Sét hữu cơ tổng hợp 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).
a) Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của bent-A và sét hữu cơ tổng hợp được trình bày trên hình 2.2 và hình 2.3.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Tu Bent-A
File: TuTN BentA.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.500 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1 s - 2-Theta: 1.500 ° - Theta: 0.750 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm
Li n (C ps) 0 100 200 300 400 500 600 2-Theta - Scale 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d = 1 5 .9 6 8
Hình 2.2. Giản đồ XRD của bent-A
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Tu SHC
File: TuTN SHC.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.500 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 1.500 ° - Theta: 0.750 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 mm
Li n (C ps) 0 100 200 300 400 500 600 2-Theta - Scale 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d = 4 0 .2 1 0 d = 2 0 .0 3 3 d = 1 3 .4 1 5
Hình 2.3. Giản đồ XRD của sét hữu cơ tổng hợp
Kết quả cho thấy: giá trị d001 trong sét hữu cơ (40,210 Å) đã tăng lên rất nhiều so với bent-A (15,968 Å) , đồng thời góc 2θ dịch chuyển được khoảng từ 5,5o (trong bent-A) về 2,1o (trong sét hữu cơ). Như vậy sự có mặt của chất hữu cơ Na-S giữa các lớp sét hữu cơ đã gây ra các thay đổi trên.
b) Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp phân tích nhiệt
Kết quả phân tích nhiệt của bent-A và sét hữu cơ tổng hợp được trình bày trên hình 2.4, hình 2.5 và bảng 2.1. Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 d TG/% /min -5 -4 -3 -2 -1 Mass variation: -9.59 % Mass variation: -0.39 % Mass variation: -3.39 % Peak 1 :91.50 °C Peak 2 :131.86 °C Peak :289.08 °C Peak :531.61 °C Figure: 28/06/2019 Mass (mg): 32.71
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:T uT N Bent-A
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Hình 2.4. Giản đồ phân tích nhiệt của bent-A
Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 d TG/% /min -12 -9 -6 -3 Mass variation: -47.63 % Mass variation: -20.83 % Mass variation: -5.33 % Peak 1 :233.64 °C Peak 2 :321.96 °C Peak :485.61 °C Peak :690.63 °C Figure: 28/06/2019 Mass (mg): 21.49
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:TuTN SHC
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Bảng 2.1. Kết quả phân tích hiệu ứng mất khối lƣợng của bent-A và sét hữu cơ tổng hợp.
Mẫu khảo sát Hiệu ứng mất khối lƣợng Tổng (%) mất khối lƣợng Nhiệt độ (o C) (%) mất
khối lượng Quy kết cho quá trình
Bent-A
70 - 180 9,59 Mất nước ẩm, nước hấp phụ và nước có trong mạng tinh thể bent-A.
Phân hủy OH liên kết với cation vô cơ.
13,37 220 - 320 0,39
440 - 600 3,39 Phân hủy OH liên kết với cation vô cơ
Sét hữu cơ
100 - 400 47,63
Mất nước ẩm và nước hấp phụ
Phân hủy, cháy của anion hữu cơ hấp phụ
73,76 400 - 540 20,83 Phân hủy, cháy của anion
hữu cơ trao đổi.
Phân hủy OH liên kết với cation vô cơ.
Phân hủy, cháy của anion hữu cơ trao đổi giữa các lớp sét và phân hủy OH liên kết với cation vô cơ
600 - 750 5,33
Hàm lượng (%) chất hữu cơ xâm nhập 60,39
Hình 2.4 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bent-A có ba hiệu ứng mất khối lượng chính. Hiệu ứng mất khối lượng thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ 70 ÷ 180oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 9,59%. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ 220 ÷ 320oC (tương ứng với độ giảm khối lượng là 0,39%), được quy cho quá trình mất nước, nước hấp phụ, nước có trong mạng tinh thể bent-A và sự phân hủy OH liên kết với cation vô cơ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ ba xảy ra ở nhiệt độ 440 ÷ 600oC (tương ứng với độ giảm khối lượng là 3,39%) được quy cho quá trình
phân hủy OH liên kết với cation vô cơ trong bent-A. Hình 2.5 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiệt của sét hữu cơ tổng hợp có ba hiệu ứng mất khối lượng chính. Hiệu ứng mất khối lượng thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ 100 ÷ 400oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 47,63% được quy cho quá trình mất nước ẩm, nước hấp phụ và phân hủy, cháy của chất hữu cơ hấp phụ trong sét hữu cơ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ 400 ÷ 540oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 20,83%, hiệu ứng mất khối lượng thứ ba xảy ra ở nhiệt độ 600 ÷ 750oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 5,33% được quy cho quá trình phân hủy hoặc cháy của chất hữu cơ trao đổi, phân hủy OH liên kết với cation vô cơ, phân hủy, cháy của anion hữu cơ trao đổi giữa các lớp sét và phân hủy OH liên kết với cation vô cơ giữa các lớp sét và sự phân hủy của nhóm OH liên kết với cation vô cơ trong sét. Dự kiến sản phẩm cháy là 1 số oxit: SiO2, Al2O3 ngoài ra có thể còn có 1 số oxit khác phụ thuộc vào thành phần của bentonit.
Kết quả phân tích nhiệt của bent-A và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu cho thấy trong cùng một điều kiện phân tích như nhau về: nhiệt độ, tốc độ nâng nhiệt, thiết bị phân tích nhiệt thì độ mất khối lượng của sét hữu cơ (73,76%) lớn hơn bent-A (13,37%), như vậy hàm lượng (%) chất hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ tổng hợp là khoảng 60,39%. Kết quả này rất cao so với kết quả nghiên cứu của một số tác giả trước [4], [1].
c) Đánh giá bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-A và sét hữu cơ tổng hợp được trình bày trên hình 2.6.
a) Ảnh SEM của bent-A b) Sét hữu cơ tổng hợp
Qua ảnh SEM của bent-A và sét hữu cơ điều chế ở điều kiện tối ưu cho thấy có sự khác nhau về cấu trúc. Sét hữu cơ điều chế có cấu trúc lớp và có độ xốp cao hơn so với bent-A. Sự thay đổi này là do hợp chất hữu cơ đã chèn vào giữa các lớp sét, làm tăng khoảng cách d001 giữa các lớp dẫn tới cấu trúc và độ xốp của sét hữu cơ 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 làm vật liệu hấp phụ,...