BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -*** - LƯƠNG THÁI SƠN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH POLYME ALUMINOSILICAT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2011 1 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VÀ SƠ ĐỒ LỜI CẢM ƠN Ch−¬ng I: tỉng quan I.1 Giíi thiƯu polyme vô I.2 Cấu trúc polyme vô I.2.1 Polyme vô dạng rắn I.2.2 Polyme vô dạng lỏng I.2.3 Polyme vô dạng thủy tinh I.3 Tính chất polyme vô I.3.1 Tính chịu uốn I.3.3 Tính cuộn tròn I.3.4 Tính nhiệt I.4 ứng dụng polyme vô 10 I.5 Polyme Aluminosilicat 13 I.5.1 Đặc điểm cấu trúc polyme aluminosilicat 13 I.5.2 Tính chất lý học hóa học polyme Aluminosilicat 16 I.5.3 Những ứng dụng polyme aluminosilicat 17 I.5.4 Phương pháp tổng hợp 18 I.6 Động học q trình hịa tan 18 I.7 Phương pháp nghiên cứu động học q trình hịa tan 20 PHẦN II : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 II.1 Cách xác định Al2O3 polyme aluminosilicat 27 II.2 Phương pháp xác định đặc tính tro bay phương pháp 28 chụp ảnh SEM phổ EDS 28 II.2.1 Phương pháp chụp ảnh SEM 28 I.3.2 TÝnh d∙n në Nghiªn cøu tỉng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat II.2.2 Phng phỏp ph EDS 30 II.3 Phơng pháp ph©n tÝch nhiƯt vi sai 31 II.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 31 PHẦN III: THỰC NGHIỆM 34 III.1 Nguyên liệu 34 III.1.1 Tro bay: 34 III.1.2 Thủy tinh lỏng 34 III.1.3 Các hóa chất khác: 34 III.2 Các dụng cụ hóa chất cần dùng 34 III.3 Tiến hành phản ứng tổng hợp polyme aluminosilicat 35 III.3.1 Tổng hợp polyme aluminosilicat từ tro bay thủy tinh lỏng Natri silicat 35 III.3.2 Tổng hợp Polyme aluminosilicat từ thủy tinh lỏng tro bay có mặt chất KOH, KCl, Na2HPO4: 36 III.3.3 Thành phần dung dịch phản ứng 37 PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 40 IV.1 Thành phần hóa học tro bay: 40 IV.2 Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến khả tách nhôm từ 44 tro bay IV.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước đến khả tách nhôm : 44 IV.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng KOH đến khả tách nhôm 45 IV.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng KCl + KOH đến khả tách nhôm 46 IV.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng Na2HPO4 đến khả tách nhôm 47 IV.3 Nghiên cứu cấu trúc số tính chất polyme aluminosilicat 48 IV.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme aluminosilicat làm vật liệu màng ph Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô c¬ aluminosilicat 51 3 IV.4.1 Kiểm tra khả bám dính màng phủ 51 IV.4.2 Kiểm tra khả chịu nhiệt polyme 52 KẾT LUẬN 54 TI LIU THAM KHO 55 Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VÀ SƠ ĐỒ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Tên bảng Chức Trang Bảng Tỷ lệ nguyên liệu để tạo loại PSS 12 Bảng Thành phần chất tham gia phản ứng tổng hợp Polyme 37 Aluminosilicat Bảng Thành phần nguyên tố tro bay thu từ việc chụp 43 phổ EDS Bảng Thành phần khối lượng tro bay 44 Bảng Ảnh hưởng hàm lượng nước đến khả tách nhôm 45 Bảng Ảnh hưởng KOH đến khả tách nhôm 46 Bảng Ảnh hưởng ion Cl- OH- đến trình tổng hợp 47 Polyme aluminosilicat Bảng Ảnh hưởng ion HPO42- đến trình tổng hợp Polyme 48 Aluminosilicat Hình Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét (SEM) 29 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDX 30 TEM Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 5 Hình Ảnh SEM mẫu tro bay dùng đề tài 41 Hình Phổ EDS tro bay dùng nghiên cứu 42 Hình Quang phổ hồng ngoại dung dịch polyme 37 aluminosilcat Hình Phổ TG – DSC mẫu M3 Hình Hình ảnh phân tử nước kết tinh mạng tinh thể polyme aluminosilicat 59 Hình Ảnh chụp lớp màng phủ polyme nhit sy khỏc 61 Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 58 Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Tiến sĩ La Thế Vinh - ngời đà tận tình hớng dẫn giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn môn Công nghệ chất vô - khoa Công nghệ Hóa học - trờng Đại học Bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện thuận lợi cho em trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Xin cảm ơn tất bạn bè đà ủng hộ giúp đỡ trình học tËp nghiên cứu vừa qua Học viên Lương Thái Sn Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô c¬ aluminosilicat 7 Ch−¬ng I: tỉng quan I.1 Giới thiệu polyme vô Polyme vô thuộc loại vật liệu hay hợp chất cao phân tử, đợc hình thành từ hợp chất hay đơn chất có phân tử lợng nhỏ gọi monome phơng pháp đa tụ hay trùng ngng [1] Polyme vô chia làm nhóm sau: ã Polyme có liên kết dạng ion ã Các hợp chất đơn kim loại, kim loại kim loại trơ ã Hợp chất có tính chất keo liên kết theo kiểu cộng hóa trị nguyển tử, loại tồn phổ biến dạng lỏng Có số tác giả khác quan niệm polyme vô nên chia thành hai nhóm: ã Polyme đồng đợc hình thành từ loại nguyên tử liên kết cộng hóa trị, đợc gọi polyme vô dù nguồn gốc nguyên tố vô cơ, kim loại hay phi kim ã Polyme không đồng đợc tạo thành từ hợp chất phân tử nhỏ thành hợp chất phân tử lớn, loại tồn dạng muối rắn nh polyme sunfat, polyphotphat hay dạng lỏng dới dạng dung dịch keo hydroxit kim loại, photphat kim loại hóa trị cao hay silicat kim loại hóa trị thấp Nh vật liệu polyme vô hình thành từ nhiều nguyên tố nhóm bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev Các nguyên tố gần với nguyên tố cacbon bảng hệ thống tuần hoµn nh−: B, H, Si, P, Ge, Sb, Te, Bi… Năng lợng liên kết polyme đồng có giá trị khoảng 80 kcal/mol Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat I.2 Cấu trúc polyme vô Việc tìm hiểu cấu trúc polyme vô khó khăn Một cách đơn giản chia nhỏ thành dạng khác dạng rắn, lỏng, thủy tinh [1] I.2.1 Polyme vô dạng rắn Đây dạng tồn phổ biến Trong dạng này, polyme có cấu trúc mạch thẳng, mạch nhánh, cấu trúc lớp cấu trúc không gian Các nguyên tố polyme có cấu trúc thờng nhóm IIIB đến IVB bảng hệ thống tuần hoàn I.2.2 Polyme vô dạng lỏng Polyme vô dạng lỏng thờng polyme vô không đồng Hợp chất quan trọng trạng thái nµy lµ polyme sunfua vµ halogen polysunfua CÊu tróc cđa loại có mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng, cấu trúc không gian I.2.3 Polyme vô dạng thủy tinh Các Polyme dạng polyphotphat, poly borat, poly silicat Chúng có khả tạo trạng thái thủy tinh làm nguội nhanh trạng thái nóng chảy chúng Cấu trúc photphat, silicat, borat trạng thái nóng chảy thủy tinh cha có lý thuyết giải thích cặn kẽ, chi tiết cấu trúc polyme vô dạng thủy tinh I.3 Tính chất polyme vô I.3.1 Tính chịu uốn Các polyme mạch vòng hay mạch thẳng có nguồn gốc vô hay hữu đợc hợp thành từ phân tử nhỏ để tạo thành phân tử lớn, mạch polyme dài độ bền uốn cao tạo tính dẻo polyme Nguyên nhân tạo tính dẻo cấu trúc phân tử lớn dài, có nhiều mối nối nguyên tử Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat I.3.2 Tính dn nở Các polyme có hai đặc tính quan trọng phân tử lớn tham gia vào chuyển động nhiệt có xác suất tạo mạng không gian cấu trúc Sự chuyển động nhiệt xảy phân tử lín hay ë mét sè bé phËn ph©n tư nhá Sự uốn khúc phân tử lớn tạo chuyển động phần Do cấu trúc xít đặc vật liệu dẫn đến khác cờng độ giÃn nở polyme Độ xít đặc lớn độ giÃn nở nhỏ khả dung môi bị thấm vào vật liệu Điều tạo nên độ bên nhiệt, bền hóa vật liệu I.3.3 Tính cuộn tròn Các phân tử polyme mạch nhánh có xu hớng cuộn tròn nhánh lại để tạo thành phân tử tử lớn có cấu trúc không gian nhỏ gọn có trạng thái gấp khúc tồn bên Tuy nhiên tợng làm cho polyme bền, điều thể polyme có phân tử lớn nhng có độ nhớt nhỏ Nh việc hình thành polyme tinh thể hay vô định hình tủy thuộc vào điều kiện hình thành polyme nh: nhiệt độ, thời gian tạo mầm kết tinh, phơng pháp polyme hóa I.3.4 Tính nhiệt Đây tính chất quan trọng polyme phản ánh đặc trng cấu trúc polyme Khi thay đổi nhiệt độ có lực tác dụng vào vật liệu gây biến rạng rõ rệt phân tử nhng cha thoát khỏi phân tử lớn để chuyển động tự nhng làm cho hƯ cã ®é gi·n në cao NhiƯt ®é ®đ lín để gây biến dạng nhiệt độ giòn polyme Polyme tồn nhiệt độ cao nhiệt độ giòn có biến dạng dẻo có đặc tính uốn khúc cấu tạo polyme Khi nhiệt độ nhiệt độ thủy tinh hóa polyme lợng chuyển đọng nhiệt đủ lớn làm cho tập hợp phân tử chuyển động, nhiệt độ lớn nhiệt độ thủy hóa xảy chuyển Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 42 Bảng 3: Thành phần nguyên tố tro bay thu từ việc chụp phổ EDS Nguyên tố Wt (%) At (%) O 48,64 63,8 Mg 0,78 0,68 Al 13,28 10,33 Si 28 20,92 S 0,52 0,34 K 2,96 1,59 Ca 0,75 0,4 Ti 0,7 0,31 Fe 4,36 1,64 Total 100 100 Nhận xét: Dựa vào ảnh SEM hình ta thấy tro bay bao gồm tinh cầu mịn, có kích thước bé 10 µm Dựa vào phổ EDS ta thấy thành phần tro bay bao gồm nhiều nguyên tố, chủ yếu Si, O, Al, Fe, Ti nguyên tố khác Từ bảng 1, coi nguyên tố tồn dạng oxit bền lưu huỳnh tồn dạng muối sunphat, ta đưa cơng thức hóa học tượng trưng tro bay là: aSiO2.bAl2O3.cFe2O3.dCaSO4.eTiO2.fK2O.gMgO.hCaO Nghiªn cøu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 43 Dùng phép cân cấu tử ta đưa cơng thức hóa học tượng trưng tro bay là: 0,2092SiO2.0,052Al2O3.0,0082Fe2O3.0,0034CaSO4.0,0031TiO2.0,00795K2O.0, 0068MgO.0,0006CaO Từ ta xác định thành phần khổi lượng oxit có tro bay sau Bảng 4: Thành phần khối lượng tro bay Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaSO4 TiO2 K2O MgO CaO % KL 59.81 25.27 6.251 1.94 1.18 3.5 1.8 0.1 IV.2 Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến khả tách nhôm từ tro bay Quá trình phản ứng dị thể pha lỏng – pha rắn khả tách nhôm silic từ tro bay hình thành polyme aluminosilicat có liên qua chặt chẽ tới động học phản ứng dị thể nêu phần I.7 Sau xin trình bày số kết nghiên cứu thu được: IV.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước đến khả tách nhôm : Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước đến khả tách nhôm ta tiến hành thí nghiệm sau: Lấy 10 g tro bay phản ứng với 100 ml dung dịch gồm nước thủy tinh lỏng theo tỷ lệ thể tích thủy tinh lỏng : thể tích nước 60:40; 70 : 30 80 : 20 tương ứng với mẫu N0, M1 K0 Các mẫu khuấy nhiệt độ 75oC máy khuấy từ có gia nhiệt Kết phân tích dung dịch sau lọc hết tro bay sau: Nghiªn cøu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 44 Bảng 5: Ảnh hưởng hàm lượng nước đến khả tách nhôm STT Mẫu Hàm lượng Nhôm dung dịch chiết ,g/l Lượng nhôm tách (= hàm lượng nhôm x 100ml), gam N0 (60:40) 0,0303 0,00303 M1 (70:30) 0,0371 0,00371 K0(80:20) 0,0253 0,0253 Nhìn vào bảng ta thấy, khả tách nhơm tỷ lệ Thủy tinh lỏng:nước = 70:30 cao (0,0371 g/l) Sau đến mẫu N1 (Vthủy tinh lỏng : VH2O = 60:40) hàm lượng nhôm dung dịch 0,0371 (g/l) Lượng nhôm tách mẫu K1 nhất, hàm lượng nhơm 0,0253 g/l Điều giải thích sau: - Đối với mẫu N1, lượng nước lớn, độ nhớt thấp, nồng độ Na2SiO3 nhỏ khả tách nhơm thấp - Đối với mẫu K1: Lượng thủy tinh lỏng lớn, độ nhớt lớn, làm cho tốc độ khuấy không ổn đinh, hạt tro bay khuếch tán vào pha lỏng khó khăn dung dịch khơng linh động - Đối với mẫu M1: Nồng độ thủy tinh lỏng tối ưu, độ nhớt vừa phải, tốc độ khuấy đồng đều, lượng nhơm tách l ln nht Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 45 IV.2.2 Nghiờn cu ảnh hưởng KOH đến khả tách nhôm : Để nghiên cứu thí nghiệm này, ta làm thí nghiệm tương tự (nghiên cứu tỷ lệ thủy tinh lỏng: nước đến khả tách nhôm) bước chuẩn bị dung dịch, ta bổ sung gam KOH vào dung dịch thủy tinh Tương ứng với thí nghiệm với mẫu N2; M2; K2 Kết phân tích nơng độ nhơm dung dịch tách bã sau: Bảng 6: Ảnh hưởng KOH đến khả tách nhôm STT Mẫu Hàm lượng Nhôm dung dịch chiết ,g/l Lượng nhôm tách (= hàm lượng nhôm x 100ml), gam N2 (60:40) 0,0321 0,00321 M2 (70:30) 0,0523 0,00523 K2(80:20) 0,0304 0,00304 Dựa vào bảng bảng 5, ta thấy rõ ràng bổ sung lượng KOH vào dung dich, khả tách nhơm dung dịch tăng lên tất mẫu, mẫu M2 (Vthủy tinh lỏng : VH2O = 70:30) cho khả tách nhôm cao IV.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng KCl + KOH đến khả tách nhôm : Khi nghiên cứu ảnh hưởng chất có nghĩa ta nghiên cứu ảnh hưởng anion Cl- OH- đến khả tách nhôm dung dịch Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 46 Thí nghiệm tương tự thí nghiệm trước, thành phần dung dịch mẫu N2; M3; K2 Kết phân tích thành phần dung dịch sau lọc bỏ bã sau: Bảng 7: Ảnh hưởng ion Cl- OH- đến trình tổng hợp Polyme alumino silicat STT Mẫu Hàm lượng Nhôm dung dịch chiết ,g/l Lượng nhôm tách (= hàm lượng nhôm x 100ml), gam N2 (60:40) 0,0338 0,00338 M3 (70:30) 0,0574 0,00574 K2(80:20) 0,0304 0,00304 So sánh bảng bảng ta thấy ảnh hưởng ion Cl- đến phản ứng tổng hợp polyme khơng nhiều lượng nhơm tách mẫu bổ sung KCl vào N3 M3 tăng lên không đáng kể so với lượng nhôm tách thí nghiệm với KOH thủy tinh lỏng + nước cất Thậm trí mẫu K3 thay KOH KCl, lượng nhôm tách không đổi Điều chứng tỏ rằng, nồng độ kiềm dung dịch tương đối lớn (Vthủy tinh lỏng : VH2O lớn) anion hóa trị I có ảnh hưởng đến khả tách nhôm dung dịch IV.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng Na2HPO4 n kh nng tỏch nhụm Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 47 Khi tiến hành thí nghiệm nghiên cứu này, ta nghiên cứu ảnh hưởng anion HPO42- đến khả tách nhơm dung dịch Thí nghiệm tương tự thí nghiệm trước, ta thành phần dung dịch mẫu N4; M4; K4 Kết phân tích thành phần dung dịch sau lọc bỏ bã sau: Bảng 8: Ảnh hưởng ion HPO42- đến trình tổng hợp Polyme alumino silicat STT Mẫu Hàm lượng Nhôm dung dịch chiết ,g/l Lượng nhôm tách (= hàm lượng nhôm x 0,1 l ), gam N3 (60:40) 0,0405 0,00405 M3 (70:30) 0,0776 0,00776 K3(80:20) 0,0337 0,00337 Từ bảng ta thấy, có mặt HPO42- lượng nhơm tách lớn tất trường hợp, điều có nghĩa ion HPO42- có tương tác mạnh đến q trình phản ứng Thể khả kéo nhôm vào dung dịch lớn đột biến so với mẫu khác, đặc biệt mẫu M3 (Vthủy tinh lỏng : VH2O = 70 : 30) lượng nhôm kéo vào dung dịch cực đại 0,0776 (g/l) Điều lý giải sau, HPO42- mang tính kiềm, mơi trường kiềm (đã có KOH thủy tinh lỏng) bị chuyển hóa thành dạng PO43- sau: Nghiªn cøu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 48 HPO42- + OH- ↔ PO43- + H2O Anion tạo ion mang điện 3- có lực mạnh so với anion có lực thấp (Cl-, OH-) có khả chất “mang” nhôm từ pha rắn vào dung dịch Và vậy, lượng nhôm khuếch tán vào dung dịch hiệu tốt IV.3 Nghiên cứu cấu trúc số tính chất polyme aluminosilicat Đưa tất 12 mẫu thí nghiệm phân tích quang phổ hồng ngoại IR để xác định cấu trúc thành phần pha Trong mẫu trên, chụp hồng ngoại, thấy mẫu K0; K1; K2; M3; N0; N3 cho ta quang phổ có dạng tương tự polyme aluminosilicat (chi tiết xem trang sau) Đặc trưng quang phổ mẫu cho thấy dao động phù hợp với dao động ứng với liên kết nêu mục II.8 Để thấy đặc trưng polyme từ mơ tả cấu trúc mạch polyme, chọn lấy mẫu K0 (nguyên liệu tổng hợp từ 80% thủy tinh lỏng 20% H2O) để thuyết minh cho quang phổ này: + Dải hấp thụ từ 3446,7 cm-1 đến 1649,8 cm-1- ứng với phổ dao động nhóm OH Ở số sóng 3446,7 cm-1 ứng với phân tử H2O tự cịn số sóng 1649,8 cm-1 ứng với phân tử H2O liên kết mạch polyme + Peak ứng với giá trị 568,4 cm-1 đặc trưng cho dao động nhóm (Al – O – Si) thành phần quan trọng polyme [9], [10] + Ngồi peak ra, kết chụp phổ cho thấy peak ứng với nhóm dao động Al – O, Al – OH Si – O Dựa vào hình thành quang phổ hấp thụ mẫu K0; K1; K2; M3; N0; N3 tạo polyme aluminosilicat Nghiªn cøu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 49 Polyme aluminosilicat chủ yếu hình thành mẫu K (tỷ lệ Vthủy tinh lỏng : VH2O = 80:20) nhiên, mẫu này, lượng nhôm khuếch tán từ tro bay vào dung dịch thấp Các mẫu M, có M3 hình thành polyme, lượng nhôm khuếch tán từ tro bay vào dung dịch mẫu M3 lớn nhất, chọn mẫu M3 làm thí nghiệm nghiên cứu Hình 5: Quang phổ hồng ngoại dung dịch polyme aluminosilicat đặc trưng (mẫu M3) 110 M3 100 3855.0 3838.2 3820.3 3801.2 90 70 Si – O ‐ Al 2158.4 60 O‐H (H2O liên k t) 50 20 4000 3500 3000 2500 2000 Si ‐ O 1500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô c¬ aluminosilicat 443.7 O – H (H O‐H (n2O tc tdo)do) 572.1 30 1017.6 1647.9 40 3444.7 %Transmittance 80 Si –O‐Al 1000 500 50 Đem mẫu M3 (tỷ lệ trộn Vthủy tinh lỏng : VH2O = 70 : 30) đem phân tích nhiệt vi sai TG, DSC phịng thí nghiệm hóa dầu Vật liệu xúc tác hấp phụ - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội mơi trường khơng khí với tốc độ nâng nhiệt 50C/phút từ nhiệt độ thường đến 9000C Kết phân tích cho hình TG /% DSC /(mW/mg) ↑ exo 1.5 Peak: 742.099 100 Area: -98.41 J/g [1] Area: 348.1 J/g Mass Change: -10.17 % 95 1.0 Peak: 830.025 90 0.5 85 Mass Change: -19.37 % 80 Area: -180.4 J/g Area: -195.2 J/g 75 -0.5 70 Peak: 76.3854 Mass Change: -6.32 % [1] 65 -1.0 Peak: 124.836 Peak: 130.74 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Admin 26-10-2010 14:56 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 177-2010 Mau 5-1.ssv 102010 10/20/2010 4:31:14 PM PCM N.H.Hanh-T.D.Duc Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: 177/2010 Mau 5-1, 52.900 mg Al2O3,0.000 mg Calib new 27 01 07.tsv / Calib nhay 27107.esv 26/5.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 6: Phổ TG – DSC mẫu M3 Nhìn vào giản đồ thấy rằng: Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường tới khoảng 110 C khối lượng mẫu giảm 10,17% nhiệt độ polyme bị nước vật lý đồng thời xuất pic thu nhiệt, nhiệt lượng thu vào khoảng 180.4 J/g để làm bay nước lý học Khi nhiệt độ tăng lên khoảng 2200C khối lượng mẫu giảm mạnh (19,37%) khoảng nhiệt độ nước hóa học mẫu bị mất, xuất pic nhọn nước hóa học bay mạnh nên mẫu cần hấp thụ lượng nhiệt tương đối lớn (270,1 J/g) để làm bay nước Nghiªn cøu tỉng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 51 Nước vật lý nước hấp phụ bề mặt nước kết tinh nước tham gia vào thành phần cấu trúc tinh thể (hình 7) Hình 7: Hình ảnh phân tử nước kết tinh mạng tinh thể polyme aluminosilicat Khi tiếp tục nâng nhiệt độ từ 2200C đến khoảng 500oC khối lượng mẫu giảm từ từ, điều trình phân huỷ, bay số tạp chất chứa mẫu, lượng tạp chất chiếm khoảng 5% Từ 500oC đến 9000C khối lượng mẫu gần không đổi Ở nhiệt độ khoảng 7000C xuất pic toả nhiệt khoảng 850oC lại xuất píc thu nhiệt điều xảy q trình chuyển pha, q trình chuyển pha thu nhiệt trình chuyển pha toả nhiệt khối lượng mẫu không thay đổi IV.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme Aluminosilicat làm vật liệu màng phủ IV.4.1 Kiểm tra khả bám dính ca mng ph Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 52 Ly mu M3 đem kiểm tra khả bám dính màng phủ ta có nhận xét sau: - Kiểm tra khả uốn cong phủ polyme vật liệu thép CT3 xử lý bề mặt Tiến hành uốn cong với góc từ 0o, 30o, 60o, 90o, 120o, 150o, 180o thu kết góc khối lượng mẫu khơng bị giảm đi: Trước phủ sấy khô m1 (gam) 5,5256 ∆ Sau phủ sấy khô m2 (gam) 5,7382 ∆m = 0,2126 Sau phủ uốn cong m3 (gam) 5,7382 ∆m1=0 Từ ta thấy khả bám dính polyme tốt chịu tác động ngoại lực uốn cong Kiểm tra khả cào xước phủ polyme vật liệu thép CT3 xử lý bề mặt Sử dụng phương pháp cào xước trình bày để xác định nhận thấy sau cào xước khơng có chỗ bị bong ra, điều chứng tỏ khả bám dính tốt Kiểm tra khả bám dính chịu tác dụng lực kéo Tiến hành thực nghiệm với bề mặt dính 0,5cm2, sử dụng lực kế kg để thực kéo, khơng bị bật ra, điều khẳng định polyme sử dụng có khả bám dính tốt IV.4.2 Kiểm tra khả chịu nhiệt polyme Lấy mẫu M3 phủ lên mẫu thép xử lý bề mặt, để mẫu khô tự nhiên điều kiện phịng thí nghiệm Tiến hành với mẫu thử: Mẫu 1: Tiến hành sấy 1000C Mẫu 2: Tin hnh sy 1500C Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 53 Mu 3: Tiến hành sấy 2000C Mấu 4: Tiến hành sấy 2500C Tất mẫu sấy tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ xác, sấy 2h Mấu 1, 2, Mẫu Hình Ảnh chụp lớp màng phủ polyme nhiệt độ sấy khác Quan sát bề mặt mẫu phủ (hình 14) ta nhận thấy có thay đổi lớn, toàn bề mặt phủ polyme xuất vết bong, xốp Điều chứng tỏ 250oC nhiệt độ ảnh hưởng tới hệ polyme Sự xuất vết bong giải thích bay nước hóa học bề mặt polyme Quá trình bay nước làm phá hủy cu trỳc polyme Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 54 KT LUẬN Đã nghiên cứu ảnh hưởng lượng nước có dung dịch đến khả tách nhơm từ tro bay nhiệt độ 75oC Nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ thể tích Vthủy lỏng : VH2O = 7:3 cho khả tách nhôm cao cho dù thêm phụ gia khác KOH, KCl, K2HPO4 Đã khảo sát ảnh hưởng anion có hóa trị khác đến việc hình thành polyme khả tách nhơm dung dịch từ tro bay Kết cho thấy, lượng nhôm tách nhiều ta cho thêm đồng thời chất KOH K2HPO4 Đã nghiên cứu khả tạo polyme aluminosilicat phối trộn dung dịch thủy tinh lỏng với tỷ lệ nước khác nhau, kết nhận cho thấy có mẫu K0; K1; K2; M3; N0; N3 có khả tạo polyme Đã khảo sát sốt tính chất polyme tìm đặc trưng liên kết mạch polyme, từ giải thích số tính chất hệ polyme tổng hợp Đã khảo sát khả bám dính polyme cho thấy kết bám dính tốt Đã khảo sát khả chịu nhiệt polyme, kết cho thấy polyme chịu nhiệt độ tương đối cao. Nghiªn cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO La Văn Bình (2000), Khoa học cơng nghệ vật liệu, trường đại học Bách khoa Hà Nội La Văn Bình, La Thế Vinh(2007), “chế tạo biến tính hệ polymer vơ làm chất phủ bảo vệ”, tạp chí khoa học công nghệ (59), tr.19-21 Nguyễn Tinh Dung (2001), hóa học phân tích, nhà xuất giáo dục W K W Lee and J S J van Deventer (2002), “Effects of Anions on the Formation of Aluminosilicate Gel in Geopolymers” Davidovits, J Geopolymers: Inorganic Polymeric New Materials, J Mater Eng 1994, pp 11- 18 František Škvára, Lubomír Kopecký, Lenka Myšková, Vít Šmilauer, Lucie Alberovská, Lenka Vinšová, “Aluminosilicate polymer-geopolymers (influence of temperatures 20 – 1000OC, efflorescences)” James E Mark;Harry R Allcock; Robert West (2004), “Inorganic Polymers, Second Edition” Wisian-Neilson, P.; Allcock, H R.; Wynne, K J (eds.) “Inorganic anD Organometallic Polymers II: Advanced Materials and Intermediates”, ACS Symposium Series 572, Washington, DC, 1994 Valeria F.F Barbosa, Kenneth J.D Mackenzie (2010), “Thermal Behavioun of inorganic geopolymers and composites derived from Sodium polysialate” Materials Research bulletin, p.p 320, 321, 325 10 Bhaskar J Saikia, Gopalakrishnarao Parthasarathy (2010), “Fourier transform infrared Spectrocopic Characterization of Kaolinite from Assam and Meghalaya, Notheastern India”, National Geophysical Research Institute, p.p 208, 209 Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 56 Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat ... Nhà máy nhiệt điện Phả Lại Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 41 Hình 4: Phổ EDS tro bay dựng nghiờn cu Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 42 Bng 3:... tương ng Nghiên cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 27 PHẦN II : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ph©n tÝch thành phần nguyên liệu Nguyên liệu dùng để tổng hợp polyme aluminosilicat. .. tập v nghiên cứu vừa qua Học viên Lương Thái Sơn Nghiªn cứu tổng hợp biến tính polyme vô aluminosilicat 7 Ch−¬ng I: tỉng quan I.1 Giíi thiƯu polyme vô Polyme vô thuộc loại vật liệu hay hợp