Để khảo sát cấu trúc, tính chất của nguyên liệu bentonite cũng nh− các sản phẩm trung gian điều chế đ−ợc nh− montmorillonite, sét hữu cơ, chúng tôi đã sử dụng các ph−ơng pháp sau:
1.5.5.1 Phương phỏp nhiễu xạ tia X [17]
Phương phỏp nhiễu xạ tia X được ứng dụng để nghiờn cứu cấu trỳc của vật liệu sột hữu cơ tổng hợp được. Ngoài ra phương phỏp này cũn được ứng dụng để xỏc định động học của quỏ trỡnh chuyển pha, kớch thước hạt và xỏc định trạng thỏi đơn lớp bề mặt của chất xỳc tỏc ụxit kim loại trờn chất mang.
Nhiễu xạ tia X là một phương phỏp quan trọng trong việc nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể. Cỏc bước súng của tia X nằm trong khoảng 1 đến 50Ao. Chỳng cú năng lượng lớn nờn xuyờn vào chất rắn. Khi chiếu tia X vào cỏc mạng tinh thể, cỏc tia X phản xạ từ 2 mặt cạnh nhau cú hiệu quang trỡnh:
∆ = BC + CD = 2BC = 2dsinθ
Hỡnh 1.16. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trờn tinh thể chất rắn
khi tia X lan truyền trong chất rắn
Khi cỏc tia này giao thoa với nhau ta sẽ thu được cực đại nhiễu xạ thoả món phương trỡnh Vulf-bragg:
∆ = 2dsinθ = nλ
Trong đú:
d : khoảng cỏch giữa hai mặt song song
θ : là gúc giữa tia X và mặt phẳng phỏp tuyến
n : là số bậc phản xạ ( n = 1,2,3 …)
n d 2.sin λ = θ
Từ cỏc cực đại nhiễu xạ trờn giản đồ nhiễu xạ tia X, tỡm được 2θ thỡ cú thể tớnh được d. So sỏnh giỏ trị d tỡm được với d chuẩn sẽ xỏc định được cấu trỳc của mẫu.
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X cú thể thu được một số thụng tin quan trọng như: mức độ trật tự của tinh thể, khoảng cỏch giữa cỏc mao quản.
1.5.5.2. Phương phỏp BET xỏc định bề mặt riờng của chất rắn
Phương phỏp BET thường được ứng dụng để xỏc định diện tớch bề mặt của chất xỳc tỏc rắn và so sỏnh cỏc mẫu chất xỳc tỏc trước và sau phản ứng. Giỏ trị diện tớch bề mặt xỏc định theo phương phỏp BET thường chớnh xỏc hơn phương phỏp xỏc định bề mặt riờng đơn lớp của Langmuir.
Để xỏc định bề mặt riờng của cỏc chất rắn, người ta sủ dụng phương trỡnh BET, nghĩa là xỏc định lượng chất bị hấp phụ ở cỏc giỏ trị ỏp suất tương đối P/Po thay đổi. Phương trỡnh BET mang tờn Brunauer, Emmett, Teller (1929) dựa trờn cỏc giả thiết sau:
Cỏc tõm hấp phụ trờn bề mặt chất rắn đồng nhất về mặt năng lượng và sự hấp phụ xảy ra, cựng tồn tại cỏc lớp hấp phụ cú độ dày khỏc nhau.
+ Phõn tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ tương tỏc với nhau ở lớp thứ nhất, cỏc phõn tử khụng bị hấp phụ khụng tương tỏc với nhau.
+ Sự hấp phụ luụn luụn đạt tới trạng thỏi cõn bằng hấp phụ. Từ cỏc giả thiết trờn ta cú phương trỡnh BET cú dạng như sau:
P: Áp suất tại điểm khảo sỏt
Po: Áp suất húa lỏng của chất hấp phụ ở nhiệt độ thực nghiệm
Vm: Thể tớch khớ hấp phụ trờn toàn bộ bề mặt chất rắn một lớp đơn phõn tử, ml/g (xỏc định theo phương trỡnh hấp phụ đẳng nhiệt BET bằng phương phỏp đồ thị)
C: Hằng số BET phụ thuộc vào nhiệt vi phõn hấp phụ, với nhiệt ngưng là (T= -196oC).
Xõy dựng giản đồ P/V(Po – P) phụ thuộc vào P/Po và sẽ nhận được một đường thẳng trong khoảng P/Po = 0,05 – 0,3. Độ nghiờng (tgα) và tung độ của đoạn thẳng OA cho phộp xỏc định thể tớch của lớp phủ đơn lớp (lớp đơn phõn tử) Vm và hằng số C.
Diện tớch bề mặt riờng SBET(m2.g-1) được tớnh theo phương trỡnh sau: SBET = VmNωo
Trong trường hợp chất bị hấp phụ là N2 ở 77oC = -196oC, ωo = 0,162.10-20 m2, N = 6,023 . 1023 thỡ:
SBET = 4,35.Vm
Hỡnh 1.17. Hỡnh biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(P0-P) vào P/Po
1.5.5.3. Phương phỏp phõn tớch nhiệt
Cỏc phuơng phỏp phõn tớch nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai cú thể cho ta thụng tin về quỏ trỡnh chuyển pha và chuyển cấu trỳc của mẫu nghiờn cứu.
Nguyờn tắc của phương phỏp phõn tớch nhiệt là ghi lại cỏc hiệu ứng nhiệt và sự thay đổi trọng lượng mẫu khi nung mẫu ở những điều kiện xỏc định. Dựa trờn hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt, phỏt nhiệt) thu được trờn giản đồ phõn tớch nhiệt ta biết quỏ trỡnh tỏch nước, chuyển pha, núng chảy,… tương ứng sự thay đổi trọng lượng trờn giản đồ TGA (do cỏc quỏ trỡnh tỏch cỏc chất bay hơi), và ta cú thể đoỏn cỏc quỏ trỡnh chuyển pha, chuyển cấu trỳc mẫu nghiờn cứu.
1.5.5.4. Cỏc phương phỏp hiển vi điện tử
Hiển vi điện tử là ph−ơng pháp sử dụng chùm tia electron năng l−ợng cao để khảo sát những vật liệu có ích th−ớc vơ cùng nhỏ cỡ nm. Ph−ơng pháp hiển vi điện tử cho biết những thơng tin về mặt hình thái học (bao gồm hình dạng và
kích th−ớc cấu trúc nên vật liệu), diện mạo học (gồm các đặc tr−ng bề mặt của một vật liệu bao gồm kết cấu bề mặt hoặc độ cứng của vật liệu) và tinh thể học (mô tả cách sắp xếp các nguyên tử trong vật thể nh− thế nào) của vật liệu cần xác định. Chúng có thể sắp xếp có trật tự trong mạng, tạo nên trạng thái tinh thể hoặc sắp xếp ngẫu nhiên hình thành dạng vơ định hình. Cách sắp xếp của các nguyên tử một cách có trật tự sẽ ảnh h−ởng đến các tính chất nh− độ dẫn, tính chất điện và độ bền của vật liệu.
Các ph−ơng pháp hiển vi điện tử đ−ợc phát triển để thay thế các ph−ơng pháp hiển vi điện tử quang học bị hạn chế bởi độ phóng đại chỉ đạt đ−ợc 500 đến 1000 lần với độ phân giải 0,2 micromet.
Các b−ớc để thu đ−ợc ảnh hiển vi điện tử gồm :
- Một dịng electron hình thành từ 1 nguồn electron đ−ợc tăng tốc h−ớng về phía mẫu đ−ợc tích điện d−ơng.
- Chùm electron đ−ợc điều khiển và hội tụ nhờ những khe hở và các thấu kính hội tụ từ tính hình thành 1 chùm tia nhỏ, đơn sắc.
- Chùm electron đ−ợc hội tụ vào mẫu nhờ sử dụng một thấu kính hội tụ từ tính.
Do những t−ơng tác xảy ra bên trong của mẫu, nên chùm tia chiếu vào sẽ bị ảnh h−ởng, đồng thời xảy ra các bức xạ thứ cấp.
Những t−ơng tác và ảnh h−ởng trên đ−ợc ghi lại, khuyếch đại và chuyển thành hình ảnh hoặc đ−ợc phân tích để thu đ−ợc những thơng tin có giá trị khác.