Luận văn:Nghiên cứu vật liệu kếy hợp titanium dioxide nano/ diatomite

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu quá trình điều chế TiO2 từ các alkoxides, titanium tetraisopropoxide và titanium tetrabutoxide đã được sử dụng. Các tính chất của vật liệu điều chế ra cũng được kiểm tra bằng các phương pháp phân tích vật lý hiện đại.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu vật liệu kếy hợp titanium dioxide nano/ diatomite

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG LÂM Đ I TÚ NGHIÊN C U V T LI U K T H P TITANIUM DIOXIDE NANO / DIATOMITE Chuyên ngành: Công ngh hóa h c Mã s : 60.52.75 TÓM T T LU N VĂN TH C S K THU T Đà N ng - Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS. TS Ph m C m Nam Ph n bi n 1: TS. Nguy n Văn Dũng Ph n bi n 2: TS. Trân Ng c Tuy n Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 29 tháng 7 năm 2011. * Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin – H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
1 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Titanium dioxide (TiO2) là m t trong các v t li u cơ b n, ñư c ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh v c khác nhau…[8], [46]. TiO2 nano là ch t xúc tác tri n v ng vì có nh ng tính ch t v t lý và hóa h c ñ c bi t [28]. Vi c t o ra TiO2 có kích thư c nano ph lên v t li u khác là gi i pháp làm tăng hi u qu xúc tác và m r ng lĩnh v c ng d ng [9]. Vi t Nam là nư c có tr lư ng qu ng titan và diatomite r t l n, phân b d c ven bi n các t nh Qu ng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Qu ng Bình, Qu ng Tr , Th a Thiên - Hu , Bình Đ nh, Bình Thu n [3]. Hi n nay, c hai lo i qu ng titan d ng ilmenite và diatomite ch y u ñư c khai thác ñ xu t kh u d ng thô ho c m i qua sơ ch nên ñem l i giá tr kinh t không cao. Vì v y, vi c nghiên c u s n xu t, ch t o qu ng TiO2 và diatomite thành các s n ph m có giá tr là c n thi t. T nh ng nh n th c trên, chúng tôi th c hi n ñ tài t t nghi p: “Nghiên c u v t li u k t h p titanium dioxide nano/diatomite”. 2. M c ñích nghiên c u Nghiên c u ñi u ch potasium titanate làm ti n ch t t o ra TiO2 kích thư c nano; Ch t o v t li u k t h p TiO2 nano/diatomite; và Đánh giá ho t tính quang hóa v t li u k t h p TiO2 nano/diatomite thông qua phân h y methyl blue. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u 3.1. Đ i tư ng nghiên c u T ng h p các mu i potassium titanate d a theo nghiên c u c a Liu Y. và c ng s [29] v i vi c ng d ng gi n ñ pha h KOH- TiO2-H2O, trong ñó ba s n ph m chính là K4Ti3O8, KTiO2OH và K2Ti2O5.H2O ñư c hình thành tùy thu c n ng ñ KOH và nhi t ñ ph n ng c a dung d ch KOH v i TiO2, và ñ t ng h p K4Ti3O8 theo
2 quy trình c a Nayl A.A. và Aly H.F. [33], chúng tôi s d ng qu ng ilmenite Th a Thiên Hu . Nghiên c u t o TiO2 nano t mu i potassium titanate K4Ti3O8 và sau ñó ph lên diatomite có ngu n g c t Phú Yên. 3.2. Ph m vi nghiên c u Trong khuôn kh ñ tài này, chúng tôi t p trung kh o sát m t s ñi u ki n nh hư ng ñ n quá trình ñi u ch potassium titanate, như: - Nghiên c u ñi u ch potassium titanate d ng K4Ti3O8 và KTiO2(OH) t nguyên li u ban ñ u TiO2 (Merck) trong ñi u ki n áp su t khí quy n và trong ñi u ki n s d ng lò Microwave. - Th nghi m ñi u ch potassium titanate d ng K4Ti3O8 t nguyên li u ban ñ u qu ng ilmenite c a Hu trong ñi u ki n áp khí quy n và s d ng lò Microwave. - Nghiên c u ch t o v t li u k t h p TiO2 nano/Diatomite t ti n ch t ban ñ u là potassium titanate. - Đánh giá ho t tính quang hóa c a v t li u k t h p TiO2 nano/Diatomite thông qua phân h y methyl blue. 4. Phương pháp nghiên c u Trong ñ tài này, chúng tôi dùng phương pháp phân tích hóa lý như: Huỳnh quang tia X (XRF), Nhi u x i tia X (XRD) và Soi c u trúc b m t b ng kính hi n vi ñi n t quét (SEM). 5. Ý nghĩa khoa h c 5.1 Ý nghĩa khoa h c Nghiên c u ñ tìm ra các y u t nh hư ng như nhi t ñ , n ng ñ c a KOH trong quá trình ñi u ch potassium titanate b ng phương pháp SMS (Submolten Salt method). M t khác, xác ñ nh các ñi u ki n ñ t o ra v t li u k t h p TiO2 nano/diatomite.
3 5.2 Ý nghĩa th c ti n Vi c nghiên c u t o ra v t li u k t h p TiO2 nano/diatomite s có ñóng góp nh t ñ nh v m t th c ti n, nâng cao giá tr các ngu n nguyên li u ñang ñư c khai thác trong nư c, ñ ng th i t o ra s n ph m x lý nư c th i và nư c sinh ho t hi u qu , b o v môi trư ng. 6. C u trúc lu n văn N i dung c a lu n văn ñư c trình bày theo các ph n sau: M ñ u Chương 1: T ng quan tài li u Chương 2: Đ i tư ng và phương pháp nghiên c u Chương 3: K t qu và th o lu n K t lu n và ki n ngh Tài li u tham kh o Ph l c
4 CHƯƠNG 1 - T NG QUAN 1.1. T ng quan v TiO2 1.1.1. Gi i thi u v TiO2 Titanium là nguyên t x p hàng th 9, ñư c phát hi n vào năm 1791 Anh b i Reverend William Gregor trong qu ng ilmenite và nhà hóa h c ngư i Đ c Heinrich Klaproth. Các khoáng chính ch a titan bao g m rutile, ilmenite, và leucoxence (s n ph m phong hóa c a ilmenite) [12]. 1.1.1.1. Tính ch t v t lí c a TiO2 Titannium dioxide (TiO2) thu c h các oxide kim lo i chuy n ti p, t n t i trong t nhiên dư i ba d ng c u trúc là rutile, anatase và brookite [17], [58]. 1.1.1.2. Tính ch t quang hóa c a TiO2 Titanium dioxide ñư c xem như là m t quang xúc tác lí tư ng. C u trúc tinh th anatase và rutile ñư c s d ng làm quang xúc tác nhưng anatase th hi n tính quang xúc tác t t hơn. Đi u này ñư c gi i thích là do c u trúc c a anatase không ch t ch dù m c Fermi c a anatase cao hơn rutile, kh năng h p th oxy th p hơn và h p th hydoxyl cao hơn (nghĩa là s các nhóm hydroxyl trên b m t). Có báo cáo cho r ng m c ho t tính quang hóa c a anatase và rutile gi ng nhau ho c rutile cao 1.1.1.3 ng d ng c a TiO2 TiO2 gây ñư c r t nhi u s chú ý vì s n ñ nh hóa h c c a nó, không ñ c h i, chi phí th p và nh ng tính ch t có l i khác. Nó ñư c s d ng làm l p ph ch ng l i s ph n x trong pin m t tr i silicon và trong các thi t b quang h c màng m ng, trong thi t b c m bi n khí. Ngoài ra, TiO2 ñư c s d ng như v t li u sinh h c.
5 Trong nh ng năm g n ñây, titanium dioxide ñư c s d ng ñ x lý nh ng v n ñ ô nhi m môi trư ng, ñ c bi t là ñ lo i các h p ch t ñ c h i trong nư c th i [12]. 1.1.1.4. Các v t li u k t h p v i TiO2 Watanabe, Hashimoto và Fujishima là nh ng ngư i ñ u tiên ph TiO2 nano trên g ch ceramic vào năm 1992, ñ phân h y các ch t h u cơ dư i tác d ng c a ánh sáng c c tím. Phát hi n này m ra kh năng ng d ng quang xúc tác TiO2 trong vi c ch t o các v t li u t làm s ch [43]. V t li u composite TiO2 – Cu có kh năng ch ng khu n [17]. Ngoài ra, v i ñư c ph l p TiO2 có kh năng phân h y ch t h u cơ bám dính, kh mùi [41], [43]. Khi ph TiO2 lên thép không g có hi u qu ch ng ăn mòn cao hơn nhi u khi ph sơn hay l p kim lo i “hi sinh”[17]. V i nh ng ưu ñi m c a TiO2 và diatomite nêu trên, vi c k t h p hai v t li u này s mang l i ti m năng trong lĩnh v c ch t o v t li u tr l c. Hsien t o ra composite TiO2/Diatomite s d ng phân h y bisphenol A trong nư c và nh n th y ho t tính xúc tác quang hóa trên cơ s TiO2/Diatomite t t hơn so v i b t TiO2 tinh khi t [11]. 1.2. Các nghiên c u trong nư c và ngoài nư c v TiO2 1.2.1. Các phương pháp ñi u ch titanium dioxide TiO2 ñư c t ng h p b ng cách s d ng ti n ch t TiCl3 ho c TiCl4 tác d ng v i NaOH, thu ñư c k t t a axit titaniumic, r a k t t a, s y khô r i nung. Phương pháp nhi t phân trong dung môi ñ ñi u ch TiO2, ti n ch t ñư c s d ng ñó là TiOSO4, H2TiO(C2O4)2, H2Ti4O9.0.25H2O, TiCl4 trong dung d ch mang tính axit và Ti d ng b t.
6 Trong phương pháp sol-gel thì ti n ch t ñư c s d ng là các alkoxide M−O−R (trong ñó M là kim lo i Ti, Si, Al, Zr..., R là nhóm alkyl) và không ph i là alkoxide (non−alkoxide). T ng h p TiO2 theo phương pháp ñi n hóa, ti n ch t ñư c s d ng là TiCl3 , TiO(SO4) , (NH4)2TiO(C2O4)2,... Ph c t p và chi phí cao không kém phương pháp sol-gel ñó là phương pháp t ng h p b ng h vi nhũ tương. 1.2.2. Các nghiên c u t ng h p potassium titanate 1.2.2.1. T ng h p potassium dititanate K2Ti2O5 [55] Ngư i ta thu ñư c K2Ti2O5 c u trúc l p, không màu, k t tinh khi làm nóng ch y K2CO3 và TiO2 (anatase) trong n i n u b ng platin. B ng phương pháp th y nhi t, ngư i ta cũng t ng h p ra K2Ti2O5 hydrate có tinh th d ng ñĩa. 1.2.2.2. T ng h p potassium tetratitanate K2Ti4O9 [55] Andersen và c ng s ñã t ng h p K2Ti4O9 b ng ph n ng tr ng thái pha r n khi K2CO3 và TiO2 (anatase) v i t l phân t gam K2CO3/TiO2=1:4 ñư c nghi n nhau thành v a cùng v i ethanol tinh khi t ñư c bão hòa v i K2CO3. Ch t r n ñư c tách ra, s y trong không khí, ép thành mi ng hay v , nung ñ t 900oC trong 48 gi . 1.2.2.3. T ng h p potassium hexatitanate K2Ti6O13 T ng h p K2Ti6O13 s i dài b ng phương pháp bay hơi ch t tr dung, s d ng h Na2O−K2O−B2O3 [55]. Cũng thu ñư c K2Ti6O13 d ng s i nhưng Liu Y. và c ng s l i ñi b ng cách th y phân mu i K4Ti3O8 v i vi c ki m soát giá tr pH trong kho ng 10.9 ÷ 12, các s n ph m trung gian th y phân ñư c nung 610oC trong 2 gi [28]. 1.2.2.4. T ng h p potassium octatitanate K2Ti8O17
7 He M. và c ng s [55] t ng h p titanate K2Ti8O17 d ng s i b ng trao ñ i ion t K2Ti4O9 d ng s i. 1.2.2.5. T ng h p potassium titanante d ng khác Endo T. và c ng s [15] nghiên c u trên h K2O−Fe2O3−TiO2 ñ tìm ra các ñi u ki n hình thành tinh th potassium titanate v i các hình thái c u trúc như ng, l ng, l p, ñĩa, kim, s i tóc. Tóm l i, potassium titanate có th ñư c t o ra b ng quá trình nung [10], phương pháp th y nhi t [50], ph n ng n u ch y [18], phương pháp bay hơi ch t tr dung [23], hay phương pháp nung làm l nh ch m [13]. M t ñ c ñi m chung nh n th y, các phương pháp t ng h p nêu trên là ti n hành áp su t cao ho c nhi t ñ cao d n ñ n chi phí s n xu t l n làm h n ch ñi kh năng ng d ng th c t . Do ñó, m t phương pháp m i ñ t ng h p potassium titanate ñư c Liu, Y., Li J., Qi T., Aly H.F. ti n hành v i ñi u ki n t ng h p ít kh c nghi t hơn, gi m ñư c chi phí s n xu t [27], [29], [30]. Phương pháp ñó ñư c g i là Submolten Salt method (SMS). 1.2.2.6. T ng h p potassium titanate K4Ti3O8 Liu Y. và c ng s [29] t ng h p các mu i potassium titanate b ng cách cho TiO2 tác d ng v i dung d ch KOH dư i áp su t khí quy n. Tùy vào n ng ñ KOH, nhi t ñ ph n ng mà s n ph m thu ñư c bao g m K4Ti3O8, KTiO2(OH) và K2Ti2O5.xH2O. Naly A.A. và Aly H.F [33] ñã nghiên c u s hình thành K4Ti3O8 khi x lý ilmenite v i ki m, nghiên c u các y u t nh hư ng c a quá trình chi t titanium t s n ph m x lý ki m v i axit clohidric, axit sufuric và axit oxalic. 1.2.2.7. Các nghiên c u t ng h p TiO2 nano M t s tác gi ñã t ng h p thành công TiO2 nanotubes v i ñư ng kính ngoài 9÷10 nm, dài hàng trăm nanomet b ng phương
8 pháp th y nhi t và quá trình x lý sau (post-treatment) g m trao ñ i ion và nung [44], [40]. Yu J.C. và c ng s ñã áp d ng quá trình th y phân titanium tetraisopropoxide (TTIP) trong nư c ho c h n h p ethanol và nư c dư i tác d ng c a sóng siêu âm ñ t o ra các h t TiO2 pha anatase và brookite kích thư c nano [58]. Ma G. và c ng s t ng h p TiO2 kích thư c nano d ng que v i hàm lư ng rutile cao t phương pháp th y nhi t vi sóng (Microwave hydrothermal method) [31]. Wu X. và các c ng s thu ñư c titania nanotubes t TiO2 anatase ho c rutile ho c h n h p 2 pha này trong dung d ch NaOH dư i tác ñ ng c a vi sóng [14], [48]. 1.2.3. Nghiên c u v t li u k t h p TiO2/Diatomite Nghiên c u ph l p TiO2 nano trên v t li u diatomite v i ti n ch t titanium (IV) isopropoxides ñ t o ra TiO2 có kích thư c h t c nano [20], [34], [55]. Xúc tác quang TiO2/Diatomite composite ñư c t o ta theo phương pháp sol-gel t ti n ch t ban ñ u là titanium tetrachoride [50]. Ngoài ra TiO2 degussa P25 ñư c ph lên diatomite b ng phương pháp ph nhúng (Dip –coating) cho ho t tính phân h y RED-3BA th p hơn TiO2 degussa P25 hai l n [52]. 1.2.3 Các nghiên c u trong nư c Ph m C m Nam và c ng s [6] t ng h p thành công TiO2 g m pha anatase và rutile d ng c u, kích thư c bé hơn 50nm t qu ng ilmenite Hu . Nghiên c u trên sa khoáng ilmenite Vi t Nam, Đào Văn Lư ng và c ng s [1], [2] ñã t o ra TiO2 kích thư c nano khi th y phân ilmenite trong ñi u ki n vi sóng. Đinh Quang Khi u và Nguy n Lê M Linh [5] t ng h p thành công ng nano titania hydrates b ng phương pháp th y nhi t k t h p sóng siêu âm trong quá trình r a s n ph m th y nhi t trong dung d ch HCl [4].
9 Chương 2 – V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.1. V t li u nghiên c u 2.1.1. Nguyên li u nghiên c u Trong toàn b lu n văn, các nguyên li u s d ng cho các thí nghi m nghiên c u bao g m: TiO2 (Merck), Ilmenite ñư c khai thác t i t nh Th a Thiên – Hu , diatomite Phú Yên và diatomite nh p kh u t USA 2.1.2. Hóa ch t Trong toàn b lu n văn, các hóa ch t nguyên li u s d ng cho các thí nghi m nghiên c u có xu t x rõ ràng. 2.2. Phương ti n thí nghi m (xem b n chính) 2.3. Phương pháp phân tích m u trong lu n văn 2.3.1. Phương pháp phân tích nhi u x tia X (XRD) 2.3.2. Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF) 2.3.3. Kính hi n vi ñi n t quét (SEM)
10 Chương 3 – K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N 3.1. Kh o sát tính ch t c a TiO2 và ilmenite Th a thiên Hu K t qu phân tích thành ph n hóa h c, thành ph n pha và hình thái h c b m t c a TiO2 Merck và ilmenite khai thác t i t nh Th a Thiên - Hu (ilmenite Hu ) ñư c s d ng làm nguyên li u nghiên c u trong ñ tài cho th y: - K t qu phân tích thành ph n hóa h c trên máy XRF (B ng 3.1) ch ra r ng, hàm lư ng TiO2 Merck là 98.89% phù h p v i công b c a nhà s n xu t và thành ph n pha ch y u là anatase. - Ph ñ XRD c a ilmenite cho các peak ñ c trưng c a FeTiO3 (FeO.TiO2) và có hàm lư ng TiO2 là 53.22%. V i các ph XRD c a TiO2 và Ilmenite Hu ñư c xác ñ nh trên s là m t trong nh ng cơ s ñ ñánh giá s chuy n hóa c a TiO2 hay ilmenite trong quá trình t ng h p potassium titanate ñư c trình bày dư i ñây. 3.2. Nghiên c u ñi u ch potassium titanate 3.2.1. Đi u ch potassium titanate t nguyên li u ban ñ u TiO2 trong ñi u ki n áp su t khí quy n 3.2.1.1. C s lý thuy t th c hi n thí nghi m Theo Liu Y. và các c ng s [29], tùy thu c vào ñi u ki n c a ph n ng khi cho TiO2 tác d ng v i dung d ch KOH s thu ñư c các s n ph m potassium titanate các d ng khác nhau bao g m K4Ti3O8, K2Ti2O5·xH2O and KTiO2(OH). Trên cơ s gi n ñ 3 c u t TiO2–KOH–H2O (Hình 3.3), chúng tôi th c hi n thí nghi m t ng h p K4Ti3O8 và KTiO2(OH). 3.2.1.2. Phương ti n th c hi n thí nghi m T t c các ph n ng trên ñư c th c hi n trong bình c u th y tinh 2 c có l p ñ t h th ng khu y t gia nhi t (Heat-stir | CB162
11 Stuart). Đ n ñ nh ch ñ nhi t c a h ph n ng, chúng tôi s d ng vi c ñ t nóng qua n i ch a d u nh t. 3.2.1.3. T ng h p potassium titanate d ng K4Ti3O8 S n ph m c a ph n ng ñư c r a b ng ethanol tuy t ñ i và sau ñó phân tích thành ph n hóa h c, c u trúc tinh th và hình thái h c trên h th ng XRF, XRD và SEM. Hình 3.5 Ph XRD c a K4Ti3O8, TiO2 Merck, KOH 75%, 200oC, 2 gi . Do thư vi n ph XRD hi n nay c a máy không có ph ñ XRD chu n c a K4Ti3O8 nên chúng tôi ph i s d ng cách so sánh v i các công trình nghiên c u c a các tác gi khác ñ ñ nh danh các peak ng v i các góc nhi u x 2θ khác nhau. Ph nhi u x tia X c a m u thí nghi m Hình 3.5 không th y xu t hi n b t c peak nào c a TiO2 (Merck) ch ng t TiO2 ñã ph n ng hoàn toàn và các peak s n ph m thu ñư c các giá tr góc nhi u x 2θ các v trí là s nhi u x trên các m t tinh th (hkl) c a K4Ti3O8, và phù h p v i công b c a m t s tác gi như Liu Y. [29] và Aly H. F. [33]. Phân tích hình thái h c c a s n ph m thí nghi m cho th y, s n ph m có d ng s i và gi ng v i hình nh c a K4Ti3O8 c a Liu Y. và c ng s [29].
12 a Hình 3.6 a) nh SEM c a K4Ti3O8, KOH 75%, 200oC, 2 gi và b) nh SEM c a K4Ti3O8, KOH 75%, 200oC [29]. B ng 3.2. Thành ph n hóa h c c a s n ph m % kh i lư ng oxide trong s n ph m Tên thí nghi m TiO2 K2O SiO2 Na2O TPK KOH 75%, 200oC, 2 gi 46.17 42.39 9.64 0.50 1.31 o KOH 80%, 200 C, 2 gi 34.44 37.57 25.05 0.91 0.36 Đi u này còn ñư c ch ng minh b ng k t qu phân tích thành ph n hóa c a s n ph m trên máy XRF, hàm lư ng K2O = 42.39% và TiO2 = 46.17% (B ng 3.2). T nh ng ñánh giá trên có th k t lu n r ng v i vi c s d ng KOH n ng ñ 75% ph n ng v i TiO2 nhi t ñ 200oC v i t l mol TiO2/KOH = 0.1 và khu y liên t c thu ñư c s n ph m potassium titanate v i công th c K4Ti3O8. S n ph m thí nghi m TiO2 tác d ng v i KOH 80% t i nhi t ñ 200 C phân tích XRD cho th y, ph ñ th hi n tinh th o d ng vô ñ nh hình và các peak các giá tr góc 2θ là 10.48, 28.77, 29.10, 30.99, 31.81, 41.53, 44.80, 55.51 c a K4Ti3O8 có cư ng ñ th p. Đi u này ñư c lý gi i có th do n ng ñ KOH cao, th c hi n trong bình th y tinh nên lư ng SiO2 b hòa tan r t l n, nh hư ng ñ n s hình
13 thành tinh th c a K4Ti3O8 và ñư c ch ng minh qua k t qu phân tích trên máy XRF B ng 3.2 và nh SEM trên Hình 3.8. Hình 3.8 nh SEM c a K4Ti3O8, TiO2 Merck, KOH 80%, 200oC, 2 gi . Trên cơ s ñó chúng tôi ñi ñ n k t lu n r ng v i n ng ñ KOH 75% nhi t ñ 200oC, t l mol TiO2/KOH = 0.1 và th i gian 2 gi ñã t ng h p ñư c K4Ti3O8. 3.2.1.4. T ng h p KTiO2(OH) Đ nh n ñư c s n ph m KTiO2(OH), chúng tôi ti n hành các thí nghi m v i các ñi u ki n như ñã mô t trên m c 3.2.1.1. K t qu phân tích ph nhi u x c a m u s n ph m các thí nghi m (Hình 3.9 ñ n Hình 3.12) cho th y, s n ph m t o ra có ph ñ nhi u x gi ng nhau c v hình d ng, v trí xu t hi n peak và ñư c ñ nh danh là KTiO2(OH). Hình 3.9 Ph XRD c a KTiO2(OH) (TiO2 Merck, KOH 75%, 160oC, 2 gi ).
14 Hình 3.13 nh SEM c a s n ph m a) KTiO2(OH), (TiO2 Merck, KOH 75%, 160oC, 2 gi ) và b) KTiO2(OH) (TiO2 Merck, KOH 75%, 180oC, 2 gi ) Hình 3.14 nh SEM c a KTiO2(OH) c a Zhang [29]. K t qu phân tích hình thái h c b m t c a s n ph m thí nghi m TiO2 tác d ng v i KOH 75% nhi t ñ 160oC trong 2 gi và thí nghi m TiO2 tác d ng v i KOH 75% nhi t ñ 180oC trong 2 gi trên kính hi n vi ñi n t quét cho th y, các tinh th thu ñư c có d ng hình tr l c giác v i kích thư c dài 8÷12µm và ñư ng kính tr kho ng 2µm, hoàn toàn gi ng v i hình nh ch p KTiO2(OH) c a Zhang ñã công b (Hình 3.14). T các phân tích ñó, ñi ñ n các nh n xét sau ñây: Đ t ng h p ra KTiO2(OH) chúng ta c n s d ng n ng ñ KOH 75%, nhi t ñ ph n ng t 160÷180oC và th i gian ph n ng trong vòng 2 gi v i t c ñ khu y không ñ i.
15 3.2.1.5. K t lu n - V i t c ñ khu y không ñ i, s hình thành các potassium titanate s ph thu c nhi u vào hai y u t nhi t ñ và n ng ñ KOH tham gia ph n ng. - V i n ng ñ KOH 75%, t l mol TiO2:KOH = 0.1, nhi t ñ 200 C thì s n ph m thu ñư c là K4Ti3O8 và nhi t ñ t 160 C ñ n 0 0 1800C, s n ph m chính thu ñư c là KTiO2(OH). - Các k t qu trên hoàn toàn phù h p v i gi n ñ pha h KOH − TiO2 − H2O ñã công b c a Liu Y. [29]. 3.2.1.6. T ng h p potassium titanate t nguyên li u ban ñ u qu ng ilmenite c a Hu ñi u ki n áp su t khí quy n Hình 3.15 nh ph XRD c a s n ph m ilmenite, KOH 75%, 200oC, 3 gi . Trên cơ s công b c a các tác gi [30], [33] và k t qu nghiên c u ñi u ch K4Ti3O8 t TiO2 (Merck) tác d ng v i KOH trình bày ph n trên, chúng tôi ñã ti n hành thí nghi m cho Ilmenite Hu . K t qu phân tích XRD Hình 3.15 cho th y, trên ph ñ nhi u x tia X không còn xu t hi n các peak c a FeTiO3, ch ng t ph n ng ñã x y ra hoàn toàn. Ph ñ xu t hi n các peak v i góc 2θ c a K4Ti3O8 phù h p v i k t qu ñã công b các tác gi Liu Y. [29]
16 và Aly H. F. [33]. Chúng tôi phân tích m u máy XRF ñ xác ñ nh thành ph n c a s n ph m t o ra và k t qu tính toán là phù h p v i K4Ti3O8. 3.2.2. T ng h p potassium titanate t TiO2 Merk b ng Microwave 3.2.2.1. Cơ s lý thuy t Trên cơ s nghiên c u m c 3.2.1, chúng tôi ti n hành thí nghi m t ng h p potassium titanate theo phương pháp SMS b ng microwave. Tương t như m c 3.2.1, chúng tôi tính toán lư ng nguyên li u và hóa ch t ñ ti n hành thí nghi m như sau: Cân 10 gam KOH (Merck) và 1.43 gam TiO2 (Merck) cho vào bình teflon, sau ñó thêm chính xác 2.5ml H2O ñ ion và m i thí nghi m ti n hành trên 10 bình teflon/1 l n; lư ng này tương ng v i t l mol TiO2/KOH = 0.1 và n ng ñ KOH là 80%. Đưa các bình teflon vào h th ng Microwave và ti n hành cài ñ t thông s nhi t ñ và th i gian. 3.2.2.2. Phương ti n thí nghi m Chúng tôi ti n hành các thí nghi m trên h th ng Microwave c a hãng Aurora, Ý. 3.2.2.3. K t qu t ng h p potasium titanate trong microwave và bi n lu n Đ kh o sát s nh hư ng c a quá trình t ng h p potassium titanate dư i tác ñ ng c a microwave, chúng tôi ti n hành trên 4 thí nghi m. K t qu phân tích XRF, XRD và SEM c a m u cho th y: - Ph nhi u x XRD c a các thí nghi m có ph ñ gi ng nhau và có cư ng ñ y u v i giá tr 2θ c a K4Ti3O8 và phù h p v i công b c a Aly H. F. [33].
17 Hình 3.17 Ph XRD thí nghi m TiO2 Merck, KOH 80%, 1700C, 80 phút. - K t qu phân tích hình thái h c c a các m u trên kính hi n vi ñi n t quét cho th y, các m u s n ph m có tinh th d ng s i và gi ng v i hình d ng tinh th K4Ti3O8 ñư c công b b i Liu Y. [29]. 3.2.2.4. K t lu n Trong ñi u ki n ph n ng b ng microwave, khi t l mol TiO2:KOH=0.1 và nhi t ñ 170oC ñ n 180oC v i ñ KOH 80% và th i gian 80 phút, s n ph m t o ra là K4Ti3O8. Tuy nhiên nh n m nh ñây, c n có nh ng nghiên c u chi ti t hơn ñ kh ng ñ nh l i các công b v ph n ng t ng h p potassium titanate dư i tác ñ ng c a microwave và trong n i dung này chúng tôi m i ch ñưa ra các nh n xét ban ñ u d a trên các thí nghi m sơ b . 3.2.2.5. T ng h p potassium titanate t qu ng ilmenite c a Hu trong ñi u ki n áp su t cao trong lò microwave Trên cơ s k t qu nghiên c u ñi u ch K4Ti3O8 trong microwave ph n trên, chúng tôi ti n hành thí nghi m t ng h p K4Ti3O8 t ilmenite Hu và k t qu phân tích XRF, XRD, SEM cho th y.
18 Hình 3.20 Ph XRD ilmenite, KOH 80%, nhi t 170oC trong 80 phút. K t qu phân tích ph XRD (Hình 3.20) c a s n ph m t ng h p không còn th y xu t hi n các peak giá tr 2θ ñ c trưng c a ilmenite và ph ñ có các peak gi ng v i ph ñ thí nghi m TiO2 ph n ng v i KOH 75% theo t l mol TiO2/KOH =0.1 nhi t 200 C trong 2 gi (Hình 3.5). Đi u này ch ng t ph n ng x y ra o hoàn toàn và s n ph m t o ra là K4Ti3O8. K t qu phân tích hình thái h c b ng SEM và thành ph n hóa h c m t l n n a cho th y, ph n ng ñã x y ra hoàn toàn và s n ph m b th y phân do dùng nư c ñ r a KOH dư. 3.3. Nghiên c u t o ra TiO2 nano t potassium titanate 3.3.1. Cơ s lý thuy t Theo k t qu nghiên c u c a Aly H. F. [33], Qi T. và ñ ng s [37] và Yury V. và c ng s [53], chúng tôi ti n hành thí nghi m potassium titanate d ng K4Ti3O8 t ng h p trên ñ ph n ng v i axit oxalic 80% nhi t ñ 150 C trong 3 gi nh m m c ñích t o ra 0 titanium oxalate (các ti n ch t t o TiO2 nano).