CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
2.1.1. Hóa chất
Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: Ludox-HS40 (SiO2, 40%, Sigma-Aldrich), Fumed Silica (SiO2 powder, Sigma-Aldrich), 1- adamantanamine (ADA,98%, Alfa Aesar), Ethylendiamine (EDA, 99%, Alfa Aesar), Polymethylmethacrylate (PMMA, M.W 15000, HiMedia), Toluene (99%, Xilong Scientific), Hydrofluoric acid (HF, 40%, GHTECH), bột Silica Fume công nghiệp (Việt Nam), khí CO2 (99.99%), khí CH4 (99.99%), khí He (99.99%).
2.1.2. Thiết bị
Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu gồm: máy ép thủy lực Enerpac, lò nung Carbolite (1800oC), lò nung ống Lindberg (1000oC), tủ ổn định nhiệt Wisd, máy siêu âm cao tần Branson S450, máy ly tâm Hermle Z32HK và các dụng cụ phòng thí nghiệm thông dụng.
2.2. TỔNG HỢP TINH THỂ ZEOLITE Si-DDR KÍCH THƯỚC MICROMET
Từ các kết quả tham khảo các khảo sát trước đây của phòng thí nghiệm, thí nghiệm tổng hợp tinh thể zeolite Si-DDR kích thước micromet được thực hiện bằng phương pháp tổng hợp sơ cấp với hệ gel phản ứng gồm 1- adamantanamine (ADA), Ethylenediamine (EDA), nguồn silica Ludox-HS40 và nước (DIW) có tỷ lệ tương ứng là: 15 ADA/ 135 EDA/ 100 SiO2/ 5000 DIW. Quy trình thực hiện được mô tả theo hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp zeolite Si-DDR kích thước micro.
Tiến hành thí nghiệm: đầu tiên, ADA được hòa tan trong EDA khoảng 30 phút, DIW được thêm vào và hỗn hợp được khuấy mạnh trong 1 giờ. Sau đó, nguồn silic là Ludox-HS40 được cho từ từ từng giọt vào dung dịch, hỗn hợp này tiếp tục được khuấy mạnh trong 3 giờ và được chuyển vào đánh siêu âm cao tần với công suất 450W trong 30 phút. Sau đó hỗn hợp được chuyển vào autoclave và thực hiện phản ứng thủy nhiệt với nhiệt độ từ 170 - 200 oC trong 12 – 48 giờ. Sau thời gian phản ứng, autoclave được làm nguội dưới vòi nước máy. Tinh thể Si-DDR được thu hồi và rửa đến pH trung tính kết hợp phương pháp ly tâm. Sản phẩm sau cùng được sấy khô 60oC qua đêm và được lưu trữ ở dạng bột trong hộp hút ẩm.
30 phút
1 giờ ADA+EDA
Khuấy
Khuấy
Khuấy DIW
Ludox HS40
Siêu âm cao tần 450W
Phản ứng thủy nhiệt 170-200oC
Tinh thể zeolite Si-DDR 3 giờ
30 phút
12-48 giờ
2.3. KIỂM SOÁT HÌNH DẠNG TINH THỂ ZEOLITE Si-DDR BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẦM TINH THỂ
2.3.1. Tổng hợp tinh thể Si-DDR dạng phiến lục giác
Dựa trên các kết quả trước đây của phòng thí nghiệm, tinh thể zeolite Si-DDR dạng phiến lục giác được tổng hợp bằng phương pháp mầm tinh thể.
Hệ gel phản ứng gồm 1-adamantanamine (ADA), Ethylenediamine (EDA), Fumed Silica (SiO2) và nước (DIW) có tỷ lệ là: 9 ADA/ 150 EDA/ 100 SiO2/ 4000 DIW. Mầm tinh thể được thêm vào chiếm 0.3% tổng khối lượng hệ gel.
Quy trình thí nghiệm được mô tả theo hình 2.2.
Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp zeolite Si-DDR bằng phương pháp mầm tinh thể.
30 phút
1 giờ ADA+EDA
Khuấy
Khuấy
Khuấy DIW
Fumed silica
Già hóa
Phản ứng thủy nhiệt 200oC/24 giờ
0.3 wt% mầm Si-DDR lớn
Tinh thể zeolite Si-DDR 30 phút
3 ngày
Tiến hành thí nghiệm: ADA được hòa tan trong EDA khoảng 30 phút.
Sau đó, DIW được thêm vào và hỗn hợp được khuấy mạnh 600 rpm trong 1 giờ. Tiếp theo đó nguồn silic là silica fumed được cho từ từ vào hỗn hợp phản ứng và khuấy mạnh. Sau 30 phút, mầm tinh thể Si-DDR kích thước micro được cho vào hỗn hợp với tỷ lệ là 0.3% khối lượng hệ gel và hỗn hợp này được khuấy già hóa trong 3 ngày. Sau thời gian già hóa, hỗn hợp gel được chuyển vào autoclave có lõi teflon để thực hiện phản ứng thủy nhiệt ở 200oC trong 24 giờ. Sau thời gian phản ứng, autoclave được làm nguội dưới vòi nước máy. Tinh thể Si-DDR dạng lục giác được thu hồi bằng dụng cụ lấy mẫu và rửa đến pH trung tính kết hợp phương pháp ly tâm. Sản phẩm sau cùng được sấy khô 60oC qua đêm và được lưu trữ ở dạng bột trong hộp hút ẩm.
2.3.2. Tổng hợp tinh thể Si-DDR dạng hình thoi
Quy trình thực hiện thí nghiệm tổng hợp tinh thể zeolite Si-DDR dạng hình thoi được tham khảo tiến hành tương tự quy trình mục 2.3.1 chỉ khác là phản ứng thủy nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ 140oC và 160oC trong 3 ngày (hình 2.2).