II. MÔ TẢ GIẢI PHÁP
1. Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến
2.3.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu
2.3.2.1. Tổng hợp vật liệu Mg-Cu-Al/CO3
- Chuẩn bị 100ml dung dịch hỗn hợp A gồmMg(NO3)21,5M; Cu(NO3)2 0,2M; Al(NO3)3 0,3M. Cân chính xác 38,4g Mg(NO3)2.6H2O; 4,84g Cu(NO3)2.3H2O;
11,25g Al(NO3)3.9H2O cho vào bình định mức 100 ml, thêm nước cất đến khoảng nửa bình rồi lắc cho tan hết. Tiếp tục thêm nước cất đến vạch định mức thì thu được hỗn hợp dung dịch có nồng độ cần pha chế.
- Chuẩn bị 100ml dung dịch B gồm NaOH1,65M và Na2CO3 0,5M. Cân chính xác 6,6g NaOH và 5,3g Na2CO3 cho vào bình định mức 100 ml, thêm nước cất vào bình rồi lắc cho tan hết. Tiếp tục thêm nước cất đến vạch định mức thì thu được hỗn hợp dung dịch có nồng độ cần pha chế.
- Cho hỗn hợp dung dịch A vào bình cầu. Nhỏ từ từ dung dịch Bvào dung dịch A vớitốc độ 2-3 ml/phút đồng thời khuấy bằng máy khuấy từ. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng, pH của dung dịch được duy trì khoảng trên 10 bằng cách thêm dung dịch NaOH 2M. Sau khi thêm hết dung dịch B, hệ tiếp tục được khuấy trong khoảng thời gian 4 giờ. Kết tủa tạo thành được gạn rửa với nước cất nhiều lần đến khi pH đạt trung tính. Sản phẩm thu được sau khi ly tâm được sấy khô ở 900C trong 15 giờ (mẫu thu được kí hiệu là HT/CO3), một phần nung ở 2000C (mẫu HT/CO3-200) và 5000C (mẫu HT/CO3-500) trong không khí với thời gian là 8 giờ.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến cấu trúc của vật liệu,quá trình tổng hợp được thực hiện với sự thay đổi các thông số phản ứng chủ yếu nhất là nhiệt độ (nhiệt độ phòng - khoảng 300C, 450C, 650C) và tỉ lệ chất phản ứng ban đầu sao cho tổng số mol kim loại nMg + nCu + nAl=1 mol trong đó luôn cố định 10% mol Cu (bảng 2.1).
Bảng 2.1: Các vật liệu HT/CO3 được tổng hợp với các thông số phản ứng khác nhau Kí hiệu mẫu Nhiệt độ (oC) Tỉ lệ Mg:Cu:Al (% mol) Nồng độ mol Mg(NO3)2, Cu(NO3)2, Al(NO3)3 (theo thứ tự) HT1/CO3 30 75:10:15 1,5 0,2 0,3
HT2/CO3 45 75:10:15 1,5 0,2 0,3 HT3/CO3 65 75:10:15 1,5 0,2 0,3 HT4/CO3 30 60:10:30 1,2 0,2 0,6 HT5/CO3 30 40:10:50 0,8 0,2 1,0 HT6/CO3 30 20:10:70 0,4 0,2 1,4 2.3.2.2. Tổng hợp vật liêu Mg-Al/Cl
- Chuẩn bị dung dịch 1 gồm 200 ml dung dịch MgCl2 0,75M và AlCl3 0,25M: cân chính xác 30,45g MgCl2.6H2O và 12,0725g AlCl3.6H2O cho vào bình định mức 200 ml, thêm nước cất đã bão hòa khí argon rồi lắc cho tan hết, tiếp tục thêm nước cất đến vạch định mức thì thu được các dung dịch có nồng độ cần pha chế.
- Chuẩn bị dung dịch 2 gồm 200 ml dung dịch NaOH 2,35M và NaCl 2M: cân chính xác 18,4g NaOH và 11,688g NaCl cho vào bình định mức 200 ml, thêm nước cất đã bão hòa khí Ar đến nửa bình rồi lắc cho tan hết, tiếp tục thêm nước cất đến vạch định mức thì thu được các dung dịch có nồng độ cần pha chế.
- Nhỏ từ từ dung dịch 1 vào bình cầu 2 cổ có dung tích 1 lít chứa dung dịch 2 với tốc độ 2 – 3 ml/phút, khuấy bằng máy khuấy từ ở 800C, đồng thời sục khí Ar. Hệ tiếp tục được khuấy ở 900C trong khoảng thời gian 10 giờ. Kết tủa tạo thành được gạn rửa với nước cất nhiều lần đến khi pH đạt trung tính. Sản phẩm thu được sau khi ly tâm được sấy khô ở 900C trong 15 giờ (mẫu thu được kí hiệu là HT/Cl), một phần nung ở 2000C (mẫu HT/Cl-200) và 5000C (mẫu HT/Cl-500) trong không khí với thời gian là 8 giờ.
Tương tự như mẫu vật liệu Mg-Cu-Al/CO3, để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến cấu trúc và hình thái của vật liệu, quá trình tổng hợp được thực hiện với sự thay đổi các thông số phản ứng chủ yếu như sau ở bảng 2.2:
Bảng 2.2: Các mẫu HT/Cl được tổng hợp với các thông số phản ứng khác nhau
Kí hiệu mẫu Nhiệt độ (0C) Tỉ lệ mol Mg: Al Nồng độ mol MgCl2, AlCl3
(theo thứ tự) HT1/Cl 30 3 0,75 0,25
HT2/Cl 55 3 0,75 0,25 HT3/Cl 90 3 0,75 0,25 HT4/Cl 90 2 0,75 0,375 HT5/Cl 90 3,5 0,75 0,214 HT6/Cl 90 4 0,75 0,1875 2.3.2.3. Tổng hợp vật liệu Mg-Al/CO3
- Chuẩn bị dung dịch M gồm 100 ml dung dịch Mg(NO3)2 1,2M và Al(NO3)3
0,4M: cân chính xác 30,72g Mg(NO3)2.6H2O và 15g Al(NO3)3.9H2O vào bình định mức 100 ml, thêm nước cất đến khoảng nửa bình rồi lắc cho tan hết, tiếp tục thêm nước cất đến vạch định mức thì thu được dung dịch có nồng độ cần pha chế.
- Cho hỗn hợp dung dịch M vào bình cầu 3 nhánh. Nhỏ từ từ dung dịch B (dung dịch kiềm đã được chuẩn bị ở phần tổng hợp vật liệu Mg-Cu-Al/CO3) vào bình cầu với tốc độ 2–3 ml/phút đồng thời khuấy bằng máy khuấy từ. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Duy trì pH của dung dịch bằng 10 bằng cách thêm từ từ NaOH 2M. Sau khi thêm hết dung dịch B, hệ tiếp tục được khuấy trong khoảng thời gian 4 giờ. Kết tủa tạo thành được gạn rửa với nước cất nhiều lần đến khi pH đạt trung tính. Sản phẩm thu được sau khi ly tâm được sấy khô ở 900C trong 15 giờ (mẫu thu được kí hiệu là HT1) một phần đem nung 5000C trong không khí với thời gian là 8 giờ (mẫu HT1-500).
Quá trình tổng hợp được thực hiện với sự thay đổi tỉ lệ các kim loại trong muối Mg:Al = 2; 3; 4 như ở trong bảng 2.3.
Bảng 2.3: Các mẫu Mg-Al/CO3 với tỉ lệ muối kim loại ban đầu khác nhau
Kí hiệu mẫu
Tỉ lệ mol Mg:Al
Nồng độ mol Mg(NO3)2, Al(NO3)3 (theo thứ tự)
HT1 3:1 1.2 0.4
HT2 2:1 1.2 0.6
HT3 4:1 1.2 0.3