệt độ, thời gian nung Quá trình này đi qua giai đoạn trung gian được đặc trưng

bởi sự tạo thành chất đa hinh gdm ca dang rutile va anatase

@ Titanton ưØ~ Oxygen

Rati}e

Hinh 1.1: Các dang cdu tric cia TiO: Bảng].1: Một số thơng số về cấu trúc tỉnh thể TIO;

Rutile Anatase Brookite

Dang tinh thé Tứ phương Tứ phương sai lệch Trực thoi Thơng số mạng

A (A” 4.58 3.78 9.18

B{A’) - - -

Trang 3

1.1.2 Lý tính

T1O; nĩng chảy ở khoảng 1800°C, trên 1000°C ấp suất riêng phân gia tăng vì

oxygen dude giải phĩng và tạo các oxit bậc thấp của titan Diéu nay kèm theo sự

ale ` ` A = ta de

thay đối màu sắc và độ dẫn điện riêng

Rugdle cĩ tỷ khối cao nhất và cấu trúc nguyên tử đặc sít nhất, cĩ độ cứng

Mohs 6.0 — 7.0, cfing hon anatase (anatase cĩ độ cứng Miohs 5.5 — 6.0)

Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý của anatase va rutile Ly tink Anatase Rutile Nhiét 46 néng chay CC) 1800 1850 Tỉ khối, (g/cm?) 3.84 42 DS citing Mohs 5.5 — 6.0 5-7 Chỉ số khúc xạ 2.52 2.71 Hằng số điện mơi 31 114 Nhiệt dung riêng, (cal/mol."C ) 12.96 13.2 1.1.3 Hĩa tính

Trang 4

® Với NaHSO¿ hoặc KHSOu:

TiO, + 4NaHãO¿ = TH(SO¿j) + 2Na;SO; + 2H,O * Treng thai Ti(1V) trong dung dich sulfate:

- Oxit, hydroxit, cdc hop chat cha Ti(lV) cĩ tính lưỡng tính, nhưng cả tính

bazơ lẫn tính axit đều rất yếu,

- Tinh bazơ yếu của TÌO; và các hợp chất khác của TiŒV) thể hiện ở chỗ

chúng chỉ tan được trong dung địch axit đậm đặc Tuy nhiên TiŒV) cĩ một đặc điểm

khác với các kim loại khác là trong mơi trường axI đủ mạnh, nĩ khơng tạo thành cation phifc aquo [Ti(H,0),]°* ma & dang cation phitc tap (TiO),”"", các hợp chất kiểu muối Ti(SO,); khơng đặc trưng đối với titan Hiện tượng trên xảy ra do kích

thước nhỏ và điện tích lớn của Htan và cũng do vân đạo đ trống của titan tạo liên kết

phối trí với cặp điện tử khơng liên kết của oxygen làm tăng độ bền liên kết [TIO]” Cation (TIO),”t là một polymer cĩ cấu trúc:

Ti Ti

“` FN YL

Ọ \ Ọ N Oo

⁄ ⁄ A

Tỉnh axit yếu và tính bazơ yếu là nguyên nhân dẫn đến sự thủy phân mạnh

của các titanat và titanyl trong dung dịch nước:

Trang 5

TiOCl + 3H,O u Ti(OH), + 2HCI

NaTiO; + 3H,O Ti(OH), + 2NaOH

San phẩm của phản ứng thủy phân là axit metatitanic Đĩ là hợp chất cĩ cấu trúc polymer mà thành phần và tính chất biến đổi trong một khoảng rộng tùy thuộc vào điều kiện điều chế Người ta cho rằng axitz -titanic được tạo thành khi tiến hành

phản ứng ở nhiệt độ thấp và hợp chất polymer trong đĩ các bát điện Ti(OH)„(OH);

liên kết với nhau qua cầu nối OH Axitø -titanic dễ tan trong axit vơ cơ Khi để lâu

hay ở nhiệt độ cao thì axitz -titanic sẽ chuyển sang đạng Ø-titanic Dạng axit này khơng tan trong axit lỗng ngay cả khi đun nĩng Hiện tượng biến đổi từ đạng ø -

titanic sang Ø -titanic gắn liễển với quá trình mất nước và chuyển từ cầu nối ol sang

cầu nối oxol

Sự thủy phân các hợp chất TI(IV) là những phản ứng quan trọng trong quá trình điểu chế TiO¿ Đồng thời, nĩ cũng là nguyên nhân gây ra những khĩ khăn khi làm việc với các hợp chất của titan

1.2 NGUYEN LY QUA TRINH QUANG HOA XUC TAC [3,13,14]

1.2.1 Tính chất xúc tác quang hĩa của TiO;

Titan 1A chat ban dan cảm quang, và hấp thụ bức xạ điện từ trong vùng UV gần Sự khác nhau về năng lượng giữa vùng hĩa trị và vùng dẫn là 3.05eV đối với rutile, và 3.29 eV đối với anatase, tương ứng với vùng hấp thu ở bước sĩng <415nm

Trang 6

Quang xúc tác là hiệu ứng bể mặt, phản ứng phân hủy chỉ xảy ra khi ánh sáng -chiếu vào bề mặt TiO¿, và chất cần phân hủy phải tiếp xúc trực tiếp được với TiO¿, nên người ta cho rằng chỉ cần phủ một lớp méng TiO, (day khoảng vài trăm nanomét đến micromet) lên tất cả các vậi dụng như kính cửa số, gạch lát sàn hoặc

tường, giấy treo trong phịng là chúng cĩ thể phân hủy các chất hữu cơ, khử mơi hơi, điệt vị trùng và tự lầm sạch các vật đụng trong phịng ngay cả với ánh sáng trong

nhà

Khi chiếu những tia sáng cĩ năng lượng bằng hay lớn hơn mức năng lượng vùng cấm, thì các electron từ vùng hĩa trị bị kích thích sẽ nhảy lên vùng dẫn (€ ¿„) và để lại lỗ trống mang điện tích dương (h”„) ở vùng hĩa trị

Năng lượng mặt trời với bước sĩng khoảng 300 — 400 am khi kích thích vào chất xúc tác TiO¿ với mức năng lượng vừa đủ 3.29 eV thì tạo ra những bước nhảy của electron từ vùng hĩa trị lên vùng dẫn Như vậy, các lỗ trống trên vùng hĩa trí

mang điện tích dương (hy) sẽ tác dụng với nước hoặc ion OH tạo ra gốc tự do cĩ

tính oxy hĩa mạnh, nhờ đĩ nĩ cĩ khả năng oxy hĩa nhiều chất hữu cơ khác nhau

Ngoai ra, TiO, (h’y,) và (es)} cũng cĩ tác dụng trực tiếp với chất hữu cơ Quá trình

quang hoa xtc tac én TiO, tao ra cae géc tu do hydroxyl OH", day 1A mét tac nhan oxi hố mạnh và cĩ khả năng oxy hĩa hầu hết các chất hữu cơ cĩ mặt trong nước cấp

hoặc nước thải cơng nghiệp

Trang 7

ˆ 2 a aes x + + 4 ^^ ~~ Pay z a, ˆ

mạnh nên sản phẩm cuối cùng sau xử lý các chất hữu cơ chỉ là các chất vơ cơ như

CO;, HO, HƠI, HạSO¿, HNOa

1.2.2 Cơ chế quá trình quang hĩa xúc tác

Khi một chất quang bán dẫn được chiếu sáng bởi các phoion, nếu năng lượng

các photon vượt quá mức chênh lệch năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hĩa trị, thì

các electron trên vùng hĩa trị sẽ bị kích thích và nhảy lên vùng dẫn Kết quả là trên

vùng dẫn sẽ cĩ cdc electron mang điện tích Âm (e„), và trên vùng hĩa trị sẽ cĩ

những lỗ trống mang điện tích đương (hp)

Khi xuất hiện những lỗ trống mang điện tích đương (h”›), trong mơi trường nước xây ra những phần ứng tạo gốc hydroxy] như sau:

hy + HO = OH°Ề + H (1.1)

hủ + OH OH? (1.2)

Mặt khác, khi xuất hiện electron trên vùng dẫn (e,u), nếu cĩ mặt oxy trong mơi trường nước, sẽ xây ra các phần ứng tạo gốc hydroxyÌ như sau:

ep + Ở; = ©, Gon peroxyt) (1.3)

20, + 2HO = H,O, + 20H +0, (1.4)

e., + HO, = OH® + OH (1.5)

Với cơ chế trên, rõ ràng để tăng hoại tính quang xúc tác của TIĨ¿, phải đưa

Trang 8

10

hĩa trị h”„, khơng cho tái hợp lại, để kéo đài thời gian sống của các lỗ trống mang điện tích dương này Các chất đưa vào thường là Ị¿, Ĩ;, H;O›, chúng sẽ lấy các electron trén vùng dẫn theo phương trình:

Ey + OG = O, F2 (1.6)

NO fa a! œ + th @ we it O; + 207 q7)

Sa + HO, it OH’ + OH (1.8)

Cac ion peroxyt được tạo ra trên đây lại cĩ khả năng phần ứng tiếp với nước

tao ra HO, theo phương trình (1.4), sau đĩ lại nhận electron trên vùng dẫn để tạo

thêm gốc hydroxyl mới theo phương trình (1.5)

Tĩm lại, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ cĩ trong nước thải khi cĩ mặt T¡O; làm chất xúc tác được giải thích bằng sự tạo thành của gốc OH Nhĩm OH này cĩ khả năng oxy hĩa rất cao, dẫn đến sự phân hủy các hợp chất hữu cơ cĩ trong nước

thải

1.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG QUANG HĨA CỦA TiO; [3,12]

Bột T1O; là một trong những vật liệu quan trọng nhất được sử đụng cho nhiều mục đích bởi các đặc tính quang xuất sắc của nĩ về chỉ số khúc xạ cao dẫn đến mầu trắng và năng lượng tiểm ẩn cao, độ bến hĩa học, và giá thành sản phẩm thấp Ngồi những cơng dụng hàng năm khoảng 4 triệu tấn trên thế giới, thì khoảng 60% được sử dụng làm bột màu trong sơn, 30% lầm vật liệu độn trong sản xuất giấy và

Trang 9

11

bởi những tính chất đặc biệt của chúng, là vật liệu bán dẫn hiện đại, chẳng hạn như

pin mặt trời, vật liệu phát quang, và vật liệu xúc tác quang hĩa trong xử lý nước,

khơng khí, diệt khuẩn,,

Quang xúc tác là hiệu ứng bể mặt, phản ứng phân hủy chỉ xảy ra khi ánh sáng chiếu vào bể mặt TiO; và chất cần phân hủy phải tiếp xúc trực tiếp được với TiO¿, nên người ta thấy rằng chỉ cần phủ một lớp mỏng TiO; (dày khoảng vài trăm nanomét đến micromet, tức là cỡ một phần nghìn milimet) lên tất cả các vật dụng như kính cửa sổ, gạch lát sàn hoặc tường, giấy treo trong phịng là chúng cĩ thể phân

hủy các chất hữu cơ, khử các mùi hơi, diệt vi trùng và tự làm sạch các vật dụng trong

phịng ngay cả với ánh sáng trong nhà

Một số lĩnh vực ứng dụng chủ yếu hiệu ứng quang xúc tác của TiO; được trình

bày trên hình 1.2

1.3.1 Chống bám sương

Sự phủ sương trên bể mặt gương và kính xảy ra khi hơi nước đọng lại trên các

bể mặt này và hình thành nên các giọt nước nhỏ Nếu phủ một màng mỏng bao gồm chất xúc tác quang TiO; kết hợp với các chất phụ gia thích hợp lên trên bề mặt của

gương và kính thì trên bể mặt này khơng cĩ giọt nước nào Thay vào đĩ, một màng

mồng đồng nhất của nước được hình thành trên bể mặt Chính màng này ngăn khơng cho sự phủ sương

BH.H.TỰ NHIÊN

THU VIEN

Trang 10

Chống bám sương Xử lý nước, làm sạch nước Anh sang +TiO, Hoạt động xúc tác quang hĩa của titan dioxit Điệt khuẩn, điệt virus Chống bẩn, tự làm sạch Trị ung thư (chữa ung thư bằng quang hĩa) Khử mùi, làm sạch khơng khí

Hình 1.2: Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu trong xúc tác quang hĩa của Tid,

1.3.2 Điệt vi khuẩn, virus

Trên gạch ngĩi thơng thường, vi khuẩn được xác định là cịn sống khi để

ngồi ánh sáng, Tuy nhiên, trong gạch xúc tác quang kháng khuẩn thì vi khuẩn gần

như bị tiêu điệt hồn tồn trong khoảng ba giờ, ngay cả với ánh sáng trong nhà Người ta sử dụng gạch kháng khuẩn tương tự để lới sàn hoặc vách tường của phịng

rnổ trong bệnh viện, thì số lượng vi khuẩn trên tường giảm xuống khơng, và lượng ví khuẩn trong khơng khí cũng giảm xuống một cách đáng kể,

1.3.4 Xứ lý nước

Ngày nay, việc sử dụng các hĩa chất nơng nghiệp, các chất thải cơng nghiệp

Trang 11

i3

ceton, phenol, thuéc trừ sâu, thuốc nhuộm azo, các hợp chất clo, Kha năng xúc tác

quang hĩa của T¡O; được chú ý lớn là do khả năng làm sạch mơi trường một cách rất

tự nhiên của nĩ: Chí cần sử dụng ánh sáng mặt trời, oxy và nước trong khí quyển là cĩ thể phân húy dân các chất thải hữu cơ độc hại đến sản phẩm cuối cùng là COa,

HạO, các axit vơ cơ

_ Trong xử lý nước, bột T1O¿ anatase được phân tán vào trong nước bị vấn đục

Nước dẫn dẫn trở nên trong ra khi ánh sáng mặt trời chiếu vào

Đối với xử lý dầu thơ bị đổ trên biển khi tàu chổ đấu gặp tai nạn, dưới ánh

sáng mặt trời, cùng với sự cĩ mặt của chất xúc tác TiO,, cdc lớp dẫu trên mặt biển

dan dẫn bị phân hủy,

1.3.4 Chống bến, tự làm sạch

Khi sử dụng các gạch với bể mặt phủ chất xúc tác quang kháng khuẩn thì các gạch này khơng những tổ ra cĩ hiệu quả kháng khuẩn mà cịn thể hiện khả năng chống bẩn

Sự tích tụ bụi trên quạt thơng giĩ rất khĩ làm sạch, nhưng nếu cĩ mặt chất xúc

tác quang T1O; thì chỉ với ánh sáng trong nhà là cĩ thể làm sạch được lớp đính đĩ Tương tự, mặt ngồi kính và gạch của các tịa nhà cao tầng, hay mặt ngồi của xe

Trang 12

14

Người ta dùng chuột để làm thí nghiệm Cho các tế bào ung thư vào dưới lớp

da của chuột để hình thành nên khối u Khi khối u lớn đến khoảng 0.5 cm, người ta

tiêm dung dịch chứa các hạt mịn TiO) Sau 2 — 3 ngày, người ta cắt da để lộ khối u

và chiếu xạ lên đĩ Sự phát triển của khối u bị ức chế rõ rệt 13 ngày sau đĩ, lặp lại cách xử lý bằng chất xúc tác quang TiO¿, và kết quả thu được là cĩ hiệu quả chống

ung thư khá rõ rệt

1.3.6 Khử mùi, làm sạch khơng khí

Đèn huỳnh quang cĩ thể được sử dụng làm nguồn sáng cho phản ứng xúc tác

quang để khử mùi của các chất hữu cơ

Sản phẩm giấy lọc chứa titan dioxit được sử dụng trong một số thiết bị làm

sạch khơng khí Máy lọc khí loại này cĩ khả năng loại bỏ các oxit nitơ (NO,) sinh ra bởi các phương tiện giao thơng

1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA TiO; [3]

Các mẫu TiO; thương mại thường cĩ hoạt tính quang hĩa khác nhau dưới cùng các điều kiện phản ứng như nhau Sự khác nhau này thường được giải thích là do sự

khác nhau về các đặc trưng hĩa lý của TiO¿ như yếu tố hình thái học, thành phần cấu

trúc tỉnh thể, độ tinh thể hĩa, điện tích bê mặt riêng, kích thước hạt, thành phần tạp

chất, Các đặc trưng này chủ yếu được quyết định bởi nguyên liệu và phương pháp điều chế Các phương pháp điều chế khác nhau dẫn đến sự thay đổi rõ rệt về cấu

Trang 13

15

1.4.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt:

Ảnh hưởng của kích thước hạt lên hoạt tính quang hĩa trong mơi trường nước

là rất đáng kể Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, khơng phải kích thước hạt TiO, càng bé sẽ dẫn đến hoạt tính càng cao, mà tổn tại một kích thước hạt tối ưu để cho các tốc độ phân hủy quang hĩa đạt cực đại Ở kích thước nhỏ hơn 30nm, hoạt

tính quang hĩa tăng lên khi kích thước hạt tăng Ngược lại, đối với kích thước hạt lớn hơn 30nm, hoạt tính quang hĩa giảm khi tăng kích thước hạt, lúc đĩ diện tích bể mặt

cĩ tính chất quyết định đến hoạt tính quang hĩa Đối với TiO; cĩ bể mặt và kích

thước hạt xác định, thì hoạt tính xúc tác sẽ tăng tuyến tính theo kích thước tinh thể

của pha anatase cho đến khi khơng cĩ sự xuất hiện của pha rutile Đối với hầu hết

các phản ứng quang xúc tác, anatase cĩ hoạt tính quang hĩa cao hơn rutile

1.4.2 Ảnh hưởng của thành phần pha tỉnh thể

TiO; được sử dụng làm xúc tác quang hĩa thường tổn tại ở hai pha tinh thể

chủ yếu là anatase và rutile, trong đĩ pha anatase cĩ hoạt tính hơn pha rutile Hoạt tính quang hĩa của pha rutile thấp hơn pha anatase là do sự tái hợp của cặp e /h” xảy

ra trên bể mặt pha rutile nhanh hơn và cĩ ít chất hữu cơ và hydroxit hấp phụ trên bề

mặt pha rutile hơn so với anatase Tuy nhiên, sự thay đổi diện tích bể mặt riêng và

lỗ xốp khi chuyển pha anatase sang pha rutile cĩ ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của TiO; hơn ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể

Trang 14

16

Lượng nước và nhĩm hydroxyl hấp phụ trên bể mặt T¡O; phụ thuộc vào dang

tinh thể và diện tích bể mặt của TiO¿ Anatase hoạt tính hơn rutile trong sự hấp phụ

nước và nhĩm hydroxyl nên tốc độ tạo thành OH` cao hơn, do đĩ hoạt tính quang hĩa của T¡O; anatase cao hon rutile

1.4.4 Ảnh hưởng của yếu tố độ tinh thể hĩa:

Độ tinh thể hĩa cao dẫn đến hoạt tính quang hĩa tăng Việc nung anatase ở

nhiệt độ cao làm tăng độ tinh thể hĩa, dẫn đến tăng hoạt tính quang hĩa của Ti¡O;¿ Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ nung sẽ làm tăng kích thước hạt và giảm diện tích bể

mặt của TiO; Do đĩ, cần xác lập chế độ nhiệt tối ưu nhằm tăng cường hoạt tính

quang hĩa của TiO¿

1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TiO, XUC TAC

[1,7,15,16,17,18,19]

TiO, dudc sản xuất từ quặng bởi một trong hai quá trình, đĩ là quá trình lâu

đời hơn — quá trình sulfate và quá trình hiện đại hơn —- quá trình clo hĩa

Quá trình sulfate là một sự điểu chế từng mẻ, cơng nghệ tương đối thấp, thích hợp với điểu kiện ở nước ta Ưu điểm của phương pháp này là do sản xuất lâu năm nên cĩ nhiều kinh nghiệm, thiết bị đơn giản, đồng thời đảm bảo thu hổi titan cao, và trong quá trình sản xuất chỉ dùng một loại hĩa chất là H;SOx Nhược điểm của

Trang 15

17

Quá trình clo hĩa là một quá trình liên tục, cơng nghệ cao Phương pháp này

ra đời sau phương pháp sulfate, cĩ ưu điểm sẵn xuất tian đioxit cĩ chất lượng cao theo đây chuyên khép kín, ít gây ơ nhiễm, hơn nữa, cĩ thể áp dụng cho tất cả các loại quặng chứa titan, nhưng phương pháp này địi hỏi yêu cầu cao về thiết bị và vận hành, nên hiện nay chưa phù hợp với điều kiện sẵn xuất ở nước (a Quá trình clo héa

cũng cĩ thể sẵn xuất được anatase, tuy nhiên, phương pháp này khơng thơng dụng

Cĩ nhiều phương pháp điều chế TIO; với kích thước nanomét đã được cơng bố

như: phương pháp sol-gel, phương pháp tổng hợp ngọn lửa, với việc sử dụng các nguyên liệu ban đầu là T¡CH, hoặc các alkoxide Tuy nhiên, do T¡C và các

alkoxide dé bi thiy phân khi cĩ mặt độ ẩm của khơng khí nên vấn để bảo quản khĩ

khăn, bên cạnh đĩ, giá thành cao của các alkoxide đã làm hạn chế khả năng thương mại của chúng [3]

1.5.1 Phương pháp sulfate [1,9]

Phương pháp phân hủy inmenit bằng axit sulfric là phương pháp đầu tiên

được ấp dụng sản xuất T¡O; Vào đầu thế ký 18 được nghiên cứu trong các phịng thí nghiệm, năm 1923 đưa ra bán sản xuất ở Pháp và đến năm 1927 người ta đã xây dựng được các nhà máy sẵn xuất T¡O; với quy mơ lớn

Nguyên tắc của phương pháp này là dùng H;SOƯ¿ đậm đặc ở nhiệt độ cao để phân hủy quặng inmenit, chuyển titan và sắt về đạng sulfate hịa tan trong dung địch Phương trình phần ứng như sau:

Trang 16

18

FeO + H,S0, FeSO, + H,0

Fe,03 +3HSO¿ ti Fe (S04); + 3HạO

Sau khi loại bỏ sắt, người (a thủy phân dung dich TiOSO, tao thanh titan

hydroxH, đem nung thu được TìO,

Quá trình điều chế T¡O¿ bằng phương pháp trên được gọi là qué trinh sulfate 1.5.2 Phương pháp sol-gel [17]

Phương pháp sol-gel khơng những tổng hợp được các oxit siêu mịn cĩ tính

đồng nhất và hoạt tính cao, mà cịn cĩ thể tổng hợp được các tính thể cĩ kích thước

cỡ nanomét Chính vì vậy, trong nhiều năm gần đây, hĩa học sol-gel đã trở thành

khía cạnh quan trọng của việc nghiên cứu vật liệu Một trong những thuận lợi của

quá trình sol-gel là gel cĩ thể được tái sinh bằng cách khuếch tần chúng trong nước

để tạo lại đạng sol, và trong thực tế, thời gian già hĩa của gel chậm hơn sol, do đĩ

thuận tiện cho quá trình bảo quản, Quá trình biến đổi thuận nghịch sol-gel là đặc

điểm chung của các loại keo Quá trình này gồm nhiều bước, các muối kim loại hoặc alkoxide được thủy phân tạo ra kết tủa oxit trong nước, Kết tủa này sau đĩ phân tán

trong mơi trường lỏng tạo thành dạng soi, rỗi được chuyển hĩa thành gel bằng cách

dehydrat hĩa hoặc thay đổi pH

Phương pháp sol-gel đi ty alkoxide kim loại thỏa mãn đây đủ nhất các yêu

Trang 17

19

kim loại là rất cao, vì vậy đã hạn chế ứng dụng của phương pháp này Người ta chủ

yếu dùng nĩ trong nghiên cứu khoa học và trong việc sản xuất một số bột oxit dùng cho cơng nghiệp điện tử đắc tiền

TiO, anatase được điều chế bằng quá trình sol-gel cĩ kích thước hat trong khoảng 5 đến 30 nm Phương pháp này được tĩm tắt trong sơ đồ sau: Alkoxide Phức bên Già hĩa lần 1 (100°C, 24h) b Gel Ti(OH), ([Ti4V)] = 0,25mol/dm”) Già hĩa lần 2 (140C, 72h) Vv TiO, (anatase)

Hinh 1.3: Diéu ché TiO, bang phương pháp sol-gel

Trang 18

20

thực hiện được Sử dụng phương pháp sol-gel để chế tạo vật liệu cĩ nhiều ưu điểm

như độ đồng nhất cao, kích thước hạt nhỏ (khoảng chục nanomét) và phân bố kích

thước hạt hẹp Cho đến nay, lý thuyết về phương pháp sol-gel cĩ những điểm chưa rõ ràng và cịn nhiều vấn để tranh cãi

1.5.3 Phương pháp vi nhũ tương [15]

Phương pháp vi nhũ tương là một phương pháp đầy triển vọng để điều chế các hạt cĩ kích thước nanomét Một hệ vi nhũ tương gồm cĩ một pha dầu, một pha chất cĩ hoạt tính bể mặt, và một pha nước Hệ này là hệ phân tán bền, đẳng hướng của

pha nước trong pha dầu Đường kính của các giọt khoảng 5 — 20 nm Cac phan ting hĩa học sẽ xảy ra khi các giọt chất nhũ tương va chạm vào nhau và hình thành nên các hạt cĩ kích thước nanomét

Gần đây, phương pháp vi nhũ tương đã được ứng dụng thành cơng để tổng hợp

TiO; cĩ kích thước hạt nanomét với nguyên liệu chính là các alkoxide titan và các

hệ tạo nhũ khác nhau Tuy nhiên, đây là một phương pháp đắt tiền do chi phí một

lượng lớn dâu và chất hoạt động bể mặt

Các hạt TiO; được điều chế từ hệ này cĩ kích thước trung bình khoảng 5 nm

1.5.4 Phương pháp điều chế bằng pha hơi ở nhiệt độ thấp [19]

Đây là phương pháp điều chế bột TiO¿ cĩ kích thước hạt nanomét ở nhiệt độ

Trang 19

21

phân bố kích thước hẹp và ít bị kết tụ Hơn nữa, ít tiêu thụ năng lượng, thiết bị chậm

bị ăn mịn

T¡C1¿ (chất phản ứng) được làm bay hơi ở các nhiệt độ khác nhau để thu được các áp suất hơi khác nhau, và hơi của nĩ được chuyển vào lị phản ứng Hơi nước

được đưa vào lị Hơi T¡ỉCl¿ và hơi nước được trộn với nhau một cách nhanh chĩng

quanh miệng lị và tạo thành sol khí TiO; ở áp suất khơng khí Ở lỗ thốt ra của lị,

Trang 20

22

1.5.5 Phương pháp tổng hợp ngọn lửa [1Sj

TìO; được sản xuất bằng quá trình clo hĩa với sự oxy hĩa TICL xảy ra trong một lị soi khí ngọn lửa Các hạt T1O; hầu hết kết tình ở hai dang rutile va anatase Anatase là một pha chưa ổn định, được chuyển sang runle ở nhiệt độ cao Pha TiO, anatase là chất xúc tác cĩ hiệu quả trong xử lý mơi trường hơn hẳn pha rutile, trong

khi TiO, rutile dudc st dung Jam b6t mau trắng, Do những tính chất xúc tác quang đặc trưng của nĩ, mà TIO; anatase đã được quan tâm đặc biệt trong việc xử lý nước

thải hoặc khí thải, trong việc phân hủy các chất ơ nhiễm hữu cơ trong cơng nghiệp Việc điều chế T¡O; bằng phương pháp tổng hợp ngọn lửa, sử dang TiC], am

nguyên liệu đã được nghiên cứu rộng rãi T¡O; thu được cĩ diện tích bể mặt lớn

(>100 m’/g)

Kỹ thuật ngọn lửa đã sớm được đưa vào quá trinh diéu ché chất xúc tác một cách cĩ hiệu quả TiO¿ P25 (Degussa) là một sản phẩm thương mại được điều chế bằng phương pháp thuỷ phân T¡C]H; trong ngọn lửa ở nhiệt độ cao (hơn 1200°C) với

sự cĩ mặt của hydro va oxygen TiO, sau d6 dude x 1y bằng ding hơi để loại bố HCI, là một sản phẩm của phản ứng P25 cĩ độ sạch > 99.5% với tỉ lệ thành phần

pha anatase:rutile=70:30 và cĩ cấu trúc đặc (khơng xốp) P25 cĩ diện tích bể mặt

riêng cỡ 50+15m”g”” với đường kính hạt trung bình 21 nm, trong đĩ 95% số hạt cĩ kích thước trong khoảng 9-38nm, tuy nhiên cần chú ý rằng 90% các hạt khơng tổn tại rời rạc mà tập hợp thành những tế hợp với kích thước trung bình khoảng 0.1m

Trang 21

23

Kỹ thuật sol khí ngọn lửa đưa ra hướng khơng đất lắm để sản xuất trong phạm

vi rộng lớn các hạt cĩ kích thước nanomét Việc triển khai phương pháp tổng hợp sol

khí ngọn lửa cổ điển thành các quá trình hiện đại cho phép sản xuất được các sẵn phẩm mới, cĩ giá trị cao Các vật liệu chế tạo bằng phương pháp ngọn lửa được ứng

dụng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau như xúc tác dị thể, vật liệu gốm,

Ngồi những phương pháp nêu trên, người ta cịn sử dụng một số phương pháp

khác để điều chế T¡O;, Khĩ cĩ thể kết luận quy trình cơng nghệ nào là cĩ ưu thế tuyệt đối, Phụ thuộc vào nhiều yếu tế chủ yếu: nguơn nguyên liệu đầu vào, khả năng cung cấp hĩa chất đủ lớn và rẻ, quy mơ, cơng suất, trình độ, thiết bị, và cuối cùng là chất lượng sản phẩm cần đạt được mà người ta chọn lựa quy trình cơng nghệ thích hợp, cĩ tính khả thi và kinh tế bơn

Bang 1.3 trình bầy tĩm tắt một số phương pháp điều chế TiO¿, Bảng 1.3: Một số phương pháp điều chế T¡O;; [19]

Phương pháp | Phương pháp | Phương pháp | Phương pháp ¡ Phương pháp | Phươn pháp | Phương pháp điều chế clo héa sulfate tổng hợp Nhiệt thủy ngưng tạ khí Sol-Gel

_ ngọn lửa phân trợ

¡ Tiển chất TiC, + Gy TIOSG, + TICh, + Oy Thi du, Ti, sv oxy Thi du, chinh HạO + HạO THOCGHs)s hĩa cuối để THOC Hs),

thu được

TiO>,

Nhiệt độ điều 1400-1500 Thủy phân Trên 1000 Thí dụ, 900 Thay đổi Thủy phân

ché CC) dưới 100, trong khoảng | đưới 100,

Trang 22

24

1.6 DIEU CHE TiO, TU ILMENIT BANG QUA TRINH SULFATE

1,14] 1.6.1 Diéu ché TiO, xtic tac từ iimenit bằng quá trình sulfate

Cơng nghệ gỗm các giai đoạn chính sau: 1.6.1.1 Phân bủy quặng

Các phương trình phân ứng khi phân hủy quặng như sau:

FeTiO; + 3HSO¿ Ti(SOab + FeSO, + 2HO

FeTiO, + 2HSO, TIO(SOA) + FeSO, + 2H¿O

Fe,0, + 3H;SO, Fez(SOuah + 3HạO

1.6.1.2 Khủ sắt trong dung dich

Vi trong tỉnh quặng inmenit vẫn cịn một hầm lượng sắt khá lớn, cho nên khi chuyén titan vé đạng titany] sulfate hịa tan trong dung dịch, lúc đĩ sắt cũng chuyển về dang sulfate tan được trong nước [14] Do đĩ khi sử dụng phương phap H,SG,

chúng ta cần thực hiện thêm khâu khử sắt để tránh sự nhiễm bẩn của sắt vào trong san phẩm TiO, thu dude

Trang 23

25

Dung dich nhận được sau khi phân húy chứa 110 — 120g/L T¡O; (dưới dang Ti0SO.), FeSO4, Fe2(SO,); va 200 — 240 g/L H)SO, hoạt tính (tức H;SO¿ tự do và

HạSO¿ tạo ra titan sulfate), Sử dụng phoi sắt để khử Fe?* về Fe”,

Fe;(SOA» + Fe = 3FeSO, (1.9)

Khi tồn bộ Fe”" đã bị khử thành Fe?" thì dung địch chuyển sang mầu tím, tức là khi đĩ một phân Tỉ“ đã bị khử đến TẾ":

2T10S0, + Fe + 2H,SO, = TSO); + FeSO, + 2H,0 (1.10)

Phan ứng (1.10) chỉ xây ra sau khi phản ứng (1.9) đã hồn thành Độ hịa tan của FeSOu.7H/O phụ thuộc vào nhiệt độ và nống độ và thành phần muối của dung dịch Vì vậy khi kết tỉnh FeSO,.7H;O cần tuân theo những điều kiện đã nêu việc

tách sắt mới triệt để được [15]

Bảng 1.4: Độ hịa tan của FeSO; phụ thuộc vào nhiệt độ, nơng độ và thành phân muối của dụng dịch (đối với dụng dịch 120 g/L T¡O; và 240 g/L axH hoạt tính) [1] Nhiệt độ, °C 30 | 20 | 24 | 10 | 5 | 0 | -6 Độ hịa tan FeSO¿ g/L (tinh theo Fe**) | 88 | 70 | 48 | 43 | 35 | 2 14 th

Sau khi kết tỉnh FeSOa.7HạO, thể tích dụng địch giảm xuống đo kết tính một

lượng HạO khá lớn cho nên thành phần dung dịch cũng thay đối

Trang 24

26

Trong cơng nghệ sản xuất T¡O; theo phương pháp sulfate, cĩ thể xem rằng

giải đoạn thủy phân dung dich titanyl sulfate IA giai đoạn quan trọng nhất, thành

phần dung dịch và phương pháp tiến hành thủy phân ảnh hưởng đến thành phần và

at + 2 % +

cầu trúc của sẵn phẩm

Theo các tài liệu đã cơng bố, để thu được sản phẩm Ti; cĩ kích thước hạt

nằm trong khoảng 0,2 - 0,3 ym, cdn tăng nỗng độ titan trong dung dich trước thủy phân đến 200 ~ 240 g/L (tính theo TiO,) Dung dich c6 néng 46 TiO, nhd (120 — 130 g/L) tao ra sản phẩm thủy phân sau khi nung chuyển thành T¡O; phân tán thơ Do đĩ trước khi tiến hành thủy phân phải cơ đặc dụng dịch ở t < 70C

Cơ chế thủy phân của titanyl sulfate cĩ thể mơ tả như sau:

TIO(H,0),50, + 2HO = TiO(H,0),(OH) + HSO,

Hay cĩ thể viết gọn:

THOSO, + 2HO > HO, + H;SO,

Cơ chế của quá trình thủy phân này cho đến nay vẫn chưa được sáng tỏ là do

tính chất phức tạp của các cân bằng ion trong dung dịch nước Titan trong các dung

dịch nước của nĩ cĩ thể tên tại đưới đạng ion đơn giản hoặc ion phức tạp hoặc đưới dạng keo phân tán Nhiều cơng trình cho thấy tính chất keo của dung dịch sulfate chỉ

thể hiện khi dung dịch được giữ quá lâu Tuy nhiên, ngày nay đại đa số cho rằng titan trong các dung dịch sulfate tổn tại dưới dạng các ion phức Trên cơ sở thực

Trang 25

27

- Khi nơng độ TÍO; tăng quá 0.1 mol/i sẽ xây ra quá trình liên kết các ion đơn thanh ion polymer

- Trong quá trình thủy phân, các phân tử phân tán được polymer hĩa dẫn đến việc hình thành các hạt titan hydroxit đưới đạng keo và sau đĩ mới xuất hiện các vi

hạt của pha rin

- Việc đưa dung địch mầm vào làm cho sự hình thành pha rắn diễn ra nhanh hơn và đảm bảo kích thước bạt đều hơn

% Cĩ hai phương pháp thảy phân: phương pháp tạo mâm và phương pháp

pha lỗng

- Phương pháp pha lỗng: dụng dịch ban đầu chứa 220 — 240 g/L, T1O; và 450

- 500g/1, H;SO, Theo một chế độ xác định trước, cho dung dich titanyl sulfate vao

HO để đạt đến 380 ~ 400 g/L H;SOu¿ Khi hịa lỗng bằng H¿O sẽ thấy xuất hiện mâm kết tính, tâm kết tỉnh hình thành được H;TiOa

- Phương pháp dùng mầm: để chuẩn bị thủy phân người ta đùng trước mầm

kết tỉnh ở đạng keo hydrat oxit titan nhan được bằng cách trung hịa dung dich titanyl sulfate bing NaOH 6 pH =3, lượng mầm thêm vào khoảng 1% luong TiO, trong dung dịch,

1.6.1.4 Nung axit metatitanic dé tao thanh TiO,

Quá trình này giữ một vai trị quyết định để thu nhận titan dioxit véi chỉ tiêu

Trang 26

28

ngặt Kết tủa thu được ở giai đoạn thủy phân được đem rửa sạch nhiều lần và đem

nung với chế độ nung gồm các vùng nhiệt độ và thời gian tương ứng khác nhau: Vũng nhiệt độ cao nhất và thời gian lưu giữ ở nhiệt độ đĩ sẽ quyết định tạo ra TÌO; anatase hay TiO, rutile Dudi 900°C chủ yéu tao ra TiO, anatase, trên 900°C chủ

yéu tao ra TiO, rutile

Ngồi chế độ nhiệt độ như trên, một số tác giả cịn cho thêm một số chất phụ

gia như K;O, P;O; chất hữu cơ cĩ nhiều nhĩm amin hydroxyl nhim 6n dinh mang

tính thể anatase và kìm hãm quá trình chuyển từ tỉnh thể anatase (kém bến vững)

sang dang tinh thé rutile

Trang 27

29 Tinh quang Ilmenit Nghiền và làm khơ Ỷ Phân hủy p4 H;SO, Ỷ Hồ tách và lọc >| Ba thai Dung dich Khử sắt Kết tinh ` Lọc Sản phẩm TiO; Vv \ ‡

(FeSOx.7H;O) Dung dịch Sấy khơ

Mầm TiOH)——> Thủy phân Xử lý bể mặt

Trang 28

30

1.6.2 Cơ sử lý thuyết của quá trình thủy phân dung địch titanyl sulfate [8]

Trong các phương pháp sản xuất TÍO; từ ilmenit, sự thủy phân dung dich titan clorua đễ nhận được sản phẩm TiO; dưới dang rutile hơn là từ dung dịch muối cĩ

gốc axit hĩa trị cao Đối với mục đích sẵn xuất bột màu TiQ,, thi phuong phap HCl

và phương pháp clo hĩa là thích hợp vì để thu nhận T1O; ở đạng rutile với chất lượng bột màu hơn hẳn đạng anatase Trong trường hợp của để tài luận văn này, với mục

tiêu đề ra là nghiên cứu điều chế TiO; anatase lâm vật liệu xúc tác quang hĩa, viỆc

chọn phương pháp H;SO, sẽ đễ nhận được TìO; ở dạng anatase với hoạt tính quang

hố tốt hơn,

Trong cơng nghệ sản xudt TiO, theo phương pháp sulfate, cĩ thể xem rằng giai doan thiy phan dung dich titanyl sulfate 1a giai doan quan trong nhất, thành

phân dung địch và phương pháp tiến hành thủy phân ảnh hưởng đến thành phần và cấu trúc của sản phẩm

Cĩ nhiều tài liệu khác nhau đã giới thiệu về cơ chế quá trình thúy phân nhiệt của dung địch muối titan Tuy nhiên vẫn chưa xác định được một cơ chế tổng quát Trong các cơ chế, những hat tinh thể sẽ lớn dẫn cho đến khi đại được trạng thái keo, và cuối cùng xuất hiện kết tủa Khi đĩ sự cân bằng thủy phân bị phá vỡ, lượng muối

Trang 29

31

1.6.2.1 Cơ chế và động học quá trình thủy phân:

Cơ chế của quá trình thủy phân chưa được hiểu rõ do tính phức tạp của quá

trình

Một số nhà nghiên cứu chia quá trình thủy phân thành 3 giai đoạn và khảo sát mỗi giai đoạn của chúng một cách riêng biệt:

“ Giai đoạn ï: giai đoạn phân hủy tiany] sulfate đặc trưng bởi sự thay đổi

nồng độ titan phân tán phân tử,

- Giai đoạn 2: giai đoạn tạo mixel Trong giai đoạn này, tốc độ tao mixel ty

lệ thuận với nỗng độ titan hydroxit khơng ở đạng mixel và thể tích của mixel theo phương trình: _'#C _ kcy at Trong đĩ: C : nồng độ titan hydroxit khơng ở dang mixel V : thể tích mixel k : hệ số tỷ lệ

Trang 30

32 In ee = ROL + nạ 2Ca -14.68 ÍC,(~10ˆ1*%%0g ge, C, C, ~ pf) - ) Trong đĩ: A : hằng số C, : nồng độ ban đầu của titan hydroxit khơng ở đang mixel C,: nồng độ các tâm mixel, Vạ: thể tích mầm Rọa: hệ số tần xạ

- Giai đoạn 3: giai đoạn tụ kết các titan hydroxit vừa tạo thành,

Việc nghiên cứu động học quá trình như trên dựa trên phép đo tán xạ ánh sáng và sự nghiệm đúng dung dịch đối với phương trình Reyle Trong sẵn xuất TiO¿, sự cĩ mặt của các kữn loại tạp và tạo mầu dung dịch ảnh hưởng tới cường độ ánh sáng tán xạ Do đĩ, việc xác định mơ hình động học mơ tả được các giai đoạn tạo mam và lớn lên của mixel cĩ tác dụng quan trọng trong việc đánh giá quá trình thủy phân Qua đĩ cĩ thể xác định được chế độ thích hợp cho quá trình thủy phân để nhận

được sản phẩm cĩ kích thước hạt phù hợp

Quá trình thủy phân dung dich titanyl sulfate cé thể xem là quá trình kết tinh

Trang 31

33 thì phải tiến hành quá trình trong điều kiện sao cho tốc độ tạo mầm là lớn và tốc độ lớn lên của mầm là nhỏ 1.6.2.2 Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình thấy phân ® Ảnh hưởng của pH

pH của mơi trường càng cao khả năng thu nhận proton càng lớn và thúc đẩy

quá trình thúy phân càng triệt để Ngồi ra, nĩ cịn ánh hướng lớn đến sản lượng

TÌO; và cỡ hạt của sản phẩm thúy phân

Nếu pH của dung dịch cao (pH>3) thì sẽ bắt đầu xây ra quá trình thủy phân tạo các phức chất của nhơm và sắt, các chất này đi vào làm bẩn sản phẩm, đặc biệt

` Z Ẩ z x J 3 af, rw ` ` 3 z 2

là st, chi cần cĩ mặt sắt ở dạng vết cũng làm vàng sản phẩm sau khi nung

Nếu pH của dung dịch quá thấp thì quá trình thủy phân khơng tiến hành được,

do lúc đĩ mơi trường quá axit làm cho cân bằng khơng chuyển địch theo chiều thuận được

® Ảnh hung của mầm tỉnh thể

Trang 32

34

Khi cho tác nhân tạo mẫm vào dung dịch titanyl sulfate 6 nhiét d6 cao thì nĩ

nhanh chĩng biến đổi thành keo TiO; Tia TiO, mdi tạo thành bám chặt vào mâm

tinh thể riêng rẽ và sau đĩ kết tủa thành những hạt cĩ kích thước đều nhau

® Ảnh hưởng của nồng độ titanyl sulfate

Nếu hàm lượng TiO; trong dung dịch thủy phân lớn (170-230 g/L) sẽ kết tủa H;TiO; khi nung lên cho T¡O; loại bột mịn Nếu hàm lượng này nhỏ hơn sẽ cho loại cỡ hạt lớn Mặt khác, với pH thích hợp, nỗng độ titanyl sulfate cao sẽ làm cho cân

bằng thủy phân dễ dàng chuyển dịch theo chiều thuận

® Ảnh hưởng của cường độ khuấy trộn

Sự khuấy trộn tạo sự đồng nhất trong dung dịch, giúp cho dung dịch titanyl sulfate và nước tiếp xúc tốt hơn, làm tăng quá trình khuếch tán, tăng quá trình chuyển động của các ion Do đĩ khuấy trộn làm tăng tốc độ quá trình, làm giảm các tạp chất bám đính trong tủa Ngồi ra, nĩ cịn cĩ tác dụng bắt đầu sự thủy phân đồng thời tránh kết tủa ngay lập tức khi mới cho mâm tỉnh thể vào Tuy nhiên, khuấy trộn quá mạnh sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng do vậy cần tìm ra điều kiện khuấy trộn, thiết bị khuấy trộn sao cho đạt hiệu quả tốt nhất

® Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Trang 33

35

két tia TiO, thi dạng keo giấm dẫn cùng với sự tăng lên nhanh chĩng của kết tủa TiO2 Đến giai đoạn cuối của quá trình thủy phân, dạng keo gần như mất hẳn trong khi đĩ lượng kết tủa TiO; tăng đến giá trị giới hạn gần với tổng hàm lượng TiO¿ cĩ

rnặt trong dụng dịch ban đầu Việc kéo dài thời gian thủy phân sau đĩ làm tăng số

lượng kết tủa TiO; khơng đáng kể, mà cịn làm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm thủy phân Vì vậy, việc chọn thời gian thủy phân thích hợp cần căn cứ vào mục đích sử dụng sản phẩm để lự chọn hiệu suất và thời gian thủy phân tối ưu

® Anh hudng của chế độ nhiệt:

Chế độ nhiệt ảnh hưởng chính đến thể tích và thời gian quá trình thủy phân, vì thế ảnh hướng đến độ tỉnh khiết của sản phẩm thủy phân

Hằng số cân bằng của phần ứng thủy phân là một hàm của nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì K„y tăng đần đến cân bằng phan ứng chuyển dịch theo chiều từ trái sang phải, nghĩa là chiêu của phần ứng thủy phân xây ra

Tốc độ quá trình phụ thuộc vào tốc độ khuếch tần các ion trong dung địch cũng như khả năng tiếp xúc giữa các chất phản ứng (dung dich titan va nuéc) Khi

tăng nhiệt độ thì độ nhớt của dung dịch giấm, tăng tính hỗn loạn của chuyển động

nhiệt làm cho quá trình tiếp xúc và khả năng khuếch tán của các ion cũng tăng

Trang 34

36

Trong dung dịch thủy phân nếu cĩ lẫn nhiều tạp chất sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sắn phẩm, độ tỉnh khiết của sản phẩm Các tạp chất sẽ làm bẩn tủa, bám đính vào tủa trong quá trình tủa hình thành,

Sự nhiễm bẩn do hấp phụ là nguyên nhân cơ bản để làm bẩn kết tủa Nếu kết tủa cĩ bể mặt rất lớn như kết tủa dang keo đơng tụ thì rất đễ bị hấp phụ

1.6.3 Ap dụng kỹ thuật microwave trong thiy phan [3]

16.3.1 Thé néo la microwave:

Theo thuật ngữ tiếng Anh, Microwave (MW) là các sĩng cực ngắn hay cịn gọi là sĩng vi-ba, cĩ bước sĩng từ Imm đến 1m Năng lượng của vi sĩng là năng lượng điện từ Tần số của vi sĩng thường được sử dụng trong cơng nghiệp, y tế và khoa học là 915 MH¿z, 2450 MH¿ (tương đương bước sĩng 12.2 cm), 5800 MHz và 22125

MHz Tan số 2450 MHz được sử dụng nhiều nhất trong thiết bị chuẩn bị mẫu cho

phân tích bằng AAS, ICP, GC và HPLC

1.6.3.2 Bét néng bdng microwave

Các phương pháp đốt nĩng truyền thống thường dựa trên các hiện tượng dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Nhiệt được truyền từ bên ngồi vào thơng qua sự tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp Lượng nhiệt này sẽ loan ra khắp tồn bộ vật được đốt nĩng

nhờ chênh lệch nhiệt độ tại 2 điểm khác nhau, sự chênh lệch này tỷ lệ nghịch với độ

dẫn nhiệt của vật được đốt nĩng Phương pháp này cĩ nhược điểm là chậm và khơng

Trang 35

37

Sự đốt nĩng bằng vi sĩng ngược lại với phương pháp đốt nĩng truyền thơng

Nhiệt được sinh ra ngay tại trung tâm của vật được đốt nĩng và lan theo hướng từ phía trong ra phía ngồi

1.6.3.3 Ưu điểm của sự đốt nơng bằng microwave

Khơng cĩ quán tính nhiệt (cả khi bắt đầu và kết thúc)

- Đây là năng lượng sạch, đễ tạo và đễ kiểm sốt Đết nĩng nhanh

Cĩ tác động đặc biệt với các phân tử cĩ liên kết phân cực

Với các ưu điểm trên, kỹ thuật vi sĩng trổ nên rất hiệu quá và đáng tin cậy,

được áp dụng cho nhiều ngành, đặc biệt là ngành hĩa học 1.6.3.4 Ap dung kj thudt microwave trong thily phan

Theo kết quả nghiên cứu của một số tác giả [6], quá trình thủy phân trong điều kiện microwave gần như diễn ra đồng thời Trong thời gian 30 phút đầu, hiệu

suất thủy phân đạt 90% Nhiệt độ dung dịch thủy phân được gia tăng nhanh chĩng

đến mức độ phân tử trong tồn bộ dung dịch, điều đĩ tạo nên điều kiện hình thành mam và phát triển tỉnh thể một cách đồng bộ, sự kết tủa của tian hydroxide xây ra