TỔNG HỢP CeO2 KÍCH THƯỚC NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ BỐC CHÁY VỚI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LÀ POLYVINYLALCOL pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HỐ HỌC
ĐỀ TÀI:

-------- ---------

TỔNG HỢP CeO2 KÍCH THƯỚC NANO BẰNG PHƯƠNG
PHÁP TỰ BỐC CHÁY VỚI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LÀ
POLYVINYLALCOL
KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, 6/2007

1


Một số ứng dụng của CeO2
•
•

Xeri oxit đượ c sử dụng trong nhiều lĩnh vực: luyện kim, gốm sứ, thuỷ tinh, vật
liệu phát quang, xúc tác…
Xúc tác
- xử lí mơi trườ ng ( khí thải ơtơ, xe máy…).

2


Một số phương pháp điều chế CeO2 siêu mịn
- Phươ ng pháp thuỷ nhiệt sol-gel (Hydrothermal sol-gel).

- Phươ ng pháp lắng đọ ng đồ ng thể (hamognous deposition).
- Phươ ng pháp lắng đọ ng phun (spray deposition).
- Phươ ng pháp tự bốc cháy (The auto-combustion method ).

Nhược điểm của ba phương pháp đầu:

-

-

Khó kiểm sốt và khó điều khiển phản ứng thu đượ c sản phẩm như ý muốn.

Khó khăn về mặt kĩ thuật, đòi hỏi thiết bị đắ t tiền.

3


Phương pháp tự bốc cháy
(The auto-combustion method)
•

Là phươ ng pháp lợi dụng nhiệt phát ra từ khả năng tự cháy của phản ứng do
o
các chất đầ u đề u có khả năng tự cháy ở nhiệt độ thấp (150-500 C) để tạo ra
o
nhiệt độ cao (1000-1500 C) mà không cần cung cấp thêm năng lượ ng từ bên
ngoài.

4

Ưu điểm
•
•

Dễ điều khiển kích thướ c hạt, độ đồ ng đề u.
Chi phí thấp, khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, thuận lợi về mặt năng l ượ ng
nên thuận lợi cho việc điều chế ở quy mô lớn.

5


Tổng hợp CeO2 bằng phương pháp tự bốc cháy
với chất hoạt động bề mặt là polivinyl ancol
Ce(NO3)3 1M

+ Axit xitric 3M

+

Polivinyl ancol

Tạo gel (gia nhiệt, khuấy để bay hơi nước)
Làm khô gel ( Ngừng khuấy)
Gel tự bốc cháy . Nâng nhiệt độ lên 130oC

Sản phẩm dạng bột, màu vàng nhạt

6

Các phương pháp vật lý nghiên cứu đặc trưng vật liệu

•

Phân tích nhiễu xạ tia X: Sản phẩm đượ c ghi nhiễu xạ tia X trên máy nhi ễu xạ D8 ADVANCE
(Brucker- Đứ c) của Khoa hoá học, ĐHKHTN với bức xạ CuK α (λ=0.15406nm, 40kV, 40mA), gãc
o
®o 25- 70 .
Kích thớc hạt trung bình đợc tính theo công thức
Debye-Scherrer:

0.9
d =
cos
ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM và ảnh nhiễu xạ
điện tử đợc ghi trên máy TEOL TEM 1010, Nhật Bản
(Viện Khoa học và Công nghệ ViÖt Nam).
7


Kết quả và thảo luận
Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel đến kích thước hạt
3+
Các thí nghiệm đượ c tiến hành với tỉ lệ mol Ce /axit xitric = 1:3, Lượ ng polyvinylancol b ằng 25% lượ ng
o
o
o
o
Ce(NO3)3 và nhiệt độ tạo gel thay đổ i: 40 C, 60 C, 80 C và 90 C.

Hình 1. Ảnh nhiễu xạ tia X của mẫu
ở nhiệt độ tạo gel là 80oC

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu CeO2
ứng với nhiệt độ tạo gel thay đổi: 40oC (a),
60oC (b), 80oC (c), 90oC (d)
8


Kết quả và thảo luận
Bảng 1. KÝch thíc h¹t trung bỡnh (nm) của CeO2 phụ thuộc vào nhiệt độ tạo gel

Nhiệt độ tạo gel

40oC 60oC

Kích thước hạt (nm) 16.8

15.7

80oC

90oC

9.4

10.8

KÝch thíc hạt (nm)

18
16.8
16

15.7

14
12
10.8
10
9.4
8

40

60

80

100

Nhiệt độ tạo gel (oC)

Hỡnh 2. Kích thớc hạt trung bỡnh (nm) của CeO2 phụ thuộc vào nhiệt độ t¹o gel

9


Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric

•

3+
Tỉ lệ mol Ce /axit xitric và lượ ng polyvinylancol ảnh hưở ng đế n thời gian t ạo gel v à
thuộc tính của gel mà cịn ảnh hưở ng đế n kích thướ c và hình thái của hạt CeO 2.
Axit xitric đượ c xem như phối tử tạo phức và tác nhân đi ều ch ỉnh pH c ủa quá trình t ạo
thành sol-gel.
Polyvinylancol là tác nhân điều khiển kích thướ c và hình thái hạt, v ừa l à tác nhân cung
cấp nhiệt cho sự bốc cháy.

10


Tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric và lượng
PVA
•

3+
Tỉ lệ mol Ce /axit xitric đượ c lấy là 1:2, 1:3, 1:4 còn lượ ng polyvinylancol đượ c l ấy b ằng
10%, 15%, 20%, 25%, 30% khối lượ ng của Ce(NO3)3 và tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ tạo
o
gel là 80 C.

11


Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric với PVA

•

Bảng 2. Ảnh hưở ng của tỉ lệ mol Ce

3+

/axit xitric và lượ ng PVA đế n kích thướ c hạt CeO2

10%

15%

20%

25%

30%

1:2

10.8

9.9

10.9

10.2

10.6

1:3

10.1

9.5

9.7

9.4

9.5

1:4

16.2

12.5

11.0

9.4

10.2

% PVA
Ce3+/xitric

12


Kết quả chụp ảnh TEM và ảnh nhiễu xạ điện tử
1:2

10%PVA

1:3 25% PVA

1:2 25%PVA

1:4 10% PVA

1:3 10%PVA

1:4 25% PVA

Ảnh nhiễu xạ điện tử của mẫu
CeO2 với tỉ lệ Ce3+/axit xitric=1:3
và 25% PVA

13


ã

Kt lun
Từ những kết quả thực nghiệm điều chế CeO2 và nghiên cứu các yếu tố ảnh
hởng đến quá trình tổng hợp CeO2, chúng tôi rút ra một số kết luận sau đây:

1. Tổng hợp thành công bột CeO2 (tinh thể) kích
thớc nanomét có độ tinh khiết cao bằng phơng
pháp tự bốc cháy.
2. ĐÃ khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ tạo gel đến

kích thớc hạt trung bình, các kết quả cho thấy
nhiệt độ tối u cho quá trình tạo gel lµ
80-90oC.

14


Kt lun
3. ĐÃ khảo sát ảnh hởng của tỉ lệ mol Ce3+/axit
xitric tới kích thớc hạt CeO2, từ đó tìm đợc tỉ lệ
Ce3+: axit xitric tối u là 1:3.
4.ĐÃ khảo sát ảnh hởng của lợng polyvinyl ancol
đến kích thớc hạt CeO2
thấy rằng lợng
polyvinylancol là 25% thì kích thớc hạt nhỏ nhất
đạt 9.4nm và độ phân tán tốt nhất.

15


•

Em xin chân thành cảm ơn !

16


Cơng thức Debye-Sherrer
0.9λ
d=

β cos θ
Trong đó :
d: Kích thước hạt trung bình (nm)
λ : Bước sóng tia X (nm)
β : Độ rộng tại nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại (rad)
FWHM .π
(rad)
β=
180
θ: Góc nhiễu xạ của vạch nhiễu xạ cực đại (độ)

17


18


Hình 2. Ảnh nhiễu xạ tia X của mẫu ở nhiệt độ tạo gel là 80oC

19