Tgp chi Hoa hgc, T. 47 (3), Tr. 333 - 337, 2009 KHAO SAT CAC YEU TO ANH HUONG DEN KICH THUdC HAT CUA OXIT NIKEN DUOC DIEU CHE BANG QUA TRINH TU BOC CHAY GEL De'n Tod sogn 23-6-2008 LUU MINH DAI, DAO NGOC NHIEM, VU THE NINH, PHAM NGOC CHUC Vien Khoa hgc Vdt vieu - Vien Khoa hgc vd Cdng nghe Viet Nam ABSTRACT Nickel oxide with tiny particle sizes is formed by auto combustion process of nickel nitrates and polyvinyl alcohol (PVA) gel. Factors affecting on particle sizes of nickel oxide including pH and temperature of gel formation, mole ratio of concentration of nickel and the concentration of polyvinyl alcohol used to produce gel were examined. The particle size distribution of nickel oxide was measured by particles analyzer. The powders morphology was observed by Transmission Electron Microscopy (TEM). I - MO DAU Niken va cac hgp chit cua niken da dugc nghien cdu, dng dung vio rat nhiiu cac nghanh nhu luyen kim, vat lieu td, bgt mau, hda hgc xuc tic [3 - 5, 7, 8]. Cho de'n ngay nay cang dugc quan tam do cic tinh nang dac biet cua chdng. Gin day vdi viec phat triin khdng ngdng cua cae loai vat lieu mdi nhu vat lieu cd kfeh thudc nanomet dang dugc nghien cdu rit manh me, ed nhiiu cdng trinh cdng bd vi chdng. Trong cdng trinh trudc day chung tdi da nghien cdu ve anh hudng cua nhiet do nung de'n su tao thinh pha cua NiO tha'y ring di thu dugc NiO don pha phai nung miu d 600"C trong 2h, nhiet do tao gel 80°C, ty le mol Ni/PVA = 1/3, pH tao gel la 4. Trong bii bao niy chdng tdi khio sat cic ye'u td anh hudng tdi qui trinh hinh thinh hat NiO cd kich thudc nanomet dugc diiu che bing qua trinh tu bdc chiy gel polyvinyl aneol. Phuang phip niy da dugc chdng tdi nghien cdu de diiu che thanh cdng mgt sd oxit dat hie'm, vat lieu chda oxit dat hie'm cd kfeh thudc nanomet [1, 2]. II - THUC NGHIEM \. Hoa chat Dung dich mudi niken nitrat ed do saeh 99,9% (PA).' Polyvinyl aneol, sin phim (PA) cua hang Peking (Trung Qude). Cic loai hoa chat khie deu cd do tinh khiet PA. Ld nung, tu say, miy khua'y tu, may ly tam, may sieu am va mdt sd dung cu thuy tinh. Cic phuang phip xic dinh: Xic dinh kfeh thude, su phan bd hat bing miy Fpar-1000 paticles analyzer cua Hang Orsuka electronic Co. Ltd. (Nhat Ban). Chup anh vi ca'u true, kfeh thudc hat va hinh thii hgc cua miu bing kfnh hiin vi dien td truyin qua (TEM) (Nhat Ban). Giin dd nhiiu xa Ranghen dugc thuc hien tren may Siemens D-5000 (CHLB Ddc) vdi bdc xa CuKa budc sdng X = 1,5406 A. 333 Ill - KET QUA VA THAO LUAN 1. Anh hudng cua nhiet do nung Miu dugc diiu che vdi ty le mol Ni/PVA 1/3, nhiet do tao gel 80°C, pH = 4 va nung d cac nhiet do khae nhau trong 2h. Cac miu dugc xac dinh kfeh thudc hat tren may Fpar-1000. Ket qua thuc nghiem dugc trinh bay trong bang 1. Bdng 1: Anh hudng cua nhiet do Nhiet dd nung, °C Kfeh thudc hat trung binh cua NiO, pm 600 0,206 700 0,694 nung 800 1,092 900 1,265 1000 1,422 Td bang 1 ta nhan thiy nhiet do cang cao thi kfeh thudc hat cang ldn diiu niy phu hgp vdi ly thuye't va cdng trinh nghien cdu trudc day [1,2]. Do vay chung tdi chgn 600°C cho cac thf nghiem tiep theo. 2. Anh hudng ciia pH tao gel de'n kich thudc hat Diiu kien thi nghiem; ti le ndng do mol niken va PVA li 1/3, nhiet do tao gel; 80°C, pH tao gel tu 1 din 5. Cie miu sau khi tao gel dugc xd ly nhiet d 600°C trong 2h. Cac miu duge xic dinh kfeh thude hat tren may Fpar-1000. Ke't qua thuc nghiem dugc trinh bay trong bang 2. Qua bang 2 ta thiy kfeh thudc hat nhd nha't tai pH = 4, kfeh thudc hat ldn nhat d pH = 1 cd thi mdt phin PVA da phan dng vdi dung dich axit lam cho qua trinh phan bd niken tren polyme khdng dugc ddng nha't, din tdi qua trinh tu hoc chiy cua gel trong qua trinh xd ly nhiet xay ta kem . Do dd trong cic thi nghiem tie'p theo chpn pH = 4 de tao gel. 3. Anh hudng cua ti le nong do mol niken va polyvinyl aneol Cic thi nghiem dugc tie'n hanh vol sir tao gel cua niken va PVA theo ti le ndng do mol: 6/1, 3/1, 1/1, 1/3, 1/6, nhiet do tao gel: 86°C, pH tao gel: 4. Cac miu sau khi tao gel dugc nung 6 600°C trong 2h. Cac miu dugc xic dinh kfeh thudc hat tren miy Fpar-1000. Kit qua thuc nghiem dugc trinh biy trong bang 3. Bdng 2: Anh hudng eua pH pH tao gel Kich thudc hat trung binh cua NiO, pm 1 0,374 ao gel den kich thudc hat 2 0,335 3 0,266 4 0,206 5 0,313 Bdng 3: Anh hudng cua ti le ndng do mol niken va polyvinyl aneol Ti le ndng dd mol niken va PVA Kfeh thudc hat trung binh eua NiO, pm 6/1 1,274 3/1 0,954 1/1 0,757 1/3 0,206 1/6 1,136 Qua bing 3 oxit niken cd kfeh thudc hat be nha't niu dugc tao gel vdi PVA theo ti le ndng do mol niken vi polyvinyl aneol la 1/3, cd le d ty le tao gel nay vda dd cho qua trinh tu bdc ehiy xay ra mdt each thuan lgi khdng lam kit tu lai thanh hat ldn hon, edn khi d ty le mol niken/ PVA li 1/6 hoac 6/1 thi kich thudc hat thu duac la ldn nha't d day, khi nong do niken qua cao thi khd xay ra qua trinh ttf bdc chiy din tdi kfeh thudc hat ldn cdn khi nong do PVA cao thi xay ra qua trinh chay manh liet Iam cho cac hat lai cd kha nang lien kit vdi nhau tao ra hat to hon. Do dd trong cic thf nghiem tie'p theo chgn ti le 1/3 de tao gel. 334 4. Anh hudng cua nhiet do tao gel Thf nghiem dugc tien hanh vdi su tao gel cua niken va PVA theo ti le ndng dd mol 1/3, nhiet do tao gel; 40°C, 60°C, 80°C, 100°C, pH tao gel; 4. Cac miu sau khi tao gel dugc nung d 600°C trong 2h. Dem miu di phan tfch xac dinh kfeh thudc hat trin miy Fpar-1000. Ke't qua thirc nghiem dugc trinh bay trong bang 4. Bdng 4: Anh hudng cua nhiet do tao gel de'n kfeh thudc hat. Nhiet do tao gel | 40°C Kich thudc hat trung binh cua NiO, pm | 0,399 60°C 0,421 80°C 0,206 100°C 0,447 Bang 4 cho thiy, oxit niken cd kfeh thudc hat be nhat ne'u dugc tao gel vdi PVA d nhiet do 80°C, diiu nay hoan toan phu hgp vdi cic khao sat trudc day [2]. Chung tdi chgn nhiet do tao gel la 80°C cho cac nghien cdu sau. 5. Anh hudng ciia thdi gian nung Thf nghiem duge tie'n hanh vdi miu dai dien la gel cua Nitrat niken va PVA theo ti le ndng do mol 1/3, nhiet do tao gel 80°C, pH = 4. Cic miu dugc nung d 600°C trong thdi gian td lh din 2,5h. Cac miu dugc xac dinh kfeh thude hat tren miy Fpar-1000. Kit qua thuc nghiem dugc trinh bay trong bang 5. Td bang 5 ta nhan thiy khi nung miu trong thdi gian td 60 phut din 120 phut thi kich thude hat nhd din diiu nay ed the do d thdi gian 60 phut va 90 phut miu vin edn mdt phin nhd hidroeacbon cua gel chua chay he't hinh thinh cac hat to ban cdn d 120 phut thi lugng hidroeacbon da chiy hit len thu dugc kich thudc hat nhd nhat. Khi thdi gian tang len 150 phut va 180 phut thi kich thudc hat cung tang len (d day cd the xay ra hien tugng kit hat do khung ca'u trdc eua miu bi sup dd). Do vay eac nghien cdu tie'p theo ehdng tdi chgn thdi gian nung la 120 phdt. Chung tdi chgn miu diiu che d pH = 4, ty le niken/PVA = 1/3, nhiet do tao gel 80°C, nhiet do nung 600°C trong 120 phut dem xic dinh cau true bang nhiiu xa tia X, hinh thii hgc bang kfnh hien vi dien td truyen qua(TEM) vi su phan bd kfeh thudc hat trung binh cua NiO bing miy Fpar-1000 paticles analyzer. Kit qui trinh biy d Itinh 1, 2 vi 3. Bdng 5: Anh hudng Thdi gian nung, phdt •Kich thudc hat trung binh, cua NiO, pm cua thdi g 60 0,255 an nung 90 0,225 120 0,206 150 0,320 180 0,421 Hitih 1: Anh TEM cua NiO 335 "sislHiBlH! aim] ^a]fil!iii.i sja*-ilS ii*' PoWlle[«(tiV IBHFSJJOI BtriMI. 13309 InMilsSiIiptl nsoi = ' ' hlI>Hd>ll: Dlxi^to' {-) r — •- •• \ •• I i£i-¥?"-v^- . ^j-~-wmm&mmamammmm; • ""-\ ,-,:.,r.B"-;^ Hinh 2: Su phan bo kich thirdc hat trung binh cua NiO iiEnENS Dsaae, J u ^'Vi^v.v.v-^ 0.6i. SS3.33Qd3, UL . Hinh 3: Gian dd tia X cua NiO Ta tha'y NiO thu dugc la dan pha (hinh 3), ddng nha't ed kich thudc < 50 nm (hinh 1) va dugc phan bd tap trung vdi kfeh thudc hat NiO trung binh 206,1 nm = 0,206 pm (hinh 2). Sd dt cd su khic nhau vi kich thudc hat cua NiO khi chup TEM vi xac dinh kfeh thudc hat trung binh, theo chdng tdi, diiu nay la do cic hat NiO tao 336 thanh cd the kit tu lai vdi nhau de tao thinh mot chum hat hay NiO cd ca'u true nano (hinh 1). IV - KET LUAN Da khao sit cic ye'u td anh hudng tdi Icfch thudc hat NiO va da tim dugc diiu kien tdi uu de tdng hgp NiO dan pha cd kfeh thudc < 50 nm vdi kfeh thudc hat NiO trung binh 206,1 nm = 0,206 pm bing qua trinh tu bd'e chiy gel PVA la: pH = 4, ti le ndng do mol niken/PVA =1/3, nhiet do tao gel 80°C, nhiet dd nung 600°C trong 120 phut. TAI LIEU THAM KHAO 1. Luu Minh Dai, Nguyin Gia Hung, Dio Nggc Nhiem, Nguyin Thi Td Loan. Tap chi Hoa hgc, T. 44(4), 471 - 474 (2006). 2. N. Iwasa, M. Takizawa, M. Aral. Appl. Catal. A, 314, 32(2006). 3. D.K. Kim, K. Stoawe, F. Mua Her, W. F. Maier. J. Catal., 247, 101 (2007). 4. Z. Boukha, M. Kacimi, M.F.R. Pereira, J. L. Faria, J. L. Figueiredo, M. Ziyad. Appl. Catal. A, 317, 299(2007). 5. M. Rezaei, S. M. Alavi, S. Sahebdelfar, Z. - F. Yan. Energ. Fuel., 20, 923 (2006). 6. J. -S. Choi, K. -I. Moon, Y. G. Kim, J. S. Lee, C. -H. Kim, D. L. Trimm. Catal. Lett., 52,43(1998). 7. Z. Zhang, X. E. Verykios, S. M. MacDonald, S. Affrossman. J. Phys. Chem., 100,744(1996). 8. Y. -H. Wang, H. Wang, Y. Lia, Q. -M. Zhu, B. -Q. Xu. Top. Catal., 32, 109 (2005). 9. N. Sahli, C. Petit, A. C. Roger, A. Kiennemann, S. Libs, M. M. Bettahar. Catal. Today, 113, 187(2006). 10. Z. Hou, T. Yashima. Appl. Catal. A, 261, 205 (2004). 11. B. Pawelee, S. Damyanova, K. Arishtirova, J. L. G. Fierro, L. Petrov. Appl. Catal. A, 323, 188 (2007). 12. S. Wang, G. Q. Lu. Appl. Catal. A, 169, 271 (1998). 13. A. M. Gadalla, B. Bower. Chem. Eng. Sci., 42,3049(1988). 14. B. S. Liu, C. T. Au. Appl. Catal. A, 244, 181 (2003). 15. X. Gao, I.E. Wachs. Catal. Today, 51, 233 (1999). 16. R. J. Davis, Z. Liu. Chem. Mater., 9, 2311 (1997). Tdc gid lien he: Luu Minh Dai Vien Khoa hgc Vat lieu, Vien Khoa hgc va Cdng nghe Viet Nam. 337 . tao gel. 334 4. Anh hudng cua nhiet do tao gel Thf nghiem dugc tien hanh vdi su tao gel cua niken va PVA theo ti le ndng dd mol 1/3, nhiet do tao gel; 40°C, 60°C, 80°C, 100°C, pH tao gel; . hudng ciia pH tao gel de'n kich thudc hat Diiu kien thi nghiem; ti le ndng do mol niken va PVA li 1/3, nhiet do tao gel; 80°C, pH tao gel tu 1 din 5. Cie miu sau khi tao gel dugc xd. dd mol niken va PVA Kfeh thudc hat trung binh eua NiO, pm 6/1 1,274 3/1 0,954 1/1 0,757 1/3 0,206 1/6 1,136 Qua bing 3 oxit niken cd kfeh thudc hat be nha't niu dugc tao gel vdi