Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Điều chế và biến tính hydrotalcite bằng anion laurat

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài là điều chế hydrotalcite từ Mg(NO3)2, Al(NO3)3 và Na2CO3 với kích thước nano. Phân tích đặc tính của sản phẩm thu được: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt. Biến tính hydrotalcite sau khi điều chế. Phân tích đặc tính của sản phẩm thu được: cấu trúc tinh thể, kích thước hạ Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Điều chế và biến tính hydrotalcite bằng anion laurat

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa vô cơ TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH HYDROTALCITE BẰNG ANION LAURAT Tp. Hồ Chí Minh tháng 5 năm 2012
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC *  * KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa vô cơ TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU CHẾ VÀ BIẾN TÍNH HYDROTALCITE BẰNG ANION LAURAT GVHD: ThS. NGUYỄN THỊ MAI THƠ SVTH: VŨ HỒNG DUNG MSSV: K34106016 NIÊN KHÓA: 2008-2012 Tp. Hồ Chí Minh tháng 5 năm 2012
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Nguyễn Thị Mai Thơ đã tận tình hướng dẫn và dìu dắt em trong quá trình thực hiện khóa luận này. Em cũng xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy Mai Đình Trị, thầy Lê Tiến Dũng đang công tác tại phòng Hóa học các hợp chất có hoạt tính sinh học đã giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tiến công tác trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận. Em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Hóa học, trường Đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu để em có được nền tảng tri thức hôm nay. Tôi xin gửi những lời cảm ơn thân ái đến các bạn sinh viên lớp Cử nhân Hóa học khóa 34 trường đại học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh và các bạn trường đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã hết sức nhiệt tình, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Cảm ơn các bạn đã cho tôi khoảng thời gian với nhiều kỉ niệm đẹp của thời sinh viên. Con vô cùng biết ơn cha mẹ đã giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện từ vật chất đến tinh thần cho con học tập, nghiên cứu và hoàn thành khoá luận này. Xin chân thành cảm ơn! Vũ Hồng Dung
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HYDROTALCITE .......................................... 10 1.1. Giới thiệu[1][2][8][9][11] ....................................................................................... 10 1.2. Đặc điểm[1][2][8][9][11] ....................................................................................... 11 1.2.1. Công thức tổng quát .................................................................................... 11 1.2.2. Cấu tạo ........................................................................................................ 11 1.2.3. Đặc điểm ..................................................................................................... 12 1.3. Tính chất[1][2][8][11] ........................................................................................... 13 1.3.1. Tính trao đổi ion ......................................................................................... 13 1.3.2. Tính hấp phụ[12][14] ...................................................................................... 14 1.4. Điều chế[1][2][8][11]............................................................................................ 14 1.4.1. Phương pháp muối-oxit .............................................................................. 15 1.4.2. Phương pháp xây dựng lại cấu trúc ............................................................ 15 1.4.3. Phương pháp đồng kết tủa .......................................................................... 15 1.5. Các phương pháp biến tính[13]........................................................................ 16 1.5.1. Phương pháp trao đổi ion ............................................................................ 16 1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa .......................................................................... 17 1.5.3. Phương pháp tái tạo lại cấu trúc ................................................................. 17 1.5.4. Nhiệt nóng chảy .......................................................................................... 18 1.5.5. Phương pháp sol-gel ................................................................................... 18 1.5. Ứng dụng[1][2][8][11] .......................................................................................... 18 1.5.1. Hydrotalcite dùng làm vật liệu hấp phụ ...................................................... 18 1.5.2. Các ứng dụng khác ..................................................................................... 19 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ......................................... 21 2.1. Kích thước nano[4] .......................................................................................... 21 2.2. Vật liệu nano[4][5][6] ......................................................................................... 21 2.3. Phương pháp điều chế vật liệu nano[4][5][6] ..................................................... 21 2.3.1. Phương pháp từ trên xuống......................................................................... 22 2.3.2. Phương pháp từ dưới lên............................................................................. 22 2.3.2.1. Phương pháp vật lý .................................................................................. 22 2.3.2.2. Phương pháp hóa học............................................................................... 23 2.3.2.3. Phương pháp kết hợp .............................................................................. 26
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT DÙNG .......................... 27 TRONG NGHIÊN CỨU....................................................................................... 27 3.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)[7][11] ............................................................................ 27 3.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)[7][11] ............................................................ 28 3.3. Kính hiển vi điện tử truyền (TEM)[7][11] ........................................................ 29 3.4.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)[3][7][11] ....................................................... 29 3.5. Kỹ thuật ultrasonic (sóng siêu âm)[11] ............................................................ 29 3.6. Kỹ thuật microwave (sóng viba)[11] ............................................................... 29 CHƯƠNG 4: PHẦN THỰC NGHIỆM ................................................................ 31 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 31 4.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ......................................................................... 31 4.1.1.Hóa chất ....................................................................................................... 31 4.1.2.Dụng cụ ........................................................................................................ 32 4.1.3. Thiết bị ........................................................................................................ 32 4.2. Thực nghiệm .................................................................................................. 32 4.2.1. Điều chế hydrotalcite .................................................................................. 32 a. Điều chế hydrotalcite trong siêu âm và già hóa trong microwave (HTU) ........ 32 b. Điều chế HT trong điều kiện không siêu âm và già hóa bằng hệ thống đun hoàn lưu (HTT) ..................................................................................................... 36 4.2.2.Biến tính hydrotalcite................................................................................... 36 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ......................................................... 38 5.1. Xác định tính chất hóa lý của sản phẩm HT vừa điều chế ............................ 39 Mẫu sau khi điều chế phân tích nhiểu xạ XRD, IR, SEM, TEM, để xác định cấu trúc và tính chất hóa lý. ......................................................................................... 39 5.1.1. Phổ XRD ..................................................................................................... 39 5.1.2. Phổ IR ......................................................................................................... 41 5.1.3. Phổ SEM và TEM ....................................................................................... 42 5.2. Khảo sát khả năng biến tính của HT (HT-C12)............................................ 44 5.2.1. Phổ XRD ..................................................................................................... 44 5.2.2. Phổ IR ......................................................................................................... 46 5.2.3. Phổ SEM ..................................................................................................... 48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 50
6.1. Kết luận .......................................................................................................... 50 6.2. Kiến nghị........................................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 51 PHỤ LỤC ............................................................. Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Khoáng sét HT.......................................................................................10 Hình 1.2: Bột HT tổng hợp ....................................................................................11 Hình 1.3: Cấu tạo một lớp HT ...............................................................................12 Hình 1.4: Hình dạng cấu trúc lớp của HT ..............................................................12 Hình 1.5:Mô tả quá trình biến tính HT bằng phương pháp trao đổi ion ..............17 Hình 1.6: Mô tả quá trình biến tính bằng phương pháp tái tạo lại cấu trúc ........18 Hình 2.1: Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch .................23 Hình 2.2: Sự hình thành và phát triển của lỗ hổng trong lòng chất lỏng dưới tác dụng của sóng siêu âm..........................................................................................25 Hình 3.1: Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể ...........................................................27 Hình 3.2: AXS D8 ADVANCE ..................................................................................28 Hình 3.3: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV .....................................28 Hình 3.4: Kính hiển vi điện tử truyền qua TECNAI T20 .........................................29 Hình 4.1: Sơ đồ tổng hợp HT ................................................................................33 Hình 4.2: Hệ thống điều chỉnh siêu âm ................................................................34 Hình 4.3: Hệ thống già hóa HT trong microwave .................................................35 Hình 4.4: Cốc đựng dung dịch kết tủa sau khi già hóa .........................................35 Hình 4.5: Sản phẩm HTU .......................................................................................36 Hình 4.6: Hệ thống điều chế không siêu âm và già hóa bằng đun hoàn lưu .......36 Hình 4.7: Sơ đồ quy trình biến tính HT .................................................................37 Hình 4.8: Hệ thống biến tính HT ...........................................................................38 Hình 4.9: HT sau khi biến tính bằng axit lauric .....................................................38 Hình 4.10: Công thức hóa học của axit lauric .......................................................38 Hình 5.1: Phổ XRD của HTU ..................................................................................39 Hình 5.2: Phổ XRD của HTT ...................................................................................39 Hình 5.3: Phổ IR của mẫu HTU ..............................................................................41 Hình 5.4: Phổ IR của HTT.......................................................................................41 Hình 5.5: Hình SEM của HTU và HTT.....................................................................42 Hình 5.6: Ảnh TEM mẫu HTU ................................................................................42 Hình 5.7:Quá trình phân tán và hòa tan ...............................................................43 Hình 5.8: Công thức cấu tạo CTAB ........................................................................44 Hình 5.9: Phổ XRD của HT-C12..............................................................................45 Hình 5.10: Phổ XRD của HT và HT-C12 .................................................................45 Hình 5.11:Phổ IR của HT-C12 ................................................................................46 Hình 5.12: Hình IR chồng phổ của HT và HT-C12 ..................................................46 Hình 5.13: Phổ SEM của HT-C12 ...........................................................................48 Hình 5.14: Công thức cấu tạo SDS .......................................................................48
KÍ HIỆU VIẾT TẮT HT: hydrotalcite trước khi nung. HTC: hydrotalcite sau nung. SDS : sodium dodecylsulphate. CTAB: chất hoạt động bề mặt. HTU: hydrotalcite điều chế bằng phương pháp siêu âm và vi sóng. HTT: hydrotalcite điều chế ở điều kiện thường. HT-C12: hydrotalcite đã biến tính bằng axit lauric.
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 5.1: Phổ XRD của HTU Phụ lục 5.2: Phổ XRD của HTT Phụ lục 5.3: Phổ IR của mẫu HTU Phụ lục 5.4: Phổ IR của HTT Phụ lục 5.9: Phổ XRD của HT-C12 Phụ lục 5.10: Phổ XRD của HT vàHT-C12 Phụ lục 5.11: Phổ IR của HT-C12 Phụ lục 5.12: Phổ IR chồng phổ của HT và HT-C12
LỜI MỞ ĐẦU Các khoáng sét tự nhiên có nhiều ứng dụng trong thực tiển và những ứng dụng đó không ngừng nâng tăng lên. Thời gian gần đây người ta sử dụng khoáng sét làm vật liệu gốc để chế tạo compozit. Một trong số đó phải kể đến khoáng sét hữu cơ được biến tính từ khoáng sét và các chất hoạt động bề mặt như khoáng sét cation là bentonit có độ trương nở lớn, dễ dàng biến tính bởi các amin tứ cấp tạo ra các nano clay hữu cơ làm tăng khoảng cách xen giữa hai lớp từ 14A0 lên đến 30A0. Trên cơ sở đó hydrotalcite là khoáng sét anion, nó ít có ở Việt Nam nên từ các muối nhôm, muối magie chúng tôi tiến hành điều chế hydrotalcite có kích thước nano mét. Sau đó chuyển vật liệu này từ ưa nước sang ưa dầu và tăng khoảng cách cách giữa hai lớp bằng các muối axit hữu cơ. Nội dung nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau: - Điều chế hydrotalcite từ Mg(NO 3 ) 2 , Al(NO 3 ) 3 và Na 2 CO 3 với kích thước nano. - Phân tích đặc tính của sản phẩm thu được: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt. - Biến tính hydrotalcite sau khi điều chế. - Phân tích đặc tính của sản phẩm thu được: cấu trúc tinh thể, kích thước hạt.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HYDROTALCITE 1.1. Giới thiệu[1][2][8][9][11] Hydrotalcite (HT) là khoáng vật hiếm trong tự nhiên màu trắng ngọc trai, được xác định cùng họ với khoáng sét anion, có kích thước rất nhỏ được trộn lẫn với các khoáng khác gắn chặt trên những phiến đá trên vùng đồi núi, chúng được tìm thấy rất nhiều ở vùng Norway và Ural ở Nga. Hình 1.1: Khoáng sét HT Hocholetter là người đầu tiên nghiên cứu tìm ra được những tính chất đặc trưng đặc biệt của nó. Khoáng sét hydrotalcite còn có nhiều tên gọi khác như pydroaucite, takovite, hydotalcite đan xen … Năm 1966, ứng dụng những thành quả nghiên cứu về khoáng sét tự nhiên, người ta tổng hợp thành công HT công nghiệp từ các muối kim loại. Hydrotalcite có thể trao đổi ion và hấp phụ nên được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực. Hiện nay, HT có thể điều chế bằng nhiều phương pháp và con người tiếp tục phát triển nghiên cứu sản xuất HT chất lượng cao với giá rẻ hơn để bảo vệ con người và môi trường.
Hình 1.2: Bột HT tổng hợp 1.2. Đặc điểm[1][2][8][9][11] 1.2.1. Công thức tổng quát Công thức tổng quát: [M2+ 1-x M3+ x (OH) 2 ]x+[A n- x/n ].mH2O. Trong đó: - M2+ là ion kim loại hóa trị II như Mg, Zn, Ca, Fe, Ni … - M3+ là ion kim loại hóa trị III như Al, Fe, Cr ... - An- là các anion rất đa dạng có thể là phức anion, anion hữu cơ (benzoic, axit oxalic…), các polyme có phân tử lượng lớn hay các halogen (Cl-, SO 4 2- ...). - x là tỉ số nguyên tử M3+/(M2+ + M3+). Trong đó tỉ số x nằm trong khoảng 0,2 ≤ x ≤ 0,33. • x = 0,33 thì M2+ : M3+ = 2:1 • x = 0,25 thì M2+ : M3+ = 3:1 • x = 0,2 thì M2+ : M3+ = 4:1 1.2.2. Cấu tạo HT cấu tạo dạng lớp, gồm có: - Lớp hydroxit: có dạng [M2+ 1-x M3+ x (OH) 2 ]x+ trong đó một phần kim loại hóa trị II được thay thế bằng kim loại hóa trị III, đỉnh là các nhóm OH, tâm là các kim loại hóa trị II và III, tương tự như cấu trúc brucite trong tự nhiên, sắp xếp theo dạng M(OH) 6 bát diện tạo những lớp hydroxit tích điện dương.
- Lớp xen giữa: [An- x/n ].mH 2 O là các anion mang điện tích âm và các phân tử nước nằm xen giữa trung hòa lớp điện tích dương của các lớp hydroxit. Hình 1.3: Cấu tạo một lớp HT 1.2.3. Đặc điểm Tương tác tĩnh điện giữa các lớp kim loại với các anion và liên kết hydrogen giữa các phân tử nước làm cho cấu trúc có độ bền vững nhất định. Các anion và các phân tử nước trong lớp xen giữa được phân bố một cách ngẫu nhiên và có thể di chuyển tự do không định hướng, có thể thêm các anion khác vào hoặc loại bỏ các anion lớp xen giữa mà không làm thay đổi tính chất của HT. Tùy thuộc vào bản chất của các cation, anion mà số lượng lớp xen giữa và kích thước hình thái của chúng thay đổi tạo cho vật liệu có những đặc tính riêng. Hình 1.4: Hình dạng cấu trúc lớp của HT L là khoảng cách giữa 2 lớp hydroxit L = 3 – 4Å, được xác định bởi kích thước của các anion, giá trị L phụ thuộc vào:
- Bán kính của các anion. Anion có bán kính càng lớn thì khoảng cách lớp xen giữa L sẽ lớn. - Công thức cấu tạo không gian của anion. 1.3. Tính chất[1][2][8][11] 1.3.1. Tính trao đổi ion Tính chất trao đổi ion là một trong những tính chất quan trọng của HT. Các đa kim loại hay các oxokim loại trong dung dịch có sức hấp dẫn rất lớn đối với HT lớp xen giữa, dạng cấu trúc này có khả năng trao đổi một lượng lớn anion bên trong bằng những anion khác ở các trạng thái khác nhau. Phương trình trao đổi ion có dạng sau: HT − A, + A− = HT − A + A, Trong đó:A’: anion ở lớp xen giữa. A: anion cần trao đổi. Sự trao đổi ion phụ thuộc vào: - Tương tác tĩnh điện của lớp hydroxit với anion xen giữa và năng lượng tự do của các anion cần trao đổi. - Ái lực của lớp hydroxit với các anion cần trao đổi trong dung dịch và ái lực của lớp hydroxit với các anion trong lớp xen giữa. - Cấu tạo của ion cần trao đổi (A). - Hằng số cân bằng trao đổi tăng khi bán kính anion trao đổi giảm, trao đổi ion sẽ thuận lợi với các anion trong dung dịch có nồng độ cao. - Anion hóa trị II được ưu tiên hơn anion hóa trị I và thời gian trao đổi cũng nhanh hơn. - Khoảng cách lớp xen giữa L. - Sự trao đổi ion còn có sự ưu tiên đối với các ion có trong mạng lưới tinh thể vật liệu chất hấp phụ rắn hoặc ít ra có cấu tạo giống với một trong những ion tạo ra mạng lưới tính chất của chất hấp phụ, khi đó sự hấp phụ được xem là sự kết tinh.
- Khả năng trao đổi còn phụ thuộc vào pH của dung dịch chứa anion. 1.3.2. Tính hấp phụ[12][14] Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. Hấp phụ các anion là một hình thức tái tạo lại cấu trúc lớp của HT sau khi nung (HTC). Tính chất hấp phụ thể hiện rất tốt đối với HTC/CO32-. Sau khi nung, HTC/CO32- bị mất các phân tử nước lớp xen giữa và khí CO 2 thoát ra, hình thành những tâm bazơ như: O2- trên bề mặt, tâm O2- gần nhóm hydroxyl có cấu trúc M2+ 1-x M3+ x (O) 1+x/2 . Độ mạnh của nhóm OH- phụ thuộc vào cation kim loại hóa trị III. Trong dung dịch các oxit này có khả năng tái tạo lại cấu trúc lớp với các anion khác. Điển hình cho tính hấp phụ HTC/CO32- là HT được điều chế từ nhôm và magie có công thức cụ thể như sau: [ Mg1− x Al x (OH ) 2 ](CO3 ) x / 2 .zH 2O( HTC /[ Mg − Al − CO3 )] Phương trình tái tạo cấu trúc lớp như sau: Mg1− x Al x O1+ x / 2 + x / nAn− + (1 + x / 2) H 2O → [ Mg1− x Al x (OH ) 2 ] Ax / n .mH 2O Với A là anion cần hấp phụ có thể là halogen, hợp chất hữu cơ, anion vô cơ CrO 4 2-, HPO 4 2-, HGO 3 2-, SiO 3 2-, Cl-, MnO4- ... HTC chỉ hấp phụ với các anion hình thành lớp xen giữa, HTC không có khả năng trao đổi cation với Mg và Al ở các tâm bát diện do lực liên kết tạo phức lớn. Các HTC hấp phụ trong môi trường nước nên chịu tác động của nhiều yếu tố như: pH, các ion, hợp chất lạ. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ cũng giống như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đổi ion. 1.4. Điều chế[1][2][8][11] Có rất nhiều phương pháp điều chế HT như:
- Phương pháp muối-oxit. - Phương pháp xây dựng lại cấu trúc. - Phương pháp đồng kết tủa (phương pháp muối-bazơ). 1.4.1. Phương pháp muối-oxit Phương pháp này được sử dụng lần đầu tiên bởi Boehm, Steinle và Vieweger vào năm 1977 để điều chế mẫu 0.33 [Zn-Cr-Cl]. Quá trình thực nghiệm bao gồm việc tạo một huyền phù của kẽm oxit với một lượng dư dung dịch muối crom clorua để vài ngày ở nhiệt độ phòng. Năm 1981, cũng với hợp chất trên, Lal và Howe đã điều chế bằng cách cho dung dịch crom clorua vào ZnO (ở dạng bột nhão), hỗn hợp được khuấy trong 10h. Tuy nhiên, ta không thu được sản phẩm tinh khiết do vẫn còn lại một lượng ZnO trong sản phẩm cuối. Phản ứng chung của phương pháp này là: M II O + xM III X m− x / m + (n + 1) H 2 O → M II 1− x M III 1− x (OH ) 2 X m− x / m .H 2 O + xM III X m− x / m Phương pháp muối oxit tiếp tục được phát triển để điều chế các loại HT khác như [Zn-Al-Cl], [Cu-Al-Cl], [Ni-Al-Cl]. 1.4.2. Phương pháp xây dựng lại cấu trúc Được đề nghị vào năm 1983 bởi Miyata, dung dịch rắn Mg 1-3x/2 Al x O được điều chế bằng cách nung HT [Mg-Al-CO 3 ] 3R khoảng từ 500oC-800oC. Sau đó, hỗn hợp này được hydrat hóa trong dung dịch nước chứa anion khác tạo một HT mới. Phương pháp này chủ yếu dựa trên sự nung ở nhiệt độ cao của một HT ban đầu. Hỗn hợp oxit sau khi nung được hydrat hóa trở lại với một anion khác để tạo ra một pha HT mới. Bên cạnh đó, một số HT cũng được điều chế bằng phương pháp trao đổi ion. Các HT có chứa anion hữu cơ, anion dạng polyoxometalic. 1.4.3. Phương pháp đồng kết tủa - Cách thức tiến hành: cho hỗn hợp 2 muối kim loại có hóa trị 2 và 3 vào muối của kim loại kiềm có tính bazơ, hỗn hợp dung dịch được giữa ở khoảng pH cố
định trong quá trình điều chế. Trong quá trình điều chế phải liên tục được khuấy trộn với tốc độ không thay đổi. - Ưu điểm: • Có thể điều chế trực tiếp sản phẩm HT với cấu tạo xác định. • Sự đồng kết tủa trong dung dịch chứa anion được chọn lựa. • Tinh thể có kích thước đều đặn, độ đồng nhất cao, cấu trúc bền vững, ít lẫn tạp chất. • Diện tích bề mặt lớn. • Kích thước hạt nhỏ (nanomet, micromet) có tính chọn lọc hóa học cao. • Tỉ trọng nhỏ. - Tuy nhiên, cấu trúc và tính chất hóa lý của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phương pháp kết tủa, bản chất và nồng độ của chất phản ứng, pH kết tủa, nhiệt độ và thời gian già hóa, độ tinh khiết, rửa tủa và sấy khô. 1.5. Các phương pháp biến tính[13] Có 5 phương pháp thường được sử dụng để đan xen các anion cacboxylat vào cấu trúc của HT làm tăng khoảng cách giữa các lớp lên. Các phương pháp đó là: - Trao đổi ion - Đồng kết tủa - Tái tạo lại cấu trúc - Nhiệt nóng chảy - Phương pháp sol – gel 1.5.1. Phương pháp trao đổi ion Trong phương pháp trao đổi ion trực tiếp, anion được đan xen vào bằng cách phân tán HT trong môi trường nước có chứa một lượng dư của các anion đan xen. Anion trong lớp xen giữa của HT sẽ được thay thế khi mà anion đan xen khuếch tán vào bên trong cấu trúc của HT. Phản ứng trao đổi được tiến hành trong môi trường khí trơ để tránh sự kết hợp với cacbonat từ không khí, pH của phản ứng được giữ ổn định trong suốt quá trình thực hiện phản ứng trao đổi. Lớp có mật độ điện tích cao hơn thì
khả năng trao đổi tốt hơn. Các anion hóa trị I như Cl- thường được ưa chuộng hơn bởi vì chúng có thể trao đổi một cách dễ dàng. Các anion của axit cacboxylic có thể đan xen vào bằng cách khuấy HT trong dung dịch của axit cacboxylic mong muốn hoặc muối của nó. Hình 1.5:Mô tả quá trình biến tính HT bằng phương pháp trao đổi ion 1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa Đồng kết tủa là một trong những phương pháp thông thường được sử dụng điều chế của vật liệuHT có lớp xen giữa. Muối kim loại M(II) và M(III) được trộn lẫn với nhau và được thêm vào dung dịch một bazơ chứa anion mong muốn (Carlino, 1997). Đồng kết tủa được thực hiện tại pH hoặc liên tục hoặc tăng giảm, tùy thuộc vào điều kiện áp dụng (Reichle, 1986b). Phản ứng được thực hiện dưới điều kiện quá bão hòa. Sơ đồ trình bày phương pháp đồng kết tủa: MII(muối) + MIII(muối) + A(dung dịch anion)MIIMIII-(A)-HT 1.5.3. Phương pháp tái tạo lại cấu trúc Phương pháp tái tạo lại cấu trúc: được định nghĩa là một hỗn hợp oxit thu được bằng cách phân hủy nhiệt HT để xây dựng lại cấu trúc lớp ban đầu của nó trong môi trường nước. Hỗn hợp oxit tạo ra sau khi nung có đặc tính rất tốt như diện tích bề mặt riêng lớn, cấu trúc tinh thể nhỏ và có độ bền nhiệt cao. Nhiệt độ cao làm cho các cation khuếch tán vào giữa dẫn đến cấu trúc tinh thể bị phá hủy. Các nhóm hydroxyl và lớp anion cacbonat xen giữa bị phân hủy và thu được HT cấu trúc dạng tấm. Trong suốt quá trình này các cation hóa trị II chuyển về dạng có cấu trúc tứ diện, kết quả hình thành nên hỗn hợp oxit gồm MgO và MgAl 2 O 4 . Sau đó cho hỗn hợp khếch tán trong nước và cho tiếp xúc các anion cần xen vào.
+ + + + + + + + + + + + + + OH OH OH Nung H2O + + + + + + + + + + + + + + 400 – 450oC OH OH OH + + + + + + + Hỗn hợp oxide + + + + + + + CO32- H2O Trao đổi ion + + + + + + + H 2O Anion đan xen + + + + + + + + + + + + + + Hình 1.6: Mô tả quá trình biến tính bằng phương pháp tái tạo lại cấu trúc 1.5.4. Nhiệt nóng chảy Phương pháp phản ứng nhiệt hay còn gọi là phương pháp " phản ứng tan chảy ", điều này có liên quan đến phản ứng giữa axit nóng chảy với HT. Đan xen axit cacboxylic có thể đạt được bằng cách nung nóng hỗn hợp axit – HT từ từ với tốc độ nâng nhiệt chậm khoảng 1oC/phút, tiếp theo là làm nguội với tốc độ nhanh 10oC/phút. Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng để đan xen muối của axit sebacic vào cấu trúc HT. 1.5.5. Phương pháp sol-gel Sol – gel có thể được định nghĩa như là một quá trình mà trong đó sản phẩm được hình thành bằng việc chuyển dần dần chất lỏng chứa các phần tử chuyển đổi từ dạng lỏng sang dạng gel (dạng huyền phù keo của một chất rắn trong một chất lỏng). Phương pháp này được ứng dụng để tổng hợp HT. Dung dịch của hai alkoxide kim loại được trộn với nhau để tạo thành dạng gel, sau đó được xử lý bằng nhiệt. Phương pháp này bao gồm việc thủy phân của một tiền chất hữu cơ bằng cách thêm vào một axit mạnh. Ví dụ nếu sử dụng axit HCl cho phản ứng thủy phân sẽ tạo ra HT – Cl. Kết tủa HT tạo ra khi pH đạt được một giá trị thích hợp. Khả năng kết tinh phụ thuộc vào bản chất của các tiền chất và axit thủy phân sử dụng. 1.5. Ứng dụng[1][2][8][11] 1.5.1. Hydrotalcite dùng làm vật liệu hấp phụ