3. Phương phỏp phõn tớch cấu trỳc
3.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ nhỏ giọt
Trong giai đoạn tạo gel, sau khi hoà tan nhụm iso propoxit trong dung mụi được dung dịch 1, ta cho dung dịch 2 (gồm xỳc tỏc axit HNO3, H2O, dung mụi) vào dung dịch 1 để thực hiện phản ứng thuỷ phõn và một phần phản ứng ngưng tụ. Tốc độ nhỏ giọt của dung dịch 2 sẽ ảnh hưởng đến cơ chế và tốc độ của cỏc phản ứng thuỷ phõn và ngưng tụ do đú nú sẽ thay đổi bản chất của gel được tạo ra, điều này dẫn đến tớnh chất của nhụm oxit tạo ra cũng sẽ bị thay đổi.
Như đó trỡnh bày trong phần tổng quan, tỉ lệ thủy phõn (k = [H2O]/[M(OR)n] với nhụm isopropoxit n = 3) là thụng số bờn ngoài quan trọng nhất cú ảnh hưởng đến phản ứng thủy phõn và ngưng tụ.
+ Nếu k < 1: Phản ứng ngưng tụ xảy ra chủ yếu theo quỏ trỡnh alcoxolation. Vỡ cú ớt nhúm M-OH để nối cầu nờn sự gel húa hay sự kết tủa khụng thể diễn ra trong trường hợp này.
+ Nếu 1 < k < n =3: Phản ứng ngưng tụ được điều khiển bởi sự trung gian của hai phản ứng cạnh tranh: oxolation & alcoxolation. Gel dạng polime cú thể hỡnh thành.
+ Nếu k > n =3: Khi một lượng dư nước được thờm vào cỏc polime mạng, cỏc hạt gel hay kết tủa cú thể được hỡnh thành.
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của tốc độ nhỏ giọt tới cấu trỳc xốp của nhụm oxit thu được, chỳng tụi thay đổi tốc độ nhỏ giọt và giữ nguyờn cỏc thụng số khỏc, cụ thể như sau:
+ Tốc độ nhỏ giọt: 1ml/phỳt, 2ml/phỳt, 3ml/phỳt, 6ml/phỳt + Tốc độ khuấy: 300v/phỳt
+ Dung mụi: n-propanol
+ Nhiệt độ phản ứng (nhiệt độ đun hồi lưu dung mụi): 100oC
+ Nhiệt độ già hoỏ: 80oC + Thời gian già hoỏ: 3ngày
+ Bay hơi dung mụi bằng phương phỏp sấy thường + Nung xerogel ở chế độ dũng
Kết quả nghiờn cứu được trỡnh bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ nhỏ giọt tới diện tớch bề mặt riờng của nhụm oxit hoạt tớnh
STT Tốc độ nhỏ giọt (ml/phỳt) Diện tớch bề mặt riờng (m2/g)
1 1 342
2 2 306
3 3 289
5 6 235
Từ bảng 3.1 ta thấy rằng khi tăng tốc độ nhỏ giọt thỡ diện tớch bề mặt riờng của
m2/g khi tốc độ nhỏ giọt là 6 ml/phỳt. Điều này cú thể giải thớch là do tốc độ nhỏ giọt đó tỏc động tới nồng độ nước và nồng độ axit tức thời tại điểm tiếp xỳc giữa giọt dung dịch 2 nhỏ xuống dung dịch 1.
+ Khi tốc độ nhỏ giọt lớn thỡ nồng độ nước và nồng độ axit tức thời rất lớn, nồng độ nước quỏ lớn sẽ làm cho tỉ lệ thuỷ phõn k > n=3, kết hợp với nồng độ xỳc tỏc axit quỏ lớn sẽ làm cho tốc độ phản ứng thuỷ phõn xảy ra quỏ nhanh nờn ngoài quỏ trỡnh gel hoỏ cũn xảy ra quỏ trỡnh kết tủa làm giảm chất lượng của gel được tạo ra. Mặt khỏc khi quỏ trỡnh kết tủa xảy ra lượng nước bị tiờu thụ cục bộ cho quỏ trỡnh này sẽ lớn hơn lượng nước bị tiờu thụ cho phản ứng thuỷ phõn tạo gel. Vỡ thế, sẽ xảy ra hiện tượng phõn bố nước khụng đồng dều trong toàn bộ khối phản ứng và trong suốt quỏ trỡnh phản ứng. Vớ dụ, tại những vị trớ tỷ lệ thuỷ phõn k < 1, phản ứng ngưng tụ xảy ra chủ yếu theo quỏ trỡnh alcoxolation. Vỡ cú ớt nhúm M-OH để nối cầu nờn sự gel húa hay sự kết tủa khụng thể diễn ra trong trường hợp này.
+ Khi tốc độ nhỏ giọt giảm xuống, kết hợp với sự khuấy trộn phự hợp dung dịch 2(axit, nước, dung mụi) khi được nhỏ giọt xuống dung dịch 1 sẽ được phõn tỏn đều, trỏnh được hiện tượng chờnh lệch nồng độ nước và axit làm giảm chất lương gel và nhụm oxit tạo ra như đó núi ở trờn. Tỉ lệ thuỷ phõn và nồng độ axit được duy trỡ ở tỉ lệ tối ưu trong toàn dung dịch, gel tạo ra cú cấu trỳc xốp và đồng đều.
Như vậy tốc độ nhỏ giọt thớch hợp nhất trong điều kiện thớ nghiệm là: 1 ml/ phỳt