b. Kết quả FTIR
3.4 Khảo sát ảnh hưởng của dung mô
Thí nghiệm được tiến hành theo mục 2.6.
Giá trị pH của các chất phản ứng phản ứng trong các dung môi khác nhau được xác định bằng thực nghiệm.
Bảng 7: Giá trị pH của các dung dịch chất phản ứng khi pha trong các dung môi
Dung môi Nước
(D1) Hỗn hợp etanol + nước (D2) Etanol (D3) pH của huyền phù Ca(OH)2 12,92 12 11,5 pH của dung dịch H3PO4 1,73 2,12 2,4 -67-
Như vậy, giá trị pH của huyền phù Ca(OH)2 từ 12,92 trong dung môi D1 giảm xuống cịn 11,5 trong dung mơi D3. Ngược lại, giá trị pH của dung dịch H3PO4 từ 1,73 trong dung môi D1 tăng lên 2,4 trong dung môi D3.
Sản phẩm được phân tích bằng giản đồ XRD và phổ IR để đánh giá độ đơn pha, kích thước hạt và độ tinh thể.
a. Kết quả phân tích XRD
Hình 3.13: Giản đồ XRD của bột HA tổng hợp ở dung môi:
Trên các giản đồ XRD của mẫu D1 và D2 chỉ xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng của HA, không thấy sự có mặt của pha lạ. Chứng tỏ sản phẩm HA thu được ở hai thí nghiệm này là đơn pha. Các vạch đặc trưng tách biệt nhau rõ nét và có cường độ mạnh thể hiện độ tinh thể tốt. Độ rộng của các vạch đặc trưng tương đối lớn cho thấy kích thước hạt khá nhỏ. Áp dụng công thức (1.26) và dựa vào giản đồ D1, D2 tính được kích thước trung bình của sản phẩm HA lần lượt là 26,9nm và 32,6nm. Như vậy, dung môi hỗn hợp không
ảnh hưởng đến độ đơn pha của sản phẩm. Có thể giải thích như sau: lượng nước trong dung môi hỗn hợp (D2) đủ để phản ứng tạo HA xảy ra như trong dung môi nước (D1). Tuy nhiên, kích thước hạt trung bình tăng lên trong dung môi D2. Nguyên nhân là do phân tử etanol kém phân cực, hầu như không tham gia vào quá trình phân ly của Ca(OH)2 và quá trình kết tủa tạo HA. Nước vẫn đóng vai trị là mơi trường của phản ứng. Do vậy, nồng độ thực của các chất phản ứng tăng lên. Tương tự như kết quả khảo sát ở mục 3.3, nồng độ chất phản ứng tăng làm cho kích thước tinh thể tăng lên.
Giản đồ D3 cho thấy, sản phẩm thu được khơng đơn pha vì ngồi các vạch đặc trưng của HA, trên giản đồ còn xuất hiện các vạch đặc trưng của CaHPO4 ở các vị trí 2θ = 26,8; 30,4; 32,5 và 35,90 (JCPDS 003-0423) với cường độ khá mạnh. Các pic đặc trưng của HA bị chồng chập và cường độ yếu, chứng tỏ độ tinh thể kém.
Áp dụng công thức (1.27) và dựa vào các giản đồ XRD trên hình 3.13 tính được độ tinh thể của HA tổng hợp trong các dung môi như sau:
Bảng 8: Ảnh hưởng của dung môi đến độ tinh thể của HA
STT Dung môi Độ tinh thể (%)
D1 Nước 47,37
D2 Etanol + nước 48,78
D3 Etanol 14,63
Số liệu trong bảng 8 cho thấy, độ tinh thể ở thí nghiệm D1 và D2 tương
đương nhau ( 47 – 48%), còn ở D3 rất thấp (14,63%). Etanol là dung mơi
kém phân cực hơn nước rất nhiều, do đó làm hạn chế q trình hồ tan và
phân ly của các chất phản ứng thành các ion. Tuy nhiên, vì G của phản ứng (1.6) có giá trị rất âm nên vẫn thu được HA nhưng sự hình thành cấu trúc tinh thể của chúng không thuận lợi do vậy ở D3 độ tinh thể giảm mạnh.
Bản chất của H3PO4 là một axit trung bình, vì thế trong dung mơi etanol sự phân ly ở nấc thứ 3 theo phương trình (1.9) khó khăn hơn. Cân bằng (1.9) chuyển dịch sang trái, nồng độ ion HPO42- tăng lên. Do vậy, cịn có phản ứng kết hợp của các ion Ca2+ và HPO42- tạo thành CaHPO4 theo phương trình sau:
Ca2+ + HPO42- → CaHPO4 (3.2)
Khi đó, sản phẩm thu được trong thí nghiệm D3 ngồi HA cịn có thêm muối CaHPO4.
b. Kết quả chụp SEM
Mẫu được tổng hợp ở D1: Tinh thể chủ yếu tồn tại ở dạng hình que, biên hạt rõ nét. Kích thước hạt khá nhỏ, đường kính khoảng 20 - 30nm, dài 30 - 45nm.
Hình 3.14: Ảnh SEM của bột HA được tổng hợp từ các dung môi:
D1: nước
D2: hỗn hợp nước + etanol D3: etanol
Mẫu được tổng hợp ở D2: Tinh thể vẫn tồn tại ở dạng hình que, biên giữa các hạt thể hiện rõ nét hơn. Kích thước hạt cũng lớn hơn, đường kính 20 - 35nm, dài 40 - 60nm.
Mẫu được tổng hợp ở D3: Tinh thể rất lớn, khơng có hình dạng xác định. Khơng phân biệt được tinh thể HA và tinh thể CaHPO4.
Qua ảnh SEM cũng có thể đánh giá định tính là độ tinh thể của mẫu D1 và D2 cao hơn mẫu D3.