05 Oxalic axit dihydrat
2.4.1. Chế tạo vật liệu
Vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) được chế tạo bằng phương phỏp nổ. Phối liệu ban đầu xuất phỏt từ cỏc muối nitrate kim loại Al(NO3)3.9H2O(Merck), Ca(NO3)2.4H2O(Merck), và cỏc oxit đất hiếm Eu2O3
(Merck), Nd2O3 (Merck), B2O3 (AR), urea ((NH2)2CO) (AR), và HNO3 (AR). Đầu tiờn, Al(NO3)3.9H2O, Ca(NO3)2.4H2O được hũa tan trong nước cất hai lần để tạo thành cỏc dung dịch Al(NO3)3, Ca(NO3)2. Cỏc oxit Eu2O3, Nd2O3 được nitrate húa bằng axit HNO3 để đưa cỏc oxit về dạng dung dịch muối nitrate Eu(NO3)3, Nd(NO3)3. Urea được đưa vào để làm nhiờn liệu cho quỏ trỡnh nổ và cũng đồng thời làm chất khử. B2O3 đúng vai trũ là chất chảy, được đưa vào nhằm mục đớch hạ nhiệt độ núng chảy của vật liệu để cỏc thành phần tạo thành hợp thức dễ dàng hơn.
Theo một số tài liệu nghiờn cứu thỡ việc thờm một lượng chất chảy vào phối liệu để chế tạo vật liệu aluminat là khụng thể thiếu. Chất chảy thường được sử dụng là cỏc hợp chất của cỏc ion B3+, V5+ 4, 35, 71, 90… Đối với vật liệu aluminate kiềm thổ pha tạp cỏc ion đất hiếm thỡ chất chảy B2O3 thường được sử dụng và hàm lượng B2O3 được lựa chọn cho vật liệu này là 5 % khối lượng sản phẩm 4, 62.
Trong cụng nghệ chế tạo vật liệu CAO: Eu2+, Nd3+ bằng phương phỏp nổ, thỡ urea được sử dụng làm nhiờn liệu. Húa trị của chất oxy húa (O) và chất khử (F) trong phản ứng được tớnh toỏn và liệt kờ ở Bảng 2.5.
Thành phần hợp thức của nitrate kim loại và nhiờn liệu được tớnh toỏn dựa trờn phản ứng sau:
(1 - x - y)Ca(NO3)2 + 2Al(NO3)3 + xEu(NO3)3 + yNd(NO3)3+ n(NH2)2CO → CaAl2O4: xEu2+, yNd3+ + sản phẩm phụ
Bảng 2.5. Bảng húa trị của chất khử và chất ụxi húa
Thành phần Húa trị của chất khử và chất oxi húa
Ca(NO3)2 -10
Al(NO3)3 -15
RE(NO3)3 (RE: Eu, Nd) -15
(NH2)2CO +6
Với n là số mol của urea, để phản ứng nổ xảy ra hoàn toàn thỡ tỉ số O/F = 1, lỳc đú n được tớnh theo phương trỡnh:
(1 - x - y)(-10) + 2(-15) + x(-15) + y(-15) + n(+6) = 0 Với tỷ lệ mol Eu2+ là x = 0,01 và Nd3+ là y = 0,005, ta cú: (1 - 0,015)(10-)+ 2(15-) + 0,01(15-) + 0,005(15-) + n(6+) = 0
⇒ n = 6,68 (mol)
Gọi n = nurea /nCAO là tỉ lệ mol urea. Tỉ lệ mol urea tớnh theo lý thuyết là 6,68. Tuy nhiờn, cỏc kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng tỉ lệ mol urea lớn hơn nhiều, tựy thuộc vào quy trỡnh chế tạo và nhiệt độ nổ 86.
Quy trỡnh cụng nghệ chế tạo vật liệu CAO: Eu2+, Nd3+ được mụ tả như sơ đồ ở Hỡnh 2.20.
Đầu tiờn, cỏc dung dịch muối nitrate của phối liệu ban đầu được pha theo tỷ lệ số mol của phản ứng, sao cho cú nồng độ thớch hợp để cỏc muối cú thể dễ dàng trộn đều với nhau, đồng thời tiết kiệm thời gian khuấy gia nhiệt để tạo gel. Chất chảy (B2O3), nhiờn liệu (urea) được đưa vào và khuấy cựng với dung dịch muối nitrate. Toàn bộ hỗn hợp được khuấy gia nhiệt bằng mỏy khuấy từ ở nhiệt độ 70oC cho đến khi tạo thành gel màu trắng đục. Sản phẩm gel được sấy trong 4 giờ ở nhiệt độ 80oC. Gel sau khi sấy bị mất bớt nước và phồng rộp trờn bề mặt. Sản phẩm gel sau khi sấy được nổ ở 580oC trong 5
phỳt. Sản phẩm sau khi nổ cú dạng xốp, màu trắng được nghiền mịn. Cuối cựng, sản phẩm thu được cú dạng bột mịn màu trắng.
Hỡnh 2.20. Quy trỡnh chế tạo vật liệu CAO: Eu2+, Nd3+ bằng phương phỏp nổ
Trong phần này chỳng tụi khảo sỏt sự ảnh hưởng của cỏc điều kiện cụng nghệ trong việc chế tạo vật liệu CAO: Eu2+ (1 % mol), Nd3+ (0,5 % mol) bằng phương phỏp nổ. Cỏc điều kiện này gồm cú: hàm lượng nhiờn liệu (urea), nhiệt độ nổ và hàm lượng chất chảy B2O3. Trong đú: tỷ lệ mol urea được thay đổi cú giỏ trị từ 14 đến 20 lần số mol sản phẩm, nhiệt độ nổ được thay đổi từ 520oC đến 600oC, hàm lượng chất chảy B2O3 được thay đổi từ 2 % đến 5 % khối lượng sản phẩm.