3.3. CHẾ TẠO LỚP MẦM TINH THỂ TRÊN ĐẾ MANG
3.3.2. Chế tạo lớp mầm tinh thể Si-DDR trên đế mang
Lớp mầm tinh thể Si-DDR được đưa lên bề mặt của đế mang xốp nhờ vào phương pháp phủ xoa (rubbing) kết hợp lượng keo PMMA 1% trong Toluene để tạo lớp liên kết giữa mầm và bề mặt đế mang. Đế mang sau khi được phủ lớp mầm sẽ được nung ở nhiệt độ 550oC trong 10 giờ và tiến hành phân tích SEM để kiểm tra sự phân bố của các tinh thể và độ dày của lớp mầm này.
Kết quả phân tích ảnh SEM hình 3.5 cho thấy, cả hai lớp mầm tinh thể của hai loại zeolite Si-DDR được chế tạo trên đế mang có sự phân bố đồng đều, các tinh thể tạo thành một lớp mầm tinh thể phủ kín toàn bộ bề mặt đế mang. Trong khi các tinh thể phiến lục giác, mầm tinh thể có xu hướng được sắp xếp thành đơn lớp. Kết quả phân tích XRD của hai lớp mầm tinh thể đều có các đỉnh nhiễu xạ trùng với giản đồ của zeolite Si-DDR chuẩn, cụ thể với lớp mầm hình thoi thì tín hiệu thu được từ mặt phẳng (101) và (202) có cường độ rất cao trong khi đó với lớp mầm tinh thể lục giác thì ngoài các tín hiệu từ mặt phẳng (00k) thì còn có sự xuất hiện của mặt phẳng (002) của pha tinh thể DOH với cùng cường độ. Giản đồ trên phù hợp với giản đồ của tinh thể đã tổng hợp được từ mục 3.2 cho thấy không có sự thay đổi về cấu trúc của tinh thể khi được tổng hợp và sau khi được phủ lên bề mặt đế mang. Hai lớp mầm tinh thể này sẵn sàng được sử dụng để tổng hợp nên màng Si-DDR bằng phản ứng có gel và khảo sát tổng hợp với phản ứng không gel.
a b
Hình 3.5 Kết quả phân tích SEM bề mặt (a-b),mặt cắt (c-d )và giản đồ XRD của hai lớp mầm tinh thể trên đế mang xốp. Mầm Si-DDR hình thoi (a,c,e);
mầm tinh thể lục giác (b,d,f).
3.4. CHẾ TẠO MÀNG RÂY PHÂN TỬ Si-DDR BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG CÓ GEL
Nhằm mục đích nghiên cứu so sánh, màng rây phân tử Si-DDR từ lớp mầm tinh thể của hai loại zeolite Si-DDR được chế tạo bằng phản ứng có gel với tỉ lệ mol hệ gel là 9 ADA/ 150 EDA/ 100 SiO2/ 4000 DIW ở nhiệt độ 160oC trong 2 ngày.
Kết quả phân tích SEM (hình 3.6 a,b) cho thấy bề mặt đế mang có xuất hiện các tinh thể nằm chồng chéo, phân bố đều khắp bề mặt và phát triển vô
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Intensity
2(deg.) (211)
(0012) (003) DOH (002) (006)DOH
Simulated DDR Lớp mầm tinh thể phiến lục giác
(003)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Intensity
2(deg.) (202)
(104)
Simulated DDR Mầm tinh thể Si-DDR hình thoi
(101)
a b
c d
e f
DDR chuẩn DDR chuẩn
định hướng. Giản đồ XRD (e,f) của hai lớp màng zeolite cho thấy các đỉnh nhiễu xa trùng khớp với giản đồ chuẩn nên cấu trúc của các tinh thể trên lớp màng hoàn toàn là vật liệu zeolite Si-DDR. Riêng giản đồ của màng Si-DDR phiến lục giác có sự xuất hiện của đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của DOH là do lớp mầm ban đầu đã là tinh thể Si-DDR không tinh khiết, vì vậy sau quá trình phát triển màng trong gel, các tinh thể này tiếp tục lớn dần, liên kết với nhau và tạo các mầm không tinh khiết mới trên bề mặt của màng. Kết quả phân tích SEM mặt cắt màng cho thấy, màng zeolite đã hình thành liên tục trên đế mang, cỏc tinh thể liờn kết với nhau thành một lớp dày khoảng 1.5 àm đối với màng Si-DDR hỡnh thoi (c) và 5 àm đối với màng Si-DDR phiến lục giỏc (d).
Đối với phản ứng trong gel, vì nguồn silic và lượng chất tạo khung trong hệ dung dịch gel rất nhiều nên dẫn đến sự hình thành mới của các tinh thể trên bề mặt màng, các tinh thể mới này tiếp tục sử dụng các nguyên liệu trong gel và phát triển tự do độc lập lên trên bề mặt tinh thể mầm ban đầu, dẫn đến tình trạng màng phát triển vô hướng. Các mầm tinh thể ban đầu có kích thước nhỏ nhưng sau thời gian phản ứng đã phát triển to dần liên kết với nhau, kết hợp với các mầm tinh thể mới cũng đồng thời khiến cho bề dày màng tăng theo.
Vì vậy, phương pháp tổng hợp bằng phản ứng không gel được đề xuất để có thể kiểm soát được tốc độ phát triển của màng zeolite, hướng đến bề mặt màng mỏng hơn, hạn chế hình thành tinh thể phát triển vô hướng mà không tiêu tốn nhiều nguyên liệu và năng lượng.
Hình 3.6 Kết quả phân tích SEM bề mặt (a-b),mặt cắt (c-d )và giản đồ XRD của hai mẫu màng tinh thể Si-DDR được tổng hợp bằng phương pháp có gel ở
nhiệt độ 160oC trong 48 giờ. Màng Si-DDR hình thoi (a,c,e); màng Si-DDR phiến lục giác (b,d,f).
3.5. CHẾ TẠO MÀNG RÂY PHÂN TỬ Si-DDR TỪ MẦM PHIẾN LỤC GIÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG KHÔNG GEL
Nhận thấy phương pháp chế tạo màng Si-DDR bằng phản ứng có gel cho sản phẩm màng phát triển dày và vô hướng, xuất hiện nhiều tinh thể mới, mặt khác dư lượng hệ gel sau phản ứng gây lãng phí và khó thu hồi màng, nghiên cứu tiến hành khảo sát chế tạo màng Si-DDR bằng phản ứng không gel từ lớp mầm tinh thể lục giác sử dụng dung dịch chất tạo khung hoàn toàn
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Intensity
2 (deg.) (202)
(104)
Simulated DDR Màng Si-DDR hình thoi (101)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Intensity
2 (deg.) (0012)
(002) DOH (006)
Simulated DDR Màng Si-DDR phiến lục giác
a b
c d
e f
DDR chuẩn DDR chuẩn
không chứa các nguồn SiO2 khác. Thay vào đó, nguồn silic sẽ được cung cấp trực tiếp từ đế mang xốp, còn chất tạo khung được đế mang cung cấp sau khi hấp phụ dung dịch chất tạo khung hữu cơ.