Nghiên cứu các điều kiện chế tạo hạt kim loại đồng kích thước nano và hệ keo nano đồng (2)

Đồng oxalat này sẽ được dùng làm nguyên liệu ban đầu cho quá trình chế tạo hạt nano đồng cũng như các hệ keo nano đồng... Thuyết minh quy trình: Trong thực nghiệm này, ta tiến hành chế t

Trang 1

Chương 2

2 1 HOÁ CHẤT

a) Đồng oxalat: tự điều chế

Công thức phân tử: CuC2O4

Công thức cấu tạo:

b) Đồng sunfat: BHD - Prolab

Công thức phân tử: CuSO4.5H2O

Độ tinh khiết: 98 %

Khối lượng phân tử: 249,68 g/mol

Nhiệt độ nóng chảy: 1500

C

Khối lượng riêng: 2,284 g/cm3

Độ hoà tan trong nước: 316g/L (00

C);

2033 g/L (1000C)

b) Glycerol: Donqquan - China

Công thức phân tử: C3H8O3

Trang 2

Độ tinh khiết: 99,8%

Khối lượng phân tử:

Nhiệt độ sôi: 290 0

C

Nhiệt độ nóng chảy: 17,6 0

C

Độ nhớt: 1,2 Pa.s

c) Ethylenglycol: Shantou Xilong

Nhiệt độ nóng chảy: -160

C

Nhiệt độ sôi: 1970

C

d) Polyvinylpyrrolidon: BASF-Germany

Công thức phân tử: (C6H9NO)n

Trang 3

Khối lượng phân tử: 55.000 g/mol và 1.000.000 g/mol

Nhiệt độ nóng chảy: 110 – 180 0

C

e) Acid oxalic: Shantou Xilong

Khối lượng phân tử:

- 90,03 g/mol (khan)

- 126,07 g/mol (ngậm nước)

Nhiệt độ sôi: 157 0

C

Độ hoà tan trong nước: 14,3 g/100 ml ở 25 0

C

(khan)

1,653 g/cm3 (ngậm nước)

f) NaBH 4 : Merck

Công thức cấu tạo:

Trang 4

Nhiệt độ nóng chảy: 4000

C

2 2 THI ẾT BỊ:

2 2 1 Lò vi sóng:

Lò vi sóng Sharp R-209VN có công suất 800W được sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm

Hình 2.1: Lò vi sóng Sharp R-209VN

2 2 2 Máy khu ấy từ gia nhiệt:

Hình 2.2: Máy khuấy từ gia nhiệt IKA – RET

Trang 5

2 3 SƠ ĐỒ THỰC NGHIỆM

2 3 1 Quy trình điều chế đồng oxalat

Hình 2.3: Quy trình điều chế đồng oxalat

Trang 6

Thuyết minh quy trình:

Đồng oxalat được điều chế theo các bước sau:

Bước 1: Cân 12,4g (0,05 mol) CuSO4.5H2O hòa tan trong 50 ml nước cất Cân 6,26g (0,05 mol) C2H2O4.2H2O hòa tan trong 100 ml nước cất

Bước 2: Cho nhỏ giọt dung dịch CuSO4 xuống becher chứa dung dich axit oxalic ở trên Dung dịch axít oxalic từ không màu sẽ dần chuyển sang màu xanh lục Màu xanh lục đó chính là màu của đồng oxalat kết tủa Tiếp tục thêm dung dịch đồng sulfat cho đến hết

Bước 3: Hỗn hợp đồng oxalat tạo ra có pH khoảng 3,8 do trong hỗn hợp này có sự

hiện diện của axít sulfuric Đem hỗn hợp đồng oxalat đi ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong thời gian 5 phút Sau khi ly tâm, lọc bỏ phần lỏng lấy phần rắn

Bước 4: Rửa phần rắn thu được với khoảng 200 ml nước cất Sau đó tiếp tục quá

trình ly tâm - đo pH - rửa nhiều lần cho đến khi đạt được pH = 7

Bước 5: Cho phần rắn sau khi ly tâm vào chén sứ, sấy trong tủ sấy với nhiệt độ sấy

là 100oC, thời gian sấy là 8 giờ Sau 8 giờ sấy, đồng oxalat được cho vào cối giã

mịn rồi cho vào lọ, bảo quản trong bình hút ẩm Đồng oxalat này sẽ được dùng làm nguyên liệu ban đầu cho quá trình chế tạo hạt nano đồng cũng như các hệ keo nano đồng

Trang 7

2 3 2 Quy trình ch ế tạo hạt nano đồng

Hình 2.4: Quy trình chế tạo hạt nano đồng

PVP Glycerin

Hoà tan CuC 2 O 4

Vi sóng

Dung dịch có chứa hạt nano đồng

Kh ử nhiệt chân không

T=300 0 C 2h

Hạt nano đồng

Ph ủ quay

500 v/phút Sấy, thiêu kết

350 0 C-400 0 C 4h

Màng nano đồng

R ửa

C 2 H 5 OH

Sấy

Hạt nano đồng

80 0 C

1h

Khảo sát hình thái

XRD, FE-SEM

Trang 8

Trong thực nghiệm này, ta tiến hành chế tạo hạt nano đồng bằng 2 phương pháp: phương pháp khử nhiệt chân không đồng oxalat và phương pháp dung dịch

Phương pháp khử nhiệt chân không:

Tiến hành khử nhiệt đồng oxalat rắn đã được điều chế trong phần thực nghiệm trước ở nhiệt độ 3000C trong điều kiện chân không sâu, ta sẽ thu được mẫu

bột có chứa các hạt nano đồng

Phương pháp dung dịch:

Bước 1: Chế tạo dung dịch có chứa hạt nano đồng:

Hoà tan 0,05g PVP 55.000 g/mol với 50 ml glycerin và CuC2O4 với sự hỗ

trợ của nhiệt vi sóng Sự tạo thành hạt nano đồng được kiểm chứng thông qua sự thay đổi màu sắc của dung dịch từ màu xanh lục thành màu hồng nhạt, hồng, hồng đậm thậm chí đỏ (hình 2.5)

Hình 2.5: Dung dịch chứa hạt nano đồng

Bước 2: Loại bỏ dung môi và chất bảo vệ của hệ keo, tạo hạt nano đồng:

a) Trộn hệ keo đồng chế tạo được với khoảng 50 ml C2H5OH, sau đó ly tâm lấy phần rắn Tiếp tục rửa phần rắn này với cồn khoảng 3-4 lần nữa rồi tiến hành

sấy nhẹ ở nhiệt độ khoảng 800

b) Tiến hành phủ quay hệ keo đồng trên đế kiếng với vận tốc quay khoảng

500 v/phút, sau đó sấy, thiêu kết ở nhiệt độ khoảng 350

C trong thời gian 1h Ta sẽ thu được mẫu bột có chứa các hạt nano đồng

0

- 4000C trong thời gian 4h

Ta sẽ thu được mẫu màng có chứa các hạt nano đồng

Trang 9

2 3 3 Quy trình ch ế tạo hệ keo nano đồng

Hình 2.6: Quy trình chế tạo hệ keo nano đồng

Trang 10

Trong phần thực nghiệm này, ta tiến hành chế tạo lần lượt 2 hệ keo nano đồng từ 2 loại muối đồng khác nhau (CuC2O4 và CuSO4 5H2O) và dung môi sử

dụng cũng khác nhau (glycerin và ethylenglycol)

Cho một lượng CuSO4.5H2O đã cân vào một lượng ethylenglycol xác định Sau đó, tiến hành gia nhiệt bằng lò vi sóng trong điều kiện dung dịch được khuấy mạnh khoảng 3 phút

Cho lượng PVP đã cân vào một lượng ethylenglycol xác định Tiến hành gia nhiệt vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong ethylenglycol

Cho NaBH4 vào một lượng ethylenglycol xác định Khuấy mạnh dung dịch bằng máy khuấy từ với vận tốc 600 vòng/phút

Dùng pipet 10,00 ml hút một lượng xác định hỗn hợp CuSO4.5H2O đã phân tán ở bước 1 Khi nhận thấy dung dịch PVP-ethylenglycol bắt đầu sôi thì ngừng gia nhiệt rồi cho thêm 1 lượng xác định CuSO4.5H2O và NaBH4 vào dung dịch trên

Quá trình phân huỷ nhiệt này được nhận biết thông qua sự thay đổi màu sắc của dung dịch từ màu xanh lục sang màu hồng, hồng đậm, thậm chí đỏ

Trang 11

Hình 2.7: Sự thay đổi màu sắc của các hệ keo đồng

Bước 4: Khuấy mạnh dung dịch sau phản ứng để tránh sự kết tụ của các hạt nano

đồng

Hệ keo nano đồng II được chế tạo thông qua các giai đoạn sau:

Bước 1: Phân tán đồng oxalat trong glycerin:

Cho một lượng đồng oxalat đã cân vào một lượng glycerin xác định Khuấy dung dịch trên bếp khuấy từ với tốc độ 700 vòng/phút ở nhiệt độ khoảng 1000

C cho đến khi đồng oxalat phân tán hoàn toàn

Hình 2.8: Phân tán đồng oxalat trong glycerin ở nhiệt độ khoảng 1000

C

Trang 12

Bước 2: Hòa tan PVP trong dung môi glycerin:

Cho lượng PVP đã cân vào m ột lượng glycerin xác định Sau đó, tiến hành gia nhiệt vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong glycerin

Bước 3: Phân hủy nhiệt đồng oxalat tạo nano đồng:

Dùng micropipet 1000 µl lấy một lượng xác định hỗn hợp đồng oxalat đã phân tán ở bước 1 Khi nhiệt độ dung dịch PVP-glycerin đạt 2400

2 4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ:

C thì cho nhanh

hỗn hợp đồng oxalat vào Đồng oxalat ngay lập tức bị phân hủy tạo ra nano đồng

Bước 4: Khuấy mạnh dung dịch sau phản ứng để tránh sự kết tụ của các hạt nano

đồng:

2 4 1 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis

Phổ hấp thụ UV-Vis của các hệ keo nano đồng được đo bằng máy UV-Vis-NIR V670-Jacco Japan tại Phòng Thí Nghiệm Hóa Lý Ứng Dụng - Đại Học Khoa

Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình 2.9: Máy UV-Vis-NIR V 670

2 4 2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD):

Các mẫu hạt nano đồng thu được sau khi nung chân không và mẫu màng trên

đế thủy tinh sau quá trình thiêu kết ở nhiệt độ khoảng 3500C được đo nhiễu xạ tia X

Trang 13

bằng máy D8 Advance, Bruker – Germany tại Phòng Phân Tích Hóa Lý, Viện Khoa

Học Vật Liệu Ứng Dụng, Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình 2.10: Máy nhiễu xạ tia X D8 Advance - Bruker

2 4 3 Phương pháp chụp ảnh FE-SEM:

Ảnh kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường của mẫu đồng oxalat và các

mẫu hạt nano đồng được chụp bằng máy S-4800-Hitachi Japan tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai, Khu Công Nghệ Cao Quận 9, Thành Phố Hồ Chí Minh

Trang 14

Hình 2.11: Máy SEM S-4800 Hitachi

2 4 4 Phương pháp chụp ảnh TEM:

Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua của các hệ keo nano đồng được chụp bằng máy JEM - 1400 tại Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Polymer & Composite, Đại Học Bách Khoa, Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình 2.12: Máy TEM JEM-1400

Trang 15

2 4 5 Phân tích nhi ệt vi sai

Mẫu CuC2O4 rắn thu được sau quá trình ly tâm, rửa, sấy được tiến hành phân tích nhiệt vi sai DTA/TG bằng máy NETZSCH STA 409 tại khoa Công Nghệ

Vật Liệu, Đại Học Bách Khoa, Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình 2.13: Thiết bị phân tích nhiệt vi sai DTA/TG NETZSCH STA 409

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	689,76 KB