I. Phương pháp tổng hợp rây phân tử
I.2 Tiến hành tổng hợp
Vật liệu rây phân tử TAPO có thể được tổng hợp qua ba bước chính:
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.
Lọc, rửa, 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 80-1200C và nung trong không khí trong vài giờ ở các nhiệt độ khác nhau từ 300-6000C. 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 templat có trong tinh thể nhằm thu được tinh thể có cấu trúc chặt chẽ và độ đồng đều cao.
Để loại bỏ hoàn toàn templat 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
có hiện tượng chuyển sang màu đen, theo chúng tôi là do sự ôxi hóa Titan thành TiO2ảnh hưởng đến chất lượng của xúc tác TAPO thu được.
Hình 2.11a: Loại bỏ templat khi nung
Hóa chất sử dụng trong quá trình:
Nguồn các chất tạo cấu trúc là các amin hữu cơ như:
Bậc 2: Dietylamin (C2H5)2NH (DEA) Bậc 3: Trietylamin (C2H5)3N (TEA)
Trietanolamin (C2H4OH)3N (TEolA)
Dụng cụ thí nghiệm:
- Autoclave, teflon
Nguồn Al: Nguồn P: Nguồn Ti:
+ Al2(SO4)3.18H2O + Boemit AlOOH +Aluminumisopropylat ([(CH3)2CHO]3Al) (Aldrich) + Axit H3PO485% (Merck) + Oxit TiO2
Hình 2.11b: Autoclave và teflon - Tủ sấy, lò nung
Hình 2.11d: 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 - ...
Tiến hành:
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:
(0,5ữ2)TEA: (1-x)Al2O3: P2O5: xTiO2: (45ữ108)H2O + 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.
khoảng 20 phút, được dung dịch B.
- Lượng nước còn lại hoà tan Titan oxit, 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 400-6000C trong vài giờ .
Phần 3 : kết quả và thảo luận
I. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp
Vật liệu TAPO được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào các điều kiện tổng hợp. Những yếu tố như nguồn hóa chất sử dụng (nguồn Al, Ti), chất tạo cấu trúc, điều kiện kết tinh, tỷ lệ thành phần nguyên liệu đầu… ảnh hưởng nhiều đến khả năng thay thế đồng hình kim loại Titan trong mạng tinh thể AlPO4 và chất lượng xúc tác thu được. Do đó, việc khảo sát nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu cho tổng hợp TAPO là rất quan trọng.