Qua ảnh SEM trên hai hình 6 và 7, có thể thấy
sự khác biệt về hình thái học trước và sau quá trình
nung là không nhiều. Có sự khác biệt nhỏ giữa hình
dạng và kích thước các hạt vật liệu: Trước khi nung,
các hạt vật liệu có dạng gần giống vảy với kích
thước khoảng 1 μm và khá đồng đều; sau khi nung
tại 400 oC, do cấu trúc tinh thể bị phá hủy để hình
thành hệ oxit phức hợp vô định hình nên kích thước
các hạt lại nhỏ đi. Sự ít biến đổi hình thái học này
phù hợp với sự ổn định trong cấu trúc oxit phức hợp
trước và sau khi nung vật liệu.
Hình 7: Ảnh SEM của vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co sau khi nung
Như vậy, qua quá trình khảo sát các thông số
công nghệ ảnh hưởng đến quá trình đồng ngưng tụ,
qua đó ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu, qua các
phương pháp hóa lý phân tích cấu trúc vật liệu, có
thể thấy vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-Co hoàn
toàn có thể được điều chế theo phương pháp đồng
ngưng tụ, tương tự quá trình điều chế các loại vật
liệu dạng hydrotalcit Mg-Al và Mg-Al-Ni [1, 2].
Mặc dù vật liệu này có tính kém bền nhiệt, tương tự
vật liệu dạng hydrotalcite Mg-Al-Ni, tuy nhiên đặc
tính này không quan trọng trong các phản ứng yêu
cầu có xúc tác bazơ rắn [8].
4. KẾT LUẬN
Đã tổng hợp thành công vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co theo phương pháp đồng ngưng tụ, đồng
thời khảo sát được các điều kiện thích hợp cho quá
trình đồng ngưng tụ như tỷ lệ mol Mg/Al/Co là
2/1,8/0,2; nhiệt độ 75 oC trong thời gian 24 giờ. Vật
liệu tạo thành có độ tinh thể cao, chỉ chứa pha
hydrotalcit chứng tỏ sự thay thế đồng hình hiệu quả
của Co2+ và khung cấu trúc ban đầu.
Vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-Co không bền
nhiệt, khi chuyển pha hoàn toàn thành vô định hình
tại 400 oC và ổn định trong khoảng nhiệt độ nung
đó.
6 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 557 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-Co - Nguyễn Khánh Diệu Hồng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Hóa học, 55(1): 6-11, 2017
DOI: 10.15625/0866-7144.2017-00408
6
Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-Co
Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Trung Thành*
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Đến Tòa soạn 25-01-2016; Chấp nhận đăng 6-02-2017
Abstract
A series of hydrotalcite based materials containing Mg-Al-Co compositions were synthesized through
co-condensation method using corresponding metallic salts as precursors in alkaline environment. Many parameters
such as molar ratios of the precursors, temperature and time were investigated to clarify effects of them on the
co-condensation reactions. The as-synthesized material obtained from the chosen parameters was calcined at different
temperature such as 200, 300, 400 and 500 oC for estimating its thermal stability. Some techniques were applied
including XRD and SEM for characterizing the prepared materials.
Keywords. Hydrotalcite, brucite, co-condensation, layer double hydroxides.
1. MỞ ĐẦU
Vật liệu hydrotalcite thuộc loại khoáng tự nhiên
với cấu trúc lớp kép tương tự cấu trúc brucite của
Mg(OH)2, trong đó một phần các ion Mg
2+ được
thay thế đồng hình bởi các ion Al3+, tạo nên một sự
dư điện tích dương được bù trừ bằng các anion xen
giữa các lớp kép [1]. Cấu trúc đặc biệt mang lại cho
hydrotalcite khả năng biến tính linh hoạt theo nhiều
phương pháp, đặc biệt là khả năng đưa thêm một
hoặc nhiều ion kim loại vào cấu trúc lớp kép cũng
theo phương pháp thay thế đồng hình. Nhờ những sự
khác biệt về mặt điện tích, độ điện âm và bán kính
của các ion kim loại đưa vào mà sẽ làm gia tăng
hoặc tiêu giảm tính chất axit – bazơ của vật liệu mới
[2]. Mặt khác, cũng do sự phân bố của các ion kim
loại trong mạng tinh thể lớp kép rất đồng đều, vật
liệu dạng hydrotalcite dù trước hay sau khi nung đều
chứa một hệ gọi là “oxit phức hợp” của các kim loại
(ví dụ -Mg-O-Al-O-Ni-), nên các tính chất axit
– bazơ đặc thù của hệ này rất ổn định bất kể độ bền
nhiệt của cấu trúc lớp kép cao hay thấp [1]. Ngoài
những tính chất đặc biệt trên, vật liệu dạng
hydrotalcite luôn có một bề mặt riêng tương đối cao
sau quá trình nung nhờ sự giải phóng một phần các
anion xen giữa, thể hiện tính khử khi chuyển các ion
kim loại chuyển tiếp về dạng đơn chất Do đó, đã
có nhiều nghiên cứu chế tạo các xúc tác trên cơ sở
hydrotalcite, ứng dụng vào các phản ứng cần xúc tác
có tính oxi hóa – khử [3-5] hoặc tính axit – bazơ
[6, 7].
Trong các phản ứng cần sử dụng xúc tác mang
tính axit–bazơ, phản ứng decacboxyl hóa dầu, mỡ
động thực vật hoặc các axit béo tự do hiện đang
được quan tâm hơn cả, do hướng đến việc tổng hợp
các hydrocacbon có thể sử dụng làm nhiên liệu xanh.
Phản ứng decacboxyl hóa dầu, mỡ động thực vật yêu
cầu tính bazơ cao, độ dị thể tốt và phải ổn định trong
môi trường phản ứng ở nhiệt độ cao, vì vậy các xúc
tác trên cơ sở hydrotalcite nhận được nhiều sự chú ý.
Một số xúc tác điển hình trên cơ sở hydrotalcite
đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới bao gồm các hệ
xúc tác 2 kim loại Mg-Al, 3 kim loại Mg-Al-Ni,
Ni/Mg-Al [1, 2]. Tuy nhiên, việc đưa các kim loại
chuyển tiếp khác ngoài Ni vào cấu trúc hydrotalcit
để ứng dụng cho quá trình decacboxyl hóa vẫn chưa
được nghiên cứu, trong khi chúng rất quan trọng
nhằm đánh giá hiệu quả của các kim loại chuyển tiếp
khác nhau đến hoạt tính của các xúc tác dạng
hydrotalcite. Vì vậy, trong bài báo này, chúng tôi
đưa ra quy trình chế tạo vật liệu dạng hydrotalcit 3
kim loại, sử dụng Co2+ cho quá trình thay thế đồng
hình các ion kim loại khác trong hydrotalcit. Xúc tác
chế tạo được sẽ được ứng dụng vào chính quá trình
decacboxyl hóa trong một nghiên cứu khác, nghiên
cứu này có mục đích tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng
của quá trình đồng ngưng tụ đến sự hình thành cấu
trúc xúc tác.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất
Các hóa chất sử dụng cho quá trình điều chế xúc
tác dạng hydrotalcit Mg-Al-Co bao gồm:
Mg(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O,
TCHH, 55(1) 2017 Nguyễn Trung Thành và cộng sự
7
Co(CH3CO2)2.4H2O, Na2CO3, NaOH. Xuất xứ các
hóa chất: Merck - Đức.
2.2. Chế tạo vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-Co
Vật liệu dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-Co
được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa giữa
các muối chứa các kim loại tương ứng là Mg(NO3)2,
Co(CH3CO2)2 và Al(NO3)3. Quá trình điều chế vật
liệu như sau: một lượng nhất định của ba muối
Mg(NO3)2, Co(CH3CO2)2và Al(NO3)3 được hòa tan
vào 200 ml nước cất theo tỷ lệ thích hợp của
Mg/Al/Co. Hỗn hợp dung dịch tạo thành được nhỏ
từ từ vào 200 ml dung dịch chứa Na2CO3 (1 mol
Mg2+ tương ứng với 2 mol Na2CO3), kết hợp khuấy
trộn ở nhiệt độ phòng và có độ pH không đổi (pH =
9,5±0,5). Độ pH của hỗn hợp được điều chỉnh bằng
dung dịch NaOH. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào
trong bình cầu đặt trên bếp gia nhiệt và khuấy từ.
Vật liệu được điều chế ở nhiệt độ và thời gian thích
hợp trong điều kiện khuấy mạnh. Chất rắn kết tủa
sau đó được lọc bằng phễu lọc chân không và rửa
nhiều lần bằng nước cất cho đến khi về môi trường
trung tính. Sau đó, vật liệu được đem đi sấy khô ở
nhiệt độ 110 oC, sấy qua đêm. Kết tủa thu được đem
nghiền thành bột mịn, rồi nung ở nhiệt độ thích hợp
trong 3 giờ tại áp suất khí quyển.
Đầu tiên, vật liệu được tiến hành khảo sát ảnh
hưởng của tỷ lệ Mg/Al/Co đến cấu trúc vật liệu theo
các tỷ lệ tương ứng là: 2/1/1; 2/1,5/0,5; 2/0,8/0,2;
2/0,5/1,5; 3/0/1 và 2/1,8/0,2. Các ký hiệu M1, M2,
M3, M4, M5 và M6 cũng được sử dụng để chỉ các
mẫu vật liệu dạng hydrotalcit tương ứng này. Các
điều kiện điều chế vật liệu được cố định là: nhiệt độ
đồng kết tủa 75 oC, thời gian đồng kết tủa trong 24
giờ.
Sau khi chọn được tỷ lệ điều chế vật liệu thích
hợp, tiến hành khảo sát ảnh hưởng về nhiệt độ của
quá trình đồng kết tủa đến tính chất vật liệu tại các
mốc nhiệt độ: nhiệt độ phòng, 50 oC, 75 oC và 100
oC. Với các điều kiện điều chế vật liệu được cố định
là: tỷ lệ Mg/Al/Co lựa chọn được ở khảo sát trước,
thời gian đồng kết tủa trong 24 giờ.
Sau khi chọn được nhiệt độ thích hợp, tiến hành
khảo sát ảnh hưởng của thời gian đồng kết tủa đến
tính chất vật liệu theo các khoảng thời gian: 5, 10,
15, 24 và 48 giờ. Với các điều kiện điều chế vật liệu
được cố định là: tỷ lệ Mg/Al/Co và nhiệt độ thu
được ở 2 quá trình khảo sát trước.
Biến đổi cấu trúc tinh thể của vật liệu theo nhiệt
độ nung cũng được khảo sát với các giá trị tại: 200,
300, 400 và 500 oC.
2.3. Phương pháp đặc trưng vật liệu dạng
hydrotalcit Mg-Al-Co
Phương pháp XRD được ghi trên máy D8
Advance Bruker diffractometer sử dụng nguồn phát
tia X là CuKα (λ = 0,15406). Ảnh SEM chụp trên
máy Field Emission Scaning Electron Microscope S
– 4800.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ Mg/Al/Co đến cấu trúc
vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit
Hình 1 biểu diễn các giản đồ XRD của vật liệu
dạng hydrotalcit tương ứng với các mẫu từ M1 đến
M6. Kết quả cho thấy, các mẫu M1, M2, M3, M4,
M6 đều xuất hiện các pic đặc trưng của vật liệu
hydrotalcite điển hình tại các góc 2θ = 11,7o; 23,5o;
34,9o; 39,5o, 46,9o..., tương ứng với các mặt (003),
(006), (009), 015), (018) [1] và với cường độ pic đặc
trưng giảm theo thứ tự mẫu M6 > M1 > M2 > M3 >
M4. Giản đồ XRD của mẫu M5 (Mg/Co = 3:1) cho
thấy xuất hiện các pic đặc trưng của vật liệu
hidromagnesite (Mg5(CO3)4(OH)2.4H2O) và không
có bất kỳ pic nào đặc trưng cho vật liệu dạng
hydrotalcit, điều này chứng tỏ việc thay thế hoàn
toàn Co cho Al sẽ không thể bảo toàn cấu trúc lớp
kép của hydrotalcite ban đầu, nguyên nhân là do
Co2+ có bán kính ion là 88,5 pm, cao hơn nhiều so
với Al3+ là 67,5 pm, nên với một hàm lượng thay thế
quá nhiều sẽ làm cấu trúc lớp kép mất ổn định.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
In
te
n
s
it
y
2 Theta
M1
M2
M3
M4
M5
M6
Hình 1: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu dạng
hydrotalcit Mg-Al-Co theo các tỷ lệ Mg/Al/Co
khác nhau
Đường nền của 5 mẫu M1, M2, M3, M4, M6 có
cường độ giảm theo thứ tự M4 > M1 > M2 > M3 >
M6. Cả 5 giản đồ XRD của M1, M2, M3, M4, M6
đều không xuất hiện các pic lạ của tinh thể các hợp
chất khác của Co, Mg hay Al, điều này cũng đồng
TCHH, 55(1) 2017 Nghiên cứu chế tạo vật liệu
8
nghĩa với việc không có pha tinh thể lạ nào khác
ngoài pha hydrotalcit.
Từ đó có thể nói Co đã thay thế thành công vào
các nút mạng của tinh thể hydrotalcite ban đầu. Mẫu
vật liệu M6 có tỷ lệ Mg/Al/Co = 2/1,8/0,2, với
đường nền thấp nhất và cường độ pic đặc trưng cao
nhất nên có độ tinh thể cao nhất. Với mục đích là
điều chế vật liệu dạng hydrotalcit 3 kim loại Mg-Al-
Co tinh khiết nhất, do đó lựa chọn tỷ lệ thành phần
Mg/Al/Co = 2/1,8/0,2 cho các quá trình khảo sát tiếp
theo. Các mẫu vật liệu khác có độ tinh thể (dựa trên
tỷ lệ tương đối giữa cường độ pic và cường độ
đường nền) thấp hơn, thấp nhất là mẫu M4 có
nguyên nhân là một phần Co không được đưa vào
trong mạng lưới tinh thể mà tách ra dưới dạng vô
định hình do hàm lượng Co thêm vào cao.
Một cách giải thích khác cho hiện tượng biến đổi
cấu trúc của hydrotalcite khi hàm lượng Co2+ đưa
vào quá cao: theo Wang và các cộng sự [8], trong
vật liệu dạng hydrotalcit Mg/Al/Co, các cation Co2+,
Mg2+, Al3+ chiếm các vị trí bát diện. Khoảng cách d,
tính trên cơ sở pic cao nhất tại góc 2θ = 11,7 tương
ứng với mặt phẳng (003), chính là độ dày của một
lớp vật liệu được cấu thành bởi lớp hydroxit và lớp
xen giữa. Từ kết quả thu được trên giản đồ XRD, vẽ
được biểu đồ như trên hình 2, biểu diễn sự thay đổi
khoảng cách d khi tăng tỷ lệ (Co+Mg)/Al trong vật
liệu. Khi lượng Co2+ thấp, tương ứng với tỷ lệ
(Mg+Co)/Al không cao, khoảng cách d thay đổi
không rõ ràng. Nhưng khi lượng Co2+ tăng lên
nhiều, khoảng cách d tăng rõ rệt do tương tác tĩnh
điện giữa các lớp hydroxit và lớp xen giữa giảm vì
sự giảm điện tích dư thừa khi giảm ion kim loại hóa
trị III (Al3+) và tăng ion hóa trị II (Co2+). Khoảng
cách d tăng quá cao dẫn đến việc cấu trúc lớp kép
của hydrotalcit bất ổn nên có khả năng chuyển hóa
thành các hệ tinh thể khác.
7.54
7.55
7.56
7.57
7.58
7.59
7.6
7.61
7.62
7.63
Mg/Al
/Co
2/1,8
/0,2
2/1,5
/0,5
2/0,8
/0,2
2/1
/1
2/0,5
/1,5
d
(0
0
3
),
Å
Hình 2: Ảnh hưởng của tỷ lệ Mg/Al/Co đến độ dày
một lớp vật liệu dạng hydrotalcit
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đồng ngưng tụ đến
cấu trúc vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit
Nhiệt độ đồng ngưng tụ có ảnh hưởng lớn đến
cấu trúc cũng như chất lượng của vật liệu. Hình 3
mô tả các giản đồ XRD của các mẫu tương ứng với
các nhiệt độ đồng ngưng tụ là nhiệt độ phòng, 50, 75
và 100 oC. Tại nhiệt độ phòng và 100 oC không xuất
hiện các pic đặc trưng của vật liệu hydrotalcit mà tồn
tại chủ yếu ở pha vô định hình. Giản đồ XRD của
mẫu đồng ngưng tụ tại 50 oC và 75 oC đều xuất hiện
các pic đặc trưng cho vật liệu hydrotalcit; đường nền
của 2 mẫu có cường độ tương tự nhau, mẫu điều chế
tại 75 oC có cường độ pic tại góc tương ứng cao hơn
nhiều so với mẫu điều chế tại 50 oC. Tại 100 oC,
nhiệt độ cao làm cho các liên kết trong vật liệu kém
bền, dễ bị cắt đứt; dẫn đến phá vỡ cấu trúc tinh thể
và vật liệu vì thế bị chuyển lại sang trạng thái vô
định hình. Dựa vào kết quả khảo sát, lựa chọn nhiệt
độ cho quá trình đồng kết tủa là 75 oC, tại đó cho
tinh thể dạng hydrotalcit có tỷ lệ cường độ
pic/đường nền cao nhất, tức là độ tinh thể tốt nhất,
cho các quá trình khảo sát tiếp theo.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
In
te
n
s
it
y
2 Theta
Room
50 C
75 C
100 C
Hình 3: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu dạng
hydrotalcit Mg-Al-Co điều chế ở các nhiệt độ
đồng ngưng tụ khác nhau
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đồng ngưng tụ đến
cấu trúc vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit
Thời gian đồng kết tủa có ảnh hưởng lớn đến cấu
trúc của vật liệu dạng hydrotalcit, vì phản ứng cần
có một thời gian thực hiện nhất định để hoàn thiện
cấu trúc tinh thể. Các ảnh hưởng của thời gian đồng
ngưng tụ cũng được đánh giá thông qua các giản đồ
XRD trong hình 4.
Kết quả cho thấy, đường nền của 5 mẫu có cường
độ tương tự nhau. Các mẫu chế tạo ở thời gian đồng
TCHH, 55(1) 2017 Nguyễn Trung Thành và cộng sự
9
ngưng tụ 5 giờ, 10 giờ, 15 giờ) có cường độ pic ở
góc 2θ = 11,7 trong khoảng 150-180 Cps; mẫu chế
tạo tại thời gian đồng ngưng tụ 24 giờ có cường độ
pic ở góc 2θ = 11,7 là 393 Cps. Từ đó, có thể thấy
rằng mẫu với khoảng thời gian 24 giờ đồng ngưng tụ
có độ tinh thể cao nhất, chứng tỏ trong khoảng thời
gian 5, 10, 15 giờ là khoảng thời gian các mầm tinh
thể đang phát triển. Mẫu điều chế tại thời gian đồng
ngưng tụ 48 giờ có cường độ pic thấp nhất và rất gần
với đường nền, chứng tỏ mẫu này có độ tinh thể thấp
nhất. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể là do
các tinh thể hydrotalcite phát triển hoàn thiện sau
thời gian 24 giờ, nhưng không dừng lại ở trạng thái
đó mà sẽ tiếp tục chuyển hóa, biến đổi thành trạng
thái tồn tại khác (vô định hình hoặc dạng tinh thể
khác) trong điều kiện phản ứng; dựa trên các kết quả
quan sát được trên giản đồ XRD, có thể thấy trạng
thái sau tinh thể hydrotalcit là trạng thái vô định
hình sau 48 giờ phản ứng. Dựa vào kết quả khảo sát,
lựa chọn thời gian thích hợp cho quá trình đồng kết
tủa để điều chế vật liệu dạng hydrotalcit là 24 giờ.
10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
In
te
n
s
it
y
2 Theta
5h
10h
15h
24h
48h
Hình 4: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu dạng
hydrotalcit Mg-Al-Co điều chế ở các thời gian
đồng ngưng tụ khác nhau
3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc
vật liệu xúc tác dạng hydrotalcit
Hình 5 biểu diễn các giản đồ XRD của mẫu vật
liệu dạng hydrotalcit điều chế tại nhiệt độ và thời
gian đồng ngưng tụ tương ứng là 75 oC và 24 giờ,
sau khi nung tại các nhiệt độ lần lượt là 200, 300,
400, 500 oC, so sánh với giản đồ XRD của chính vật
liệu đó khi chưa nung.
Có thể thấy vật liệu này kém bền nhiệt khi đưa
thêm Co2+ vào cấu trúc kiểu brucit ban đầu: khi tăng
nhiệt độ nung, các pic giảm dần cường độ và chuyển
dần từ pha từ tinh thể sang pha vô định hình. Các kết
quả XRD khi nung vật liệu tại các nhiệt độ cao hơn
như 400 oC và 500 oC đều cho thấy hoàn toàn không
còn dấu vết của các tinh thể dạng lớp kiểu brucite,
đồng thời cường độ và hình dạng của hai giản đồ
XRD này cũng rất tương đồng; chứng tỏ từ 400 oC
trở đi, vật liệu gần như không thay đổi trạng thái vô
định hình nữa, hay trạng thái vô định hình đã ổn
định tại nhiệt độ nung là 400 oC.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
In
te
n
s
it
y
2 Theta
Chua nung
200 C
300 C
400 C
500 C
Hình 5: Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu dạng
hydrotalcit Mg-Al-Co ở các nhiệt độ nung khác nhau
Theo Veiga và các cộng sự [9], khi nung các vật
liệu dạng hydrotalcit, đều xảy ra các quá trình
dehydrat hóa (-H2O), dehydroxyl hóa (-OH), loại bỏ
các anion ở lớp xen giữa, dẫn đến hình thành các hệ
oxit phức hợp mang tính bazơ mạnh, và thường có
cấu trúc vô định hình; các oxit này có kích thước hạt
nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn nên có khả năng
thể hiện hoạt tính cao trong nhiều phản ứng cần các
xúc tác bazơ dị thể. Trong một báo cáo khác [1], khi
khảo sát các nhiệt độ nung khác nhau của vật liệu
hydrotalcite cho thấy vật liệu tăng cường tính bazơ
sau khi nung và số lượng các tâm hoạt tính mang
tính bazơ cao nhất khi nung vật liệu tại nhiệt độ từ
400-500 oC. Dựa vào kết quả khảo sát, chúng tôi lựa
chọn nhiệt độ nung thích hợp cho vật liệu này là 400
oC. Như vậy, từ các khảo sát điều kiện điều chế vật
liệu dạng hydrotalcit 3 thành phần kim loại Mg-Al-
Co, thu được các điều kiện tốt nhất là: tỷ lệ thành
phần Mg/Al/Co = 2/1,8/0,2; quá trình đồng kết tủa
trong 24 giờ, tại nhiệt độ 75 oC; vật liệu nung tại
nhiệt độ 400 oC trong thời gian 3 giờ.
3.5. Ảnh SEM của vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co trước và sau khi nung tại 400 oC
Quan sát ảnh SEM của vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co trước và sau nung tại 400 oC cho biết sự
TCHH, 55(1) 2017 Nghiên cứu chế tạo vật liệu
10
thay đổi hình thái học xảy ra (nếu có) trong quá trình
xử lý nhiệt.
Hình 6: Ảnh SEM của vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co trước khi nung
Qua ảnh SEM trên hai hình 6 và 7, có thể thấy
sự khác biệt về hình thái học trước và sau quá trình
nung là không nhiều. Có sự khác biệt nhỏ giữa hình
dạng và kích thước các hạt vật liệu: Trước khi nung,
các hạt vật liệu có dạng gần giống vảy với kích
thước khoảng 1 μm và khá đồng đều; sau khi nung
tại 400 oC, do cấu trúc tinh thể bị phá hủy để hình
thành hệ oxit phức hợp vô định hình nên kích thước
các hạt lại nhỏ đi. Sự ít biến đổi hình thái học này
phù hợp với sự ổn định trong cấu trúc oxit phức hợp
trước và sau khi nung vật liệu.
Hình 7: Ảnh SEM của vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co sau khi nung
Như vậy, qua quá trình khảo sát các thông số
công nghệ ảnh hưởng đến quá trình đồng ngưng tụ,
qua đó ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu, qua các
phương pháp hóa lý phân tích cấu trúc vật liệu, có
thể thấy vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-Co hoàn
toàn có thể được điều chế theo phương pháp đồng
ngưng tụ, tương tự quá trình điều chế các loại vật
liệu dạng hydrotalcit Mg-Al và Mg-Al-Ni [1, 2].
Mặc dù vật liệu này có tính kém bền nhiệt, tương tự
vật liệu dạng hydrotalcite Mg-Al-Ni, tuy nhiên đặc
tính này không quan trọng trong các phản ứng yêu
cầu có xúc tác bazơ rắn [8].
4. KẾT LUẬN
Đã tổng hợp thành công vật liệu dạng hydrotalcit
Mg-Al-Co theo phương pháp đồng ngưng tụ, đồng
thời khảo sát được các điều kiện thích hợp cho quá
trình đồng ngưng tụ như tỷ lệ mol Mg/Al/Co là
2/1,8/0,2; nhiệt độ 75 oC trong thời gian 24 giờ. Vật
liệu tạo thành có độ tinh thể cao, chỉ chứa pha
hydrotalcit chứng tỏ sự thay thế đồng hình hiệu quả
của Co2+ và khung cấu trúc ban đầu.
Vật liệu dạng hydrotalcit Mg-Al-Co không bền
nhiệt, khi chuyển pha hoàn toàn thành vô định hình
tại 400 oC và ổn định trong khoảng nhiệt độ nung
đó.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. F. Cavani, F. Trifirb, A. Vaccari. Hydrotalcite-type
anionic clays: preparation, properties and
applications, Catalysis Today, 11, 173-301 (1991).
2. Toshiyuki Hibino. Synthesis and Applications of
Hydrotalcites – type Anionic Clays, Report of the
Nation Institure for Resources and Environment, 28,
(1998).
3. Tonya Morgan, Eduardo Santillan-Jimenez, Anne E.
Harman-Ware, Yaying Ji, Daniel Grubb, Mark
Crocker. Catalytic deoxygenation of triglycerides to
hydrocarbons over supported nickel catalysts,
Chemical Engineering Journal, 189-190, 346-355
(2012).
4. Carlo Resinia, Tania Montanaria, Luca Barattinia,
Gianguido Ramisa, Guido Buscaa, Sabrina Prestoc,
Paola Rianic, Rinaldo Marazzac, Michele Sisanid,
Fabio mottinid, Umberto Costantinod. Hydrogen
production by ethanol steam reforming over Ni
catalysts derived from hydrotalcite-like precursors:
Catalyst characterization, catalytic activity and
reaction path, Applied Catalysis A: General, 355, 83-
93 (2009).
5. Kai Schulzea, Wacław Makowskia, Rafał Chyżya,
Roman Dziembaja, Günter Geismarb. Nickel doped
hydrotalcites as catalyst precursors for the partial
oxidation of light paraffins, Appl. Clay Sci., 18, 59-
69 (2001).
6. Shunzheng Zhao, Honghong Yi, Xiaolong Tang,
Dongjuan Kang, Hongyan Wang, Kai Li, Kaijiao
Duan. Characterization of Zn–Ni–Fe hydrotalcite-
derived oxides and their application in the hydrolysis
of carbonyl sulfide, Applied Clay Science, 56, 84-89
(2012).
7. Eduardo Santillan-Jimenez, Tonya Morgan, Jaime
Shoup, Anne E. Harman-Ware, Mark Crocker.
Catalytic deoxygenation of triglycerides and fatty
acids to hydrocarbons over Ni–Al layered double
hydroxide, Catalysis Today, 237, 136-144 (2014).
TCHH, 55(1) 2017 Nguyễn Trung Thành và cộng sự
11
8. Lei Wang, Dalin Li, Hideo Watanabe, Masazumi
Tamura, Yoshinao Nakagawa, Keiichi Tomishige.
Catalytic performance and characterization of
Co/Mg/Al catalysts prepared from hydrotalcite-like
precursors for the steam gasification of biomass,
Applied Catalysis B: Environmental, 150-151, 82-92
(2014).
9. Paula M. Veiga, Zilacleide S. B. Sousa, Carla M. S.
Polato, Marcio F. Portilho, Cláudia O. Veloso, and
Cristiane A. Henriques. Influence of the
Incorporation of Transition Metals on the Basicity of
Mg,Al-Mixed Oxides and on Their Catalytic
Properties for Transesterification of Vegetable Oils,
Journal of Catalysts, 2013, 1-10 (2013).
Liên hệ: Nguyễn Trung Thành
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Số 1, Đại Cồ Việt, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội
E-mail: thanh.nguyentrung@hust.edu.vn; Điện thoại: 0913467588.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 9744_36325_1_sm_6822_2085659.pdf