Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu HKUST-1
3.1.6. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sau kết tinh
Nhiệt độ sấy sản phẩm sau khi tổng hợp là yếu tố cĩ ảnh hưởng đến hình thái và cấu trúc của MOFs. Mục tiêu của quá trình sấy là làm bay hơi nước, giải phĩng chất phản ứng lắng đọng và dung mơi bị hấp phụ trên bề mặt (trong và ngồi) của vật liệu nhưng quá trình này cần được thực hiện sao cho khơng ảnh hưởng đến cấu trúc của vật liệu.
Hai mẫu thí nghiệm được tiến hành tổng hợp hồn tồn giống nhau, chỉ khác nhau về quá trình sấy sản phẩm (xem bảng 2.2). Một mẫu sau tổng hợp được rửa bằng nước cất rồi sấy trong khơng khí ở 120 oC trong 6 giờ (HK-H2O+ST). Một mẫu sau tổng hợp được rửa bằng nước cất, rửa tiếp bằng ethanol rồi sấy trong chân khơng ở 120 oC trong 6 giờ (HK-EtOH+SCK). Giản đồ XRD của 2 mẫu này được trình bày trên hình 3.8.
Từ hình 3.8 thấy rằng giản đồ XRD của mẫu HK-H2O+ST chỉ rửa bằng nước và sấy thường cĩ các pic đặc trưng cho vật liệu HKUST-1 với cường độ cao gần bằng mẫu HK- EtOH+SCK được rửa thêm bằng EtOH và sấy chân khơng. Điểm khác biệt chủ yếu là mẫu HK-H2O+ST cĩ đường nền cao hơn cĩ thể cịn ngậm nước và chứa một
phần tạp chất ở dạng vơ định hình. Cĩ thể giải thích là do HKUST-1 cĩ ái lực với nước lớn, khi sấy chân khơng làm giảm sức căng bề mặt của nước, làm giảm năng lượng thốt hơi của nước nên tách nước ra khỏi vật liệu HKUST-1 tốt hơn và bảo vệ cấu trúc vật liệu. Điều này được làm rõ hơn khi kết hợp với kết quả đo hấp phụ và giải hấp phụ N2 thể hiện ở bảng 3.3.
HK-EtOH+SCK HK-H2O+ST
Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu xử lý sau tổng hợp: HK-H2O+ST (a) và HK-
EtOH+SCK (b).
Mẫu HK-H2O+ST cĩ diện tích bề mặt (theo BET và Langmuir), thể tích vi mao quản đều nhỏ hơn nhiều so với mẫu HK-EtOH+SCK. Kết quả này cho thấy mẫu HK- EtOH+SCK cĩ độ xốp rất lớn.
Bảng 3.3. Kết quả đo hấp phụ và giải hấp phụ N2 của các mẫu được xử lý khác nhau sau tổng hợp TT Ký hiệu Diện tích bề mặt riêng SLangmuir, m2/g Diện tích bề mặt riêng SBET, m2/g Diện tích bề mặt ngồi Sext, m2/g Thể tích vi mao quản, cm3/g 1 HK-H2O+ST 1.175 892 38,1 0,396 2 HK-EtOH+ SCK 1.862 1.468 219,0 0,555
Cĩ thể thấy khi rửa tinh thể bằng H2O và EtOH (3 lần) thì các tạp chất vơ định hình hoặc phần cấu trúc chưa bền chắc được loại bỏ sạch hơn và khi sấy chân khơng sẽ giúp ổn định cấu trúc tốt hơn. Đồng thời việc rửa sạch bề mặt mẫu bằng EtOH và sấy chân
khơng cũng giúp cho q trình biến tính chế tạo xúc tác thuận lợi hơn. Vì vậy, các mẫu HKUST-1 tổng hợp xong đều được rửa bằng nước, sau đĩ bằng EtOH (3 lần) rồi sấy chân khơng ở 120 oC trong 6 giờ.
Như vậy, điều kiện rửa và sấy sản phẩm sau kết tinh cĩ ảnh hưởng quan trọng đến cấu trúc của tinh thể HKUST-1. Trong điều kiện thực nghiệm đã tiến hành, mẫu HKUST-1 sau kết tinh được rửa bằng nước, EtOH và sấy chân khơng ở 120 oC trong 6 giờ cho kết quả tốt.