2.1 Dụng cụ, thiết bị và hoá chất 2.1.1 Dụng cụ: - Bình cầu hai cổ 500ml. - Pipet 2ml, 5ml, 10ml. - Bình định mức 250ml, 500ml, 1000ml. - Ống đong 100ml. - Bình nhỏ giọt để điều chỉnh tốc độ nhỏ. - Nhiệt kế thuỷ ngân 1000C.
- Chén nung, cốc cân, ống nghiệm.
2.1.2 Thiết bị:
- Cân điện tử có độ chính xác ± 10-4g. - Máy khuấy từ gia nhiệt.
- Bể siêu âm tần số 46kHz, cơng suất 200W. - Lị nung có nhiệt độ nung lớn nhất 10000C. - Máy ly tâm.
- Máy đo pH. - Bộ khuấy cơ. - Tủ sấy.
2.1.3 Hoá chất
- Axit photphoric H3PO4 85% (d = 1,69), loại P (Trung Quốc). - Canxi hiđroxit Ca(OH)2, loại P (Trung Quốc).
- Cồn 960.
2.2 Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột HA
Bột HA được tổng hợp từ Ca(OH)2 và H3PO4 theo phản ứng (1.6). Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng hợp HA bột được trình bày trên hình 2.1.
Quy trình thực nghiệm được trình bày trên hình 2.2. Các thí nghiệm được tiến hành ở qui mơ tạo ra khoảng 10g HA.
Mơ tả thí nghiệm: Hồ tan Ca(OH)2 vào 200ml nước cất trong bình cầu
500ml thu được huyền phù có hàm lượng 39,025g/l. Một bình nhỏ giọt chứa 200ml H3PO4 0,3M được đặt trên bình cầu. Hỗn hợp phản ứng được khuấy và gia nhiệt bằng máy khuấy từ đến nhiệt độ cần nghiên cứu, duy trì tại nhiệt độ đó trong tồn bộ thời gian phản ứng. Nhiệt độ thí nghiệm được đo bằng nhiệt kế thuỷ ngân với sai số �20C. Nhỏ dung dịch axit H3PO4 vào bình phản ứng ở những tốc độ xác định. Sau khi nhỏ hết axit, tiếp tục khuấy hỗn hợp thêm 2 giờ. Sản phẩm thu được ở dạng huyền phù, màu trắng. Để lắng 24h rồi thu sản phẩm bằng cách ly tâm với tốc độ 4400 vòng/phút. Rửa sản phẩm 3 lần bằng nước cất, rửa lần cuối bằng axit H3PO4 10-3M. Lấy sản phẩm ra mặt kính đồng hồ và sấy ở 700C trong 24h.
Một số mẫu sau khi sấy được nung ở 6000C trong 1giờ để xác định sự tồn tại của chất đầu Ca(OH)2 trong sản phẩm HA.
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình thực nghiệm tổng hợp bột HA
2.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Các thí nghiệm được tiến hành ở các nhiệt độ 0, 10, 30, 60 và 900C.
Tốc độ khuấy : 300 – 350 vòng/phút
Tốc độ cấp axit H3PO4 : 1,6ml/phút
Nồng độ dung dịch H3PO4 : 0,3M
Nồng độ huyền phù Ca(OH)2 : 39,025g/l.
Các bước thực nghiệm được tiến hành theo quy trình mơ tả ở 2.2
Sản phẩm HA được đánh giá bằng các phương pháp XRD, FTIR, SEM, TEM.
-43-
Ca(OH)2
H3PO4
H2O
Khuấy và gia nhiệt
Dung dịch huyền phù Kết tủa Già hố Lọc và rửa Sấy khơ H2O
2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ cấp axit
Tốc độ cấp axit H3PO4 của các thí nghiệm được thực hiện như sau:
Thí nghiệm S1: 1,1ml/phút.
Thí nghiệm S2: 1,6ml/phút.
Thí nghiệm S3: 2,2ml/phút.
Thí nghiệm S4: 7ml/phút.
Thí nghiệm S5: Rót nhanh tồn bộ lượng axit vào (tốc độ rất lớn).
Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ 300C. Các thông số khác (tốc độ khuấy, nồng độ, dung mơi) được duy trì như mục 2.3.
Chất lượng HA được đánh giá bằng XRD, FTIR, SEM.
2.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng
Thực hiện ba thí nghiệm sau ở 300C:
Thí nghiệm C1: nồng độ axit H3PO4 0,09M và Ca(OH)2 là 11,7075g/l. Thí nghiệm C2: nồng độ axit H3PO4 0,3M và Ca(OH)2 là 39,025g/l. Thí nghiệm C3: nồng độ axit H3PO4 0,9M và Ca(OH)2 là 117,075g/l. Các thông số khác (tốc độ khuấy, tốc độ cấp axit, dung môi) được duy trì như mục 2.3.
Sử dụng các phương pháp XRD, FTIR, SEM để đánh giá sản phẩm thí nghiệm.
2.6 Khảo sát ảnh hưởng của dung mơi
Các thí nghiệm được tiến hành ở 300C trong các dung môi: nước, hỗn
hợp etanol + nước và etanol (960).
Thí nghiệm D1: Các chất phản ứng được pha trong nước
Thí nghiệm D2: Các chất phản ứng được pha trong hỗn hợp etanol + nước, tỉ lệ 1:1 về thể tích.
Các thơng số (nồng độ, tốc độ khuấy, tốc độ cấp axit) được duy trì như mục 2.3.
Sản phẩm được đánh giá qua XRD, FTIR, SEM.
2.7 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
Tiến hành khảo sát tốc độ khuấy ở ba giá trị: - V1: 100 – 150 vòng/phút
- V2: 300 – 350 vòng/phút - V3: 450 – 500 vịng/phút
Thực hiện các phản ứng ở 300C, các thơng số (nồng độ, tốc độ cấp axit, dung môi) được giữ nguyên như mục 2.3.
Sản phẩm được đánh giá bằng XRD, FTIR, SEM.
2.8 Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng của sóng siêu âm
Bình phản ứng điều chế HA được đặt trong bể siêu âm với tần số 46kHz, công suất 200W. Hỗn hợp phản ứng được khuấy bằng máy khuấy cơ. Nhiệt độ được duy trì ở 300C, các thơng số khác giống mục 2.3.
Mẫu khơng chiếu sóng siêu âm: P1
Mẫu chiếu sóng siêu âm: P2
Sản phẩm được đo XRD, FTIR, SEM, TEM.
2.9 Chuẩn bị mẫu phân tích
Trước khi phân tích, sấy mẫu HA ở 700C, nghiền nhỏ, sấy tiếp ở 1300C trong 24h để khơ hồn tồn, sau đó nghiền mịn. Các mẫu được đo bằng các phương pháp sau: