CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. NGUYÊN TẮC TỔNG HỢP
2.2. TIẾN HÀNH TỔNG HỢP
Vật liệu rây phân tử VAPSO, VAPO có thể được tổng hợp qua ba bước :
Nguồn Al + H2O
Môi trường gel đồng nhất dạng lỏng Nguồn P + H2O
Sản phẩm dạng tinh thể có cấu trúc xác định Chất tạo cấu trúc
Sản phẩm xúc tác VAPO
Lọc, rửa, sấy xúc tác Kết tinh trong autoclave
Nung xúc tác
Khuấy trộn đều Nguồn V+ H2O
Quá trình tạo gel :
Tạo gel là giai đoạn quan trọng trong tổng hợp hệ thống mạng tinh thể.
Từ các nguồn nguyên liệu ban đầu với thành phần và tỷ lệ thích hợp được trộn và khuấy đều trong vài giờ cho đến khi tạo được môi trường gel đồng nhất phù hợp với sự phân bố và sắp xếp phân tử lại với nhau .
Quá trình kết tinh thủy nhiệt :
Gel sau khi tạo được trong giai đoạn trước sẽ được đưa vào bình teflon và kết tinh trong autoclave đặt trong tủ sấy đặt ở điều kiện nhiệt độ kết tinh cần thiết. Nhiệt độ này được duy trì trong nhiều giờ và thời gian kết tinh được tính từ khi nhiệt độ tủ sấy đạt đến nhiệt độ kết tinh. Quá trình này nhằm kết tinh thành dạng cấu trúc tinh thể thích hợp.
Rửa, lọc, sấy, nung :
Tinh thể sau khi được kết tinh trong autoclave được lấy ra khỏi tủ sấy, tiến hành lọc và rửa tinh thể nhiều lần bằng nước cất đến môi trường trung tính. Sau đó, tinh thể được sấy ở khoảng nhiệt độ từ 80 – 120oC và nung trong không khí trong vài giờ ở các nhiệt độ khác nhau từ 300 – 600oC. Sản phẩm cuối cùng thu được là tinh thể rắn, kích thước hạt phụ thuộc vào điều kiện kết tinh. Các quá trình sấy và nung có tác dụng nhằm loại bỏ nước và các template có trong tinh thể nhằm thu được tinh thể có cấu trúc chặt chẽ và có độ đồng đều cao.
Để loại bỏ hoàn toàn template còn lại trong mao quản, quá trình nung cần phải nâng nhiệt độ từ từ vì nếu nâng nhiệt quá nhanh sẽ có hiện tượng thoát nước nhanh làm vỡ cấu trúc mạng tinh thể. Tuy nhiên, nhiệt độ nung xúc tác cần xác định có giới hạn vì khi ở nhiệt độ cao trên bề mặt xúc tác VAPSO có hiện tượng chuyển sang màu vàngvà xúc tác VAPO có hiện tượng chuyển sang màu đen, theo chúng tôi là do sự ôxi hóa vanadi thành V2O5 ảnh hưởng đến chất lượng của xúc tác VAPSO, VAPO thu được.
2.2.1. Dụng cụ thí nghiệm:
- Autoclave, teflon - Tủ sấy, lò nung - Máy khuấy từ, máy khuấy cơ - Cân điện tử
- Cốc : 200ml, 500ml - Đĩa đựng xúc tác, chén nung - Buret 20ml, pipet 10ml
- Máy lọc chân không, phễu lọc, giấy lọc, giấy quỳ
Hình 2.3. Autoclave và teflon
Hình 2.4.Tủ sấy & Lò nung
2.2.2.Hóa chất sử dụng
Hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp VAPSO: Nguồn Al : Al2SO4.18H2O; Hydroxit nhôm; Boemit.
Nguồn P : Axit H3PO4 85%(Meck)
Nguồn V : Ôxit V2O5; Muối NH4VO3; Vanadium(III)acetylacetonate Nguồn Si : Trietyl este Silicat
Nguồn chất tạo cấu trúc là các amin hữu cơ như : Bậc 2 : Đietylamin (C2H5)2NH (viết tắt DEA) Bậc 3 : Trietylamin (C2H5)3N (viết tắt TEA)
Trietanolamin (C2H5O)3N (viết tắt TEolA) Hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp VAPO:
Nguồn Al : Al2SO4.18H2O; Hydroxit nhôm; Boemit.
Nguồn P : Axit H3PO4 85%(Meck)
Nguồn V : Ôxit V2O5; Muối NH4VO3; Vanadium(III)acetylacetonate Nguồn Si : Trietyl este Silicat
Nguồn chất tạo cấu trúc là các amin hữu cơ như : Bậc 2: Đietylamin (C2H5)2NH (viết tắt DEA)
Bậc 3: Trietylamin (C2H5)3N(viết tắt TEA), Tripropylamine(TPA) Bậc 4: Tetrapropylamino bromua (C3H7)4NBr (viết tắt TPABr).
2.2.3.Tiến hành tổng hợp VAPSO:
Cân các chất bằng cân phân tích điện tử với khối lượng đã tính cho thành phần khối lượng gel thích hợp. Thành phần gel theo công thức :
(0,75 ÷ 1,75)R: xV2O5 : 0,2SiO2: (1 ÷ 0,5x)Al2O3: 0,9P2O5: (40 ÷ 60)H2O
+ Nước cất được chia làm 3 phần:
- Lấy một phần nước hòa tan nguồn nhôm, khuấy liên tục cho tới khi tan hết được dung dịch A
- Lấy một phần nước hòa tan H3PO4 85% cho từ từ vào dung dịch A khuấy khoảng 20 phút được dung dịch B.
- Cho từ từ dung dịch chứa Si đã hòa tan trong nước vào hỗn hợp B khuấy liên tục khoảng 20 phút tạo dung dịch C.
- Lượng nước còn lại hòa tan muối Vanadi được dung dịch D. Cho từ từ dung dịch D vào C khuấy liên tục hỗn hợp khoảng 30 phút tạo dung dịch E.
- Cho từ từ chất tạo cấu trúc vào hỗn hợp trên với tốc độ khoảng 1ml/phút.
Tiếp tục khuấy đều trong khoảng 6h để hỗn hợp đạt trạng thái gel đồng nhất thì chuyển gel vào bình teflon đặt trong autoclave và đưa vào tủ sấy đặt ở nhiệt độ kết tinh ( nhiệt độ T = 150 – 170oC ). Thời gian kết tinh được tính từ khi nhiệt độ của autoclave đạt đến nhiệt độ kết tinh cần thiết.
Sau khi kết tinh, autoclave được lấy ra khỏi tủ sấy làm nguội bằng nước. Sản phẩm kết tinh được lọc rửa nhiều lần bằng nước cất, sử dụng lọc chân không, tiếp đó sấy tinh thể trong tủ sấy ở nhiệt độ khoảng 100oC trong 6 giờ. Nung sản phẩm ở nhiệt độ khoảng 300 – 600oC trong vài giờ.
2.2.4.Tiến hành tổng hợp VAPO:
Cân các chất bằng cân phân tích điện tử với khối lượng đã tính cho thành phần và khối lượng gel thích hợp. Thành phần gel theo công thức:
(0,5-2)TPA: (1-x)Al2O3 : P2O5 : xV2O5(45 108)H- 2O + Nước cất được chia làm 3 phần:
- Lấy một phần nước hoà tan nguồn nhôm, khuấy liên tục cho tới khi tan hết được dung dịch A
- Lấy một phần nước hoà tan H3PO485% cho từ từ vào dung dịch A khuấy khoảng 20 phút được dung dịch B.
- Lượng nước còn lại hoà tan muối của Vanadi được dung dịch C. Cho từ từ C vào B và khuấy liên tục hỗn hợp khoảng 30 phút
- Cho từ từ chất tạo cấu trúc vào hỗn hợp trên với tốc độ khoảng 1ml/phút.
Tiếp tục khuấy đều trong khoảng 6h để hỗn hợp đạt trạng thái gel đồng nhất thì chuyển gel vào bình teflon đặt trong autoclave và đưa vào tủ sấy đặt ở nhiệt độ kết tinh (nhiệt độ T = 150-1700C). Thời gian kết tinh được tính từ khi nhiệt độ của autoclave đạt đến nhiệt độ kết tinh cần thiết.
Sau khi kết tinh, autoclave được lấy ra khỏi tủ sấy và làm nguội bằng nước. Sản phẩm kết tinh được lọc rửa nhiều lần bằng nước cất, sử dụng lọc chân không, tiếp đó sấy tinh thể trong tủ sấy ở nhiệt độ khoảng 1000C trong 6 giờ. Nung sản phẩm ở nhiệt độ khoảng 300-6000C trong vài giờ .