Quy trình tổng hợp
Tổng hợp bột huỳnh quang K3AlF6:Mn4+ bằng phương pháp trao đổi ion gồm 2 bước như hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp bột huỳnh quang K3AlF6:Mn4+
Mô tả chi tiết
Dựa vào phương pháp Bode và Bandte để tổng hợp bột K2MnF6. Lấy 2 g KF và 0,1 g KMnO4 cho vào 9 ml dung môi HF và khuấy đều trong 30 phút ở nhiệt độ phòng. Dung dịch tạo thành được làm lạnh trong vòng 48 giờ tại nhiệt độ -30℃. Sau đó, để khử Mn7+ xuống Mn4+ cần nhỏ từ từ H2O2 vào dung dịch đang khuấy đều cho đến khi dung dịch chuyển màu từ tím than sang hồng đậm, đồng thời có xuất hiện bọt khí thì dừng. Quá trình tạo phức [MnF6]2- xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc phần lớn vào khí O2 được tạo thành, vì vậy nhiệt độ tốt nhất để kiểm soát phản ứng này là ≤ -25 ℃ứng với 90 μl H2O2 với tốc độ nhỏ
22
1 giọt/2 phút nhằm thu được lượng kết tủa cực đại (từ thực nghiệm). Kết tủa vàng K2MnF6 tạo thành được rửa 3 lần với axeton và sấy khô tại nhiệt độ 60 ℃ trong 5 giờ.
Hòa tan lần lượt 12 mmol Al(NO3)3 với 55 ml H2O (dung dịch A) và 222 mmol KF với 45 ml H2O (dung dịch B). Cho từ từ dung dịch A vào dung dịch B dưới tác dụng của khuấy từ và khuấy trong 30 phút. Hỗn hợp dung dịch mới được ủ 24 h ở nhiệt độ phòng. Huyền phù tạo thành được rửa nhiều lần với C2H5OH, sau đó sấy ở nhiệt độ 80 ℃ trong 4 giờ. Bột K3AlF6 thu được màu trắng, mịn.
Hòa tan 0,72 mmol K2MnF6 vào 8 ml HF để tạo thành dung dịch màu cam. Cho từ từ 12 mmol K3AlF6 đã được tạo thành vào dung dịch trên để xảy ra quá trình trao đổi ion giữa Al3+ và Mn4+, màu dung dịch chuyển từ cam sang vàng. Nhiệt độ phản ứng được điều chỉnh thích hợp sao cho vừa đủ cung cấp năng lượng cho sự trao đổi ion, vừa không làm bay hơi quá nhiều HF vì pH giảm đột ngột sẽ dập tắt con đường đi vào mạng nền của Mn4+. Dung dịch thu được được sấy ở 50 ℃ trong 90 phút, sau đó là 80 ℃ trong 630 phút để thu được bột K3AlF6:Mn4+.
Phản ứng xảy ra trong quá trình tạo mẫu
2KMnO4 + 2KF + 10HF + 3H2O2→ 2K2MnF6 + 8H2O +3O2↑ (2.4) Al(NO3)3 + 6KF → K3AlF6 + 3KNO3 (2.5) x[MnF6]2- + K3AlF6 → K3Al1-xF6Mnx + x[AlF6]3- (2.6)