cháy gel với chất tạo gel PVA
3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha CeO2-Fe2O3 trƣớc tiên chúng tơi tiến hành đo phân tích nhiệt của mẫu gel sau khi đã đƣợc sấy ở 100oC. Giản đồ phân tích nhiệt vi sai đƣợc ghi trên máy Labsys Evo của hãng Setaramvới điều kiện chạy mẫu trong dịng khí mang là khơng khí, tốc độ gia nhiệt 10K/phút từ nhiệt độ phòng đến 900oC. Kết quả phân tích nhiệt đƣợc thể hiện ở hình sau:
Trên giản đồ phân tích nhiệt cho thấy có pick tỏa nhiệt ở 273oC ứng với sự hụt khối 10,821% đây là lúc PVA bắt đầu cháy. Ở 527,26oC có hiệu ứng nhiệt nhỏ có thể do tinh thể CeO2 bắt đầu hình thành, lúc này sự hụt khối vẫn tiếp tục xảy ra do PVA chƣa cháy hết. Ở 719,25oC có hiệu ứng nhiệt với việc khơng giảm khối lƣợng đây có thể là q trình kết tinh Fe2O3.
Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt chúng tơi tiến hành tổng hợp mẫu gel với điều kiện: tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe là 1/1, pH tạo gel là 2, nhiệt độ tạo gel là 80oC, tỷ lệ mol kim loại/ PVA là 1/3 và tiến hành nung ở các nhiệt độ khác nhau trong 2 giờ. Sau khi nung các mẫu đƣợc tiến hành xác định thành phần pha.
Gel sau khi đƣợc tổng hợp và sấy khô đƣợc tiến hành nung ở các nhiệt độ 450°C, 550°C, 650°C, 750°C. Các mẫu vật liệu thu đƣợc khi nung ở các nhiệt độ nung khác nhau đƣợc tiến hành xác định thành phần pha. kết quả thu đƣợc ở hình 3.2.
CeO2 Fe2O3
Hình 3.2: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu tạo gel với PVA đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau: a)100 oC ;b) 450oC ; c) 550 oC ; d) 650 oC; e) 750 oC
Trên giản đồ XRD hình 3.2 cho thấy nhiệt độ nung ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình hình thành pha ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3. Ở nhiệt độ 100oC vật liệu tồn tại ở dạng vơ định hình, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 450oC tinh thể CeO2 mới bắt đầu hình thành. Đến 550oC tinh thể Fe2O3 mới bắt đầu hình thành.
Hình 3.3: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu tạo gel với PVA đƣợc nung ở nhiệt độ 650oC trong 2 giờ
Cả hai pha tinh thể Fe2O3 và CeO2 đƣợc hình thành rõ rệt khi nâng nhiệt độ nung lên 650oC. Nhiệt độ càng nâng lên cao thì pha Fe2O3 càng rõ nét và tinh thể càng lớn lên. Nhƣ vậy, nhiệt độ nung ảnh hƣởng rất lớn đến q trình hình thành pha ơxít hỗn hợpCeO2-Fe2O3, pha tinh thể CeO2 hình thành trƣớc ở nhiệt độ thấp hơn pha tinh thể Fe2O3. Nhiệt độ nung 650oC là nhiệt độ tốt nhất để thu đƣợc ơxít hỗn hợpCeO2-Fe2O3 với kích thƣớc tinh thể ƣu việt hơn.
3.2.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe đến sự hình thành pha CeO2-Fe2O3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe đến sự hình thành pha ơxít hỗn hợp Ảnh hƣởng của tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe đến sự hình thành pha ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3 đƣợc nghiên cứu. Các mẫu gel với các tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe lần lƣợt là 9/1; 3/1; 1/1; 1/3; 1/9 đƣợc tổng hợp theo qui trình nhƣ trên, sau đó các mẫu
gel đƣợc nung ở nhiệt độ 650oC trong 2 giờ. Kết quả phân tích thành phần pha của các mẫu thể hiện ở hình 3.4.
Hình 3.4: Giản đồ XRD của các mẫu tạo gel với PVA ở các tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe khác nhau:
a) CF19; b) CF13; c) CF11; d) CF31; e) CF91
Giản đồ XRD ở hình 3.4 cho thấy tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe có ảnh hƣởng đến sự hình thành pha ơxít hỗn hợp CeO2-Fe2O3. Nhìn chung ở các tỷ lệ đều hình thành các pha CeO2 và Fe2O3 ở các tỷ lệ mol sắt nhiều hơn pha tinh thể Fe2O3 hình thành rõ rệt hơn và ngƣợc lại tỷ lệ mol xêri nhiều hơn thì pha tinh thể CeO2 rõ nét hơn. Tuy nhiên, tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe ảnh hƣởng đến kích thƣớc tinh thể, ở tỷ lệ Ce/Fe là 1/9 tỷ lệ mol sắt nhiều hơn thì kích thƣớc tinh thể Fe2O3 lớn, của CeO2 nhỏ và ngƣợc lại ở tỷ lệ Ce/Fe là 9/1 tỷ lệ mol xêri nhiều hơn thì kích thƣớc của tinh thể Fe2O3 nhỏ, kích thƣớc của CeO2 lớn. Ở tỷ lệ Ce/Fe là 1/1 kích thƣớc của các tinh thể CeO2 và Fe2O3 tƣơng đối nhỏ và đồng đều.
Hình 3.5: Ảnh FE-SEM của mẫu tạo gel với PVA có tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe là 1/1 đƣợc nung ở nhiệt độ 650oC trong 2 giờ
Trên hình 3.5 cho thấy vật liệu có cấu trúc khoang hốc, kích thƣớc của các hạt khá đồng đều khoảng dƣới 50nm.
BET Surface Area Report
BET Surface Area: 68.9184 ± 0.5010 m²/g Slope: 0.078103 ± 0.000693
Y-Intercept: 0.000292 ± 0.000157
C: 268.418388
VM: 12.755921 cm³/g STP
Correlation Coefficient: 9.997242e-01
Hình 3.6: Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) của mẫutạo gel với PVA có tỷ lệ mol kim loại Ce/Fe là 1/1 đƣợc nung ở nhiệt độ 650oC trong 2 giờ