ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG CÔNG KHẢM Chuyên ngành: Hoá vô cơ
Mã số: 60 44 25
LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC
thành phố Hồ Chí Minh
Ban Giám đốc Sở Giáo dục và Đào tạo
Đồng Nai đã tạo điều kiện cho đi học.
Các anh chị cơ quan Sở GD&ĐT Đồng
Nai, các bạn học viên cao học khóa 18 và gia đình,
đã động viên, giúp đỡ trong quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Hoàng Công Khảm
1 MỞ ĐẦU
Bentonite là một loại khoáng sét tự nhiên thuộc nhóm aluminosilicate, có cấu
trúc lớp và tương đối xốp, là vật liệu tiềm năng để làm chất hấp phụ, chất xúc tác,
chất mang, chất tạo khung nền. Do có cấu trúc lớp với các cation bị hydrat hoá ở
giữa nên độ bền nhiệt thấp và diện tích bề mặt không lớn, hạn chế trong ứng dụng.
Vì vậy, việc phát triển các phương pháp tổng h
ợp vật liệu từ bentonite hay đất sét
nói chung nhằm cải thiện các tính chất cơ lý hóa cho từng mục đích sử dụng trong
công nghiệp, nông nghiệp và lĩnh vực môi trường, thực sự là nhu cầu quan trọng.
Vật liệu sét chống được tổng hợp bằng cách thực hiện quá trình chèn các
polycation kim loại vào giữa các lớp sét, sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp các
polycation kim loại trải qua quá trình dehydrat và dehydroxy tạo thành các cột
chống oxide kim loại cứng, bề
n, chống giữa các lớp sét, làm gia tăng khoảng cách
cơ bản, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp và độ bền nhiệt.
Tiềm năng khoáng bentonite của nước ta rất lớn, với thành phần
montmorillonite khá cao. Đây là nguồn tài nguyên đáp ứng được cho việc triển khai
tổng hợp các vật liệu sét chống ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.
Danh mục các bảng ………………………………………………………… vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị …………………………………………… viii
Mở đầu ……………………………………………………………………
1
Chương 1 – TỔNG QUAN …………………………………………………
2
1.1. Giới thiệu về khoáng bentonite ………………………………………
2
1.1.1. Sự tạo thành khoáng sét trong thiên nhiên ………………………… 2
1.1.2. Thành phần hoá học và cấu trúc …………………………………… 2
1.1.3. Tính chất hóa lý ……………………………………………………. 4
1.1.4. Ứng dụng c
ủa bentonite ……………………………………………. 6
1.1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam …………………………………… 6
1.2. Sét chống và sét chống nhôm sắt ………………………………
7
1.2.1. Vật liệu sét chống …………………………………………………
7
1.2.2. Những yêu cầu cơ bản về đất sét nền và tác nhân chống …………
8
1.2.2.1. Khoáng sét lớp: Na-Montmorillonite ………………………
9
1.2.2.2. Tác nhân chống: Các polycation kim loại ……………………
11
- Phương pháp sol-gel: Tổng hợp polycation kim loại ………
11
iv - Cơ chế của quá trình sol-gel ……………………………….
27
2.2. Đối tượng nghiên cứu ………………………………………………….
27
2.3. Nội dung nghiên cứu và quy trình thực nghiệm ……………………….
27
2.3.1. Nội dung nghiên cứu ……………………………………………….
27
2.3.1. Quy trình thực nghiệm …………………………………………….
28
2.4. Các phương pháp nghiên cứu ………………………………………….
28
2.4.1. Phương pháp thực nghiệm hóa học ……………………………….
28
2.4.2. Các phương pháp đặc trưng ……………………………………….
29
2.5. Hoá chất và thiết bị sử dụng ……………………………………………
30
v 2.5.1. Hoá chất …………………………………………………………….
30
2.5.2. Thiết bị sử dụng …………………………………………………….
31
Chương 3: THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………….
32
3.1. Tinh chế bentonite ……………………………………………………
32
3.1.1. Phương pháp tinh chế………………………………………….
32
60
PHỤ LỤC …………………………………………………………………
64
viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc MMT(a), Ảnh AFM của Na-MMT(b) ……… 3
Hình 1.2. Mô hình quá trình hydrat và dehydrat smectite và sét chống … 8
Hình 1.3. Quá trình sol-gel ……………………………………………. 12
Hình 1.4.
Cấu trúc của ion Al
13
7+
……………………………………… 15
Hình 1.5. Giản đồ XRD chuẩn (a), ảnh SEM (b) của Al-Keggin sulfate 16
Hình 1.6. Sơ đồ quá trình chèn các polycation vào giữa các lớp sét 17
Hình 1.7. Mô hình biểu diễn đất sét chống theo kỹ thuật sấy khác nhau 18
Hình 1.8. Sơ đồ quá trình nung định hình cấu trúc 19
Hình 1.9. Sơ đồ mô tả phương pháp chống phân tán loãng …………… 20
Hình 1.10. Sơ đồ mô tả phương pháp chống trong môi trường đậm đặc … 21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thực nghiệm …………………………………. 28
Hình 3.1. Giản đồ XRD: Bentonite nguyên khai
……… 33
Hình 3.2. Phổ IR: Bentonite nguyên khai ………………………………. 34
Hình 3.22. Phổ IR: Na-MMT, AlFe-MMT, AlFe-MMT 400
0
C ………… 52
Hình 3.23. Đường chuẩn độ hấp thu(a) và động học hấp phụ(b) của MO 55
Hình 3.24. Biểu đồ so sánh ảnh hưởng pH (a); % TOC bị loại bỏ (b) 57
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS: Atom Absorption Spectrocopy (Phổ hấp thu nguyên tử)
Al-Keggin Al-polycation có cấu trúc Keggin
AlFe-Keggin AlFe-polycation có cấu trúc Keggin
AlFe-MMT AlFe-Montmorillonite
BET: Braunauer – Emmett – Teller
CEC: Cation Exchange Capacity (Dung lượng trao đổi cation)
DTA: Differential Thermal Analysis (Phân tích nhiệt vi sai)
IR: Infrared (Hồng ngoại)
MMT: Montmorillonite
MO: Methyl orange (Metyl cam)
Na-MMT Na-Montmorillonite (Bentonite tinh chế)
PILC Pillared interlayer clay (đất sét chống)
SEM: Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)
S
µ
, Diện tích lỗ xốp micro
TG: Thermogravimetry (Nhiệt trọng lượng)
TOC: Total Organic Carbon (Tổng hàm lượng carbon hữu cơ)
V
µ
Bảng 3.7. Giá trị khoảng cách cơ bản d
001
các mẫu theo thời gian già hoá 46
Bảng 3.8. Giá trị d
001
các mẫu theo tỷ lệ meq (Al+Fe)/ 1 gam Na-MMT . 48
Bảng 3.9. Bảng so sánh kết quả phân tích IR các mẫu khảo sát ………… 52
Bảng 3.10. Thành phần và một số đặc trưng các mẫu nghiên cứu ……… 53
Bảng 3.11. Giá trị độ hấp thu A ứng với nồng độ methyl orange ………… 55
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hấp phụ methyl orange ……………………. 56
Bảng 3.13. Kết quả phân tích TOC ………………………………………. 56
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của pH đến hoạt tính xúc tác ……………………. 58
2 Chương 1 – TỔNG QUAN
1. 1. Giới thiệu về khoáng bentonite
1.1.1. Sự tạo thành khoáng sét trong thiên nhiên
Đất sét là một loại đất tự nhiên chứa chủ yếu các loại khoáng sét, còn lại là
các khoáng vật khác như: goethite Fe(OH)
3
, gibbsite Al(OH)
3
, thạch anh, tràng
thạch có tên chung là khoáng phi sét; Ngoài ra còn có một số chất hữu cơ như
cellulose, lignin,… Đất sét nói chung được tạo ra do sự phong hóa hóa học của các
loại đá chứa silicate dưới tác động của nước và khí carbonic, một số loại đất sét lại
được hình thành do các hoạt động thủy nhiệt (phong hóa vật lý) hoặc do rễ cây lan
dần trên mặt đất (phong hóa sinh học) [2].
) ở giữa qua cầu
nối O; Hai tấm tứ diện cùng quay đỉnh chung vào phía tấm bát diện (Hình 1.1a).
Các đỉnh chung của tứ diện và bát diện khá nhiều do đó phần lớn nhóm OH đã bị
thay thế bằng O và quay đầu vào bên trong tấm cấu trúc. Do cấu trúc như vậy nên
3 lực liên kết hydrogen giữa các lớp không còn nữa hoặc có giá trị rất nhỏ. Giữa các
lớp cấu trúc là các cation trao đổi và nước hấp phụ. Chiều dày một lớp cấu trúc và
lớp cation trao đổi cùng với nước hấp phụ được xác định là khoảng cách cơ bản d
001
của mạng MMT [1].
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc MMT (a)[20], Ảnh AFM của Na-MMT (b)[30]
Mỗi lớp cấu trúc được phát triển liên tục trong không gian theo hướng trục x
và y. Các lớp cấu trúc được xếp chồng song song với nhau và tự ngắt quãng theo
hướng trục z, các lớp cation và nước hấp phụ tạo nên một mạng lưới không gian ba
chiều của tinh thể MMT (Hình 1.1b). Trong mạng lưới cấu trúc của MMT thường
xảy ra sự thay thế đồng hình giữa các cation. Sự thay thế
này dẫn tới sự xuất hiện
điện tích âm trong mạng lưới; điện tích đó được bù trừ bởi các cation nằm trong
khoảng không gian giữa hai lớp; đó là các cation Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg
hấp phụ, chỉ số keo, …). Dựa vào đó người ta
có thể phân bentonite tự nhiên thành hai loại: (i) Bentonite kiềm (Na, K); cation
trao đổi chủ yếu là Na
+
, K
+
; có độ trương nở cao, độ bền nhiệt kém. (ii) Bentonite
kiềm thổ (Ca, Mg); cation trao đổi chủ yếu là Ca
2+
, Mg
2+
; có độ trương nở kém
nhưng có độ bền nhiệt cao hơn [1].
1.1.3. Tính chất hóa lý
Khả năng trương nở
Khoảng cách cơ bản giữa hai lớp trong mạng lưới tinh thể của bentonite có
thể thay đổi, chiều dày này biến thiên nhiều hay ít tùy thuộc vào lượng nước liên kết
nằm giữa khoảng không gian hai lớp tác động vào - Yếu tố quyết định đến tính
trương nở của bentonite.
Tính trương n
ở của bentonite tùy thuộc vào điện tích âm của các tấm và sự
solvat hóa của các cation kim loại nằm giữa các tấm đó. Bentonite hấp phụ qua sự
solvat hóa của các cation làm cho thể tích các lớp tăng lên. Thể tích bentonite tăng
khoảng 10 - 15 lần so với thể tích ban đầu khi nó đã bão hòa nước. Khả năng hydrat
hóa của cation càng mạnh, lượng nước hấp phụ vào giữa các lớp càng nhiều, tính
trương nở càng lớn [1].
Khả năng trao
đổi ion
Khả năng trao đổi ion là đặc trưng cơ bản của bentonite, có hai nguyên nhân
gây nên khả năng trao đổi ion của bentonite:
- Các cation trao đổi được liên kết tĩnh điện với MMT và dung lượng trao đổi
cation (CEC) phụ thuộc vào nồng độ cation trao đổi trên bề mặt MMT. 80% dung
lượng trao đổi ion là do sự thay thế đồng hình tạo nên còn 20% là do những nguyên
nhân khác.
- Khả năng trao đổi ion của bentonite phụ thuộc vào hóa trị và bán kính của
các cation trao đổi, các cation hóa trị nhỏ dễ bị trao đổi hơn các cation hóa trị lớn,
theo thứ tự Me
+
> Me
2+
> Me
3+
. Đối với các cation cùng hóa trị thì bán kính ion
càng nhỏ, khả năng trao đổi càng lớn: Na
+
> K
+
> Mg
2+
> Ca
2+
> Fe
2+
> Al
3+
.
- Giá trị CEC phản ánh hai tính chất cơ bản của bentonite là diện tích bề mặt
và lượng điện tích âm trong mạng lưới tinh thể. Bề mặt tinh thể gồm bề mặt trong
và bề mặt ngoài:
+ Dung lượng trao đổi ở bề mặt ngoài phản ánh kích thước tinh thể, phụ
hóa dầu, dược phẩm, thực phẩm, dệt nhuộm, chất tẩy rửa, …
- Chất kết dính, khuôn đúc trong công nghiệp luyện kim
- Khử chất thải phóng xạ, xử
lý kim loại nặng độc hại trong nước và xử lý
nước thải ở các vùng công nghiệp, chống ô nhiễm môi trường
- Phụ gia trong các ngành công nghiệp cao su, giấy, thuốc trừ sâu, phân bón
sinh hóa, sơn, gốm sứ, làm dung dịch khoan sâu
- Làm chất xúc tác; chất mang xúc tác trong các phản ứng tổng hợp và oxy
hoá hoàn toàn các chất hữu cơ [2].
1.1.5. Khoáng sét bentonite Việt Nam
Các vùng phân bố bentonite ở Việt nam
Cũng như một số nước trên thế giới, tiềm năng khoáng sản bentonite
ở Việt
Nam rất lớn, phân bố khắp các vùng miền từ Bắc vào Nam với đủ hai chủng loại
bentonite kiềm và kiềm thổ. Các địa phương có khoáng bentonite với trữ lượng rất
lớn, điển hình là Di Linh - Lâm Đồng, Cổ Định – Thanh Hoá, Tuy Phong – Bình
7 Thuận, Gia Quy – Bà Rịa Vũng Tàu, Kiên Bình – An Giang, Long Đất – Đồng Nai
… Trữ lượng và thành phần của khoáng bentonite Việt Nam đáp ứng được cho sự
triển khai các ứng dụng vào công nghiệp, nông nghiệp và góp phần bảo vệ môi
trường sinh thái.
Bentonite Di Linh – Lâm Đồng
Bentonite Di Linh khai thác từ mỏ sét Tam Bố thuộc thôn Hiệp Thành, xã
Gia Hiệp, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng; cách thị trấn Di Linh 17 km.
Thành phần khoáng sét Di Linh gồm khoảng 60% MMT, 40% thạch anh,
kaolinite và một số tạp chất phi sét khác, sét có màu da cam sáng, thuộc loại
bentonite kiềm thổ (giàu Mg). Laurent Duclaux và các cộng sự
[14]
2
.g
-1
.
- Diện tích lỗ xốp = 19 m
2
.g
-1
.
- Tổng thể tích lỗ xốp = 0,07 cm
3
.g
-1
.
- Số lớp trung bình trong hạt sét là 7.
1.2. Sét chống và sét chống nhôm sắt
1.2.1. Vật liệu sét chống
Đất sét chống [Pillared interlayer clay (PILC)] là vật liệu rắn siêu xốp, có
cấu trúc và tính chất độc đáo, được hình thành bởi các polycation kim loại chèn vào
giữa các lớp của khoáng sét trương nở, đặc biệt là smectite. Nung ở nhiệt độ cao
(300 - 500°C), các polycation chèn giữa được chuyển thành các cụm oxide kim loại
thông qua quá trình dehydrat và dehydroxy. Bằng cách chống đỡ các lớp silicate,
8 các oxide kim loại có tính năng như cột chống giữa các lớp, tạo ra các lỗ xốp kích
cỡ meso và micro. Các polycation kim loại chèn giữa các lớp làm tăng khoảng cách
cơ bản và diện tích bề mặt riêng của đất sét tự nhiên [10], [13].
Các PILC không có tính trương nở; duy trì độ xốp của nó trong quá trình
hydrat hóa hoặc dehydrat hoá (hình 1.2). Đây là đặc tính quan trọng và khác biệt
dung môi đó.
- Cation giữa các lớp silicate trao đổi được dễ dàng và kích thước giữa các
lớp sét phải thích hợp để đủ bền sau khi được chống.
Theo đó, khoáng sét Na-MMT và tác nhân chống polycation kim loại được
ưu tiên lựa chọn và sử dụng rộng rãi trong hai thập kỷ qua:
1.2.2.1. Khoáng sét lớp: Na-Montmorillonite
Khoáng sét lớp Na-MMT với cation trao đổi chủ y
ếu là Na
+
giữa các lớp,
đáp ứng tốt nhất cho vật liệu sét chống do:
- Ion Na
+
bán kính nhỏ, điện tích nhỏ trao đổi dễ dàng với các cation khác,
đặc biệt là với các chuỗi cation chống điện tích lớn hơn
- Khả năng hydrat của Na
+
cao làm cho các lớp sét trương nở. MMT trương
nở trong nước nhưng không tách lớp trong huyền phù
- MMT có CEC vừa phải (0,80 - 1,60 meq/g MMT)
- Kích thước hạt vừa đủ nhỏ (<2 m) để quá trình chống đồng nhất vừa đủ
lớn để sản phẩm trở nên cứng, bền
- Na-MMT rẻ tiền [10], [26].
Thực tế khoáng bentonite có lẫn những tạp chất như là calcite, feldspath,
thạch anh các loại oxide sắt và những chất hữu cơ
… là những thành phần tồn tại
chung với khoáng bentonite trong đất sét, làm giảm hàm lượng và chất lượng MMT,
do đó cần phải tinh chế làm giàu MMT [8]:
- Xử lý cơ học để thu được các hạt có kích thước < 2 µm (chủ yếu là khoáng
MMT) bằng phương pháp ly tâm, siêu âm và sa lắng; Sa lắng phân đoạn để tạo
được phân tán cẩn thận trong dung dịch NaCl 1M bằng cách khuấy trong khoảng 12
giờ, và tách ra bằng máy li tâm. Quá trình này được lặp lại nhiều lần (ít nhất là 5 lần
với sét kiềm thổ).
- Sét phân tán thu được sau quá trình xử lý hoá học như trên thường chứa
một lượng đáng kể muối NaCl. Lượng muối dư này thường được loại bỏ bằng một
lượng lớn nước cất; tuy nhiên việc rử
a sạch nhiều lần bằng nước gây nên sự giải
keo của các hạt sét. Theo lý thuyết về sự tuyển rắn, sự lọc là không thực tế bởi vì
bùn sét hình thành một lớp rất mỏng làm nước hầu như không thể thấm qua màng
lọc; Sự ly tâm đòi hỏi máy có tốc độ lớn và thực hiện nhiều lần trong thời gian dài.
Thực tế có thể loại bỏ muối dư bằng th
ẩm tách, quá trình thẩm tách được thực hiện
trong nhiều ngày nhưng không nên kéo dài đến mức không cần thiết vì có thể dẫn
đến sự keo tụ các hạt sét, đặc biệt khi pH giảm xuống dưới 7. Tại pH 6 các hạt sét
bắt đầu kết tụ, nên cần giữ pH của nước bên ngoài màng thẩm khoảng 7,5 – 8,0
bằng cách thêm vào một lượng nhỏ dung dịch NaOH loãng.
11 Ngoài ra, tuỳ theo yêu cầu thực tế sét thô có thể được tinh chế mà không áp
dụng phương pháp xử lý hóa chất để loại bỏ carbonate, hydroxide, oxide, và hợp
chất hữu cơ. Phương pháp tinh chế đơn giản “gentle” (van Olphen, 1963) bao gồm
sự thay thế các cation có thể trao đổi cùng với ion Na
+
tiếp theo là rửa bằng nước.
Rửa (bằng ly tâm) để loại bỏ muối dư thừa và làm sạch các tạp chất (Annabi -
Bergaya, 1978; Benna et al., 1999).
1.2.2.2. Tác nhân chống: Các polycation kim loại
Vật liệu sét chống bởi tác nhân polycation, polyoxocation hay
polyhydroxocation kim loại (các oligome vô cơ) đã được sử dụng rộng rãi, do các
n
(OH)
m
]
(3n-m)+
… được quan tâm nhất vì:
- Các polycation kim loại trao đổi cation tốt với MMT do có điện tích lớn.
- Kích thước lớn của polycation kim loại tạo được khoảng cách lớn giữa các
lớp khi đưa vào trong cấu trúc MMT.
- Các polycation kim loại dễ chuyển sang dạng oxide bền vững bằng quá
trình xử lý nhiệt, ví dụ:
[Al
13
O
4
(OH)
24
(H
2
O)
12
]
7+
→ 6,5 Al
2
O
3
+ 7 H
+
+ 20,5 H
lập các cầu nối M-OH-M ho
ặc M-O-M giữa nguyên tử kim loại M của các phân tử
tiền chất. Quá trình biến đổi này hoàn toàn tương đương với quá trình polyme hóa
12 với sự tạo thành các liên kết trực tiếp giữa các nguyên tử carbon của tiền chất hữu
cơ.
Ở bước đầu tiên của quá trình sol-gel, các hạt keo rắn độc lập là các hạt nano
oxide kim loại (kích thước <1 µm) được hình thành trong chất lỏng. Cứ mỗi hạt
keo có cấu trúc cầu nối nội tương đối dày đặc (hình 1.7a), điều này làm cho các hạt
rắn dễ dàng duy trì trạng thái phân tán trong dung môi, trong trường hợp đó các
huyề
n phù keo hay còn gọi là sol đã được hình thành.
Hình 1.3. Quá trình sol-gel [24]
Ở bước thứ hai, các hạt keo có thể tạo nên các cầu nối để liên kết với nhau
trong khi vẫn còn trong dung môi, cứ như vậy tạo nên một mạng ba chiều hở gọi là
gel (hình 1.7b). Sự biến đổi từ sol sang gel tạo thành quá trình gel hóa, kết quả là
thu được các gel hay còn gọi là gel keo (colloidal gel). Mặt khác, hoàn toàn có thể
trực tiếp tạo ra một số gel từ các polyme thẳng hình thành từ dung dịch tiền chất
mà không có sự xuất hi
ện các hạt riêng lẻ. Khi xuất hiện điều này các gel tạo thành
được gọi là gel cao phân tử (polymeric gel)[24].
- Cơ chế của quá trình sol-gel
Các tiền chất đầu tiên được sử dụng trong quá trình sol – gel là các muối kim
loại dạng MX
n
, trong đó cation kim loại M liên kết với anion X. Trong dung dịch
mà dung môi là nước các tiền chất này hiện diện như là cation solvat hóa
tử kéo theo sự sắp sếp lại đám mây điện tử (tức là làm biến đổi độ phân cực của
từng liên kết) trong tất cả các nguyên tử trong trạng thái chuyển tiếp đã cho. Kết
14 quả là điện tích riêng phần cũng như độ âm điện của mỗi một nguyên tử trong trạng
thái chuyển tiếp này đã bị biến đổi.
Khi một nhóm các nguyên tử kế cạnh trong trạng thái chuyển tiếp đạt đến
điện tích riêng phần thêm, thì nhóm nguyên tử này trở nên “tự đủ” điện và tách ra
thành nhóm tách rời. Nhóm tách ra này có thể là một anion, cation hay phân tử
trung hòa như H
2
O khi điện tích riêng phần cộng thêm (2
H
+
O
) đạt đến 0.
Sử dụng muối kim loại làm tiền chất trong quá trình sol – gel với việc dùng
dung dịch hữu cơ, mà một số chất hữu cơ được dùng làm “chất bắt” proton (proton
scavanger) chậm hòa tan trong đó. Muối ion kim loại phải ở dạng hydrat hóa, dung
môi hữu cơ có thể là ethanol. Cation hydrat [M(H
2
O)
N
]
z+
phải có tính acid để cho
phản ứng đề proton hóa xảy ra với chất bắt proton. Chất bắt bị proton hóa đảm bảo
cho phản ứng mở vòng bất thuận nghịch với anion của muối kim loại, trong khi
cation bị solvat hóa chuyển thành dạng aquo – hydroxo [M(OH)
[Al
13
O
4
(OH)
24
(H
2
O)
12
]
7+
(Al
13
7+
) là dẫn xuất cho tất cả gel nhôm oxit. Bằng cách
này có thể điều chế được các khối gel ướt hoàn hảo (gel monoliths) với Cr, Fe, Al,
Zr và các cation khác.
- Al-polycation: Al
13
7+
(Al-Keggin)
Ion Al
13
7+
(
-Keggin -Johansson) có dạng hình cầu thuôn (prolate spheroid),
gồm một khối tứ diện AlO
4
ion Al
13
7+
ổn định hơn ở nhiệt độ thấp hơn, điều đó gây khó khăn cho tiến trình hình
thành do động học thấp. Nhiệt độ thuỷ phân được đề nghị là 70
0
C với giá trị pH
trong khoảng 5 - 6. Tác giả cũng chỉ ra rằng điều quan trọng cho quá trình tổng hợp
16 là phải kiểm soát cẩn thận tốc độ kiềm đưa vào dung dịch muối, cùng với các điều
kiện thí nghiệm khác để duy trì pH trong khoảng hẹp.
Hình 1.5. Giản đồ XRD chuẩn (a)[29] và ảnh SEM (b) của Al-Keggin sulfate [25]
Ion Al
13
7+
có khả năng kết hợp với các ion SO
4
2-
, C
2
O
4
2-
… tạo thành các kết
tủa màu trắng như tinh thể hình cầu Al-Keggin oxalate, tinh thể tứ diện Al-Keggin
sulfate [29], cấu trúc tứ diện này đặc trưng bởi phổ XRD và ảnh SEM (hình 1.5).
Trong vài thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng có thể tích hợp các
, [Al
2
(OH)
2
(H
2
O)
4
]
4+
,
[Al
3
(OH)
4
(H
2
O)
9
]
5+
và [Al
13-x
Fe
x
(OH)
24
(H
2
O)
b
(
a
)
Copyright: Tài liệu đại học ©