Trong các phương pháp tổng hợp, phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp phản ứng pha rắn (phương pháp gốm ). Các nguyên liệu đầu được trộn kỹ và nung tại 900-1500oC vài giờ trong các môi trường khí khác nhau. Sau nung tạo ra được các tinh thể vô cơ có chất kích hoạt trong cấu trúc. Để tổng hợp Zn2SiO4:Mn, thường dùng ZnO, SiO2 và MnO hoặc MnCO3 là nguyên liệu đầu và phản ứng được tiến hành ở 1100 -1400oC khoảng 2 4 giờ. Phương pháp phản ứng pha rắn thu được các hạt với hình - dạng không đồng đều, hạt cỡ micron với sự phân bố cỡ hạt rộng. Bảng 1.2 tổng hợp các nghiên cứu tổng hợp Zn2SiO4 bằng phương pháp phản ứng pha rắn.
Bảng 1.2: Tổng hợp Zn2SiO4 bằng phương pháp phản ứng pha rắn
Nhiệt độ
nung, oC Thời gian nung, giờ Pha
tạo thành
Tài liệu tham khảo
1200oC 2 giờ3 giờ SiOα-Zn2/Zn2SiO2SiO4 4 [33] [30] 4 giờ α-Zn2SiO4 [49] 1300oC 4 giờ α-Zn2SiO4 [73] 1350oC 24 giờ α-Zn2SiO4 [56]
Morell Antoinette, Goumard Nathalie [49] đưa ra một phương pháp điều chế kẽm silicat hoạt hoá bởi mangan. hương pháp này đi từ hỗn hợp P ban đầu gồm: ZnO, SiO2 và MnCO3trong môi trường nước, sấy khô hỗn hợp và nung trong môi trường nitơ tại các nhiệt độ khác nhau (1200 – 1400oC) tuỳ thuộc vào hàm lượng mangan.
Để giảm bớt nhiệt độ nung, để mangan không bị oxi hoá, Akos Kiss, Peter Kleinschmit and Giinter Halbritter [15] chỉ ra phương pháp điều chế các nguyên liệu ban đầu gồm: ZnO, SiO2, MnO, TiO2, Cr2O3, Na2O, Al2O3 … Hỗn hợp này nung ở 850 – 1400oC trong không khí 0,5 – 6 giờ.
Cơ chế tạo thành pha của Zn2SiO4:Mn theo phương pháp phản ứng pha rắn được quan tâm đến từ rất lâu. Sự tạo thành pha của Zn2SiO4:Mn và các chất phát quang vô cơ khác sử dụng phương pháp phản ứng pha rắn được tiến hành bằng sự khuếch tán chất rắn của nguyên tử và nhóm nguyên tử trong các nguyên liệu rắn thô mà tốc độ khuếch tán thấp. Nhiều tài liệu đã chỉ ra rằng ZnO và SiO2 đã phản ứng vào khoảng 775oC để tạo ra Zn2SiO4với sự xuất hiện của pic tỏa nhiệt. A. Patra [11 thu được giá trị nhiệt độ để tạo Zn] 2SiO4 tương tự bằng các thí nghiệm phản ứng ở pha rắn khi thay đổi nhiệt độ nung.
Pha Zn2SiO4 bắt đầu hình thành bằng sự phân tán ZnO từ bề mặt của SiO2 theo phương trình phản ứng sau:
E.G.King chỉ ra rằng nhiệt tạo thành của Zn2SiO4 từ ZnO và SiO2 tại 25oC là -6,90 kcal/mol (-28,8 kJ/mol). K. Takagi và Y. Suzuki chỉ ra rằng
ZnO hấp thụ và di chuyển đến bề mặt của SiO2 ở khoảng 650oC. K.Takagi đã tính toán năng lượng hoạt hóa bằng 40,8 kcal/mol và xác nhận sự khuếch tán chất rắn là yếu tố điều khiển tốc độ để tạo thành Zn2SiO4. Do vậy, không thể có trường hợp tạo Zn2SiO4 ở nhiệt độ thấp hơn 770oC nếu cơ chế tạo thành pha dựa trên sự phân tán trong pha rắn [48].
Phương pháp phản ứng pha rắn là một phương pháp truyền thống, được sử dụng rộng rãi. Đây là một phương pháp dễ thực hiện trong điều kiện bình thường, không yêu cầu kỹ thuật cao hay thiết bị hiện đại. Tuy nhiên, phản ứng
xảy ra theo phương pháp này với tốc độ rất chậm, thậm chí ngay cả khi nghiền chất phản ứng thật mịn rồi nung ở nhiệt độ cao. Phương pháp này yêu cầu năng lượng điện và nhiệt lớn, sản phẩm thu được có kết khối, phân bố hạt không đồng đều, kích thước hạt cỡ vài micron [8].