Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu
Sol‒gel là một trong những phương pháp hiệu quả để chế tạo vật liệu với kích thước tinh thể nhỏ cỡ nanomet. Phương pháp này có ưu điểm là các ion có mặt trong sol được phân li hồn tồn trước khi tạo thành gel, do đó, tinh thể được hình thành từ mức độ nguyên tử. Điều này tạo thuận lợi cho việc pha tạp các nguyên tố kim loại chuyển tiếp với nồng độ rất nhỏ. Ngoài ra, phương pháp này cho phép điều khiển kích thước tinh thể bằng nhiệt độ ủ mẫu, hình thái hạt đồng đều, đơn pha tinh thể. Các mẫu nghiên cứu trong luận án được chế tạo bằng phương pháp sol‒gel tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và Phịng Phân tích chất lượng môi trường, Viện công nghệ môi trường, Viện HLKHCNVN.
a) Tổng hợp vât liệu TiO2 pha tạp Fe, Co, Ni phủ trên hạt silica gel
Dựa vào các nghiên cứu trước đây [12, 15, 17, 117-120] của nhóm nghiên cứu, TiO2 pha tạp Fe, Co, Ni phủ lên SiO2 được chế tạo dựa trên
phương pháp sol-gel theo sơ đồ sau:
Hình 2.1. Quy trình tổng hợp hệ mẫu Ti1-xAxO2/SiO2 (A = Ni, Co, Fe)
Các bước tiến hành cụ thể là:
Bƣớc 1: Ngâm hạt SiO2 trong cồn 30 phút, sau đó rung siêu âm 3 lần mỗi lần
10 phút, loại bỏ cồn, sấy hạt SiO2 sau khi ngâm ở 105oC trong 24 giờ, nung ở 500oC trong 2 giờ.
Bƣớc 2: Cho x(gam) A(NO3)2,3.6H2O vào 50ml Etanol khuấy đều trong 30 phút (ddA).
Bƣớc 3: Cho 30ml TTIP vào 150 ml Etanol và 10 ml ACAC khuấy đều trong
30 phút (ddB).
Bƣớc 4: Đổ từ từ (ddB) vào (ddA) khuấy đều trong 5 giờ. Bƣớc 5: Cho 15gam hạt SiO2 vào sol, ngâm trong 1 giờ.
Bƣớc 6: Sấy hạt SiO2 ở 75o
C trong tủ sấy đến khi khơ.
Bƣớc 7: Xử lí nhiệt trong lị nung:
Nung: tăng nhiệt độ lên 500o
C trong 5giờ, giữ trong 5 giờ
lượng xúc tác trên hạt SiO2.
b) Tổng hợp vât liệu TiO2 phủ trên hạt silica gel
TiO2 phủ lên hạt SiO2 được chế tạo tương tự như quy trình chế tạo vật liệu pha tạp. Trong đó, các bước tiến hành là:
Bƣớc 1: Ngâm hạt SiO2 trong cồn 30 phút, sau đó rung siêu âm 3 lần mỗi lần
10 phút, loại bỏ cồn, sấy hạt SiO2 sau khi ngâm ở 105oC trong 24 giờ, nung ở 500oC trong 2 giờ.
Bƣớc 2: Bỏ qua do không chế tạo mẫu pha tạp.
Bƣớc 3: Cho 30 ml TTIP vào 150 ml Etanol và 10 ml ACAC khuấy đều trong
30 phút (ddB).
Bƣớc 4: Khuấy (ddB) đều trong 5 giờ.
Bƣớc 5: Cho 15 gam hạt SiO2 vào sol, ngâm trong thời gian x phút. Trong đó,
x được thay đổi và khảo sát tính chất của vật liệu được chế tạo để tìm được giá trị thích hợp.
Bƣớc 6: Sấy hạt SiO2 ở 75o
C trong tủ sấy đến khi khơ.
Bƣớc 7: Xử lí nhiệt trong lò nung:
Ủ nhiệt: tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng lên xo
C trong 5 giờ, giữ trong 5 giờ. Trong đó, x được thay đổi và khảo sát tính chất của vật liệu được chế tạo để tìm được giá trị thích hợp.
Bƣớc 8: Loại bỏ vụn và tiếp tục lặp đi lặp lại các bước trên để tăng hàm
lượng xúc tác trên hạt SiO2.
c) Tổng hợp vât liệu TiO2 pha tạp Fe dạng bột
Mẫu bột TiO2 pha tạp Fe được chế tạo theo các bước sau:
Bƣớc 1: Cho x (gam) Fe(NO3)3.6H2O vào 50ml etanol khuấy đều trong 30 phút (ddA).
Bƣớc 2: Cho 30ml TTIP vào 150 ml etanol và 10 ml ACAC khuấy đều trong
30 phút (ddB).
Bƣớc 3: Đổ từ từ (ddB) vào (ddA) khuấy đều trong 5 giờ. Bƣớc 4: Sấy mẫu ở 75o
C trong tủ sấy đến khi khơ.
Bƣớc 5: Xử lí nhiệt trong lị nung:
Nung: tăng nhiệt độ lên 500o
C trong 5 giờ, giữ trong 5 giờ
Ký hiệu của các mẫu TiO2 pha tạp phủ trên hạt silica gel:
% mol
pha tạp 0 1 3 6 9
Sắt TiO2/SiO2 1Fe-
TiO2/SiO2 3Fe- TiO2/SiO2 6Fe- TiO2/SiO2 9Fe- TiO2/SiO2
Côban TiO2/SiO2 1Co-
TiO2/SiO2 3Co- TiO2/SiO2 6Co- TiO2/SiO2 9Co- TiO2/SiO2
Niken TiO2/SiO2 1Ni-
TiO2/SiO2 3Ni- TiO2/SiO2 6Ni- TiO2/SiO2 9Ni- TiO2/SiO2
Hình 2.2. Hạt silica – gel (1), hạt silica – gel phủ TiO2 (2), hạt silica – gel phủ
1Ni-TiO2/SiO2 (3) sau khi nung.