Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương III: Kết quả và thảo luận

Chương III: Kết quả và thảo luận

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương III: Kết quả và thảo luận

3.1 Q u á trình thí n g h iệ m

3.1.1. K h ảo sát đ iều kiện tạo th ành sol - gel và cá ch tạo axit silisic từ du ng dịch

muối N a 2S i 0 3

3.1.1.1. Đ iều k iệ n tạo th à n h soi - gel của d u n g dịch Na^SiOì

- D ung dịch N a 2S i 0 3 được chuẩn bị có nồng độ I M , sử d ụ n g dung dịch HC1 IM

và N H 4O H IM để điều c h ỉn h m ôi trường pH.

- D ung dịch N a 2S i 0 3 I M điều chỉnh m ôi trường pH > 10 và pH = 1

4, thực

hiện ở nhiệt độ p h ò n g , sau 2 4 g iờ dung dịch vẫn trong suốt. N hư n g đối với dung dịch

Na^SiOì pH = 1+ 4, được giữ ở 6 5 ° c trong 8 g iờ d un g dịch đã c h u y ển sang dạnơ gel.

Khi giá trị pH = 5 - 9 ở n h iệt độ phòng sau 24 giờ d un g dịch đã c h u y ể n thành dạng sol.

Để tạo thuận lợi c h o q trình tạo gốm , chúng tơi ch ọ n giá trị pH = 1 4 thực hiện ở

nhiệt độ 6 5 ° c tro ng 8 giờ để tạo q trình gel h ó a cho q uá trình tổng hợp.

3.1.1.2. C ách tạo axit Silisic từ du ng địch m u ối N a , S i 0 3

Sự tồn tại củ a N a + trong sản phẩm là điều k h ô n g m o n g m uốn, dẫn đến giảm chất

lượng của gốm . C h ính vì thê viêc loại bỏ ion N a + là m ộ t điều hế t sức cần thiết [2.3],

Cách loại bỏ N a + khỏi d un g dịch N a 2S i 0 3 có hiệu q uả n h ấ t là tiến hành trao đổi cation

dung dịch này.

N hựa cation được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần cho đến khi thấv nước rửa

trong suốt. N h ự a đã được rửa sạch được ngâm trong d u n g dịch HC1 IM tro n s 1 ngày.

Tiếp đó nhựa được rửa sạch b ằ n s nước cất cho đến khi nước rửa thu được có mơi trư ờn2

trung tính.

Tiến hàn h n ạp n hựa lên cột bằng cách cho nước cất vào k h o ả n g 1/3 cột, đổ nhựa

vào sao cho hạt n h ự a luôn ở dưới nước để tăng k h ả n ấ n g trao đổi ion của hạt nhựa. D ung

dịch trước khi trao đổi có pH - 14, sau trao đổi pH — 4 thu được dung dịch ở dạng

h : s ì o 3.

3.1.2. C ách tiến h à n h tạo m ẫu

M ẫu được tiến h à n h tổng hợp, các thành ph ần được lấy theo đúng hợp thức, theo

tỉ lệ mol, được biểu diễn ở bảng.

B ả n g l T h à n h ph ầ n h óa học của các m ẫu

Tên vật liệu



K í hiệu



T h àn h phần hóa học



Tỉ lệ mol



MI



H ?SiO, : A Ị,(N O ,),



1:3



M2



H ?SiO, : A12( N O ,) v U rê



1:3:9



M3



H .S iO , : A l?(N O ,),:M <ĩ(N C M ,



5:4:2



M ullit



C ordierit

M4



H .S iO , : A l?(N O ,)i :M.s (NOV) v H ,B O ,



5:4:2:0,1



* C hu ẩn bị m ẫ u M I

Cho h ỗ n hợp m u ố i A 1 ( N 0 3)31M và H : SiO 3 vào cốc 1lit, d ù n s m áv khuấy từ

khuấy đều d un g dịch, điều chỉnh pH = 4 bằng d u n s d ich HC1 IM . Đ ưa vào tù sấv s iữ ớ

13



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



nhiệt độ 6 5 ° c tro n g 8 giờ cho q trình gel h óa xảy ra h o à n toàn. N â n a nhiệt độ lên

1 05°c trong 36 g iờ để làm k h ô gel. Gel k h ô (X erog el) thu được tiến hành phân tích

nhiệt, chụ p nhiễu x ạ tia X , SEM , phần còn lại đ em n u n g sơ bộ ở 8 0 0 ° c trong 3 giờ.

Tiến h à n h ép viên dưới m á y áp lực 2 tấ n /c m 2, sử dụng chất kế t d ính PV A , viên n én ở

dạng đĩa đường k ín h 8m m độ dày 2 m m .

Các viên n é n được n u n g trong lò điện với tốc độ n â n g nhiệt 1 0 °c/p h ú t ở các nhiệt

độ 1000°c, 1 1 0 0 °c , 1 20 0°c, 1 3 0 0 °c với thời gian lưu 2 giờ. X ác định thàn h phần pha,

cấu trúc tinh thể, h à m lượng m ullit thu được của sản p h ẩm 2ốm b ằ n s các phương pháp

phân tích X R D , T G , D T A , SEM.

Các m ẫu M 2 , M 3 , M 4 cũng được chuẩn bị như m ẫ u M l . Q u i trình tổng hợp gơm

được trình bày trê n h ìn h 2

*

G iản đồ p h â n tích nhiệt D TA , T G được ghi trên m áy 2 90 0 - SDT - V3 - O F

với tốc độ đốt n ó n g m ẫ u 10nc /p h ú t trong k h õ n g k h í củ a trung tâm k h o a học vật liệu Đ H K H T N H à Nội

- G iản đồ nhiễu xạ tia X (X R D ) được ghi trên m á y V N H - H N - SIEM EN S,

D5005 của trung tâ m kh o a học vật liệu - Đ H K H T N với góc q u a y 2 9 từ 5 - 70° bức xạ

Cu - K a.

- Á nh hiển vi đ iệ n tử (SEM ) được ch ụp trên kính hiển vi điện tử quét JE O L . SEM

- 35 tại trung tâm k h o a học vật liệu - Đ H K H T N

3.2. Kết quả và n g h iê n cứu

- Phân tích nhiệt D T A —T G được sử d ụ n g ph ân tích ph ân hủy nhiệt của gel khơ

và sự ch u yển pha trong q trình thiêu kết: K ết q u ả được trình bày trên hình 1 và 2.

180



Enoup



Tem perature (°C)



Ur..vcr^ưV3 aB TA



H ình5: G iả n đồ D TA - T G gel m ullit



Q u an sát trên đườ ng D T A - T G hiệu ứng thu n h iệ t 147,59"C, ứng với g iam khối

lượng 12,88% , 2 6 7 ,9 2 ° c ứng với giảm khối lượng 14.99% và 7 6 4 ,4 7 ° c ứng với iiiám

khối lượng 3 3 ,3 4 % . Các hiệu ứng này tương ứng với các giai đoạn phân hủy anion N O ,',

O H - và hơi nước. C ác liên kết trong gel bị phá h ủ y tạo ra hỗn hợp oxit. Từ hiệu ứng



14



7 6 4 ° c cho đ ến Ỉ 0 0 0 ° c đường giảm trọng lượng hầu như k h ô n g đổi, c h ú n s tôi đã chọn

vùng nhiệt độ 800°c để n un g sơ bộ n h ằm thu được các oxit có diện tích bề m ặt lớn, cấu

trúc tinh thể hoạt đ ộ n g n h ằ m tăng k hả năng phản ứng tạo p ha m ullit ở giai đoạn sớm.

S a m p le ; M a u C o rd e r ũ c

S ize : 3 2 .7 3 7 6 m g

M e th o d : R a m p

C o m rn o n t V a n 'S o m p lfc r a le GO c/nrvin m k k _ le & t



DSC-TGA



F ile C :V T A 'D a i3 -S D T \U A N M *is u 001

O p e r a t o r M -n h

R ein D a lo . l5 - M a r - 0 5 0 9 5d

In s tru m e n t 2 9 6 0 S O T V 3 OF



H ìnhó giản đồ D T A - X erogeỉ của cordierit

Q uan sát trên đường D T A hiệu ứng thu nhiệt 9 5 ,5 7 ° c , 15 5 ,4 6 °c và 757.25°c

tương ứng là các giai đoạn phân hủy H iO các ion N 0 3‘, O H của X erogel kết thúc. Vì

vậy chúng tơi ch ọ n vùng nhiệt độ 800°c để nung sơ bộ g ố m n h ằ m tạo ra bề m ặt các oxit

mới sinh có diện tích lớn, tinh thể chưa hồn chính để cải thiện khả năng phản ứng của

các oxit tạo nên h ợ p ch ất cordierit dễ dàng hơn.

K ết q u ả n h iễ u x ạ tia X gel khô m ullit và c o rdierit cho thấy m ẫu chất tổn tại ở

dạng vơ định hình. H ìn h 2 (phụ lục) có tồn tại tinh thể n h ư N aC l do N a + tro n s d u n s dịch

ban đầu và c r có trong HC1 dùng để điều chỉnh m ôi trường pH , tiếp đến là tinh thể

N a A ( S 0 4)T.6H20 . N h ư hình 3 (phụ lục) do có sự trao đối với nhựa cationit nên khơng có

tinh thể NaCl, bẽn cạn h đó sự xuất hiện của tinh thể N a 2S i 0 3 k h ô n g nhiều. C húng tỏi dự

đoán phân tử keo p o lim e của S i(O H )4 ở dạng vơ định hình đã h ấp thu những ion A p + từ

dung dịch như p h â n tích sau:

S i l i c a



s o i



-+-



A



l 3+



-ỉ-



IH U O



Si



o



Si - o



- o



o



OM



o



- Si - o



- Si - o



- A r 1- o



- Si -



o



o



OH



Si - o - Si



13



o



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



- M ẫu sau k h i n u n g sơ bộ ở 800°c, để nguội, tiến hàn h ng h iề n m ịn trên côi m ã

não. M ộ t phần được tiến h à n h ph ân tích X - R ay, SEM . K ết q u ả được m ô tả ở h ìn h 4

(phụ lục)

- Phân tích kết q u ả giản đồ tia X - R ay cho c h ún g ta thấy: đã tạo ra các oxit

( M g 0 .A l 20 3.4 S i 0 2) và bắ t đầu có phản ứng giữa các oxit n h ưng chưa h ình thành

cordierit m à chỉ tạo ra các sản phẩm trung gian, (xem phần phụ lục)

- Phân tích k ế t q u ả hình ảnh SEM cho chúng ta thấy các oxit sinh ra có kích cỡ

73nm và phân b ố m ộ t c á c h đồnơ đều trong hệ. (xem phần phụ lục)

3.2. K h ả o sát ản h hưởng của nhiệt độ nung tói sụ hình th ành co rd ierit và nm llit

3.2.1. Ả n h của nh iệt đ ộ n u n g đến sự hình thành cordierit.

Các m ẫu sau khi nén xong được kv hiệu M 100, M un, M | 2(), M 125, M ị -,0 tương ứng

với các m ẫu n u n g ở các nh iệt độ là 1000°c, 1100nc 1 200°c, 125°c, 1300°c với tốc độ

tăng nhiệt độ 10‘’C /phút và lưu trong 2h. Ta thấy: M ẫ u M 100 xuất hiện các pic đặc trưng

cho các pha tinh th ể sapphirin và cordierit. V ậy ở 1000°c tuy cordierit đã xuất hiện

tương đối lớn n h ư ng sapphirin vẫn còn nhiều. Kết q uả nhiễu xạ tia X của m ẫu được

nung ở các nhiệt độ được trình bày ở b ả n g l

Bảng2: C ác pic đặc trưng của m ẫu gốm C ordierit



Pha tinh thể G óc

20



C ordierit



Sapphirin



VI100



Mi 10



VI no



^ 120



d(A")



I



d(A°)



I



d(A°)



I



d(A°)



I



10,5



8,459



83



8,463



195



8.460



285



8,487



333



21,8



3,371



210



4.087



80



4,685



145



4,085



125



28,5



3,131



57



3,132



81



3.131



128



3,135



155



2 9.4



3,018



68



3,020



112



3,023



170



3.377



172



36,6



2 ,4 54



70



2,447



25



2.447



32



2,440



60



4 4 .9



2,019



60



2.019



20



2,334



20



2 022



25



6 4,6



1,438



40



1,441



20



2 .019



27



1.430



25



N hư vậy th ô n g q u a giản đổ n hiễu xạ tia X (phần phụ lục) và bảng các giá trị của

các pic đặc trưng, có thể kết luận khả năng phản ứng tạo th àn h cordierit từ hệ sol - ge

tăng dẩn lên theo ch iều tăng của nhiệt độ thiêu kết. M ẫu nu ng ở 1300°c tro n s 2h thì

hầu như k h ơ n s c ò n Sapphirin ((A l5M g 4)(A l4S i ò 0 2n) k h ô n 2 còn nữa. sản ph ẩm đã được

chuyển thành c o rdierit và m ộ t it spinel. Đ iều này được c h ứ ng m in h như ở đồ thị hình 7

Sự so sán h cường độ (I) tạo thành cordierit đối với các m ẫu M l0(). M 11(l. M ]2().

M pg, M 1W với góc 2 0 = 1 0 ,5 được biểu thị ở hình 7



lố



H ình 7: Đ ổ thị m ố i q u a n hệ giữa nhiệt độ n u n s và cư ờ n e độ pic cordierit

T ừ đồ thị c h o th ấ y m ối quan hệ giữa nhiệt độ n u n s và cường độ pic cordierit tạo

thành tương đối cao vì vậy c h ún g tôi sẽ chọ n nhiệt độ nu n g 1200°c để khảo sát thời

gian lun cho q uá trình th iêu kết.

3.2.1.1. Á n h hư ởng của nhiệt độ nu n g đến sự hìn h th à n h m ullit

Bảng3: C ường độ m ộ t số pic của m ullit ỏ' các nhiệt độ n u n s khác nhau.

N hiêt đô °c



1000



1100



Cường độ pic



62

105



75

140



52

65



58

92

91,25



Trung bình



71



1200

85



1300



85



148

64



160

78

108

107.75



88

96,25



K ết q u ả ch ụ p n hiễu xạ tia X các m ẫu ở các nhiệt độ n un g hình 4 đến 10 (phụ

lục) cho thấy khi n h iệ t độ càng cao m ullit hình th ành càn g nhiều. M ộ t số cường độ tín

hiệu tiêu biểu ở c ác nhiệt độ khác nhau được trình bày ở b ả n g 3 và hình 8 .

Trên cơ sở kết q u ả thu được ở bảng 3, c h ú n g tôi n h ậ n thấy đối với m ẫu ở nhiệt

độ nung 1100°c đ ã c ho cường độ pic tạo thành m ullit tương đối cao, VI vậv c h ú n s t ô i

chọn nhiệt độ này để k h ả o sát thời gian lưu của m ẫu.



H ình 8 : Đ ồ thị m ố i q u a n hệ giữa nhiệt đồ và c ư ờ ng -đ ix f i.

/ ■



17



' I".1..HIJ , :Eí

u _____



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



3.2.2. K h ả o sát ả n h h ư ở n g của thời gian lưu.

Các m ẫ u sau k h i nén xo ng được k í hiệu M 2120, M 3120, M 4p 0 lần lượt được tiến

hành nu ng ở 1200°c và lưu trong 2h, 3h và 4h với tốc độ n â n g nh iệ t 10°c/phút.

*

Đ ối với m ẫ u M 312o xuất hiện các pic đặc trưng c ho các pha tinh thể: Spinel và

Cordierit. T ro ng đó p h a cord ierit là chủ yếu (các pic của pha này có cường độ m ạn h

nhất). N ếu so sán h với M i20 thì ta thấy cường độ củ a pic c ordierit it thay đổi. K ết quả

chụp nhiễu xạ tia X c ủ a m ẫ u M 120 được trình bày ở bảng 4.

B ảng L C ác pic đặc trưng củ a m ẫu M ị20 ở các thời gian lưu

Phatinh thể G óc 2 0

M \,

120

20

I

d(A°)

I

d(A°)

I

d(A°)

285

8,457

Cordierit

10,5

8,460

315

8,460

315

4 ,0 86

145

4,086

21,9

140

4,085

141

28,5

3,131

128

3,132

132

3,131

132

170

3.026

29,5

3,023

190

3,023

190

20

2,850

Sapphirin

30,5

2,839

16

2.8503

20

2,447

32

2,451

25

36,6

2,453

32

27

2,028

44,9

2 ,09 6

20

2,022

27

23

1,429

20

64,5

1,420

1,439

25

So sánh cư ờ n g độ ( I ) tạo thành corđierit đối với các m âu M 2p 0, M 31Z(), M 412)) ớ

góc 20 = 10,5 được biểu thị ở hình 9.



H ình 9: Đ ổ thị m ố i q u a n hệ giữa thời gian nu ng và cường độ pic cordierit

Từ đổ thị ta th ấy rằng ở nhiệt độ 1200°c thời g ian lưu 3 và 4 giờ cho cường độ

pic cordierit rất cao. N h ư vậy ch úng ta có thể dù n g điều kiện này để to n s hợp gốm

cordierit n h ằ m m ụ c đ ích tiế k iệ m nhiên liệu hơn so với n u n g ở 1300"C

*

K ết q u ả n g h iê n cứu ảnh h ư ở n s của thời gian lưu ở nhiệt độ nung 1 1 0 0 ’C đối

với quá trình thiêu kết g ố m m ullit được trình bày ở b ả n g 5.

Bảng5: C ư ờ n g độ pic của m ullit ở các thời g ian lưu k h á c nhau.

Thời gian (giờ)



Cường độ



T rung bình



1



2



5

4



26

48

25

34

33,25



50

75

35

55

53,75



18



76

130

60

91

89,25



75

135

60

82

88



'



K ết q u ả n h iễ u x ạ tia X từ M 2 .6 đến M 2 .9 hình (phụ lục) cho thấy sự hình thành

m ullit phụ thuộc rất n h iều vào thời gian lưu để cho q u á trình hìn h th àn h tinh thể. Từ

bảng 5 và hình 10 c h ú n g tơi n h ậ n thấy m ullit hình thành khi lưu M 2 .6 ; M 2.7 ở 1 100°c

trong 1 và 2 g iờ k é m hơn rất nhiều so với M 2 .8 ; M 2.9 ở 1 1 0 0 ° c trong 3 và 4 giờ. Đ ồng

thời m ẫu lưu trong 3 g iờ đã đạt giá trị cường độ pic lớn, vì th ế ở 1 1 0 0 °c với thời gian

lưu 3 giờ cho hiệu q u ả tạo m u llit là tốt nhất.

Khi so sán h kết q u ả của M 2 .2 và M 2.7 chúng ta có thể th ấy có sự k hác biệt rất

lớn. N g u y ê n nh à n c ủ a sự sai k h ác này là do M 2.2 đã được lưu ở 1000°c trong 2 giờ.

Đ ồng thời M 2 .8 ; M 2 .9 và M 2 .2 cho thấy kết quả gần nh ư tương đương nhau.



H ình 10: Đ ổ thị m ối quan hệ giữa cường độ và thời gian lưu.

3.2.3. N gh iên cứu ả n h hư ỏn g của phụ gia B 20 3, Urê đối với quá trình hình thành

cordierit và m u llit.

B ảns 8 : T rìn h b ày m ộ t số píc đặc trưng của các m ẫu cordierit.

M po +BnO,

Pha tinh thể



Cordierit



Spinel



M J 20



20

10,5

21,8

28,5

29,5

36,9

44 ,9

65,2



I

300

118

140

160

32

28

22



d(A°)

8,487

4,085

3,135

3,027

2,440

2,022

1,430



d(A°)

8,460

4,085

3,131

3,023

2,447

2.019

1,430



I

285

145

128

170

50

20

27



N hìn vào b ả n g c h ú n s ta có thể kết luận rằng: đối với m ẫu nung ở 1200°c có

B20 3 cho cường đ ộ pic cordierit cao hơn so với m ẫ u n u n g ở c ù n s nhiệt độ khơng có

B2O v Ví đụ như ở g óc 2 9 = 10.5 m ẫu có B t 0 3 là 300 c òn k h ơ n g có B20 3 chỉ là 285.

Bảng7 trình b ày m ộ t số cường độ pic tiêu biểu của M 3 ( llO O 'C) và M 2.5

(1300°C) cho th ấy M 3 m ặ c dù chỉ n u n s ở 1 1 0 0 °c và lưu tro n s 2 siời (phu lục) nhưng

lại có cường độ pic m ạ n h ho'n rất nhiều so với M 2.5 được n u n s ở 130CTC trong 2 giờ.

N h ư th ế c h ú n g ta có thể n h ậ n thấy urê có ảnh hưở ng lớn tới q u á trình tạo sol - gel của

g ốm m ullit vì ở đ â y urê làm cho sự đổng nhất củ a h ỗ n h ợ p sol tốt hơn do đó mà mill lit

được hình th àn h n h iề u ở nh iệt độ thấp hơn so với m ẫ u k h ơ n s có urê.

19



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi



Bảng 7: C ườn g độ pic m ullit của M 3 và M 2.5

M ẫu



Cường độ pic



T rung b ìn h



M3



M 2.5



140

210

110

135

148,75



85

160

78

108

107.75



3.2.4. K h ả o sát c ấ u tr ú c và h ằn g sô m ạ n g của co rd ierit và m ullit.

+ C ordìerit th u ộ c n h ó m Silicat vòng hệ tam tà có các hằng sơ' m ạng: a = 9,97A°,

b = 16,34 A°, c = 9,37, a/b = 1,760, c/b = 0,966, a = 107,4°; p - 9 5 , 2 ; Y - 123,8° khối

lượng phân tử: M — 584,95 và z = 4 (1 phân tử gồm 4 ô m ạ n g cơ sỏ).

T a có thể tín h được các hằng số m ạng củ a cordierit trực thoi dựa vào công thức:



]



_



h2 ~



h2



h2



]2



a2



1?



c2



- Thể tích t ế bào: V = a.b.c

T rong đó d là k h o ả n g cách giữa các m ặt m a n g

- K hối lượng thế riêng



4M

d = ——

N .v



T rong đó: - M : là khối lượng phân tử

- N: số A v o g ad ro = 6 ,0 2 .10r '

- V : thể tích

Bảng 8 : H ằ n g số m ạ n g của cordierit được nung ở các nhiệt độ k hác nhau

N hiêt đô



1000°c

1100°c

1200°c

1300°c

1 20 0°C (3 h)



1200°c (4h)

1200°C(B20 1)

M ẫu chuẩn



a

9 ,7 4 4

9 ,7 5 2

9,75 9

9 ,7 5 4

9 ,7 5 4

9 ,7 5 9

9 ,7 6 2

9 ,7 3 9 0



b

16,918

16,956



c

9,232

9,314

9,335

9,331

9,334

9,330

9,332

9,3450



16,995

16,967

16,973

16,971

16,969

17,080



a/b

0,57 59

0,5751

0.5 74 2

0,5748

0 ,5 7 4 6

0,57 5 0

0,5753

0,57 02



c/b

0 ,5 4 5 6

0 ,5 49 3

0.54 93

0 ,5 5 0

0 ,4 9 9

0 .5 49 8

0 ,5 4 9 9

0.5471



V

1521,8859



1540,1157

1548,2490

1544,2443

1545,2870

1545,2345

1545,8586

1554,4671



d

2,5538

2,5236



2,5109

2,5169

2,5152

2,5152

2,5143

2,5004



+ M ullil là hệ trực thoi có các hằng số m ạ n g n h ư sau: a = 7 ,5 4 5 6 A U, b = 7,6898

A°, c = 2,8842, a/b = 0 ,9 8 1 2 5 , c/b = 0.37507 . a = [3 =Y = 90° khối lượng phân tử: M =

426,05

T a có thể tính được các hằn g số m ạn g của m u llit m ặ t thoi dựa vào cơng thức:



±

h2



_



a2



b2



c2



- T h ể tích tế bào: V = a.b.c

T rong đó: d: là k h o ả n g c ách giữa các m ặ t m a n s

h,k,ỉ: Các giá trị tương ứng với giá trị d tronơ b ả n s th ó n s số m ạ n s

của m ullit



20



So sánh các h ằ n g số m ạ n g trong bảng 9 của m ẫu m ullit được nung ở các nhiệt

độ khác nhau với giá trị lý thuyết. C húng ta có thể th ấ y các hằn g số m ạn g giữa lý

thuyết và thực t ế g ầ n nh ư nh au , giát trị gần giống lý thuyết khi n h iệt độ nung càng cao.

Đ ồng thời thể tích t ế b ào khi nhiệt độ tăng càng có giá trị gần với giá trị lý thuyết điều

đó cho thấy ở 1 3 0 0 ° c q u á trình m ullit diễn ra chưa ho àn to àn m à nhiệt độ này có thể sẽ

cao hơn.

Bảng 9: H ằ n g số m ạ n g của m ullit ở các nhiệt độ nu ng k h ác nhau.

N hiêt đô



1000°c

1100°c

1200°c

1250°c

1300°c

Lý thuyết



c



a

7,5 85 3

7 ,5 7 7 4

7 ,5 7 3 4



b

7 ,6 6 1 6

7,6 83 9

7 ,6 7 6 2



2,8858

2,8822

2,88515



a/b

0 ,9 90 0 4

0,9 86 14

0 ,9 8 66 0



7,5648



7,6777



2,8820



0,98529



7 ,5 5 9 8

7 ,5 4 5 6



7 ,6 87 0

7,6898



2,8807

2,8842



0,98345

0,98125



c/b

0 ,3 7 6 6 6

0 ,3 7 5 0 9

0 ,3 75 8 5

0 ,3 7 5 3 7

0 ,3 74 7 5

0 ,3 7 5 0 7



V

167,8090

167,8132

167,7280

167,3870

167,4038

167,3533



d

3.373

3,372

3,375

3,382

3,381

3,382



H ìn h 11: Đ ồ thị m ối qu an hệ giữa h ằ n g số m ạ n g a và nhiệt độ

T ừ đồ thị h ìn h 11 c h ún g ta thấy hằng số m ạn g a tỷ lệ ng hịch với sự tăng nhiệt

độ, khi nhiệt độ càn g cao các hạt m ullit phát triển càng m ạn h , sự sắp xếp giữa các ô

m ạng càn g được ch ặt chẽ hơn so với ở nhiệt độ thấp.

3.3. T h ả o luận

T rong n h ữ n s n g h iê n cứu gần đây người ta cho rằn g nhiệt độ cordierit hóa là

mộtc chỉ tiêu q u a n trọng để đánh giá mức độ đổng nhật của th àn h phần trong hôn hợp

như: Al, M g và Si trong sel. T heo các tác giả M. A n aso v sk a, M. V esn a N ikonic, M.

Radic đã tiến h à n h tổ n g hợp cordierit theo cách ph ản ứng theo phương pháp răn - răn.

Với nguyên liệu b a n đầu là các oxit S i 0 2. M g O , A1; 0 3, có đường kính hạt < 20 m .

Tiến hành trộn n én, nu ng với thời gian lưu là m ộ t giờ ở các n h iệt độ khác nhau, thu

được kết q u ả là đ ế n 1 2 5 0 °c pha tinh cordierit vẫn chưa x u ấ t hiện, đến 1 3 5 0 °c pha tinh

thể cordierit m ới bắt đầu xuất hiện nhưng với hàm lượng thấp (4% ). V à đến 1450nc thu

được gốm đa pha tro n g đó pha cordierit chiêm 27% . T ro n g n g h iê n cứu này chung ta có

thể thấy rằng p ha c ord ierit x uất hiện trong pha gel sau khi sử ỉý nhiệt trong khoảng

nhiệt đọ 1 2 0 0 - 13 0 0 °c .

T a có thể th ấ y r ầ n s sự hình thành c o rd ie n t b ằ n g phương pháp sol - gel phụ

thuộc rất n h iều v ào n g u y ê n liệu sử dụng, đùng các loại m u ố i k h ác nhau thì sự phân hủy

khác nhau. Cụ th ể ở đ ây ta có thể thấy m uối s unfat bền hơn m u ối nitrat. Do đó nếu sử

d ụ n ơ ta nên đ ù n g m u ổ i nitrat thì sự phân hủy diễn ra đơn giản hơn và có thế hạ thấp

nhiệt độ nung sơ bộ.



21



Ket-noi.com

Ket-noi.com kho

kho tai

tai lieu

lieu mien

mien phi

phi

Sự h ình th à n h co rd ierit ngoài yếu tố nhiệt độ còn đòi hỏi c ả thời gian lưu nhiệt

cần thiết, nếu c h u n g ta lưu giữ ở nhiệt độ thấp hơn trong m ộ t k h o ả n g thời gian nhất

định (thời gian lưu lâu hơ n ) ta cũn g cho kết q u ả tương tự như lưu ở nhiệt độ cao hơn.

Trong đề tài n à y c h ú n g tôi lưu m ẫu nung ở 1 2 0 0 °c trong 4h cho c ư ờ n s độ pic cordierit

cao hơn trong m ẫ u tương tự nung ở 125 0°c trong 2h . Đ ây cũ ng có thể xem là một

phương ph áp để tiết k iệ m nă n g lượng và tăng hiệu quả của quá trình tổng hợp.

N h iệt độ h ìn h th àn h cordierit càng được hạ thấp, kết q uả hình thành càng cao

khi sự phối trộn các th à n h phần hỗn hợp càng tốt và ảnh hưởng của chất k h o á n s hóa

B20 3. T heo F ra n c is c o Jose Torres, Javier A larcon [8 ] đ ã nhận xét vai trò của B; 0 ,

trong quá trình th ủ y phân dẫn đến sự hình thành pha rắn cordierit sớm. Q uan điểm này

cũng phù hợp với n g h iê n cứu của chúng tôi. Đ iều này được chứng m inh rất rõ khi so

sánh kết q uả cảu m ẫ u 1 và m ẫu 2 (nung ở nhiệt độ 1200nc trong thời gian lưu 2h). Sự

khác biệt lớn n h ư vậy có thể là do ng uy ên nhân sau:

M ức độ thủ y p h â n đổng nhất của alum inosilicat trẽn cơ sở các vật liệu tiền chất

được tạo bằng q u á t trìn h sol - gel phụ thuộc vào nh ữn g n g u y ê n liệu bắt đầu. Tốc độ

thủy phân A l3+ và các thô n g số kết hợp với q trình làm khơ, q trình ngưng tụ .

A cetyaceton, C ac b o x y la t, A xitcacb o x y lic và A m it đã được sử d ụn g đê điều khiển tốc

độ thủy phân và q u á trình làm khơ. Có những ch ất vòng càn g đặc biệt vói ion A l3+, làm

giảm sự h ydrat h ó a của ion A l3+ trong đung dịch nước. D o tốc độ phản ứng olation và

oxolation giảm do sự thêm vào các chất v ò n s càn g trong hệ thống chất tham gia phản

ứng. N hững chất nàv c ũ n g can thiệp vào quá trình làm khơ, hoạt động như là hóa chất

điều khiển q trinh làm khô (dry chem ical control ag en t - D C CA ). C húng làm giảm

sức căng bề m ặt c ủ a d u n g m ô i làm ảnh hưởng đến gel, tránh phá h ủy cấu trúc cũng như

sự phân ly của SiCX, A1i 0 3, M g O hoặc các hợp chất k h ác nhau của nhơm có mặt trong

gel.

Q u an sát trên giản đồ X R D ở 8 0 0 l’C m ẫu tạo ra các oxit M g 0 . A l 20 3.4 S i0 2, các

oxit đã bắt đầu p h ả n ứng nhưng chưa tạo thành co rd ierit m à chỉ tạo sản phẩm trung

gian. Các m ẫu g ố m được nung thiêu kết tro n s vùng nhiệt độ 1000 - 1300°c, từ giàn đổ

quan sát thấy ở 1000° c xu ất h iện hai pha cordierit và sapphirin, khi nâng nhiệt độ lên

1200°c pha c o rd ie rit đ ã c hiếm ưu thế, 125 0 °c - 1 3 0 0 °c pha cordierit đã phát triển

m ạn h chiếm th à n h ph ầ n chủ yếu bên cạnh đó pha sapphirin đã biến m ất nhưng hình

thành m ột lượng n h ỏ spinel. T ừ đây chúng ta thấy k h ả năn g phản ứ n s giữa các oxit để

tạo ra pha c o rd ie rit từ hệ X erogel bắt đầu tăng dần lên theo nhiệt độ thiêu kết. Pha

trung gian s a p p h ừ n chỉ tổ n tại ở nhiệt độ thấp, ở nhiệt độ cao nó phan ứng với S i 0 2 tạo

nên cordierit. G ố m thu được từ 125 0°c -1 3 0 0 ° c với h à m lượng cordierit lớn dẫn đến

các tính chất vật lý, h óa học được cải thiên. M ẫu gốm thu được ở 1300nc có hằng số

điện m ơi £ = 7, hệ số giãn n ở nhiệt a = 3,1.10"Ổ/K. Đ iề u này được chứng m inh bằng kết

quả trên b ả n g 2 , c ác th ôn ơ số m ạng của các m ẫu gố m có kết q u ả gần với cordicrit tính

theo lý thuýet. c ấu trúc của g ố m thu được dạng hệ tam tà.

Khi n g h iê n cứu ảnh hưởng của phụ gia B: CK, đến sự hình thành tinh thể cordierit,

quan sát trên g iả n đồ và b ả n s 2 thấy rằng ảnh hưởng c ủ a B20 3 đã thúc đẩy quá trình

hình th ành sớm. C ord ierit ở 1200(,c có hàm lượng lớn hơn nhiều so với mẫu không

dim s B1O 3 và pha sapp h irin kh ơng xuất hiện. Vai trò B20 3 n h ư là m ộ t lượng chất chảy

làm giảm nhiệt đ ộ p h ả n ứng của hệ.

H ình ảnh S E M (hìn h 3) của các m ẫu qu an sát cho thấy X erogel được hình thành

có cỡ hạt 5 ụ m các hạt kết tụ lại phân bố m ột c ách đ ồ n g đều trong hệ. Khi nung tới

8 0 0 ° c sự tự tập th à n h đ ám củ a gel đã biến m ất và hình th ành các hat oxit có cỡ hat

khoảng 1 - 2 |Jm, g ố m th iêu kết ờ 1300°c thu được có cỡ hạt 2 - 3 ỊJm hạt lớn lén phân

b ố đổng đều tr o n s hệ.



22



H ình 3: (a) X erogel; (b) n u n g 750°C; (c) 1 3 0 0 °c

T ừ kết q u ả n g h iê n cứu c ho thấy rằng sự hình th ành pha cordierit từ quá trình solgel phụ thuộc vào n h iều y ếu tố :n g u y ê n liệu đầu sử dụng tạo gel, nhiệt độ thiêu kết, thời

gian lưu, chất c h ả y ...N h iệ t độ để hình thành pha cord ierit được giảm xuống so với

mẫu gốm được điều c h ế từ phương pháp rắn - rắn hay rắ n lỏng, ở trong cơng trình này

sự phối trộn các th à n h p h ầ n h ỗ n h ợ p đổng đều, tỷ lệ hợp thức đúng, quá trình thủy phân

của các chất đầu x ảy ra c h ậ m tạo ra được các hạt bé và phân b ố đều đặn ở trong hệ.

M ặt khác ảnh h ư ở n g của các chất khoáng hóa B20 3, P20 5 theo F ran c isco Jose Torre,

Javier A larcon đ ã n h ậ n xét vai trò của B20 3 trong quá trinh chứng m in h khi so sánh kết

quả 2 m ẫu có B20 3 và k h ơ n g có B20 3 n un g ở 1 2 0 0 °c trong 2 giờ. Sự khác biệt đó có

thể do m ắc độ th ủ y h ó a đ ồ n g nhất của alum ino silicat trên cơ sở các nguyên liệu đầu,

tiền chất được tạo th à n h bằng quá trình hình thành anion, n h ó m kh ô n g gian của các

chất đầu.Tốc độ thủ y p h â n củ a Si4+, A l 3+và M g 2+ và các th ô n s số kết hợp với q trình

làm khơ, q trình n gưng tụ dẫn đến sự đồng nhất của h ỗ n hợp chất phản ứng.

Q uan sát trê n g iản đồ ta thấy rằ n ? gel nung ở 8 0 0 ° c tổn tại ở dạng vơ định hình

mới bắt đầu x u ấ t h iệ n n h ữ n g tinh thể oxit. Các m ẫu g ố m nu n g thiêu kết trong vùng

nhiệt độ từ 1 0 0 0 ° c -1 3 0 0 ° c , từ giản đổ qu an sát thấy ở 1 0 0 0 ° c xuất hiện 2 pha mullit

và corun du n A120 3. K hi nân g nhiệt độ lên 1250 - 1 3 0 0 ° c h àm lượng mullit được tãng

lên và hàm lượ ng A120 3 g iả m xuố ng , như vậy pha m ullit đã chiếm ưu th ế trong quá

trình thiêu kết. K h i k h ả o sat thời gian lứu 1 - 4 giờ ở nhiệt độ 1 2 0 0 °c kết quả c ũn s cho

tương tự, thời g ia n lưu tăn g lên sự tạo thành pha m u llit tăng lên với thời gian 3 giờ cho

cường độ pic m u llit lớn nhất. G ốm m ullit thu được ở nhiệt độ thiêu kết 1250 -1300"C

với hàm lượng lớn d ẫ n đ ến tính chất vật lv, hóa học c ủ a g ố m được cải thiện tốt, mẫu

gốm có hằn g s ố đ iệ n m ô i £ = 6 ,8 . Hệ số giãn nở nhiệt a = 3,7.10"6/K. Đ iểu này cũng

đã được chứng m in h b ằ n g kết q u ả trên b a n s 1 và hình , các thơ ng số m ạn g của các mẫu

gốm thu được có kế t q u ả g ần với m ullit tinh theo lý thuyết. C ấu trúc tinh thể thu được

dạng hình thoi. K h i nhiệt độ n u n g tăng lên thì thõng số m ạ n g lưới giảm gần bằng với

thông sô m ạ n g lý tưởng.

Khi n g h iê n cứu ả nh hưở ng của Ưrê đến quá trình tạo gel và sự hình thành £ốm

mullit. Q u an sát trên g iả n đổ và bảng 8 cho thấy rằ n g m ẫ u n u n s thiêu kết ở 1100nc

trong 2 giờ thu được cường độ pic m ullit m ạ n h hơn n h iều so với m ẫu k h ô n s sử dụne

Ưrê khi tạo gel .

*

H ìn h ả n h S E M (h ìn h 4 ) qu an sát cho thấy X e ro g el h ìn h th àn h có cỡ hạt nhỏ 2

ụm tạo thành bề m ặ t xốp, diện tích bề mặt riè n s lớn, c h ú n g tụ tập lại với nhau, khi

nung m ẫu ở 8 0 0 ° c sự tập hợp đám của gel đã biến m ất và hình thành các hạt có kích

thước 2 0 0 n m p h â n b ố m ộ t c ách đ ồ n s đều ở tro n s m ẫu. G ố m thiêu kết ở 1300"C thu

được có kích thước hạt trun g bình 2 0 0 nm sắp x ếp m ộ t c ách đ ó n ° đều và chát chẽ hơn

trong hệ.

T ừ các k ế t q u ả n g h iê n cứu cho thấy rằng sự hình thành pha m ullit từ quá trinh

sol - g e l và q u á trìn h th iêu kết phụ thuộc vào nhiều yếu tô: N g u y ê n liệu đầu sự dụng tạo



23



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương III: Kết quả và thảo luận

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×