intTypePromotion=1

Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình tổng hợp đến tính chất cấu trúc của vật liệu mao dẫn trung bình SBA-15

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
56
lượt xem
3
download

Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình tổng hợp đến tính chất cấu trúc của vật liệu mao dẫn trung bình SBA-15

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này ảnh hưởng của nhiệt độ của quá trình tổng hợp (nhiệt độ làm già) đến tính chất cấu trúc (diện tích bề mặt riêng, kích thước và bề dày thành mao quản cũng như độ xốp) của vật liệu đã được nghiên cứu và thảo luận.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình tổng hợp đến tính chất cấu trúc của vật liệu mao dẫn trung bình SBA-15

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (6A), Tr. 98 - 102, 2007<br /> <br /> <br /> <br /> ¶NH H ëng cña nhiÖt ®é trong qu¸ tr×nh tæng hîp<br /> ®Õn tÝnh chÊt cÊu tróc cña vËt liÖu mao qu¶n<br /> trung b×nh SBA-15<br /> §Õn Tßa so¹n 15-11-2007<br /> §Æng TuyÕt Ph ¬ng1, Ho ng V¨n §øc2<br /> 1<br /> ViÖn Ho¸ häc, ViÖn Khoa häc v( C«ng nghÖ ViÖt Nam<br /> 2<br /> Tr/êng §¹i häc S/ ph¹m- §¹i häc HuÕ<br /> <br /> <br /> summary<br /> SBA-15 silicas synthesized in a temperatute range from 40oC to 100oC are characterized by<br /> difference techniques: XRD, BET and SEM. It revealed that the textural properties of SBA-15 solid<br /> are extremely dependent on the synthesis temperature. At temperature lower than 80oC, the<br /> mesopore size, specific surface area and micropore volume increase with increasing of aging<br /> temperature. At temperature higher than 80oC, the mesopore size continuously increases, but the<br /> wall thickness and micopore volume decrease. It is due to the partial dehydration of PEO chains,<br /> which lead to reduce the interaction between the outer hydrophillic layers of different micelles,<br /> consequently increase mesopore size. On the other hand, the partial dehydration of PEO moiety<br /> decreases the interactions between micelles through PEO chains, with a consequent decrease of<br /> microporosity.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu muèn m kh«ng l m thay ®æi cÊu tróc cña vËt<br /> liÖu [5-7].<br /> V�t li�u mao qu�n trung b×nh SBA-15 ch�a Trong b i b¸o n y ¶nh h"ëng cña nhiÖt ®é<br /> silic (viÕt t¾t l SBA-15) ®"îc biÕt ®Õn nh" l cña qu¸ tr×nh tæng hîp (nhiÖt ®é l m gi ) ®Õn<br /> vËt liÖu míi víi nhiÒu tÝnh n¨ng "u viÖt næi tréi tÝnh chÊt cÊu tróc (diÖn tÝch bÒ mÆt riªng, kÝch<br /> nh" cÊu tróc lôc l¨ng, hÖ thèng mao qu¶n song th"íc v bÒ d y th nh mao qu¶n còng nh" ®é<br /> song rÊt ®ång ®Òu, �ư�ng kÝnh mao qu�n l�n, xèp) cña vËt liÖu ®X ®"îc nghiªn cøu v th¶o<br /> ��c bi�t l th nh mao qu�n d y nªn chóng cã �� luËn.<br /> b�n nhi�t v thñy nhiÖt cao v l vËt liÖu lý<br /> t"ëng cho c¸c lo¹i chÊt xóc t¸c hÊp phô trong II - Thùc nghiÖm<br /> qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ c¸c ph©n tö cã kÝch th"íc<br /> lín trong �i�u ki�n ph¶n øng kh�c nghi�t [1-4]. 1. Tæng hîp v t li u<br /> Trong qu¸ tr×nh tæng hîp cã rÊt nhiÒu yÕu tè ¶nh<br /> h"ëng ®Õn tÝnh chÊt cña SBA-15 nh" : nhiÖt ®é VËt liÖu mao qu¶n trung b×nh (MQTB) SBA-<br /> v thêi gian l m gi , tû lÖ P123/Si, thêi gian 15 ®"îc tæng hîp tõ c¸c nguyªn liÖu sau:<br /> khuÊy, pH cña dung dÞch chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt - ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt P123 (Pluronic)<br /> .... Trong ®ã, nhiÖt ®é l m gi l mét trong EO20PO70EO20<br /> nh÷ng th«ng sè quan träng cã thÓ ®iÒu khiÓn - Nguån silic: Tetraethylorthosilicat - TEOS<br /> ®"îc tÝnh chÊt cÊu tróc cña vËt liÖu theo mong (C2H5O)4Si 98%<br /> 98<br /> - Dung dÞch axit clohydric 4M vËt liÖu SBA-15 ®iÓn h×nh [1]. Nh"ng víi mÉu<br /> Quy tr×nh tæng hîp SBA-15 cã th nh phÇn SBA-15-40 chØ xuÊt hiÖn mét pic trong vïng<br /> gel l 1TEOS : 0,0172P123 : 6,08HCl : n y, chøng tá cÊu tróc lôc l¨ng 2D P6mm cña<br /> 201,83H2O nh" sau: Tr"íc tiªn chÊt ho¹t ®éng vËt liÖu SBA-15 cã ®é trËt tù thÊp [7].<br /> bÒ mÆt (H§BM) P123 ®"îc hßa tan v o dung<br /> dÞch HCl 4M, khuÊy m¹nh trong kho¶ng 1 giê<br /> ®Õn khi t¹o th nh dung dÞch trong suèt (dung<br /> dÞch A). Dung dÞch A cã pH < 1. Nguån silic<br /> (TEOS) ®"îc nhá tõ tõ tõng giät v o dung dÞch<br /> A. Hçn hîp n y tiÕp tôc ®"îc khuÊy m¹nh trong<br /> 2 giê ë 40oC råi ®"îc ®"a v o lä teflon ®Ó l m<br /> gi trong 24 giê ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau 40oC,<br /> 60oC, 80oC v 100oC. Sau ®ã, s¶n phÈm ®"îc röa<br /> b»ng n"íc cÊt ®Õn pH = 7, sÊy kh« ë 100oC v<br /> nung ë 550oC trong 10 giê. S¶n phÈm cuèi cïng<br /> thu ®"îc ë d¹ng bét mÞn, tr¾ng xèp ®"îc ký<br /> hiÖu l SBA-15 - x (x = 40, 60, 80 v 100 - mÉu<br /> ®"îc tæng hîp ë nhiÖt ®é 40oC, 60oC, 80oC v<br /> 100oC, t"¬ng øng).<br /> 2. C¸c ph ¬ng ph¸p ®Æc tr ng<br /> Phæ nhiÔu x¹ R¬nghen (XRD) cña mÉu H×nh 1: Phæ XRD cña c¸c mÉu SBA-15<br /> SBA-15 ®"îc ghi trªn m¸y nhiÔu x¹ R¬nghen<br /> Siemens D 5000 (§øc), èng ph¸t tia ph¶n x¹ H×nh 2A l ®"êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô - khö<br /> CuK�, b"íc sãng � = 1,5406 Å, ®iÖn ¸p 30 KV, hÊp phô N2 cña bèn mÉu SBA-15 trªn. Tõ h×nh<br /> gãc quÐt 2�: 0,5o - 10o, tèc ®é quÐt 0,02o/gi©y. 2A nhËn thÊy r»ng c¸c mÉu SBA-15 ®Òu cã<br /> §"êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô-khö hÊp phô N2 d¹ng trÔ thuéc lo¹i IV ®Æc tr"ng cho cÊu tróc<br /> (BET) nhËn ®"îc trªn thiÕt bÞ Omnisorp-100. mao qu¶n trung b×nh [8]. Trong ®ã, mÉu SBA-<br /> DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng ®"îc tÝnh tõ phÇn tuyÕn 15-40 v SBA-15-60 cã ®"êng hÊp phô - khö<br /> tÝnh trong ph"¬ng tr×nh BET, ®"êng ph©n bè hÊp phô N2 thuéc d¹ng H2 (hai nh¸nh hÊp phô v<br /> kÝch th"íc mao qu¶n ®"îc x¸c ®Þnh tõ nh¸nh khö hÊp phô kh«ng ®èi xøng trong ®ã nh¸nh<br /> khö hÊp phô víi viÖc sö dông c«ng thøc BJH. khö hÊp phô cã ®é dèc lín h¬n so víi nh¸nh hÊp<br /> �nh hi�n vi �i�n t� quét (SEM) �ư�c ch�p trên phô) ®Æc tr"ng cho vËt liÖu MQTB cã hÖ thèng<br /> máy JSM-5300 LV. c¸c mao qu¶n nhá trªn th nh mao qu¶n [9].<br /> Trong khi ®ã, hai mÉu SBA-15-80 v SBA-15-<br /> 100 ®Òu cã ®"êng hÊp phô - khö hÊp phô N2<br /> III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br /> d¹ng H1 (cã hai nh¸nh hÊp phô v khö hÊp phô<br /> ®èi xøng v gÇn nh" song song) ®Æc tr"ng cho<br /> Tõ phæ XRD (h×nh 1) cña c¸c mÉu SBA-15<br /> vËt liÖu MQTB cã cÊu tróc víi ®é trËt tù cao.<br /> ë c¸c nhiÖt ®é l m gi l 40oC, 60oC, 80oC v<br /> 100oC cho thÊy, c¶ bèn mÉu ®Òu cã mét nhiÔu §"êng ph©n bè kÝch th"íc mao qu¶n cña<br /> x¹ (100) víi c"êng ®é cao v s¾c nhän ë gãc 2� c¸c mÉu (h×nh 2B) cho chóng ta biÕt ®"êng kÝnh<br /> < 1o. §©y l vïng ®Æc tr"ng cho vËt liÖu cã kÝch mao qu¶n cña c¸c mÉu SBA-15-40, SBA-15-60,<br /> th"íc mao qu¶n trung b×nh. Bªn c¹nh ®ã phæ SBA-15-80 v SBA-15-100 lÇn l"ît l 60Å,<br /> XRD cña c¸c mÉu kÕt tinh ë 60oC, 80oC v 64Å, 82Å v 95Å. TÝnh chÊt cÊu tróc cña c¸c<br /> 100oC cßn xuÊt hiÖn 2 pic øng víi c¸c mÆt ph¶n mÉu SBA-15 tæng hîp ë c¸c nhiÖt ®é l m gi<br /> x¹ (110) v (200) ®Æc tr"ng cho cÊu tróc lôc trong kho¶ng 40 - 100oC ®"îc thÓ hiÖn trong<br /> l¨ng 2 chiÒu d¹ng P6mm víi ®é trËt tù cao cña b¶ng 1.<br /> <br /> <br /> <br /> 99<br /> dV/dD, cm3/g.Å<br /> `<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 2: §"êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô - khö hÊp phô N2 (A) v ®"êng ph©n bè kÝch th"íc mao qu¶n (B)<br /> cña c¸c mÉu SBA-15<br /> <br /> B¶ng 1: TÝnh chÊt cÊu tróc cña vËt liÖu SBA-15 tæng hîp ë c¸c nhiÖt ®é l m gi kh¸c nhau<br /> NhiÖt d100, SBET, Smes, Smic, a0, Dmes, W, Vt, Vmic,<br /> MÉu ®é l m<br /> gi , oC Å m2/g m2/g m2/g Å Å Å cm3/g cm3/g<br /> SBA-15 - 40 40 82 488 299 189 95 60 35 0,579 0,1<br /> SBA-15 - 60 60 89 589 398 191 104 64 39 0,654 0,11<br /> SBA-15 - 80 80 105 665 422 243 120 82 40 0,898 0,19<br /> SBA-15 -100 100 107 649 481 168 124 95 29 0,912 0,08<br /> Trong ®ã: SBET l tæng diÖn tÝch bÒ riªng; Smic v Smes l diÖn tÝch bÒ mÆt mao qu¶n nhá v trung b×nh, t"¬ng<br /> øng; a0 l Th«ng sè « m¹ng Dmes l ®"êng kÝnh mao qu¶n trung b×nh; W l bÒ d y th nh mao qu¶n; Vt v Vmic<br /> l thÓ tÝch tæng mao qu¶n v mao qu¶n nhá, t"¬ng øng.<br /> <br /> Th«ng sè m¹ng a0 v ®é d y th nh mao ®X biÕt trong ph©n tö P123 chøa nhãm PEO<br /> qu¶n W ®"îc tÝnh theo c«ng thøc [6, 7]: (polyetylen oxit) "u n"íc v PPO (polypropylen<br /> oxit) kþ n"íc. Trong m«i tr"êng n"íc cña qu¸<br /> a0 = 2 d100 W = a0 - Dme tr×nh tæng hîp SBA-15, P123 t¹o th nh c¸c<br /> 3 mixen, trong ®ã ®Çu PEO t"¬ng t¸c víi n"íc<br /> Sè liÖu trong b¶ng 1 cho thÊy khi nhiÖt ®é h"íng ra ngo i t¹o th nh vá hydrat cña mixen,<br /> tæng hîp t¨ng tõ 40oC ®Õn 80oC, th× ®"êng kÝnh cßn ®u«i PPO h"íng v o trong t¹o th nh lâi cña<br /> mao qu¶n trung b×nh Dmes, v tæng thÓ tÝch mao mixen. Sau khi thªm nguån silic v o dung dÞch,<br /> qu¶n Wt t¨ng, kÐo theo sù t¨ng chiÒu d y th nh c¸c phÇn tö chøa silic t"¬ng t¸c víi nhãm PEO,<br /> mao qu¶n W v diÖn tÝch bÒ mÆt SBET. TiÕp tôc h×nh th nh nªn líp m ng silicat bao quanh<br /> t¨ng nhiÖt ®é ®Õn 100oC, mét bøc tranh ho n mixen. Qu¸ tr×nh polyme hãa ng"ng tô silicat<br /> to n kh¸c: mÆc dï ®"êng kÝnh mao qu¶n trung t¹o nªn th nh t"êng mao qu¶n trung b×nh. ChÝnh<br /> b×nh Dmes v tæng thÓ tÝch mao qu¶n Wt t¨ng, chuçi PEO ®ãng vai trß nh" l chÊt khung nÒn<br /> nh"ng chiÒu d y th nh mao qu¶n W diÖn tÝch bÒ t¹o ra hÖ thèng mao qu¶n nhá trªn th nh t"êng<br /> mÆt SBET l¹i gi¶m. §iÒu n y ®"îc gi¶i thÝch bëi qu¶n trung b×nh. PhÇn lâi mixen t¹o th nh mao<br /> b¶n chÊt cña chÊt H§BM kh«ng ion P123. Nh" qu¶n trung b×nh s¬ cÊp sau khi lo¹i bá ®u«i<br /> 100<br /> PPO. Khi nhiÖt ®é tæng hîp t¨ng tõ 40oC ®Õn kÝch th"íc mao qu¶n trung b×nh s¬ cÊp còng<br /> 80oC, chuçi PEO bÞ kÐo d i ra xen kÏ v o líp vá t¨ng m¹nh tõ 60 ®Õn 82 Å. Do ®ã kÐo theo sù<br /> silicat cña mixen, l m t¨ng chiÒu d y t"êng t¨ng cña tæng diÖn tÝch bÒ mÆt SBET tõ 488 m2/g<br /> th nh tõ 35 ®Õn 40Å còng nh" ®é xèp cña mao ®Õn 665 m2/g v tæng ®é xèp Wt tõ 0,579 ®Õn<br /> qu¶n nhá Wmic tõ 0,1 ®Õn 0,19 cm3/g, ®ång thêi 0,898 cm3/g.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 3: �nh SEM cña c¸c mÉu SBA-15 ®"îc tæng hîp ë nhiÖt ®é l m gi :<br /> (A) 40oC, (B) 60oC, (C) 80oC v (D) 100oC<br /> <br /> Khi nhiÖt ®é tæng hîp ë 100oC, chuçi PEO Galavneau v céng sù [6, 7], khi nhiÖt ®é t¨ng<br /> bÞ ®Ò hydrat ho¸ l m gi¶m t"¬ng t¸c gi÷a PEO ®Õn 100oC, kÝch th"íc c¸c mao qu¶n nhá còng<br /> víi silicat, líp vá silicat bÞ nÐn l¹i, dÉn ®Õn sù t¨ng lªn v chuyÓn th nh mao qu¶n trung b×nh<br /> gi¶m m¹nh chiÒu d y t"êng th nh tõ 40Å ®Õn thø cÊp tån t¹i trªn th nh mao qu¶n trung b×nh<br /> 29Å v thÓ tÝch mao qu¶n nhá Vmic tõ 0,19 s¬ cÊp, ®ång thêi h×nh th nh hÖ mao qu¶n cÇu<br /> cm3/g ®Õn 0,08 cm3/g, nh"ng l¹i l m t¨ng kÝch nèi gi÷a c¸c mixen.<br /> th"íc mao qu¶n trung b×nh Dmes tõ 82 Å ®Õn 95 Sù t¹o th nh hÖ thèng mao qu¶n míi n y<br /> Å. V× vËy diÖn tÝch bÒ mÆt tæng SBET bÞ gi¶m tõ cïng l m t¨ng tæng thÓ tÝch mao qu¶n trong<br /> 665 m2/g ®Õn 649 m2/g, chñ yÕu l do diÖn tÝch SBA-15 tõ 0,898 cm3/g ®Õn 0,912 cm3/g. Nh"<br /> bÒ mÆt cña mao qu¶n nhá Smic gi¶m tõ 189 m2/g vËy cã thÓ thÊy r»ng, nhiÖt ®é tæng hîp l mét<br /> ®Õn 168 m2/g. KÕt qu¶ n y cïng trïng hîp víi th«ng sè ch×a kho¸ cã thÓ ®iÒu chØnh ®"îc tÝnh<br /> sè liÖu ®X ®"îc c«ng bè [5 - 7]. H¬n n÷a, theo chÊt cÊu tróc cña vËt liÖu SBA-15.<br /> <br /> 101<br /> �nh SEM (h×nh 3) cña c¸c mÉu SBA-15 2. Dongyuan Zhao, Qisheng Huo, Hianglin<br /> còng cho thÊy sù t"¬ng ®ång vÒ h×nh d¹ng kiÓu Feng, Bradley F, Chmelka, and Galen<br /> sîi ë c¸c nhiÖt ®é tæng hîp kh¸c nhau. Tuy D.Stucky. J. Am. Chem. Soc., 120, 6024 -<br /> nhiªn khi nhiÖt ®é t¨ng, bÒ d y sîi t¨ng lªn, 6036 (1998).<br /> nh"ng chiÒu d i cña sîi gi¶m. KÕt qu¶ n y còng 3. Bharat Z. Newalkar, Nettem V. Choudary,<br /> phï hîp víi sè liÖu ph©n tÝch ë trªn. Uday T. Turaga, R. P. Vijayalakshmi,<br /> Prakash, S. Komarneni, and<br /> IV - KÕt luËn Thirumaleshwara S. G. Bhat. Chem. Mater.,<br /> 15, 1474 - 1479 (2003).<br /> Kh¶o s¸t ¶nh h"ëng cña nhiÖt ®é tæng hîp<br /> 4. Do Trong On. Recent Res. Devel. Catalysis,<br /> ®Õn tÝnh chÊt cÊu tróc cña vËt liÖu SBA-15<br /> 2003, 171 - 204 (2003).<br /> chóng t«i nhËn thÊy: khi t¨ng nhiÖt ®é tõ 40 -<br /> 80oC th× ®"êng kÝnh mao qu¶n trung b×nh, diÖn 5. Chia-Min Yang, Bodo Zibrowius, Wolfgang<br /> tÝch bÒ mÆt riªng v thÓ tÝch mao qu¶n cña s¶n Schmidt, and Ferdi Schüth. Chem. Mater.,<br /> phÈm còng t¨ng do t¨ng h m l"îng mao qu¶n 15, 3739 - 3741 (2003).<br /> nhá. TiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é tõ 80 - 100oC th× 6. Anne Galarneau, HelÌnne Cambon,<br /> ®"êng kÝnh mao qu¶n trung b×nh cña c¸c mÉu Francesco Di Renzo, Ryong Ryoo, Minkee<br /> vÉn t¨ng, nh"ng diÖn tÝch bÒ mÆt riªng v tæng Choi and Francois Fajula. New J. Chem., 73<br /> thÓ tÝch mao qu¶n l¹i gi¶m, do gi¶m h m l"îng - 79 (2003).<br /> mao qu¶n nhá trªn th nh mao qu¶n, ®ång thêi<br /> 7. Anne Galarneau, HelÌnne Cambon,<br /> t¨ng hÖ thèng mao qu¶n trung b×nh thø cÊp. Nh"<br /> Francesco Di Renzo and Fransois Fajula.<br /> vËy, tuú môc ®Ých sö dông, chóng ta cã thÓ lùa<br /> Langmuir, 17, 8328 - 8335 (2001).<br /> chän nhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó thu ®"îc s¶n phÈm<br /> cã tÝnh chÊt mong muèn. 8. K. S. W. Sing, D. H. Everett, R. A. W.<br /> Haul, L. Moscou, R. A. Pierotti, J.<br /> T i liÖu tham kh¶o Rouquerol and T. Siemieniewska. Pure<br /> Appl. Chem., 1985, 57, 603 - 619 (1985).<br /> 1. Dongyuan Zhao, Jianglin Feng, Qisheng 9. J. H. de Boer. The Structure and properties<br /> Hue, Nicholas Melosh, Glenn H. of porous materials, Ed. D.H. Everett and F.<br /> Fredrickson, Bradley F. Chmelka, Glen D. S. Stone, Butterworths, London, 10, 95<br /> Stucky. Science, 279, 548 - 552 (1998). (1958).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 102<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2