CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.5. CHẾ TẠO LỚP MẦM TINH THỂ TRÊN ĐẾ MANG XỐP SILICA
Đế mang lúc này đã được phủ 1 lớp keo PMMA nhằm tạo một lớp liên kết giữa mầm tinh thể và đế mang. Tiếp đến, hạt mầm tinh thể zeolite Si-DDR sẽ được phủ lên bề mặt đế mang bằng phương pháp phủ xoa (rubbing) sử dụng găng tay cao su. Đế mang đã được phủ lớp mầm tinh thể Si-DDR sau đó sẽ được đem nung ở nhiệt độ 550oC trong 10h trong lò nung ống với tốc độ gia nhiệt và hạ nhiệt là 1oC/phút để đốt cháy các phần keo hữu cơ. Đế mang chứa mầm tinh thể thành phẩm được lưu trữ trong hộp sạch ở nhiệt độ phòng.
Ép viên 14 MPa
Nung 900oC/45 min
Mài phẳng với giấy nhám mịn Phủ silica kích
thước 100 nm
Phủ silica kích thước 50 nm
Nung 550oC / 8h Vệ sinh bụi
Nung 550oC / 8h Cân 3.0 g
Vệ sinh bụi Bột silica
fume xám
Subtrate silica
Hình 2.4 Quy trình chế tạo lớp mầm tinh thể trên đế mang xốp.
2.6. 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 được tổng hợp bằng phương pháp phản ứng sử dụng gel từ lớp mầm tinh thể ban đầu trên đế mang xốp với hệ gel phản ứng gồm 1-adamantanamine (ADA), Ethylenediamine (EDA), Fumed Silica (SiO2) và nước (DIW) có tỷ lệ tương ứng là: 9 ADA/ 150 EDA/ 100 SiO2/ 4000 DIW. Quy trình thực hiện thí nghiệm tổng hợp được mô tả theo hình 2.5, quy trình chuẩn bị hệ gel được mô tả theo hình 2.6.
Hình 2.5 Quy trình chế tạo màng Si-DDR bằng phương pháp phản ứng có gel.
Hình 2.6 Sơ đồ quy trình chuẩn bị hỗn hợp gel.
Đầu tiên, hỗn hợp ADA và EDA được khuấy khoảng 30 phút. Sau đó, thêm nước deioned vào và khuấy mạnh 600 rpm trong 3 giờ. Tiếp theo, cho từ từ silica fume vào hỗn hợp gel và khuấy ở tốc độ 600 rpm trong 1 giờ. Sau đó đế mang đã phủ mầm tinh thể zeolite Si-DDR được đặt úp mặt chứa tinh thể xuống và nghiên một góc 45o trong lõi Teflon của autoclave và hệ gel phản ứng được chuẩn bị bên trên sẽ được đổ ngập đế mang, tổng thể tích gel khoảng 25-30mL. Cuối cùng phản ứng thủy nhiệt được thực hiện trong lò phản ứng ở nhiệt độ 160oC trong 2 ngày. Sau thời gian phản ứng, autoclave được làm nguội dưới vòi nước. Đế mang xốp có màng mỏng được rửa sạch, để khô ở nhiệt độ phòng, sau đó được sấy qua đêm ở 60oC.
2.7. CHẾ TẠO MÀNG RÂY PHÂN TỬ Si-DDR BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẢN ƯNG KHÔNG GEL
2.7.1 Chuẩn bị dung dịch chất tạo khung có pH 14
Máng rây phân tử Si-DDR chế tạo bằng phương pháp phản ứng không gel được tiến hành bằng phản ứng thủy nhiệt trong môi trường hơi nước, không sử dụng hỗn hợp gel như phương pháp truyền thống. Dung dịch chất tạo khung có pH 14 được chuẩn bị có thành phần gồm 1-adamantanamine
Hệ gel ADA+EDA
Khuấy
Khuấy
Khuấy DIW
Fumed silica
30 phút
30 phút
1 giờ
(ADA), Ethylenediamine (EDA) và nước (DIW) có tỷ lệ tương ứng là: 9 ADA/ 150 EDA/ 4000 DIW. Đầu tiên, ADA được hoà tan trong EDA và khuấy trong 30 phút. Sau đó, DIW được thêm vào hệ và khuấy mạnh qua đêm thu được dung dịch trong suốt đồng nhất.
2.7.2. Chuẩn bị dung dịch chất tạo khung có pH 7.5
Dung dịch chất tạo khung không gel có pH 7.5 được chuẩn bị với thành phần gồm 1-adamantanamine (ADA), Ethylenediamine (EDA) nước (DIW) và Hydrofluoric acid (HF) với tỷ lệ tương ứng là: 9 ADA/ 5 EDA/ 4000 DIW/
10 HF. Đầu tiên, ADA được hoà tan với EDA trong 30 phút. Sau đó, DIW được thêm vào hệ và khuấy đến khi thu được dung dịch đồng nhất. Tiếp theo, HF được cho từng giọt vào hệ dung dịch đang được khuấy mạnh. Hỗn hợp tiếp tục được khuấy đến khi trở nên trong suốt. Việc thay đổi tỷ lệ giữa EDA/
HF sẽ dẫn đến sự thay đổi pH trong dung dịch cụ thể theo bảng 2.1.
Bảng 2.1 Giá trị pH dung dịch theo tỷ lệ mol EDA/HF Tỷ lệ mol EDA/ HF Giá trị pH
2/10 6.5
5/10 7.5
150/60 9
150/0 14
Hình 2.7 Sơ đồ quy trình chuẩn bị dung dịch chất tạo khung.
2.7.3. Chế tạo màng rây phân tử bằng phương pháp phản ứng không gel
Để tiến hành chế tạo màng rây phân tử bằng phương pháp phản ứng không gel, khoảng 0.75mL dung dịch chất tạo khung sau khi được chuẩn bị theo quy trình bên trên được đổ vào đĩa petri. Đế mang chứa mầm tinh thể được tẩm dung dịch chất tạo khung bằng cách sử dụng kẹp gắp và giữ cho bề mặt đế mang có chứa mầm tinh thể tiếp xúc với bề mặt thoáng của dung dịch trong 40 giây. Sau đó đế mang được kéo lên và để ráo trong môi trường khoảng 5 giây. Tiếp theo, đế mang đã tẩm dung dịch chất tạo khung được đặt nằm ngang trong lõi Teflon, bề mặt chứa tinh thể được hướng lên trên. Teflon sau đó được đậy kín và chuyển vào autoclave để phản ứng thuỷ nhiệt. Sau phản ứng, đế mang chứa màng Si-DDR được thu hồi và để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng qua đêm. Màng rây phân tử Si-DDR trên đế mang sau đó được đem nung trong lò nung ống ở 450oC trong 24 giờ với tốc độ gia nhiệt 0.8oC/phút. Màng Si-DDR thành phẩm được lưu trữ trong hộp hút ẩm để tiến hành thí nghiệm phân tách hỗn hợp CO2/CH4.
Dung dịch Chất tạo khung
ADA+EDA
Khuấy
Khuấy
Khuấy DIW
30 phút
30 phút
1 giờ HF (nếu có)
Hình 2.8 Sơ đồ quy trình chế tạo màng Si-DDR bằng phản ứng không gel.