Tổng hợp và ứng dụng một số vật liệu khung kim loại hữu cơ bằng phương pháp nhiệt thủy ở nhiệt độ thấp

Mục tiêu

Nội dung

Phương pháp nghiên cứu

Trong đó, I và Io lần lượt là cường độ của chùm ánh sáng tới và chùm ánh sáng truyền qua, ε là hệ số hấp thụ phân tử, còn c và d lần lượt là nồng độ của mẫu và bề rộng của cuvet. Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ tạo hiệu ứng tán xạ đàn hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể, sẽ dẫn đến hiện tượng nhiễu xạ tia X [5]. Kỹ thuật phổ điện tử quang tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy-XPS) sử dụng các photon để ion hóa các nguyên tử bề mặt, đồng thời thu nhận và đo năng lượng các điện tử quang phát bật ra.

Đôi khi các photon năng lượng thấp hơn hoặc cao hơn được sử dụng như photon phát ra từ bia silic và các nguồn cực tím trong phổ điện tử quang cực tím (Ultraviolet Photonelectron Spectroscopy-UPS). Từ chỗ năng lượng tia X là đặc trưng cho hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ điện tử và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tố phát xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như định lượng các nguyên tố có trong mẫu. Phân tích nhiệt là nhóm các phương pháp nghiên cứu tính chất của mẫu đo khi tác dụng nhiệt độ lên mẫu theo một chương trình gia nhiệt với một tốc độ nào đó khi mẫu được đặt trong môi trường nhất định.

Phương pháp DTA (Differental Thermal Analysis): nghiên cứu các quá trình xảy ra đối với vật liệu mà những quá trình đó kèm theo hiệu ứng thu hoặc tỏa nhiệt khi tăng nhiệt độ tuyến tính. Trong luận án này, các phép đo TGA-DTA được đo trên máy phân tích nhiệt vi sai: STA409PC của Netzch, Cộng hòa liên bang Đức, tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN quân sự. Một hình ảnh được tạo thành từ sự tương tác của điện tử đi xuyên qua mẫu đo, hình ảnh này được phóng đại và tập trung lên một thiết bị nhận ảnh như là màn hình huỳnh quang (fluorescent screen) hay lớp phim.

Vào đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết giới hạn độ phân giải của kính hiển vi do dùng ánh sáng khả kiến với bước sóng tương đối lớn (400 - 700 nm) bằng cách dùng chùm điện tử (electron bean). Các loại tín hiệu sinh ra do dòng điện tử quét là điện tử thứ cấp (secondary electrons (SE)), điện tử tán xạ ngược (back-scattered electrons (BSE), tia X đặc trưng (characteristic X ray) v.v. Trong đa số các trường hợp, tín hiệu từ điện tử thứ cấp (secondary electron image) hay SEM cho hình ảnh với độ phân giải cao và bộc lộ ra những chi tiết trên bề mặt có thể lên đến 1 nm.

Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn thông qua thể tích chất bị hấp phụ là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp Brunauer-Emmett-Teller (BET) vào dữ kiện BET để xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm kích thước trung bình của mao quản theo phương pháp BJH (Barrett, Joyner, và Halenda). Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng (tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó.

Thực nghiệm 1. Hóa chất

Phương trình cơ sở của phép đo định lượng các nguyên tố theo phổ hấp thụ nguyên tử: Aλ = a.C.b. Trong đó: a = K.Ka: hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện thực nghiệm để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Sau đó, hỗn hợp trên được cho vào bình teflon đặt trong autoclave gia nhiệt ở 220oC trong 9 giờ.

Quá trình tổng hợp MIL-53(Fe) được tiến hành theo quy trình như sau: hòa tan FeCl3.6H2O trong dimetylformamid (DMF), sau đó cho từ từ axit terephtalic (H2BDC) vào dung dịch trên dưới tác dụng của khuấy tạo thành hỗn hợp trong suốt màu vàng. Sau đó cho hỗn hợp thu được vào bình teflon đặt trong autoclave rồi tiến hành gia nhiệt ở 150oC trong 16 giờ. Lọc hỗn hợp bằng giấy lọc Whatman, sấy sản phẩm ta thu được vật liệu MIL-53(Fe) có màu vàng.

Ảnh hưởng của sự rửa vật liệu trong quá trình tổng hợp MIL-53(Fe) Các mẫu MIL-53(Fe) sau khi tổng hợp được rửa lại bằng nước cất 2 lần. Quá trình tổng hợp MIL-88B được tiến hành theo quy trình: hoà tan FeCl3.6H2O vào dimetylformamid (DMF), sau đó cho từ từ axit terephtalic (H2BDC) vào dung dịch rồi tiếp tục khuấy cho tan thành hỗn hợp trong suốt màu vàng. Sau đó cho hỗn hợp vào bình teflon đặt trong autoclave rồi gia nhiệt ở 150oC trong 12 giờ.

Lọc hỗn hợp bằng giấy lọc Whatman, sấy sản phẩm ta thu được vật liệu MIL-88B có màu vàng. Tiếp tục rửa chất rắn thu được trong bình teflon có chứa etanol 95% trong vòng 22 giờ ở nhiệt độ 100oC. Sấy sản phẩm trong 3 đến 4 giờ thu được vật liệu Fe-Cr-MIL-101 có màu vàng chanh.

Quá trình hấp phụ As5+ trên MIL 53, MIL 88B được tiến hành đồng thời trên 6 bình nón 100 ml đặt song song tương tự giàn jartest. Xây dựng đường chuẩn của dung dịch Asenic và tính nồng độ còn lại sau các khoảng thời gian nhất định. Sau từng khoảng thời gian xác định, lọc tách chất rắn, dung dịch thu được phân tích trên máy quang phổ UV-Vis (LAMBDA 35 UV/Vis) ở bước sóng λ=542 nm.