a. Phương pháp 1
Zeolit A có công thức: K2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O (mẫu ZA1A) Điều chế 20 g sản phẩm zeolit A có công thức như trên.
Từ công thức phân tử của zeolit A và tiến hành tính toán như trên thì ta sẽ tính được thành phần của các nguyên liệu ban đầu và tiến hành quá trình tổng hợp như sau:
Mẫu ZA1A
Tạo dung dịch kali aluminat: tiến hành cân chính xác 11,2 g tinh thể KOH và cho từ từ vào cốc có chứa 100 ml nước cất (Lưu ý: KOH là chất kiềm mạnh nên sẽ tỏa nhiệt rất nhiều khi hòa tan). Tiếp theo ta cân 18,75 g tinh thể Al(NO3)3.9H2O cho vào cốc có chứa 50 ml nước cất, khuấy kĩ cho đến khi tan hoàn toàn. Sau đó ta cho từ từ dung dịch Al(NO3)3 vào dung dịch KOH, vừa cho vừa khuấy liên tục cho
Khoa Hóa Học & CNTP 42 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học
đến lúc tan hết. Có thể gia nhiệt cho quá trình khuấy để tạo dung dịch đồng nhất và tránh tạo dạng kết tủa xốp của nhôm. Sau khi tạo được dung dịch gel kalialuminat thì vẫn tiếp tục khuấy trong khoảng 3-4 h.
Tạo dung dịch kali silicat: cân 11,2 g tinh thể KOH rồi cho vào 100 ml nước cất, khuấy để tạo dung dịch KOH đồng nhất. Cân thêm 7,8 g H2SiO3 cho từ từ vào dung dịch KOH vừa tạo thành. Ta thu được dung dịch kali silicat. Tiếp tục khuấy kĩ dung dịch này trong khoảng 3-4 h.
Tạo gel aluminosilicat: tiến hành cho từ từ dung dịch kalisilicat vào dung dịch kalialuminat, vừa cho vào vừa khuấy liên tục. Ta sẽ thu được dung dịch gel aluminosilicat và vẫn tiếp tục khuấy.
Làm già hóa gel: khuấy liên tục dung dịch gel aluminosilicat ở nhiệt độ phòng trong 72 h.
Giai đoạn kết tinh: ta sẽ cho kết tinh ở điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ khoảng 90o
C. Trong quá trình kết tinh vẫn khuấy liên tục. Để tránh lượng hơi nước thoát ra quá nhiều sẽ làm cô cạn dung dịch thì trong giai đoạn này ta sẽ tiến hành lắp hệ thống sinh hàn để hồi lưu hơi nước. Thời gian kết tinh là 12 h.
Thu sản phẩm: sau khi kết tinh xong ta tiến hành lọc áp suất thấp và rửa bằng nước cất cho đến khi pH = 7-8 thì sẽ thu được sản phẩm.
Giai đoạn ổn định cấu trúc: vì sản phẩm sau khi lọc rửa còn chứa rất nhiều nước và cấu trúc chưa ổn định nên ta sẽ đem sản phẩm đi sấy ở 55o
C trong 12 h rồi sau đó đem đi nung ở 550-600o
C trong 12 h.
Sau khi nung ta thu được sản phẩm zeolit A có màu trắng, dạng bột mịn. Mẫu ZA1B
Công thức phân tử của zeolit là 0,5K2O.0,5Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O
Tương tự như trên ta cũng dựa vào công thức phân tử của zeolit A ở mẫu ZA1A để tính toán khối lượng nguyên liệu ban đầu và tiến hành quá trình tổng hợp ở cùng điều kiện như mẫu ZA1A.
Lưu ý: nguồn Si sử dụng để tạo dung dịch natri silicat ở mẫu ZA1B là tinh thể Na2SiO3.9H2O.
Khoa Hóa Học & CNTP 43 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học
b. Phương pháp 2
Ta tiến hành làm thêm mẫu ZA2A và ZA2B lần lượt có cùng công thức phân tử với các mẫu ZA1A và ZA1B với cùng cách tiến hành thí nghiệm nhưng sẽ thay đổi điều kiện ổn định cấu trúc ở cả 2 mẫu là sấy ở 90o
C trong 12 h và tiến hành nung ở 550-600oC trong 12 h.
c. Phương pháp 3
Tổng hợp zeolit A có công thức phân tử Na12.12(AlO2).12(SiO2).27H2O. Tương tự như ở 2 phương pháp trên thì ta cũng sẽ tính toán được nguồn nguyên liệu ban đầu và tiến hành tổng hợp như sau:
Mẫu ZA3A
Nguồn Al được sử dụng trong mẫu ZA3A là Al2O3.
Tạo dung dịch natri aluminat: cân 20 g tinh thể NaOH cho từ từ vào 20 g nước cất, khuấy để NaOH tan hoàn toàn. Tiếp tục cho 3,992 g Al2O3 vào dung dịch NaOH vừa tạo thành. Lượng Al2O3 tan rất ít trong dung dịch. Ta vẫn tiếp tục khuấy và tiến hành gia nhiệt hỗn hợp lên 100oC trong khoảng 6 h thì ta thấy Al2O3 từ dạng bột mịn chuyển sang dạng kết tủa xốp chứ nó không tan hoàn toàn trong dung dịch NaOH để tạo thành gel NaAlO2 theo lý thuyết như ta vẫn biết.
Tạo dung dịch natri silicat: cân 0,723 g tinh thể NaOH cho vào 80 ml nước cất, khuấy đều để NaOH tan hoàn toàn. Tiếp tục cân 20,7376 g Na2SiO3 cho vào 40 ml dung dịch NaOH vừa tạo thành, khuấy kỹ để Na2SiO3 tan hoàn toàn. Ta thu được dung dịch natri silicat.
Tạo dung dịch Aluminosilicat: cho từ từ dung dịch natri silicat vào dung dịch natri aluminat, vừa cho vừa khuấy liên tục. Tạo được dung dịch aluminosilicat.
Già hóa gel Aluminosilicat: tiếp tục khuấy trong điều kiện thường trong khoảng 72h.
Giai đoạn kết tinh: cho dung dịch aluminosilicat vào bình tam giác đặt lên máy khuấy từ tiếp tục khuấy và gia nhiệt lên 100oC trong 4 h.
Thu sản phẩm: tiến hành lọc và rửa sản phẩm bằng nước cất về pH < 9 là được. Giai đoạn ổn định cấu trúc sản phẩm: sấy sản phẩm sau khi lọc rửa ở 90o
C trong 12h sau đó đem đi nung ở 500-550o
Khoa Hóa Học & CNTP 44 Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học
Thu được sản phẩm zeolit A dạng bột rất mịn và có màu trắng.
Mẫu ZA3B: với cùng công thức phân tử như ở mẫu ZA3A nhưng nguồn Al ta sử dụng trong mẫu này là Al(NO3)3.9H2O.
Tạo dung dịch natri aluminat: cân 29,0594 g Al(NO3)3.9H2O cho vào 20 ml nước cất, khuấy kỹ cho đến khi tạo thành dung dịch đồng nhất. Cân 27,5g NaOH cho vào 30 ml nước cất. Cho từ từ dung dịch Al(NO3)3 vào dung dịch NaOH ta thu được dung dịch natri aluminat dạng gel với nồng độ của NaOH là khoảng 25%.
Các bước tiến hành thí nghiệm còn lại và điều kiện tổng hợp sẽ được tiến hành tương tự như mẫu ZA3A.
Qua quá trình tổng hợp ta thu được các mẫu trình bày trong bảng 2.1: Bảng 2.1. Bảng thống kê các mẫu zeolit đã được tổng hợp
STT Tên mẫu Phương pháp tổng hợp
1 ZA1A Phương pháp 1 2 ZA2B 3 ZA2A Phương pháp 2 4 ZA2B 5 ZA3A Phương pháp 3 6 ZA3B
Sau khi tổng hợp, để biết đó có phải là zeolit hay không thì tôi đã tiến hành mang mẫu đi định danh bằng các phương pháp phân tích hóa lý như: phương pháp nhiễu xạ tia X và hồng ngoại (IR).