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).
Khuếch tán trong nước
Nghiền mịn
Làm khô
Rửa Khuấy trộn tạo huyền phù
Bentonit
Sét hữu cơ Nước
Trao đổi ion
Lọc HTPB hòa tan
a) Đánh giá sét hữu cơ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của bent-TH 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 - Bent TH
Type: 2Th/Th locked - Start: 1.500 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.010 ° - Step time: 0.7 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 4 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 = 1 6 .1 0 8
Hình 2.2. Giản đồ XRD của bent-TH
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Huong SHC
File: HuongTN 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: 9 s - 2-Theta: 1.500 ° - Theta: 0.750 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0
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 9 .0 7 9
Kết quả cho thấy: giá trị d001 trong sét hữu cơ (19,079Å) đã tăng lên nhiều so với bent-TH (16,108Å) , đồng thời góc 2θ dịch chuyển được khoảng từ 5,5o (trong bent-TH) về 4,6o (trong sét hữu cơ). Như vậy sự có mặt của cation HTPB 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-TH 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: -9.76 % Mass variation: -0.81 % Mass variation: -1.72 % Mass variation: -0.93 % Peak :123.49 °C
Peak :290.81 °C Peak :479.63 °C Peak :741.12 °C Figure:
26/06/2019 Mass (mg): 38.12
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:HuongTN Bent-TH
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Hình 2.4. Giản đồ phân tích nhiệt của bent-TH
Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 d TG/% /min -5 -4 -3 -2 -1 Mass variation: -3.62 % Mass variation: -10.81 % Mass variation: -14.15 % Peak :99.58 °C Peak :288.63 °C Peak :560.67 °C Figure: 26/06/2019 Mass (mg): 14.87
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:HuongT N SHC
Procedure:RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Bảng 2.1. Kết quả phân tích hiệu ứng mất khối lượng của bent-TH và sét hữu cơ tổng hợp
Mẫu khảo sát
Hiệu ứng mất khối lượng Tổng (%)
mất khối lượng
Nhiệt độ (oC)
(%) mất
khối lượng Quy kết cho quá trình
Bent-TH 70 ÷ 200 9,76 Mất nước ẩm và nước hấp phụ, nước có trong mạng tinh thể bent-A 13,22 250 ÷ 340 0,81
Phân hủy OH liên kết với cation vô cơ 400 ÷ 600 1,72 700 ÷ 760 0,93 Sét hữu cơ 70 ÷ 170 3,62 Mất nước ẩm và nước hấp phụ 28,58 200 ÷ 380 10,81 Phân hủy, cháy của
cation hữu cơ hấp phụ
400 ÷ 670 14,15
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 15,36
Hình 2.4 cho thấy trên giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bent-TH có bốn hiệu ứng mất khối lượng chính. Hiệu ứng mất khối lượng thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ 70 ÷ 200oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 9,76% được quy cho quá trình mất nước ẩm và nước hấp phụ trong bent-TH. Hiệu ứng mất khối lượng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ 250 ÷ 340oC (tương ứng với độ giảm khối lượng là 0,81%), hiệu ứng mất khối lượng thứ ba xảy ra ở nhiệt độ 400 ÷ 600oC (tương ứng với độ giảm khối lượng là 1,72%) và hiệu ứng mất khối lượng thứ tư xảy ra ở nhiệt độ 700 ÷ 760oC (tương ứng với độ giảm khối lượng là 0,93%) được quy cho quá trình phân hủy OH liên kết với cation vô cơ trong bent-TH.
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 70 ÷ 170oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 3,62% 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 180 ÷ 380oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 10,81% được quy cho sự phân hủy, cháy của cation hữu cơ hấp phụ. Hiệu ứng mất khối lượng thứ ba xảy ra ở nhiệt độ 400 ÷ 670oC, tương ứng với độ giảm khối lượng là 14,15% 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 trong sét.
Kết quả phân tích nhiệt của bent-TH 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 (28,58%) lớn hơn bent-TH (13,22%), như vậy hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập của sét hữu cơ tổng hợp là khoảng 15,36%. Kết quả này khá phù hợp với kết quả nghiên cứu của một số tác giả trước.
c) Đánh giá bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của bent-TH và sét hữu cơ tổng hợp được trình bày trên hình 2.6.
a) Ảnh SEM của bent-TH b) sét hữu cơ tổng hợp
Hình 2.6. Ảnh SEM của bent-TH (a); sét hữu cơ tổng hợp (b)
Qua ảnh SEM của bent-TH 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-TH. Sự thay đổi này là do các cation 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,...