/ZrO2
Các nhà nghiên cứu đã đƣa ra mơ hình cấu trúc của SO42-/ZrO2 chƣa nung có
chứa proton -SO4H và các nhóm hidroxy cầu nối hai ion Zr4+. Sau khi nung, nƣớc bị
mất đi hình thành dạng (2) và (3). Trong cả hai cấu trúc này, các tâm axit Lewis đƣợc hình thành, nhƣng trong cấu trúc (3) thì nhóm -SO4H vẫn tồn tại bên cạnh tâm Lewis với một nhóm S-O-H. Các nhóm -SO4H có tác dụng nhƣ những tâm axit Bronsted vì tạo nên tính axit mạnh. Tác giả cũng chỉ ra rằng, nƣớc có tác dụng nhƣ một bazơ yếu, có thể bị hấp phụ khơng phân ly và độ axit mạnh địi hỏi sự có mặt của axit Lewis hay
còn gọi là qua hiệu ứng cảm ứng, các electron của liên kết O-H bị kéo bởi các ion Zr4+
CHƢƠNG 2 - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1.Quá trình điều chế xúc tác .
2.1.1.Hóa chất và thiết bị cần thiết
2.1.1.1. Hóa chất
Pluronic P123 (EO20PO70EO20)
Muối natri silicat (Na2SiO3)
Dung dịch HCl (36,8%)
Zirconi Silicat (ZrSiO4)
Dung dịch H2SO4 (98%)
Nƣớc cất
2.1.1.2 Thiết bị
Tủ sấy, lò nung, máy khuấy từ, Autoclave, máy hút chân không, phễu lọc Bucner và các dụng cụ thủy tinh khác.
2.1.2.Điều chế xúc tác.
a. Điều chế chất mang SBA-15
Cân 3,456g P123 cho vào 9 ml HCl(36.8%) và 31,41 g H2O. Khuấy bằng
đũa thủy tinh cho tan hết sau đó để yên trong 2h.
Cân 11,84g Na2SiO3 cho vào 38,16 g H2O, khuấy tan hoàn toàn.
Nhỏ từ từ 27,9 ml Na2SiO3 đã chuẩn bị ở trên vào cốc P123.
Khuấy hỗn hợp trong 24h.
Chuyển hỗn hợp vào Autoclave và giữ ở nhiệt độ 100o
C trong 24h.
Lấy hỗn hợp ra khỏi Autoclave và lọc hỗn hợp, rửa bằng nƣớc cất cho đến
khi hết bọt. Chuyển hỗn hợp vào cốc đem sấy ở 60o
C trong 12h.
Nung sản phẩm sấy: tăng nhiệt độ từ 100oC đến 550oC, cứ 30 phút tăng
o
C, đến 550o
b. Tổng hợp x% SO42-
/ZrO2-SBA-15
Khuấy trong 1h hỗn hợp 2g ZrSiO4 và 1g SBA-15 trong x% dung dịch
H2SO4 (0,368M) và cho thêm nƣớc cất vào đến 20mL dung dịch
Chuyển hỗn hợp vào tủ sấy, sấy ở 600
C trong 24h
Nung hỗn hợp ở 5500
C trong 5h
Bảng 2.1 – Tính tốn thể tích dung dịch H2SO4 0,368M sử dụng sunfat hóa
% 8% 10% 15%
(mL) 5,3 6,6 10,0
c. Tổng hợp xúc tác lai Fe/(SO42--ZrO2/SBA-15)
Hòa tan 0,108g Fe2(SO4)3.9H2O bằng khoảng 10 mL nƣớc cất
Chuyển 1g xúc tác 10% SO42-
/ZrO2-SBA-15 đã tổng hợp vào dung dịch Fe2(SO4)3, khuấy liên tục trong 24h
Chuyển hỗn hợp vào tủ sấy, sấy ở 60o
trong 24h
Nung hỗn hợp 550o
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng của xúc tác
2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [5]
Nguyên tắc
Phƣơng pháp xác định cấu trúc tinh thể dựa trên việc xác định cƣờng độ của tia bức xạ bị lệch hƣớng so với phƣơng truyền của tia X do sự phản xạ gây ra khi tia X lan truyền trong tinh thể đƣợc gọi là phƣơng pháp nhiễu xạ tia X.
Chùm tia Rơnghen đi qua tinh thể bị tán xạ bởi các nguyên tử trong tinh thể. Hiện tƣợng này xảy ra trên lớp vỏ điện tử của các nguyên tử trong tinh thể. Các nguyên tử trở thành tâm phát sóng cầu, các sóng này sẽ giao thoa với nhau nếu thỏa mãn một số điều kiện nhất định. Cấu trúc tinh thể sẽ quyết định vị trí hình học cũng nhƣ cƣờng độ của các cực đại giao thoa. Vì vậy, mỗi cấu trúc tinh thể sẽ có một ảnh nhiễu xạ tia X đặc trƣng.
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên tử hay ion đƣợc phân bố một cách tuần hồn trong khơng gian theo một quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể khoảng vài Angstron (cỡ bƣớc sóng tia X). Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong thì mạng tinh thể đóng vai trị nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ trở thành tâm phát ra các tia tán xạ, và nếu chúng thỏa mãn một số điều kiện nhất định sẽ giao thoa với nhau.
Sự giao thoa của sóng điện từ là hiện tƣợng tăng cƣờng biên độ dao động ở những điểm này trong không gian và giảm yếu cƣờng độ dao động ở những điểm khác trong không gian do sự chồng chất của hai hay nhiều sóng kết hợp cùng lan truyền đến các điểm đó.
Phương trình Vulf-Bragg
Chiếu chùm tia X vào tinh thể tạo với mặt phẳng tinh thể một góc θ, khoảng cách giữa các mặt phẳng tinh thể là d. Trên hình 6, tia X đến điểm A và B của hai mặt phẳng tinh thể I và II, sau đó phản xạ, trên các nút ở cùng một mặt phẳng có cùng pha,
cịn trên các nút ở hai mặt phẳng là khác pha. Giả sử quang trình của hai tia 11’ và 22’ chiếu vào hai điểm A và B của hai mặt có hiệu số là CB + DB. Theo định luật giao thoa ánh sáng thì hiệu quang trình phải bằng một số nguyên lần bƣớc sóng λ:
CB + DB = nλ, n là số nguyên
hay 2dsin θ = nλ (phƣơng trình Vulf – Bragg)