Báo Cáo Thí Nghiệm Hóa Vô Cơ - Cnvl.pdf

Phương pháp phân tích bằng nhiễu xạ Röntgen XRD Thành phần cấu tạo của nguyên liệu là yếu tố quyết định khả năng tham gia các biến đôi hóa lý, tạo những biến đổi về chất của nguyên liệu

Thay Trần Hoàng Minh

1.1.1 Phương pháp phan tich bang nhiéu xa Réntgen (XRD) csssssssssssssessesseesseseesees 5

1.1.1.4 Tính kích thước tỉnh thể theo phố nhiễu xạ 6 1.1.1.5 Tính khoảng cách giữa 2 mặt mạng và tham số mạng . -s-ss= 5 1.1.2 Phương pháp phân tích phố hồng ngoại (FTIR) 8

2.4.4 Giải thích sự tăng giảm pH trước và sau khi hấp thủy nhiệt .- 22

2.4.5 Tính thế tích và áp suất của quá trình hấp thủy nhiệt . -«¿ 23

2.4.6 Xác định hàm lượng cặn không tan trong nước 23

3.1.2 Quy luật biến đối trong chu kỳ 24

BÀI THÍ NGHIỆM 1: PHÂN BIỆT VẬT CHÁT Ở TRẠNG THÁI

TINH THẺ VÀ VÔ ĐỊNH HÌNH 1.1 LÝ THUYẾT

1.1.1 Phương pháp phân tích bằng nhiễu xạ Röntgen (XRD)

Thành phần cấu tạo của nguyên liệu là yếu tố quyết định khả năng tham gia các biến đôi hóa lý, tạo những biến đổi về chất của nguyên liệu khi nung

Phương pháp xác định thành phần cấu tạo chủ yếu hiện nay là dùng nhiễu xạ Rơntgen phân tích cấu trúc theo phương pháp Debye-Scherrer (phương pháp bột) 1.1.1.1 Nguyên lý chung, điều kiện Bragg-

d- khoảng cách 2 mặt liền nhau (nm)

À- Bước sóng tia bức xạ (nm) Hình 1.1 So do nguyên lý của

phương pháp nhiêu xạ Rontgen

xi l 990% Miller indices: The peak is due to X-

Hinh 1.2 Phé nhiéu xa Rontgen cua tinh thé NaCl

Ta lay khoang 0,22 mau thi nghiệm ở dạng bột min (vi thế còn được gọi lả phương pháp bột) đề phân tích Sau khi phân tích xong, ta thu được phô nhiễu xạ

Xác định cường độ các đỉnh nhiêu xạ trên phô nhiêu xạ Cường độ nhiều xạ tỷ lệ với chiêu cao trên phô nhiều xạ Đánh dâu I1 là nhiễu xạ có cường độ cao nhat, coi la

100% Các nhiễm xạ khác lần lượt là I2, 13, I4 qui về % so với tia mạnh nhất

Lấy 1L, I2, 13 là ba nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất so với bảng mẫu chuẩn Nếu những giá trị trên tương đối phù hợp với giá trị trong bảng mẫu chuẩn, tiếp tục so sánh với những nhiều xạ khác đề có thể kết luận về tinh thể cần nghiên cứu Cách để làm nhanh xác định được pha tinh thể, cần định hướng pha tính thể có trong mẫu bằng cách xác định lịch sử mẫu ( thành phần hóa, nguyên liệu, quá trình nung ) Trong trường hợp nảy, có thể dùng biểu đồ để định hướng về pha tỉnh thể hình thành

1.1.1.4 Tính kích thước tỉnh thể theo phỗ nhiễu xạ

Chiều rộng phố nhiễu xạ Rontgen là hàm của kích thước tính thể Từ phố nhiễu

xạ, ta có thê tính được kích thước dài, l, của tỉnh thể trong mẫu nghiên cứu theo công thức phương trình Debye-Scherrer:

0,089^A lcos8

B(20) = Trong đó:

1— kích thước dài nhất của tinh thé

B- chiều rộng tại 1⁄2 cường độ đỉnh nhiễu xạ

— bước sóng bức xạ Röntgen, thường lấy ACu-Kơ = 0,154056 nm

Ð - vị trí góc nhiều xa

Kích thước tính thể cho ta độ lớn của một đơn tỉnh thể theo hướng nhất định của

họ mặt mạng d nảo đó, qua đó cho ta thông tin về mức hoàn thiện trong quá trình kết tính Các tia nhiễu xạ có cường độ nhỏ, góc trải rộng thường có kích thước nhỏ Những tia cường độ lớn, góc trải nhiễu xạ hẹp thường có kích thước tinh thể lớn, rõ rang Thông thường, với các mẫu đa tính thê, kích thước mỗi tỉnh thé chỉ khoảng 10 —

dhkl với h, k, l là các chỉ số miller tương ứng

Môi quan hệ giữa khoảng cách 2 mặt mạng và các tham số mạng phụ thuộc vào cầu trúc tỉnh thé

1 1 Triclinic: a "3 (Syyh® + Sook” + Sagal? + 2S,ghk + 2Saskl + 2S,zAl)

In the equation for triclinic crystals

V = volume of unit cell (see below),

Si, = bc? sin? a,

S;¿ = a*c? sin? 8,

Ss = a?b gìn” +,

Si, = abc"(cos a cos 8 — cosy),

S23 = a*be(cos 8 cos y — cos a),

Sis = ab*c(cos y cos a — cos 8)

Hình I.3 Các công thức tính thông số mạng 1.1.2 Phương pháp phân tích phố hồng ngoại (FETIR)

FTIR được dùng đề phân tích thành phần cấu tạo, cấu trúc phân tử, bản chất liên kết hóa học, hoặc các nhóm chức hiện diện trong vật liệu cần khảo sát Vật liệu được

khảo sát có thê ở thê rắn, lỏng hoặc khí

1.1.2.1 Nguyên lý

Khi chiêu chùm bức xạ điện tử vào vật liệu sẽ xảy ra hiện tượng các phân tử hâp thụ hoặc bức xạ năng lượng Mức năng lượng phân tử bức xạ hoặc hấp thụ là:

AE = Ei — Ea = hv

Ei và E: mức năng lượng ở trạng thái đầu và trạng thái cuối

v: tân số hâp thụ hoặc bức xạ

1.1.2.2 Hình đạng pho

Phố IR đo được là truyền qua hoặc hấp thụ Trên trục tung có chú thích rõ phố truyền qua theo thang đo % (0 — 100%) hay hap thu theo thang logarithm (0 — 2) Truc nam ngang (truc hoanh) ghi tần số sóng (cm-1 hoặc m-L) Phô truyền qua có dạng các mũi hướng xuống phía đưới, phô hấp thụ có dạng các mũi hướng lên phía trên

Hình 1.4 Phổ IR hấp thụ của khí methanol của hạt Nano Au

Hình 1.5 Phô IR truyền qua

1⁄2 TIỀN HÀNH THÍ NGHIỆM

e Mỗi nhóm nhận một mẫu phân tích khác nhau cũng như thông tin về mẫu

e Mỗi mẫu cần được nghiền nhỏ thành bột trước khi phân tích

e© _ Gửi mẫu đi phân tích (Việc phân tích do cán bộ chuyên môn thực hiện) e_ Tập phân tích phô nhiễu xạ và phô FTIR thu được

e Hoàn thành và nộp bài báo cáo

DAT SET LOC- LO8

Q1-077-8310; Si O2: cristobalite beta, 8-Si 02; Silicon Oxide

F 1489; Al2 Si2 O5 (IÐ H)4 -2 H2 O; hydrated halloysite; Aluminum Silicate Hydroxide Hydrate; Halloysite-10 anstrom

Hình 1.6 Phổ nhiễu xạ của mẫu đất sét lọc của nhóm

Trục hoành thể hiện góc 20, là góc hợp bởi tia tới và tia phản xạ, được dùng dé xác định góc nhiễu xạ 9 do ta không thê xác định chính xác được góc nhiễu xạ Trục tung thể hiện cường độ nhiều xạ, đặc trưng cho từng loại vật liệu ứng với các góc 28 khác nhau

II

Peak list: biểu diễn các đỉnh đặc trưng của từng vật liệu được phân tích theo

XRD

Dòng thông tin xanh đương: biếu thị vật liệu gần giống hoặc được đoán gần đúng

với vật liệu cần phân tích

Dòng thông tin xanh lá: biểu thị kết quả khác gần đúng với vật liệu mục tiêu nhưng kết quả chính xác không cao

Yêu cẩu 2: Xác định vật liệu là tinh thé hay vô định hình? Tai sao?

Đây là vật liệu tỉnh thể vì vật liệu vô định hình khi sử dụng phương pháp XRD sẽ không cho ra đỉnh, còn hình trên các đỉnh của các Peak thể hiện các dòng trạng thái cụ thê rõ ràng, tuy nhiên thì mẫu thử này khá nhiều tạp chất

Yêu cầu 3: Phân tích kết quá sơ bộ của phổ tia X

Thành phần dự đoán của đất sét lọc

Đất sét lọc có thành phần chính là khoáng kaolinite ( 2SiO›.Al;Os.2H;O) chiếm

khoảng 97 — 99 %% Vì có màu trắng hơi đục nên khả năng chỉ chứa một ít tạp chất

không đáng kẻ

Thành phần dựa vào kết quả phân tích phố

Đường màu xanh dương: Kaolinit là một khoáng vật sét với công thức hóa học AlaSizOs(OH3, được hình thành do quá trình phong hóa của fenspat, chủ yếu là octodaz và anbit Quá trình phong hóa trên được gọi là quá trình kaolin hóa Nó lả khoáng vật silicat với một tắm tứ diện liên kết thông qua các nguyên tử oxy với một tắm bát diện là alumina Các loại đất sét giàu kaolimit gọi là đất sét trắng, đất sét cao lanh, cao lanh hay kaolin

Đường màu xanh lục: Cristobalit là một biến thể thạch anh ở nhiệt độ cao, có công thức hóa học S1O›, nhưng có cầu trúc hóa học khác thạch anh Cả thạnh anh va cristobalit là đồng hình với các loại khoáng khác trong nhóm thạch anh như coesit, tridymit va stishovit

Đường màu đỏ: Haloizit (khoáng vật sét AlzSi:Os(OH)4.2H;O) khoáng vật nhóm

sét, phụ lớp silicat, cầu trúc lớp AlaSizOs(OH).2H›O Hệ đơn nghiêng Tình thể dạng

tập hợp đặc sít có kích thước rất nhỏ, chỉ quan sát được dưới kinh hiến vi điện tử Độ cứng I-2; khối lượng riêng 2-2,2 g/cm Nguồn gốc: khoáng vật điển hình của vỏ phong hóa phát triển trên các đá bazan, øabro, pocphirit cộng sinh với kaolinit và các khoáng vật sét khác Nguyên liệu gốm sứ

Đường màu đen: các tạp chất tính thê không xác định

Tính kích thước tỉnh thể, khoảng cách giữa hai mặt mạng và tham số mạng Kaolinite

Nhánh đồ thị phía bên trai dinh c6 I) = 7502.5, 261 = 24.63035 (tuy nhiên vì

trong số liệu không có giá trị I¡ nên cần tinh giá trị 26) trong déi nho vao hai số liệu

liền kề trên và dưới của nó, trong đó cột 1 va 3 lần lượt là giá trị 2 va I).

Dựa vào vị trí của các đỉnh nhiêu xạ gợi ý ta thây răng nó trùng khớp với các đỉnh nhiều xạ của vật liệu khảo sát

Dựa vào sự trùng khớp ta thấy số lượng các đỉnh gợi ý nhiều hơn so với đỉnh của vật liệu cần phân tích nên dẫn đến độ tin cậy bị giảm

Yêu câu 5: Sưu tâm phô của vật liệu tương tự, chú thích rõ rùng nguồn gốc So sánh phổ từ thí nghiệm này với phố sưu tâm

| 1 im it | | HH IIIIE | HIIINIIREBII ¡II BÌB | ¡ B1 1ï BI BH

| III II II IIi IIII/ HIER | HIINIRNNBH IIRIBBIRRmRAIAmxs m

Hình I.8 Phỗ nhiễu xạ sưu tầm SiO› (Silic dioxit)

Yêu câu 6: Kết luận về thành phan cấu tạo của vật liệu dựa vào kết quả nhiễu xạ thu được Nhận xét

Dt sét loc (mau trang - kaolin) có thê viết: AlaSizOs(OH)¿ Thành phần hóa học của khoáng này là: SiO2: 46.54%; Al203 : 39.5%; H20: 13.96%

Thanh phan của vật liệu dựa vào kết quả XRD thu được giống với dự đoán ban đầu

Kết luận: 2 phố nhiễu xạ (Aluminum Silicate, Silicon Oxide) có phô gần với phô

chung thí nghiệm, có thê nói đây là vật liệu đặc trưng cho đất sét

Phân tích phố nhiễu xạ FTIR

Yêu câu 1: Nhận biết và miễu tả những thông tìn ghi trên bản in phố của thiết bị phân tích nhiễu xạ

Search results for NHOM 1 DAT SET LOC

Date: Sun Apr 25 20:21:18 2021 (GMT+07.00)

Search algorithm: Correlation

8 112 96.78 Clay coating - DB-Plate

Dòng trạng thái màu đỏ thể hiện vật liệu cần phân tích

Các dòng trạng thái còn lại cho biết các gợi ý vật liệu gần giống với vật liệu cần phân tích theo FTIR Càng gần phố phân tích cho ra kết quả cảng chính xác hơn Mỗi dòng trạng thái gợi ý biểu thị các thông tin về tên vật liệu dự đoán và % sự tương thích của nó

Search result list of mathches: cho ta biết các vật liệu được gợi ý, ?%o tương thích, tên vật liệu, và nguồn database tìm được

Dùng tia hồng ngoại bắn vào bộ tách sóng, tách nhiều tia hồng ngoại bắn xuyên vào mục tiêu

Number of sample scans: 20

Number of background scans: 32

Clay coating - DB-Plate Kaolin (China Clay) Clay coating - Nuclay Clay coating - Ultra Gloss 90 ATTAPULGITE CLAY Clay coating - Nuciay Clay coating - DB-Plate Kaolin (China Clay) BURGESS #10

%Transmittance biéu thi % xuyén qua vật liệu

Wavenumbers: biêu thị sô bước sóng trên đơn vị cm

HR Paper Materials Library

HR Paper Materials Library Industrial Coatings

Region ving FTIR cho thấy được vùng đặc trưng riêng của vật liệu theo số bước song

Trục hoành: sô bước sóng trên một đơn vị chiêu dai (em! )

Trục tung: Biểu thị cường độ hấp thụ qua độ truyền quang T (Transmittance), thường dùng %T

Yêu câu 2: Kết luận dựa vào thành phan cấu tạo của vật liệu dựa vào kết quả FRIT thu được, kết quả giống hay khác so với dự đoán ban đầu?

Đất sét có thê viết: Al2Si2O5(OH)4 Thành phan hóa học của khoáng này là: SiO2: 46.54%; Al203 : 39.5%; H2O: 13.96%,

Thành phần của vật liệu dựa vào kết quả FTIR thu được giống với dự đoán ban dau

Yêu câu 3: Sưu tâm phố FRIT của vật liệu tương tự, chú thích rõ rằng nguôn gốc So sánh phổ Frit từ thí nhiệm này với phổ FTIR sưu tâm

Hình 1.11 Phé suu tam FTIR AbO3

Neuén: Researchgate.net FT-IR spectra of Al203

Yêu câu 4: Kết quả FTIR và XRD có hỗ trợ cho nhau không? Từ đó, trình bày kết luận cuối cùng về vật liệu khảo sát frong phan kết luận của bài báo cáo

Kết quả FTIR và XRD có hỗ trợ cho nhau dé ta phân tích rõ hơn tích chất, đặc điểm của vật liệu

Giống nhau: Hai FTIR và XRD kết quả có hỗ trợ, cả FTIR và XRD đều là các

phương pháp phân tích cấu trúc, tính chất của vật liệu

Khác nhau:

19

+ XRD giúp ta xác định đặc tính của tính thể vật liệu

+ FTIR cho thấy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong mẫu

Dựa vào kết quả nhiễu xạ thu được cho thay & XRD vs FTIR con lẫn tap chat Nghiền mẫu với kích thước đủ mịn sẽ cho kết quả tốt và chính xác hơn nữa Hiệu quả của 2 phương pháp mang lại chỉ mang tính tương đối để ta có thể hình dung được vật liệu nghiên cứu

Nhận thấy kết quả ở XRD độ tín cậy cao hơn so với FTIR và hai phô này bô trợ cho nhau

2.1

BÀI THÍ NGHIỆM 2: PHÁN ỨNG PHA RÁN

MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM

2.2 LY THUYET

Thí nghiệm thực nghiệm quá trình tái chế các chất thải công nghiệp (tro bay xi,

bui, ) dé san xuat thủy tính nhằm giảm ô nhiễm môi trường và tạo tính kinh tế

Natri silicat là tên phô biến cho các hợp chất có công thức (Na;O)(SiO;),

các tạp chât có chứa sắt

Thủy tính nước hoặc thủy tinh lỏng, các vật liệu này có sẵn trong dung dịch nước

và ở dạng rắn Các chế phẩm thuần khiết không có màu hoặc có mau trang, nhung các mầu thương mại thường có màu xanh lá cây hoặc xanh dương do sự có mặt của

may và chê biên gô xẻ, vật liệu chịu lửa,

Natri silicat được sử dụng trong xi măng, chống cháy thụ động, công nghiệp đệt

silicat va cacbon dioxit

Natri cacbonat và silic dioxit phản ứng khi được nung nóng để tạo thành natri

Q

NaazCOa + SIO¿ —> NazSIOa + CO›

Na+ Nat+ Nat Na+ Nat Nat Na

CNa;o: hàm lượng Na:Ö trong mau, tinh theo %

1.0323: hệ số