Bayerit là tiền chất rất quan trọng quyết định sự tạo thành Eta - oxit nhôm. Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành Bayerit nhằm tạo ra sản phẩm hydroxit nhôm có hàm lượng Bayerit tinh thể cao.
III.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tạo thành Bayerit III.1.1.1. ảnh hưởng pH của môi trường phản ứng
Như đã phân tích ở phần tổng quan, ở các khoảng pH khác nhau hình thành các dạng hydroxit nhôm khác nhau. Do đó pH có ảnh hưởng lớn đến các dạng hydroxit nhôm. Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự tạo thành Bayerit, chúng tôi đã tiến hành làm nhiều thí nghiệm ở các khoảng pH khác nhau, pH= 8-9; 9-10; 10-11; 11-12 ở 50oC.
Qua nhiều thực nghiệm và quan sát phổ nhiễu xạ tia X, ta thấy ở pH=8- 9 thu được hydroxit nhôm dạng Bemit, ở pH=9 10 thu được Bemit có lẫn - Bayerit, ở pH=10 11 thu được Bayerit tinh thể, pH=11 12 thu được Gibbsit.- -
Để điều chế được dạng -Al2O3 có kích thước MQTB, chúng tôi chỉ khảo sát ở pH=8-9, pH=9-10 và pH=10-11 nhằm biết được ở khoảng pH nào thì tạo ra Bayerit có độ tinh khiết cao.
ở pH=8-9, ta có kết quả chụp Rơnghen như sau:
Hình I.1II : Phổ Rơnghen của Bemit ở pH=8 - 9 Nhìn vào hình III.1, ta thấy ứng các pic đặc trưng cho Bemit.
ở pH=9 10, ta có kết quả chụp Rơnghen như sau:-
HUT - PCM - Bruker D8 Advance - 27-06-07 - Mau bayerit
15-0136 (D) - Bayerite, syn - Al(OH)3 - Y: 18.75 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 5.04700 - b 5.04700 - c 4.73000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - 2 - 104.342 -
21-1307 (I) - Bohmite, syn - AlO(OH) - Y: 62.50 % - d x by: 1. - W L: 1.5406 - Orthorhombic - a 3.70000 - b 12.22700 - c 2.86800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Base-centred - Amam (63) - 4 - 129.748 - Operations: Smooth 1.258 | Smooth 1.017 | Smooth 0.150 | Background 0.012,1.000 | Import
HUT-PCM - Bruker D8 Advance - 27/06/07 #Th.Trinh - Mau Baye - File: 27-06-07- Mau Bayerit.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time St
2-Theta - Scale
0 20 30 40 50 60 70
d=6.655 d=4.238 d=3.184 d=2.322 d=1.852 d=1.438
d=1.651
Hình III.2: Phổ Rơnghen của Bemit có lẫn Bayerit ở pH=9 - 10
Nhìn trên hình III.2, ta thấy tại các pic đều có thành phần của Bemit.
Tuy nhiên cường độ pic nhỏ hơn so với cường độ pic của Bemit ở pH=8-9.
Các pic đặc trưng cho Bemit ứng với góc quét từ 0 - 54o. Từ góc quét 19 - 64o bắt đầu xuất hiện Bayerit nhưng sự xuất hiện này chưa rõ nét. Bayerit lẫn nhiều nhất ở 2 pic ứng với góc quét từ 20 - 41o (hình 23). Như vậy ở pH=9-10 đã bắt đầu xuất hiện Bayerit.
ở pH=10 11, ta có kết quả chụp Rơnghen như sau:-
Hình III.3: Phổ Rơnghen của Bayerit ở pH=10 - 11
Tiếp tục nâng pH lên 10 11, ta thấy xuất hiện Bayerit với độ tinh thể - tương đối cao, có nhiều pic nhọn và cường độ pic lớn. Các pic ứng với góc quét từ 26 - 510 thì nhọn, chân pic hẹp, cường độ pic lớn, là các pic đặc trưng nhất cho Bayerit.
Nếu tiếp tục tiến hành với pH=11 12, ta sẽ thu được nhôm hydroxit - dạng Gibbsit là chủ yếu.
Qua khảo sát pH để tạo ra Bayerit với độ tinh khiết cao, ta thấy ở pH=10-11 độ tinh thể của Bayerit cao và trạng thái vô định hình ít.
Qua các số liệu trên, để tạo ra Bayerit thì pH=10 11 là tốt nhất.- III.1.1.2. ảnh hưởng cuả thời gian già hoá
Tiến hành làm thí nghiệm, sau phản ứng ở 500C với pH=10-11, ta tách kết tủa làm 2 mẫu: một mẫu không già hoá (sau khi kết tủa tiến hành lọc rửa luôn), một mẫu tiến hành già hoá trong vòng 4h.
Hình III.4: Phổ Rơnghen của Bayerit không già hoá
Hình III.5: Phổ Rơnghen của Bayerit khi để già hoá 4 giờ
Quan sát kết quả phân tích Rơnghen ở hình III.4 và III.5, ta thấy:
- Mẫu Bayerit không già hoá có các pic không rõ nét, đỉnh pic không nhọn, chân pic rộng.
- Mẫu Bayerit để già hoá 4h có pic rõ nét và nhọn hơn, chân pic hẹp hơn. Điều này chứng tỏ lượng tinh thể tạo ra tốt hơn, độ tinh thể đồng đều hơn.
Như vậy: thời gian già hoá cũng ảnh hưởng tới quá trình kết tinh.
III.1.2. Khảo sát biến đổi của Bayerit theo nhiệt độ
Hình III.6 : Giản đồ TG và DTG của Bayerit
Qua giản đồ TG, ta thấy từ 40 - 126,1590C xảy ra quá trình mất nước vật lý. Tại 126,1590C tốc độ giảm trọng lượng nhẹ do sự chuyển một phần nhỏ Bayerit thành Bemit. Tại 351,28420C xảy ra quá trình mất nước cấu trúc nên trọng lượng bị giảm mạnh, Bayerit chuyển thành -Al2O3. Trong khoảng nhiệt độ từ 500-6000C tốc độ giảm trọng lượng xảy ra chậm.
Theo giản đồ DTG nhận thấy, trong khoảng 40 - 2200C xảy ra hiện tượng mất nước vật lý. Trong khoảng nhiệt độ này, lượng nước mất đi tương đối (-20,271%), đây là nước hấp phụ vật lý. Trong khoảng 220 - 5000C xảy ra quá trình mất nước cấu trúc, giai đoạn này trọng lượng giảm mạnh (- 41,845%), Bayerit chuyển hoá thành -Al2O3. Trong khoảng nhiệt độ này chất HĐBM bắt đầu thoát ra khỏi vật liệu. Trên 5000C trọng lượng hầu như không thay đổi, chứng tỏ chỉ có sự chuyển pha giữa các dạng thù hình của oxit nhôm.
Như vậy, để loại bỏ hết chất HĐBM ra khỏi vật liệu, và thu được vật liệu -Al2O3 có cấu trúc ổn định ta cần nung ở nhiệt độ cao hơn 500oC, khoảng từ 500-6000C. Nếu nung ở nhiệt độ lớn hơn 600oC thì sẽ xảy ra quá trình chuyển pha giữa các dạng oxit nhôm. Việc lựa chọn nhiệt độ nung ở 6000C là thích hợp để tạo ra vật liệu MQTB -Al2O3