C. TỔNG QUAN VỀ OXIT SẮT TỪ MANHETIT
2.3 Các phƣơng pháp phân tích vật liệu
2.3.1 Phƣơng pháp BET
Lý thuyết BET là thuyết về sự hấp phụ Vật lý của các phân tử khí trên bề mặt chất rắn. Năm 1938, lần đầu tiên Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett Eward Teller đƣa ra lý thuyết BET, “BET” là ba chữ cái đầu tiên trong tên của ba nhà khoa học này. Lý thuyết BET là sự mở rộng của lý thuyết Langmuir, về sự hấp phụ phân tử đơn lớp, để xét sự hấp phụ đa lớp dựa trên các giả thiết sau:
(a)Sự hấp phụ vật lý của các phân tử khí trên chất rắn trong vô số các lớp; (b)Không có tƣơng tác giữa các lớp hấp phụ;
(c)Lý thuyết Langmuir có thể áp dụng đúng cho mỗi lớp riêng lẻ. Phƣơng trình BET đƣợc đƣa ra từ các giả thiết trên:
c v Po P c v c P Po v m m 1 ) ( 1 ] 1 ) / [( 1
Trong đó, P và P0 là áp suất cân bằng và áp suất bão hòa của các chất bị hấp phụ tại nhiệt độ hấp phụ, v là lƣợng khí đƣợc hấp phụ (chẳng hạn xét trong một đơn vị thể tích), và vm là lƣợng khí đƣợc hấp phụ của một lớp, c là hằng số BET, đƣợc biểu diễn với phƣơng trình sau:
49 ) exp( 1 2 RT E E c
Trong đó, E1 là nhiệt lƣợng hấp phụ bởi lớp thứ nhất và E2 lànhiệt lƣợng hấp phụ ở lớp thứ hai hoặc các lớp sâu phía trong và bằng nhiệt lƣợng hóa lỏng.
Phƣơng pháp BET đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu bề mặt để tính diện tích bề mặt của vật rắn thông qua sự hấp phụ của các phân tử khí. Diện tích bề mặt tổng cộng Stotal và diện tích bề mặt S riêng đƣợc xác định qua phƣơng trình sau: V N v S m s total BET ) ( , a S S total BET Trong đó N: Số Avogadro;
s: thiết diện của phần khí đƣợc hấp phụ ; V: thể tích mol khí đƣợc hấp phụ;
a: Khối lƣợng mẫu chất rắn.
2.3.2 Phƣơng pháp phân tích X-Ray
Phƣơng pháp[17] này nhằm xác định thành phần pha, cấu trúc tinh thể và tính toán gần đúng kích thƣớc tinh thể của sản phẩm.
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khi chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lƣới tinh thể thì mạng lƣới này đóng vai trò nhƣ một cấu tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X tới sẽ tạo thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các nguyên tử, ion này đƣợc phân bố trên các mặt phẳng song song. Do đó, hiệu quang
50
trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau đƣợc tính nhƣ sau:
= BC +CD = 2dsin
Trong đó:
d: là độ dài khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song. : là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ.
Hình 2.1: Sự nhiễu xạ tia X trên bề mặt tinh thể
Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng cùng pha thì hiệu quang trình phải bằng số nguyên lần độ dài bƣớc sóng. Do đó:
2dsin = n (hệ thức Vufl- Bragg ) Trong đó: - là bƣớc sóng của tia X. n =1,2,3,...
So sánh giá trị d tìm đƣợc với d chuẩn sẽ xác định đƣợc thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu.
Ngoài ra, phƣơng pháp nhiễu xạ tia X còn sử dụng để tính toán kích thƣớc gần đúng của tinh thể theo phƣơng trình Scherrer:
θ cos . β λ . k D
51 Trong đó:
- D : kích thƣớc tinh thể trung bình với góc nhiễu xạ 2θ - k: là hệ số hình học đƣợc chọn là 0,9
- : bƣớc sóng tia X, λCu = 1,54056 10-10 m - : độ rộng tại vị trí nửa pic, radian
: góc theo phƣơng trình Vufl- Bragg, 2θ từ 20÷80o
Hình 2.2: Cấu tạo máy X- Ray
2.3.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SEM
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy - SEM)[17] là một thiết bị dùng để chụp ảnh cấu trúc bề mặt. Một SEM bao gồm một nguồn phát tia điện tử đƣợc gia tốc với điện thế lớn (cỡ vài chục kV đến 100 kV) và đƣợc hội tụ bởi một hệ thấu kính để thu đƣợc một chùm tia điện tử hẹp. Chùm điện tử này đƣợc điều khiển để quét trên bề mặt mẫu. Từ các tín hiệu thu đƣợc do tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt (điện tử tán xạ ngƣợc, điện tử thứ cấp, tia X, huỳnh quang…) ta
52
có thể dựng lên một bức ảnh về cấu trúc bề mặt và các thông tin liên quan khác (ví dụ thành phần hóa học, cấu trúc điện từ…).
Hình 2.3: Cấu tạo máy hiển vi điện tử quét SEM