CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.3. Phân tích tính chất hóa lý của ZnO 1 Phương pháp đo diện tích bề mặt
2.3.1. Phương pháp đo diện tích bề mặt
Diện tích bề mặt được xác định bằng phương pháp hấp phụ nitơ lỏng ở nhiệt độ thấp theo tiêu chuẩn ASTM D 3663 [50]. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị Tristar II cùng bộ xử lý mẫu SmartPrep của hãng Micromeritics.
Diện tích bề mặt của xúc tác và chất mang được xác định thông qua thể tích khí nitơ bị hấp phụ trong mẫu xúc tác ở áp suất thấp. Hệ thống xác định thể tích nitơ bị hấp phụ trong mẫu xúc tác tại các điểm áp suất khác nhau dựa vào sự chênh lệch áp suất khí trước khi hấp phụ và lúc cân bằng khi bị hấp phụ. Từ lượng nitơ bị hấp phụ ở mỗi áp suất khác nhau, vẽ đường thẳng theo phương trình BET:
( 0 ) 0 1 1 P P C V C C V P P V P m m − + = − ( 2.0) Trong đó: P là áp suất cân bằng tại điểm hấp phụ (mmHg)
V là thể tích khí nitơ bị hấp phụ (cm3/g STP) Po là áp suất bão hòa tại nhiệt độ hấp phụ (mmHg)
Vm tổng thể tích hấp phụ đơn lớp trên 1 g chất rắn (cm3/g STP) C là hằng số
Từ đường thẳng trên, xác định được Vm sẽ tính được số mol nitơ bị hấp thụ và áp dụng công thứ sau để tính ra diện tích bề mặt:
m m r n NS S = ( 2.0) Trong đó: Sr là tổng diện tích bề mặt (m2/g) nm là tổng số hạt nitơ bị hấp thụ
Sm là tiết diện của một nguyên tử nitơ bị hấp phụ (m2) N: số Avogadro
2.3.2. Phương pháp đo thể tích lỗ xốp và phân bố kích thước lỗ xốp
Thể tích lỗ xốp tổng của xúc tác được xác định bằng phương pháp hấp phụ nitơ lỏng ở nhiệt độ thấp theo tiêu chuẩn ASTM D4222-03 [51]. Trong đó, điểm áp suất tương đối (P/Po) dùng để tính toán là 0,995. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị Tristar II cùng bộ xử lý mẫu SmartPrep của hãng Micromeritics.
Phân bố kích thước lỗ xốp được xác định và tính toán dựa vào số liệu phân tích đường cong giải hấp nitơ [52, 53]. Nitơ bị ngưng tụ đa lớp bám lên các vách bên trong của các lỗ xốp và tích tụ dầy trong các lỗ xốp. Áp suất tương đối khi quá trình điền đầy lõi lỗ xốp xảy ra bởi sự ngưng tụ trong mao quản được dự đoán thông quan phương trình Kelvin. Trong quá trình giải hấp, lớp nitơ ngưng tụ đa lớp sẽ bị vát mỏng dần các lớp của nó đến lớp cuối cùng. Hiệu chỉnh sự vát mỏng của các lớp được xác định bằng những tính toán từ những kết quả diện tích bề mặt và kích thước lớp dựa vào số liệu giải hấp. Về nguyên tắc thì quy trình tính toán có thể chọn nhánh hấp phụ hoặc nhánh giải hấp để tính toán đều được. Tuy nhiên, nhánh giải hấp được chọn sẽ cho kết quả chính xác hơn với quy trình tính toán này.
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể của xúc tác
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen là một phương pháp hiện đại và được ứng dụng phổ biến để nghiên cứu vật liệu có cấu trúc tinh thể. Phương pháp này cho phép nhận diện nhanh chóng và chính xác cấu trúc của các loại tinh thể đồng thời sử dụng để định tính pha tinh thể với độ tin cậy cao. Quá trình xác định phổ XRD được thực hiện trên thiết bị D8 Advance của hãng Bruker theo phương pháp ASTM D-3906 [54].
Mẫu đo được sấy loại ẩm sau đó nghiền mịn xuống kích thước khoảng 30 µm, vát phẳng trên khay chứa mẫu, giữ cân bằng ẩm 35% trong bình giữ ẩm có chứa CaCl2.6H2O sau đó thực hiện phân tích với dải quét góc 2 theta từ 20o đến 80o, bước nhảy 0,04o và thời gian cho mỗi bước nhảy là 3 giây.
2.3.4. Phương pháp xác định độ bền nén của hạt hấp phụ
Nguyên tắc của phương pháp đo là ghi nhận giá trị lực nén tác dụng lên xúc tác mà tại đó viên xúc tác bị vỡ hoàn toàn, áp dụng cho các loại xúc tác có hình dạng cố định, độ lớn của lực nén không quá 300N.
Sấy khô mẫu trong vòng 3h tại 400 oC với dòng không khí. Làm nguội và lưu mẫu trong bình hút ẩm. Chọn khoảng 10 – 20 hạt mẫu có kích thước đồng đều, ít nứt vỡ, biến dạng. Trong nghiên cứu này, các hạt đều được chọn ở độ dài khoảng10 mm, đường kính khoảng 2 mm. Đặt lần lượt từng viên xúc tác lên đế đặt mẫu của thiết bị bằng kẹp để tránh bị ảnh hưởng do hơi ẩm từ tay người vận hành.
Hạ thấp piston cho đến khi xuất hiện tín hiệu lực nén thì nâng piston lên khoảng 1 vòng xoay để giá trị lực nén về 0.
Tăng lực nén lên hạt xúc tác, tốc độ tăng lực trong khoảng từ 4,4 – 44 N/s cho đến khi viên xúc tác bị vỡ. Kết quả đo được xác định tại giá trị mà xuất hiện sự tụt giảm lực đột ngột tương ứng với sự nứt vỡ của viên xúc tác.