Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp kết tủa đến sự hình thành stronti tetraborat - Phan Thị Hoàng Oanh

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 27, 2005 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH STRONTI TETRABORAT Phan Thị Hoàng Oanh Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế I. Giới thiệu Gốm là loại vật liệu có vị trí đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực dân dụng và khoa học kỹ thuật. Những năm gần đây, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu chế tạo nhiều loại vật liệu gốm cao cấp. Trong lĩnh vực chế tạo các vật liệu nhiệt phát quang, có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu borat. Tính chất nhiệt phát quang của họ borat thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu do chúng có đặc tính tương thích mô nên có thể sử dụng để làm liều kế cá nhân (dùng để kiểm tra ảnh hưởng của độ phóng xạ đối với con người ở những khu vực có nguy cơ ô nhiễm phóng xạ) [1]. Nếu gốm được chế tạo bằng phương pháp gốm cổ điển, tức nghiền trộn các oxit và các muối rồi nung thì thông thường nhiệt độ nung phải rất cao (hơn 1200oC), thời gian nung sẽ rất dài (24-72 giờ) vì lúc đó, để phản ứng được với nhau, các ion kim loại phải khuếch tán qua một khoảng cách lớn (khoảng vài mm) [2, 3, 4]. Nhằm góp phần tìm kiếm phương pháp điều chế vật liệu quang SrB4O7 trong điều kiện nhiệt độ thấp, chúng tôi dùng phương pháp đồng kết tủa với các tác nhân khác nhau để điều chế stronti tetraborat SrB4O7 và khảo sát sự hình thành của vật liệu quang này ở các chế độ nung khác nhau. II. Thực nghiệm 1. Điều chế SrB4O7 Việc điều chế SrB4O7 được tiến hành theo 3 hướng: (A) Đi từ các muối Sr(NO3)2 và Na2B4O7 [1]: Sr(NO3)2 + Na2B4O7 = Sr B4O7¯ + 2 NaNO3 (B) Điều chế Na2B4O7 từ H3BO3 và NaOH và nhỏ dung dịch Sr(NO3)2 vào dung dịch mới thu được: 4 H3BO3 + 2 NaOH = Na2B4O7 + 7 H2O Sr(NO3)2 + Na2B4O7 = Sr B4O7¯ + 2 NaNO3 (C) Điều chế (NH4)2B4O7 từ H3BO3 và NH3 và nhỏ dung dịch Sr(NO3)2 vào dung dịch mới thu được: 4 H3BO3 + 2 NH3 = (NH4)2B4O7 + 5 H2O Sr(NO3)2 + (NH4)2B4O7 = Sr B4O7¯ + 2 NH4NO3 Các hóa chất được sử dụng là loại PA. Kết tủa được làm muồi, rồi được lọc, rửa nhiều lần, sau đó sấy khô ở 100oC. 2. Khảo sát ảnh hưởng của chế độ nung đến sự hình thành pha của sản phẩm Kết tủa sẽ được nung ở những chế độ nhiệt khác nhau để tìm điều kiện thu được cấu trúc SrB4O7 đơn pha trong sản phẩm sau nung. Nhiệt độ nung được chọn dựa vào kết quả phân tích nhiệt (DSC - TGA). Sản phẩm nung được xác định thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (trên máy Siemen 500) và chụp ảnh SEM. III. Kết quả và thảo luận: Giản đồ DSC-TGA (Hình 1) cho thấy có quá trình chuyển pha ở nhiệt độ 742,92oC, do đó nhiệt đô nung của mẫu được chọn từ 800oC trở lên. Hình 1: Giản đồ DSC - TGA của kết tủa SrB4O7. Các chế độ nung được chọn là 800oC với thời gian lưu nhiệt ở 800oC là 4 giờ, 900oC lưu nhiệt 4 giờ, 900oC lưu nhiệt 3 giờ. Sản phẩm sau nung được ghi giản đồ nhiễu xạ tia X. Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy: - Sau khi nung ở 800oC/4 giờ: các sản phẩm thu được đều chứa các pha không mong muốn: SrB2O4.H2O, SrB2O4, SrB6O10, NaBO3.4H2O... và không thấy xuất hiện pha SrB4O7 (Hình 2). - Sau khi nung ở 900oC/4 giờ: các mẫu chuyển thành dạng thủy tinh trong suốt, giản đồ nhiễu xạ cho thấy sản phẩm thu được ở dạng vô định hình (Hình 3). l l l n u 5 u u 5 5 n n n SrB2O4.H2O SrB2O4 SrB6O10 NaBO3.4H2O n 5 u l Hình 2: Giản đồ X-ray của các mẫu nung ở 8000C/ 3 giờ. Hình 3: Giản đồ X-ray của các mẫu nung ở 9000C/ 4 giờ. Các kết quả trên cho thấy không thể sử dụng hai chế độ nung này. - Sau khi nung ở 900oC/3 giờ: mẫu (A) và (B) ngoài SrB4O7 còn có SrB2O4. Mẫu (C) chủ yếu chứa SrB4O7 (hình 4). Ảnh SEM cho thấy tinh thể của mẫu (C) khá hoàn chỉnh, gần giống tinh thể SrB4O7 chuẩn (Hình 5). Như vậy để thu được SrB4O7 gần như đơn pha, có thể điều chế theo hướng (C), sau đó nung ở chế độ nhiệt 900oC, lưu nhiệt 3 giờ. l l l l l l l l l l l l l SrB4O7 Hình 4: Giản đồ X-ray của các mẫu (C) nung ở 9000C/ 3 giờ. Hình 5: Ảnh SEM của mẫu (C) nung ở 9000C/3 giờ So sánh với phương pháp của Santiago (điều chế theo hướng (A), nung ở 900oC trong 20 giờ [1]), thì thời gian nung đã được rút ngắn đi rất nhiều. Ngoài ra, do trong hệ không có mặt Na+, sản phẩm sẽ không bị hấp phụ ion natri nên dự kiến các tính chất quang sẽ tốt hơn. IV. Kết luận: Đã chọn được các chất đầu và phương pháp thích hợp để điều chế tốt kết tủa stronti tetrborat. Đã chọn được chế độ nung thích hợp để điều chế tinh thể SrB4O7 đơn pha và đã cải tiến được chế độ nung so với các tác giả khác. TÀI LIỆU THAM KHẢO M. Santiago. Thermo luminescence of strontium tetraborate. Phys. State. Sol. (a), 167 (1998) 233-236. Yu. S. Oselekchid. Crystal growth and properties of strontium tetraborate. Journal of Crystal Growth, 135 (1994) 373-376. Anthony Diaz, Douglas A. Keszler. Red, green and blue Eu2+ luminescence in solid state borates. Materials Research Bullentin. Vol. 31 (1990) 147-151. W. Xu, J. R. Peterson. Stabilization of Nd2+ in strontium tetraborate. Journal of Alloys and Compounds, 249 (1997) 213-216. A STUDY OF THE EFFECT OF THE PRECIPITATION METHODS ON THE STRONTIUM TETRABORATE FORMATION Phan Thi Hoang Oanh College of Sciences, Hue University SUMM ARY Strontium tetraborate ceramic is prepared by different precipitation methods and burned at different temperature conditions. The suitable initial chemicals and suitable precipitation methods for preparing strontium tetraborate were found. We have also chosen suitable burning condition to produce SrB4O7 single phase. The burning temperature and burning time are much lower than those of other authors.