Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU RÂY PHÂN TỬ MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-16

Vật liệu mao quản trung bình lập phương tâm khối SBA-16 đã được nghiên cứu tổng hợp từ trấu, sử dụng polyme khối EO106PO70EO106 (F127) làm chất hoạt động bề mặt và định hướng cấu trúc, đồng thời thay đổi thành phần tạo gel như tỉ lệ butanol/SiO2, HCl/SiO2, SiO2/F127.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU RÂY PHÂN TỬ MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-16"TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 50, 2009 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU RÂY PHÂN TỬ MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA-16 Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh, Trần Quốc Việt, Trần Thái Hoà Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hồ Sỹ Thắng, Đại học Đồng Tháp Nguyễn Đức Cường, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Huế Phan Phú Quí, Đại học Tây Nguyên TÓM TẮT Vật liệu mao quản trung bình lập phương tâm khối SBA-16 đã được nghiên cứu tổnghợp từ trấu, sử dụng polyme khối EO106PO70EO106 (F127) làm chất hoạt động bề mặt và địnhhướng cấu trúc, đồng thời thay đổi thành phần tạo gel như tỉ lệ butanol/SiO2, HCl/SiO2,SiO2/F127. Sự biến đổi của tiền chất theo nhiệt độ được nghiên cứu bằng phương pháp TG-DSC (Labsys TG/DSC Setaram, Pháp). Thành phần pha mao quản trung bình được đặc trưngbằng nhiễu xạ tia X (XRD, D8 Advance, Brucker, Pháp). Tính chất xốp của vật liệu được nghiêncứu bằng đo đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp nitơ ở 77K (Micromeritics, Hoa Kỳ). Kết quả thựcnghiệm cho thấy, để thu được vật liệu mao quản trung bình SBA-16 tổng hợp từ trấu có độ trậttự cao và diện tích bề mặt riêng lớn cần thay đổi tỉ lệ butanol/SiO2; HCl/SiO2 và SiO2/F127 theosố mol tương ứng trong khoảng 0,98-2,45; 2,12-2,47 và 280-322.I. Đặt vấn đề Trong số các vật liệu mao quản trung bình lập phương của dioxit silic, SBA-16là một trong những vật liệu tốt nhất để làm chất mang xúc tác hay chất hấp phụ vì sự ổnđịnh nhiệt cao của tường thành mao quản và kích thước mao quản lớn [1]. Pha maoquản trung bình lập phương kiểu Im3m của SBA-16 được tổng hợp từ triblockcopolymer Pluronic F127 (EO106PO70EO106) và tetraethylorthosilicate (TEOS) đầu tiênđược Zhao và cộng sự công bố [2,3]. Các tham số tổng hợp SBA-16 đã được nghiêncứu một cách có hệ thống trong các công trình của Cho và cộng sự [3], P. van Der Voortvà cộng sự [4]. Một trong những hướng nghiên cứu về vật liệu mao quản trung bình làtìm và tạo ra nguồn silic giá rẻ hơn để thay thế alkoxit silic. Quá trình tổng hợp SBA-16phức tạp hơn SBA-15 và MCM-41 vì sử dụng nhiều hợp phần tạo nên gel hơn. Do đó,khi thay đổi nguồn silic khác TEOS, cần thiết phải nghiên cứu kĩ lưỡng và có hệ thống. Trong bài báo trước, chúng tôi đã trình bày quá trình tổng hợp dioxit silic hoạttính từ vỏ trấu và đã tổng hợp được MCM-41 từ nguồn silic này [5]. Trong bài này,chúng tôi sẽ trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp SBA-16 từ nguồnsilic điều chế từ vỏ trấu. 57II. Thực nghiệm Nguồn silic là dioxit silic tổng hợp từ vỏ trấu theo quy trình đã công bố [5]. Chấtđịnh hướng cấu trúc là F127 (Aldrich). Vật liệu SBA-16 được tổng hợp theo [6] có sửdụng butanol làm chất đồng mixen nhằm làm giảm lượng axit. Để tối ưu hóa các thànhphần hệ HCl-F127-SiO2-NaOH, chúng tôi tổng hợp các mẫu SBA-16 có thành phần gelnhư bảng 1. Quy trình tổng hợp như sau: Cho SiO2 vào 50 ml dung dịch NaOH 2,65M vàkhuấy đến khi thu được dung dịch trong suốt (dung dịch 1). Dung dịch 2 được điều chếbằng cách trộn axit HCl, H2O, F127, butanol (theo tỉ lệ như bảng 1) và khuấy cho đếnkhi thu được dung dịch đồng nhất. Thêm từ từ dung dịch 1 vào dung dịch 2 đồng thờikhuấy mãnh liệt ở 40oC trong 2 giờ. Chuyển toàn bộ gel vào bình Teflon và khuấy nhẹtrên máy khuấy từ trong 24 giờ để tạo thêm mầm kết tinh. Sau đó chuyển bình Teflonvào tủ sấy để làm già trong 24 giờ ở 100oC. Kết tủa được lọc rửa cho đến khi nước lọckhông còn ion Cl- (thử bằng AgNO3). Sấy khô sản phNm ở 100oC trong 24 giờ sau đónung ở 550oC trong 6 giờ. Sự biến đổi của tiền chất theo nhiệt độ được nghiên cứu bằngphương pháp TG-DSC (Labsys TG/DSC Setaram, Pháp). Thành phần pha mao quảntrung bình được đặc trưng bằng nhiễu xạ tia X (XRD, D8 Advance, Brucker, Pháp).Tính chất xốp của vật liệu được nghiên cứu bằng đo đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp nitơở 77K (Micromeritics, Hoa Kỳ). Thể tích rỗng toàn bộ (Vt) được xác định từ lượng nitơhấp phụ ở 77K, áp suất tương đối 0,99. Thể tích mao quản trung bình được xác địnhbằng cách lấy tích phân đường cong phân bố kích thước mao quản trong khoảng 2-50nm. Thể tích vi mao quản được xác định từ hiệu số thể tích toàn bộ (Vt) và thể tích maoquản trung bình (Vmic). Thành mao quản (tw) được xác định từ công thức 3.ao - d pore [7], trong đó tham số tế bào ao = 2.d (110) (với d110 là khoảngtw = 2cách không gian của mặt 110), dpore là đường kính mao quản, lấy giá trị cực đại củađường cong phân bố kích thước mao quản. Bảng 1: Kí hiệu mẫu và thành phần gel tổng hợp ...