CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tổng hợp và biến tính nanosilica
Nanosilica được tổng hợp bằng phương pháp thủy phân TEOS trong môi trường kiềm, sau đó biến tính với chất ức chế ăn mòn gốc hữu cơ thông qua quá trình hấp phụ vật lý. Hình thái cấu trúc và kích thước hạt của nanosilica và nanosilica biến tính được xác định bằng quan sát qua kính hiển vi trường điện tử quét (FESEM).
Hình 3.1 trình bày ảnh FESEM của hạt silica tổng hợp bằng phương pháp thủy phân TEOS trong môi trường kiềm.
Hình 3.1. Ảnh FESEM của hạt nanosilica tổng hợp
Quan sát ảnh FESEM cho thấy nanosilica tổng hợp bằng phương pháp thủy phân TEOS trong môi trường kiềm có hình cầu, có sự keo tụ trên bề mặt làm co cụm các hạt, kích thước tương đối đều khoảng 50-100 nm.
Khả năng hấp phụ của nanosilica được xác định qua khảo sát hấp phụ với 1H-Benzotriazole.
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 45 Đường chuẩn của dung dịch 1H-Benzotriazole được xác định bằng cách pha 1H-Benzotriazole ở các nồng độ khác nhau và đo phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS). Xác định biến thiên của chiều cao của pic hấp phụ theo nồng độ có thể xây dựng đường chuẩn. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trên hình 3.2, hình 3.3.
Hình 3.2. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H-Benzotriazole
Hình 3.3. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H-Benzotriazole ở các nồng độ khác nhau
30 mg/l 15 mg/l 12 mg/l 6 mg/l 3 mg/l
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 46 Phổ UV-VIS ở hình 3.2 có hai đỉnh hấp phụ, ở bước sóng khoảng 210 nm và 260 nm. Ta thấy Aλ =260nm > Aλ =215nm, do vậy hệ số hấp phụ đã đạt giá trị cực đại tại λ=260 nm, khi đó kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác tốt nhất. Do đó ta có thể dùng đỉnh hấp phụ ở λ = 260 nm cho việc xác định phương trình đường chuẩn của dung dịch 1H-Benzotriazole.
Từ kết quả thực nghiệm, ta vẽ được đường chuẩn của dung dịch 1H-Benzotriazole. Hình 3.4 trình bày đường chuẩn của dung dịch 1H-Benzotriazole.
y = 0.050x - 0.01 R² = 0.999
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0 10 20 30 40
Nồng độ (mg/l)
Giá trị Abs
Hình 3.4. Đồ thị đường chuẩn của dung dịch 1H-Benzotriazole
Từ đường chuẩn, lượng hấp phụ của HBT trên silica có thể được xác định theo phương pháp UV-VIS.
Bảng 3.1 và hình 3.5 trình bày lượng hấp phụ của HBT trên nanosilica theo thời gian.
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 47 Bảng 3.1. Kết quả đo hấp phụ của nanosilica trong dung dịch
1H-Benzotriazole theo thời gian
Thời gian (phút) 0 15 30 60 180
Abs 0.590 0.578 0.569 0.569 0.569
C (mg/l) 3000 2940 2895 2895 2895
C0 - Ct (mg/l) 0 60 105 105 105
Biến thiên của lượng hấp phụ 1H-Benzotriazole trên nanosilica theo thời gian được trình bày trên hình 3.5.
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200
Thời gian hấp phụ (phút) Lượng bị hấp phụ Co - Ct (mg/l)
Hình 3.5. Biến thiên của lượng hấp phụ 1H-Benzotriazole trên nanosilica theo thời gian
Hình 3.5 cho thấy lượng hấp phụ HBT tăng nhanh theo thời gian, chứng tỏ nanosilica hấp phụ HBT trong dung dịch rất tốt. Ở những khoảng
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 48 thời gian tiếp theo Co – Ct gần như không thay đổi, lúc này lượng hấp phụ đã đạt bão hòa. Đồ thị tuân theo đường đẳng nhiệt Langmuir.
Ngoài ra, nanosilica cũng được hữu cơ hóa bằng phản ứng hóa học với N-(n-butyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane. Hàm lượng chất hữu cơ hấp phụ được xác định bằng phương pháp nhiệt trọng lượng. Hình 3.6 trình bày giản đồ TGA của nanosilica và nanosilica biến tính.
Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của nanosilica ( ― ), nanosilica biến tính silan (–ã–ã) và nanosilica biến tớnh 1H – Benzotriazole (– – – –)
So sánh giản đồ TGA của nanosilica và nanosilica biến tính ta thấy có sự suy giảm khối lượng khác nhau giữa nanosilica và nanosilica biến tính. So sánh các mẫu nanosilica biến tính sự suy giảm khối lượng cũng khác nhau tùy theo chất biến tính.
Đối với mẫu silica chưa biến tính, khi nhiệt độ tăng trên 100oC thì có sự suy giảm khối lượng mạnh, tương ứng với sự mất nước trên bề mặt của
-20 -15 -10 -5 0 5
0 200 400 600 800
Nhiệt độ oC
Tổn hao khối lượng %
Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 49 silica. Sự mất lượng nước trên bề mặt khá cao, khoảng 7,5 %. Tiếp theo còn xuất hiện 1 bậc suy giảm khối lượng ở khoảng nhiệt độ 330 - 550oC, tương ứng với mất nước trong tinh thể nanosilica, lượng nước này không nhiều, khoảng 2 %, đồ thị đoạn này gần như dạng đường thẳng.
Đối với mẫu nanosilica biến tính với HBT, sự mất nước trên bề mặt không nhiều, khoảng 3,5 %, với mẫu nanosilica biến tính silan, hoàn toàn không thấy có nước trên bề mặt, chứng tỏ bề mặt đã được hữu cơ hóa hoàn toàn, trở nên kỵ nước. Tuy nhiên, khác với silica chưa biến tính, các chất silica biến tính đều có sự suy giảm khối lượng mạnh ở khoảng nhiệt độ trên 250oC đến 650oC, do sự phân hủy chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt silica.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy nanosilica đã được tổng hợp bằng phương pháp thủy phân TEOS trong môi trường kiềm với kích thước hạt khoảng 50-100 nm. Các nanosilica này có đặc tính hấp phụ tốt với chất hữu cơ 1H-Benzotriazole. Giản đồ TGA cho thấy rừ sự phõn hủy của phần tử hữu cơ trên bề mặt nanosilica.
3.2. Nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép phủ hợp kim Al-Zn