3.1.1. Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến quá trình silan hóa bề mặt sericit sericit
Các phản ứng silan hóa bề mặt chất rắn dựa chủ yếu vào sự xuất hiện của các nhóm hydroxyl trên bề mặt của chúng. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu cấu trúc tinh thể của Bhattacharyya [20] và Peter Herder [24] bề mặt của các phiến sericit là các phần mang điện tích âm được trung hòa bởi ion K+
. Chỉ có một lượng nhóm OH nhất định ở các cạnh bên của phiến sericit hay các nhóm OH trên bề mặt phiến do một số các điện tích âm O-
được trung hòa. Trên cơ sở này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu phản ứng silan hóa bề mặt sericit có và không có quá trình axit hóa dung dịch silan.
Hình 3.1 biểu diễn phổ hồng ngoại của sericit được biến đổi trong dung dịch 1% Silan trong thời gian 4h lần lượt trong hai môi trường có độ pH khác nhau.
Hình 3.1: Phổ FT-IR của khoáng sericit biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS 1% trong ethanol ở môi trường phản ứng (a) sericit ban đầu, (b) môi trường trung tính
và (c) môi trường axit
§ é tru yÒ n qu a ( a .u) Sè sãng (cm-1 )
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng
hydroxyl trong tinh thể ở 3627 cm-1, các liên kết Si-O-Si có vạch phổ đặc trưng trong vùng 1025 cm-1
.
Phổ IR của các mẫu sericit biến đổi bề mặt bằng silan xuất hiện các vạch phổ mới. Các băng sóng hấp thụ ở 3433 cm-1
và 1613 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị và dao động biến dạng của nhóm amin bậc 1 trong phân tử silan. Vạch phổ ở 3038 cm-1 đặc trưng cho nhóm -NH3
+
trong phân tử silan đã được proton hóa (trong môi trường axit).
Nhìn trên phổ đồ ta có thể nhận thấy rõ ràng rằng mẫu sericit biến đổi trong môi trường không được điều chỉnh pH gần như không hấp phụ các phân tử silan trên bề mặt (phổ đồ b), còn với mẫu có được điều chỉnh pH về môi trường axit hấp phụ silan một cách rõ ràng (phổ đồ c). Điều này được giải thích là do trong môi trường axit, các nhóm amin trong phân tử silan được proton hóa trở thành các cation mang điện tích dương sẽ tạo liên kết ion với bề mặt tích điện âm trên bề mặt của sericit theo cơ chế sau:
O- O- OH Si OH O Si OH OH N H3 + N H3 + se ri ci te sur fa ce
Mặt khác, trong dung dịch được điều chỉnh pH, các proton H+
đã có vai trò xúc tác cho quá trình thủy phân các phân tử silan tạo ra các nhóm silanol liên kết hydro với nhau và với các nhóm OH trên các phiến sericit…. Quá trình này đã làm bền vững hơn quá trình biến đổi bề mặt từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình phản ứng biến đổi.
Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng
Hình 3.2: Cơ chế thủy phân của các phân tử silan trong môi trường axit