Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tiền chất/amoniac đến cấu trúc vật liệu chứa nanosilica

Nghiên cứu này nhằm xác định hiệu quả và mối quan hệ giữa tiền chất tetraethyl orthosilicate (TEOS) và NH3 chất xúc tác cho chuẩn bị silica cấu trúc nano thông qua phương pháp ngưng tụ, dựa trên tỷ lệ mol của chúng. Các silica cấu trúc nano được chuẩn bị trong dung dịch hỗn hợp NH3, ethanol, nước với các tính toán đã cho trước đó. Các chuẩn bị được thiết lập ở nhiệt độ phòng trong 12 giờ, sau đó lọc kết tủa tổng hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tiền chất/amoniac đến cấu trúc vật liệu chứa nanosilica Tạp chí Hóa học, 54(5): 658-662, 2016 DOI: 10.15625/0866-7144.2016-00382 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tiền chất/amoniac đến cấu trúc vật liệu chứa nanosilica Đinh Thị Ngọ1*, Hoàng Thị Phương2, Hoàng Xuân Tiến1, Nguyễn Trung Thành1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 1 2 Viện Dầu khí Việt Nam Đến Tòa soạn 15-12-2015; Chấp nhận đăng 25-10-2016 Abstract This study aimed to determine effect and relation between tetraethyl orthosilicate precursor (TEOS) and NH3 catalyst for nanostructured silica preparation through condensation method, based on their molar ratio. The nanostructured silica was prepared in mixed solution of NH3, ethanol, water with previous given calculations. The preparation was established at room temperature for 12 hours followed by filtering the as-synthesized precipitate. The precipitate was then dried and calcinated at 120 oC for 12 hours and at 600 oC for 3 hours, respectively for the final nanosilica containing products. A series of nanosilica containing samples were studied based on the molar ratios of TEOS/NH3, and the sample with the finest morphology was chosen for further characterizations. As the obtained results, the chosen sample with TEOS/NH3 of 1.5/1 existed in amorphous phase with particle size ranging from 12 nm to 25 nm. Some techniques were used such as SEM, TEM, EDX, FT-IR and UV-Vis for characterizing the morphology, element percentage, functional groups and silica absorption band respectively of the as-synthesized material. Keywords. Nanosilica, TEOS, nanomaterial, NH3. 1. MỞ ĐẦU Năm 1968, Stober và các cộng sự [1] đã tổng hợp thành công và hệ thống phương pháp tổng hợp các hạt nanosilica đơn lớp dạng cầu trong các dung dịch ancol khác nhau, với tiền chất là các siliconalkoxit, trong sự có mặt của NH3, và đã đạt được các hạt nanosilica có kích cỡ từ 50 nm đến 1 µm. Từ đó đến nay, nhiều công trình đã nghiên cứu về vật liệu này theo nhiều hướng: giảm thiểu thời gian tổng hợp, thu nhỏ kích thước hạt thông qua việc điều khiển các thông số trong quá trình tổng hợp như nhiệt độ, thời gian, sự khuấy trộn, tỷ lệ giữa các thành phần tham gia ban đầu… [2, 3]. Ngày nay, tiềm năng sử dụng của loại vật liệu này rất rộng rãi, từ việc làm chất mang cho các xúc tác, làm chất dẫn thuốc trong cơ thể, làm chất hấp phụ để xử lý nước thải…, đặc biệt gần đây xu hướng nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanosilica cho các ứng dụng trong khai thác và hấp phụ dầu mỏ được quan tâm do khả năng tiếp nhận một lượng lớn dầu so với khối lượng vật liệu ban đầu, hoặc khả năng làm thay đổi tính chất của các vỉa dầu sâu dưới lòng đất [3-6]. Quy trình chung để tổng hợp nanosilica cần có các tiền chất như các siliconalkoxit, các chất xúc tác kiềm và môi trường phân tán có thể là nước hoặc etanol hoặc cả hai. Tuy vậy, sự phát triển của hạt nanosilica thường khó dự đoán do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong mỗi nghiên cứu riêng biệt thường phải khảo sát tất cả các yếu tố này nhằm rút ra quy luật cho quá trình tổng hợp. Trong các nghiên cứu trước đây, chúng tôi đưa ra quy trình tổng hợp vật liệu chứa nanosilica theo phương pháp ngưng tụ hóa ướt, trong đó đã tìm ra quy luật ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt CTAB đến tính chất của vật liệu tạo thành, qua đó tìm ra nồng độ CTAB thích hợp để tạo các hạt nanosilica có kích thước nhỏ và đồng đều nhất. Trong bài báo này, các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tiền chất/xúc tác, cụ thể là tỷ lệ mol của TEOS/NH3 được công bố nhằm đưa ra ảnh hưởng của hai thành phần quan trọng nhất trong quá trình tổng hợp vật liệu chứa nanosilica đến cấu trúc và hình thái học của sản phẩm. Các tiêu chí đánh giá dựa trên kích thước hạt thu được, tính chất co cụm và sự đồng đều của các hạt đó. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất Các hóa chất sử dụng: tetraetyl orthosilicat (TEOS), dung dịch NH3 25 %, etanol (C2H5OH), và cetyl trimetylammoni bromid (CTAB) mua của Merck. 658 Đinh Thị Ngọ và cộng sự TCHH, 54(5) 2016 2.3. Phương pháp đặc trưng vật liệu chứa nanosilica 2.2. Chế tạo vật liệu chứa nanosilica Cân chính xác một lượng etanol đã tính toán từ trước cho vào cốc có cánh khuấy, khuấy đều hỗn hợp với tốc độ 400 vòng/phút; nhỏ từ từ 5,6 ml TEOS đồng thời với một lượng dung dịch NH3 25 % theo tỷ lệ mol TEOS/NH3 nhất định vào cốc này và khuấy trong 10 phút; thêm tiếp 2 ml dung dịch CTAB 4 % trong etanol vào cốc; sau đó, hỗn hợp được khuấy đều trong thời gian 1 giờ rồi đậy kín và để yên qua đêm (khoảng 12 giờ); sản phẩm kết tủa trắng thu được sau 12 giờ được lọc qua phễu lọc chân không và rửa bằng etanol tuyệt tối đến khi pH của nước rửa tương đương với pH của etanol; kết tủa được đưa vào tủ sấy tại 100 oC trong thời gian 10 giờ để sấy khô nước, sau đó nghiền mịn và nung tại 600 oC trong thời gian 3 giờ. Các tỷ lệ mol TEOS/NH3 khác nhau được khảo sát và ký hiệu như sau: SN0,5/1 (TEOS/NH3 = 0,5/1), SN1/1 (TEOS/NH3 = 1/1), SN1,5/1 (TEOS/NH3 = 1,5/1) và SN2/1 ( ...