ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HOÁ HỌC ĐỀ TÀI:  - TỔNG HỢP CeO2 KÍCH THƯỚC NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ BỐC CHÁY VỚI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LÀ POLYVINYLALCOL KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, 6/2007 Một số ứng dụng CeO2 • • Xeri oxit đượ c sử dụng nhiều lĩnh vực: luyện kim, gốm sứ, thuỷ tinh, vật liệu phát quang, xúc tác… Xúc tác - xử lí mơi trườ ng ( khí thải ôtô, xe máy…) 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 ba phương pháp đầu: - - Khó kiểm sốt khó điều khiển phản ứng thu đượ c sản phẩm ý muốn Khó khăn mặt kĩ thuật, địi hỏi thiết bị đắ t tiền Phương pháp tự bốc cháy (The auto-combustion method) • Là phươ ng pháp lợi dụng nhiệt phát từ khả tự cháy phản ứng o chất đầ u đề u có khả tự cháy nhiệt độ thấp (150-500 C) để tạo o nhiệt độ cao (1000-1500 C) mà không cần cung cấp thêm lượ ng từ bên ngồi 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 mặt l ượ ng nên thuận lợi cho việc điều chế quy mô lớn Tổng hợp CeO2 phương pháp tự bốc cháy với chất hoạt động bề mặt polivinyl ancol Ce(NO3)3 1M + Axit xitric 3M + Polivinyl ancol Tạo gel (gia nhiệt, khuấy để bay nước) Làm khô gel ( Ngừng khuấy) Gel tự bốc cháy Nâng nhiệt độ lên 130oC Sản phẩm dạng bột, màu vàng nhạt 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 máy nhi ễu xạ D8 ADVANCE (Brucker- Đứ c) Khoa hoá học, ĐHKHTN với xạ CuK α (λ=0.15406nm, 40kV, 40mA), gãc o đo 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 ảnh nhiễu xạ điện tử đợc ghi máy TEOL TEM 1010, Nhật Bản (Viện Khoa học C«ng nghƯ ViƯt Nam) Kết thảo luận Ảnh hưởng 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 nhiệt độ tạo gel thay đổ i: 40 C, 60 C, 80 C 90 C Hình Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu nhiệt độ tạo gel 80oC Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CeO2 ứng với nhiệt độ tạo gel thay đổi: 40oC (a), 60oC (b), 80oC (c), 90oC (d) Kết thảo luận Bảng KÝch thíc hạt trung bỡnh (nm) CeO2 phụ thuộc vào nhiệt ®é t¹o gel Nhiệt độ tạo gel 40oC 60oC Kích thước hạt (nm) 16.8 15.7 80oC 90oC 9.4 10.8 KÝch thíc h¹t (nm) 18 16.8 16 15.7 14 12 10.8 10 9.4 40 60 80 100 Nhiệt độ tạo gel (oC) Hình KÝch thíc h¹t trung bình (nm) CeO2 phụ thuộc vào nhiệt độ tạo gel Ảnh hưởng tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric • 3+ Tỉ lệ mol Ce /axit xitric lượ ng polyvinylancol ảnh hưở ng đế n thời gian t ạo gel v thuộc tính gel mà cịn ảnh hưở ng đế n kích thướ c hình thái hạt CeO Axit xitric đượ c xem phối tử tạo phức tác nhân ều ch ỉnh pH c trình t ạo thành sol-gel Polyvinylancol tác nhân điều khiển kích thướ c hình thái hạt, v ừa l tác nhân cung cấp nhiệt cho bốc cháy 10 Tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric lượng PVA • 3+ Tỉ lệ mol Ce /axit xitric đượ c lấy 1:2, 1:3, 1:4 lượ ng polyvinylancol đượ c l b ằng 10%, 15%, 20%, 25%, 30% khối lượ ng Ce(NO3)3 tiến hành thí nghiệm nhiệt độ tạo o gel 80 C 11 Ảnh hưởng tỉ lệ mol Ce3+/axit xitric với PVA • Bảng Ảnh hưở ng tỉ lệ mol Ce 3+ /axit xitric 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 chụp ảnh TEM 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 mẫu CeO2 với tỉ lệ Ce3+/axit xitric=1:3 25% PVA 13 • Kt lun Từ kết thực nghiệm điều chế CeO2 nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến trình tổng hợp CeO2, rút số kết luận sau đây: Tổng hợp thành công bét CeO2 (tinh thĨ) kÝch thíc nanomÐt cã ®é tinh khiết cao phơng pháp tự bốc cháy Đà khảo sát ảnh hởng nhiệt độ tạo gel đến kích thớc hạt trung bình, kết cho thấy nhiệt độ tối u cho trình tạo gel 80-90oC 14 Kt lun Đà khảo sát ảnh hởng cđa tØ lƯ mol Ce3+/axit xitric tíi kÝch thíc h¹t CeO2, từ tìm đợc tỉ lệ Ce3+: axit xitric tối u 1:3 4.Đà khảo sát ảnh hởng lợng polyvinyl ancol đến kích thớc hạt CeO2 thấy lợng polyvinylancol 25% kích thớc hạt nhỏ đạt 9.4nm độ phân tán tốt 15 ã Em xin chân thành cảm ơn ! 16 Công thức Debye-Sherrer 0.9λ d= β cos θ Trong : d: Kích thước hạt trung bình (nm) λ : Bước sóng tia X (nm) β : Độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại (rad) FWHM π (rad) β= 180 θ: Góc nhiễu xạ vạch nhiễu xạ cực đại (độ) 17 18 Hình Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu nhiệt độ tạo gel 80oC 19 ... kích thướ c hạt, độ đồ ng đề u Chi phí thấp, khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, thuận lợi mặt l ượ ng nên thuận lợi cho việc điều chế quy mô lớn Tổng hợp CeO2 phương pháp tự bốc cháy với chất hoạt. .. ba phương pháp đầu: - - Khó kiểm sốt khó điều khiển phản ứng thu đượ c sản phẩm ý muốn Khó khăn mặt kĩ thuật, địi hỏi thiết bị đắ t tiền Phương pháp tự bốc cháy (The auto-combustion method) • Là. .. CeO2 với tỉ lệ Ce3+/axit xitric=1:3 25% PVA 13 • Kt lun Từ kết thực nghiệm điều chế CeO2 nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến trình tổng hợp CeO2, rút số kết luận sau đây: Tổng hợp thành công bét CeO2