Hình 3-6 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu kaolin nguyên liệu. K: kaolin, Qz: quartz
Hình 3-6 thể hiện mô hình nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu nguyên liệu kaolin. Kết quả cho thấy mẫu kaolin xuất hiện các peak đặc trƣng có góc nhiễu xạ 2 tại 12.34o và 24.64o, phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đã đƣợc báo cáo (Gougazeh, et al., 2010, Zhao, et al., 2004). Tuy nhiên, XRD của mẫu kaolin ngoài các peak đặc trƣng của kaolin thì cũng xuất hiện các peak của khoáng quartz (SiO2 vô định hình) có góc nhiễu xạ 2 tại 20.88o, 26.67o, 36.55o, 42.5o, 50.02o (Gougazeh and Buhl, 2014). Khi kaolin đƣợc xử lý nhiệt thì các peak nhiễu xạ đặc trƣng của kaolin sẽ biến mất, xuất hiện các aluminosilicate vô định hình và rất phổ biến các peak nhiễu xạ của quartz (Gougazeh and Buhl, 2014). Aluminosilicate vô định hình là tiền chất cho quá trình kết tinh trong phản ứng thủy nhiệt. Do đó, trƣớc khi tổng hợp thì kaolin cần phải hoạt hóa nhiệt để chuyển thành metakaolin, thúc đẩy quá trình tổng hợp zeolite 4A.
Hình 3-7 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu zeolite 4A tổng hợp bằng phản ứng thủy nhiệt trong dung dịch NaOH 2 M khi (a) kaolin nung ở 100 oC, (b) kaolin nung ở 300 oC, (c) kaolin nung ở 500 oC, (d) kaolin nung ở 600 oC. A: zeolite 4A, Qz: khoáng quartz, S: hydroxysodalite
Hình 3-7 thể hiện mô hình nhiễu xạ tia X của các sản phẩm đƣợc tổng hợp bằng phản ứng thủy nhiệt ở 90 oC trong 4 giờ, từ 10 g metakaolin trong dung dịch NaOH 2 M và có bổ sung aluminum dƣới dạng dung dịch NaAlO2. Metakaolin thu đƣợc từ nguyên liệu kaolin đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau (100, 300, 500, 600 oC). Sự thay đổi quan trọng nhất đƣợc quan sát trong mô hình nhiễu xạ tia X là sự xuất hiện các peak nhiễu xạ đặc trƣng của zeolite 4A và đƣợc so sánh với zeolite 4A mẫu chuẩn. Hình 3-7a và b thể hiện mô hình nhiễu xạ tia X của sản phẩm đƣợc tổng hợp từ nguyên liệu kaolin đƣợc hoạt hóa ở nhiệt độ 100 oC và 300 oC với dung dịch NaOH 2 M, cho thấy các peak nhiễu xạ của quartz (Qz), hydroxysodalite (S) là khoáng chiếm ƣu thế và không có các peak nhiễu xạ đặc trƣng của zeolite 4A. Hình 3-7c và d thể hiện mô hình nhiễu xạ tia X của sản phẩm tổng hợp từ nguyên liệu kaolin đƣợc hoạt hóa ở nhiệt độ 500 oC và 600 oC với dung dịch NaOH 2 M, kết quả cho thấy xuất hiện các peak nhiễu xạ đặc trƣng của mẫu zeolite 4A có góc nhiễu xạ 2 là 7.18o, 10.17o, 12.46o, 16.11o,
21.67o, 23.99o, 26.11o, 27.11o, 29.94o, 30.83o, 31.77o, 32.54o, 33.37o, 34.18o và 36.57o (Treacy, et al., 1996). Tuy nhiên, trong sản phẩm tổng hợp cũng xuất hiện các peak của hydroxysodalite (S) ở 13.96o 19.98o, 24.42o và khoáng quartz tại 20.88o, 26.67o (Gougazeh and Buhl, 2014). Vậy kaolin đƣợc hoạt hóa thành metakaolin tại nhiệt độ 500 oC và phản ứng với NaOH 2 M thì xuất hiện các peak nhiễu xạ đặc trƣng của zeolite 4A (Hình 3-7c), nên ta chọn nhiệt độ nung kaolin là 500 oC cho các nghiên cứu về sau.