Sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được nghiên cứu cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp phân tích nhiệt (TGA) và phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).
Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được trình bày trên hình 2.11.
Hình 2.11. Giản đồ XRD của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Hao Set toi uu
Type: 2Th/Th locked - Start: 1.500 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 1.500 ° - Theta: 0.750 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm - Y: 0.0 mm - Z: 0.0 m
Li n (C ps) 0 100 200 300 400 500 2-Theta - Scale 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d= 19 .0 54
Kết quả cho thấy: giá trị d001 trong bent-TQ (12,401Å) đã tăng thêm 6,653Å (trong sét hữu cơ là 19,054Å), góc 2θ dịch chuyển từ khoảng 7,2o (trong bent-TQ) về khoảng 4,7o (trong sét hữu cơ). Như vậy bằng giản đồ XRD chứng tỏ cation hữu cơ đã được chèn vào giữa các lớp của bent-TQ làm cho khoảng cách cơ bản được tăng lên đáng kể.
Một số kết quả nghiên cứu đã công bố [21] cho thấy giá trị d001 và góc 2θ của bentonit: Trung Quốc; Bangladesh và sét hữu cơ tạo thành khi biến tính bằng CTAB được trình bày trên bảng 2.5.
Bảng 2.5. Giá trị d001 và góc 2θ của bent-TQ ; bentonit Bangladesh và sét hữu cơ biến tính bởi CTAB [21]
Giá trị bent-TQ bent-TQ - CTAB bentonit Bangladesh bentonit Bangladesh-CTAB d001 (Å) 12,401 19,054 12,2 12,9 Góc 2θ (o) 7,2 4,7 7,2 6,9
Với cùng tác nhân hữu cơ là CTAB, các nguồn bentonit ban đầu có giá trị d001
gần tương đươngthì sét hữu cơ điều chế từ bent-TQ do tác giả tổng hợp có giá trị d001
và độ dịch chuyển góc 2θ lớn hơn hẳn so với sét hữu cơ điều chế từ bentonit Bangladesh. Như vậy, việc tổng hợp séthữu cơtừbent-TQ-CTAB thuận lợi hơn so với
sét hữu cơ điều chế từ bentonit Bangladesh-CTAB.
Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp phân tích nhiệt
Sét hữu cơ sau khi điều chế ở điều kiện tối ưu được phân tích nhiệt theo phương pháp 2 mục 2.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ được trình bày trên hình 2.12, 2.13 và bảng 2.6.
Hình 2.12. Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TQ
Hình 2.13. Giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ
Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 d TG/% /min -3 -2 -1 Mass variation: -3.43 % Mass variation: -4.00 % Peak :126.48 °C Peak :717.50 °C Figure: 07/02/2019 Mass (mg): 45.12
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:HaoT N Bent T Q
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 d TG/% /min -12 -9 -6 -3 Mass variation: -1.35 % Mass variation: -18.18 % Mass variation: -7.60 % Mass variation: -7.19 % Peak :103.48 °C Peak :276.54 °C Peak :417.03 °C Peak :662.77 °C Figure: 07/02/2019 Mass (mg): 27.68
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:HaoT N Bent T oi uu
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Bảng 2.6. Kết quả phân tích nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế [20] Mẫu
khảo sát
Hiệu ứng mất khối lượng Tổng (%) mất khối
lượng
Nhiệt độ (oC)
(%) mất
khối lượng Quy kết cho quá trình
Bent-TQ
70 ÷ 160 3,43 Mất nước ẩm và nước hấp phụ
7,43 290 ÷ 780 4,00 Phân hủy OH liên kết với
cation vô cơ
Sét hữu cơ
60 ÷ 150 1,35 Mất nước hấp phụ và nước ẩm
34,32 200 ÷ 350 18,18 Phân hủy, cháy của cation hữu
cơ hấp phụ
360 ÷ 540 540 ÷ 800
7,60 7,19
Phân hủy, cháy của cation hữu cơ trao đổi giữa các lớp sét và phân hủy OH liên kết với cation
vô cơ
Hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập 26,89
Hình 2.12 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bent-TQ có hai hiệu ứng mất khối lượng chính. Hiệu ứng mất khối lượng thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ 70 ÷ 160oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 3,43% được quy cho quá trình mất nước ẩm và nước hấp phụ trong bent-TQ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ 290 ÷ 780oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 4,00% được quy cho sự phân hủy nhóm -OH liên kết với cation vô cơ trong bent-TQ [20].
Hình 2.13 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu có bốn hiệu ứng mất khối lượng chính. Hiệu ứng mất khối lượng thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ 60 ÷ 150oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 1,35% được quy cho quá trình mất nước ẩm và nước hấp phụ trong sét hữu cơ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ 200 ÷ 350oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 18,18% được quy cho quá trình phân hủy - cháy của cation hữu cơ hấp phụ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ ba xảy ra ở nhiệt độ 360 ÷ 540oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 7,60% và hiệu ứng mất khối lượng thứ tư xảy ra ở nhiệt độ 540 ÷ 800oC,
tương ứng với độ giảm khối lượng là 7,19% đều được quy cho quá trình phân hủy hoặc cháy của các cation hữu cơ giữa các lớp sét và sự phân hủy của nhóm -OH liên kết với cation vô cơ [20].
Kết quả phân tích nhiệt của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu cho thấy trong cùng điều kiện như nhau về: nhiệt độ, tốc độ nâng nhiệt, thiết bị phân tích nhiệt thì độ mất khối lượng của sét hữu cơ (34,32%) lớn hơn bent-TQ (7,43%), như vậy hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ điều chế ở các điều kiện tối ưu là 26,89%, kết quả này khá phù hợp với phương pháp nung mẫu trực tiếp.
So sánh giá trị hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ điều chế theo phương pháp phân tích nhiệt với kết quả của tác giả [15]: cùng nguồn bent-TQ và giá trị d001, khi sử dụng tác nhân hữu cơ là CTAB thì hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ điều chế cho kết quả cao hơn là sử dụng tetrađecyltrimetylamoni bromua (TĐTM) trong môi trường ancol - nước (24,26 %).
Đánh giá bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-TQ và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu được trình bày trên hình 2.14.
(a) (b)
Hình 2.14. Ảnh SEM của bent-TQ (a); sét hữu cơ điều chế (b)
Hình 2.14 cho thấy có sự khác nhau về cấu trúc. Sét hữu cơ điều chế có cấu trúc lớp và độ xốp khá cao so với bent-TQ, chứng tỏ đã có cation hữu cơ tương tác và chèn
vào giữa các lớp sét, làm tăng khoảng cách d001 giữa các lớp dẫn tới cấu trúc lớp và độ xốp cũng tăng theo. Cấu trúc này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân lớp hay tách lớp trong nền polime hoặc có thể ứng dụng hấp phụ hợp chất hữu cơ có kích thước lớn.