CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN THỦY PHÂN K2TiF6 TRONG
3.2.4. Điều chế nano TiO2 theo phương pháp thủy phân K2TiF6 trong
dung dịch NH3
Trên cơ sở các điều kiện thích hợp đã được nghiên cứu, tiến hành hịa tan K2TiF6 trong nước nóng (80 oC) đến nồng độ bão hịa (60,2240 g/L), sau đó thêm từ từ dung dịch NH3 4 mol/L (với tốc độ thể tích là 1,5 mL/phút) cho đến khi hỗn hợp phản ứng đạt giá trị pH = 9. Kết thúc quá trình thủy phân, sản phẩm Ti(OH)4 được lọc tách, rửa sạch bằng nước cất và sấy khô ở 105 oC trong thời gian 2 giờ và nung ở nhiệt độ 450 oC trong thời gian 3 giờ. Kết quả nghiên cứu đặc trưng hóa lý về thành phần pha của sản phẩm TiO2 được trình bày ở Hình 3.12.
Kết quả từ giản đồ XRD cho thấy, vật liệu TiO2 sau khi nung ở 450 oC chỉ xuất hiện thành phần pha anata duy nhất và cường độ các pic khá mạnh tại các vị trí
2θ lần lượt là 25,26; 37,78; 38,56 ; 48,5 và 53,9 (theo thẻ chuẩn JCPDS 21-1272). Ngoài ra, dựa vào giản đồ XRD và áp dụng công thức Debye Scherrer chúng tơi xác định được kích thước hạt trung bình của vật liệu TiO2 đã điều chế vào khoảng 13 nm.
Hình 3.12. Giản đồ XRD của TiO2 nung ở 450 oC
Kết quả này bước đầu cho thấy, chúng tơi đã điều chế thành cơng TiO2 kích thước nanomét từ quặng inmenit Bình Định theo phương pháp phân giải quặng bằng axit HF. Bên cạnh đó, kết quả cũng chỉ ra rằng, sự hình thành pha anata của TiO2 ở nhiệt độ khá thấp (vào khoảng 450 oC), thấp hơn khá nhiều so với giá trị theo lý thuyết (600 oC) [4].
Sự hình thành pha anata của TiO2 ở nhiệt độ 450 oC còn được minh chứng thông qua kết quả nghiên cứu đặc trưng về liên kết có trong mẫu vật liệu theo phương pháp phổ hồng ngoại. Kết quả đo phổ IR của mẫu vật liệu được trình bày ở
Hình 3.13.
Quan sát phổ IR ở Hình 3.13 chúng tơi nhận thấy, pic tương ứng với số sóng 1635 cm-1 đặc trưng cho dao động của các nhóm -OH trong liên kết Ti-OH. Tuy nhiên, đỉnh phổ này thường bị che lấp bởi các dao động của liên kết trong phân tử nước hấp phụ trên vật liệu nên không được thể hiện rõ ràng. Trong vùng từ 850 cm-1
đến 750 cm-1 xuất hiện các dao động đặc trưng của liên kết Ti – O của pha tinh thể TiO2 dạng anata [52, 97, 118].
Hình 3.13. Phổ IR của TiO2 (a) mẫu nung ở 450 oC, (b) phổ chuẩn
Khi tiến hành đối chiếu với phổ IR chuẩn của TiO2 (CAS No. 13463-67-7), chúng tơi nhận thấy có sự phù hợp khá tốt và từ cũng kết quả đối chiếu này chúng tôi nhận thấy, sản phẩm TiO2 đã điều chế chỉ xuất hiện dao động của các liên kết đặc trưng của pha anata. Kết hợp với kết quả thu được từ giản đồ XRD (Hình 3.12), chúng tơi có thể khẳng định vật liệu TiO2 sau khi nung ở nhiệt độ 450 oC chỉ tồn tại duy nhất cấu trúc tinh thể dạng anata.
Hơn nữa, trên cả giản đồ XRD và phổ IR đều cho thấy, khơng có sự xuất hiện của bất kỳ các pic lạ nào. Và như vậy, bước đầu chúng tơi có thể suy luận rằng sản phẩm TiO2 điều chế theo phương pháp thủy phân K2TiF6 bằng dung dịch NH3 có độ tinh khiết khá cao. Để minh chứng cho suy luận này, chúng tơi tiến hành nung mẫu TiO2 nói trên ở nhiệt độ 800 oC (để tách loại nước liên kết) và xác định thành phần hóa học của mẫu vật liệu theo phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X và phương pháp phân tích hóa học. Kết quả định lượng thành phần hóa học của mẫu vật liệu
Bảng 3.9. Thành phần hóa học của mẫu TiO2 điều chế từ K2TiF6
Phương pháp phân tích
Thành phần (%) EDX TCVN 8911:2012
TiO2 99,50% 97,64
Tạp chất khác 0,5 2,36
Hình 3.14. Phổ EDX của mẫu vật liệu TiO2 điều chế từ K2TiF6
Kết quả từ phổ EDX (Hình 3.14) cho thấy, trên phổ đồ chỉ xuất hiện các pic tương ứng với sự có mặt của nguyên tố oxy và titan với thành phần (% theo khối lượng) tương ứng là 54,06 và 45,44 %. Trong khi đó, theo phương pháp phân tích hóa học (TCVN 8911:2012) cho kết quả về hàm lượng của mẫu TiO2 nung ở 800 oC là 97,64 % và thành phần tạp chất chiếm tỉ lệ 2,36 %. Như vậy, sản phẩm TiO2 đã được điều chế theo phương pháp thủy phân K2TiF6 bằng NH3 có độ tinh khiết khá cao, thành phần tạp chất ít.