CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.2. Các phương pháp phi tiêu chuẩn
2.3.2.1. Phân tích thành phần hóa học của nguyên vật liệu bằng XRF
Thành phần hóa của nguyên liệu, vật liệu được xác định theo phương pháp phân tích dụng cụ dựa trên phổ phát xạ Rơnghen huỳnh quang - XRF, đáp ứng được yêu cầu về sai số trong phân tích các thành phần có hàm lượng nhỏ như K2O, CaO, Fe2O3,… trong vật liệu.
Thiết bị phân tích: Máy huỳnh quang Rơnghen XRF Thermo Scientific - Hoa Kỳ (Công ty Cổ phần Prime Group).
2.3.2.2. Phân tích khoáng trong nguyên liệu bằng XRD
Cơ sở của phương pháp phân tích XRD dựa trên nguyên tắc nhiễu xạ tia X trên các vật liệu kết tinh xảy ra do tán xạ và giao thoa. Trong một tinh thể, các nguyên tử được sắp xếp tuần hoàn theo 3 hướng. Các tia X tới tinh thể bị tán xạ. Các tia tán xạ từ các nguyên tử lân cận gây ra nhiễu xạ bởi hiện tượng giao thoa. Cực đại xảy ra khi các tia bị tán xạ tập trung ở một chuỗi các điểm có các khoảng cách xác định. Nhiễu xạ cực đại xảy ra cùng hướng với sự chênh . Một lệch đường truyền giữa các tia bị tán xạ của hai nguyên tử lân cận bằng n tinh thể được sắp xếp tuần hoàn theo các vectơ a, b, c theo 3 hướng khác nhau không cùng trên một mặt phẳng. Bởi vậy, nhiễu xạ cực đại sẽ được quan sát dọc theo các hướng mà sự chênh lệch đường truyền thoả mãn đồng thời cho các cặp tia tán xạ lân cận theo cả 3 vectơ a, b, c. Ba chỉ số h, k, l theo ba phương của các vectơ a, b, c đặc trưng cho họ của các mặt
phẳng (h, k, l là các số nguyên). Nếu kí hiệu d(hkl) là khoảng không gian giữa các thành viên của họ các mặt phẳng song song
Công thức nhiễu xạ Vulf – Bragg:
= 2 d(hkl) sin
Trong đó: n: số nguyên.
: góc nhiễu xạ.
: bước sóng dài.
d(hkl): khoảng không gian giữa các mặt mạng tinh thể.
Hình 2.5. Mô hình nhiễu xạ tia X
Hiện tượng nhiễu xạ cực đại (phản xạ) chỉ xảy ra khi các tia nhiễu xạ có thoả mãn quy luật Bragg, ở các góc khác không có hiện tượng góc nhiễu xạ phản xạ hay nhiễu xạ cực đại.
Trong phép phân tích nhiễu xạ tia X, mẫu bột phải có cỡ hạt đạt theo yêu cầu của thiết bị phân tích. Mẫu đo được nghiền thô bằng cối đồng, sau đó trộn m. Mẫu đều lấy đại diện và đưa vào cối mã não nghiền mịn đến cỡ hạt 45 – 60 sau đó được đưa vào giá mẫu: ép đều và phẳng, sau đó đưa lên bệ mẫu để tiến hành đo.
Thiết bị phân tích: D8 ADVANCE BRUCKER (Khoa Hóa học – Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nô ̣i).
2.3.2.3. Xác định hinh thái bề mặt của vữa phủ sàn tự san bằng kính hiển vi điện tử quét SEM
Các tính chất của vật liệu (cơ, lý, hoá) có liên quan chặt chẽ với cấu trúc của nó. Trong đó chụp ảnh vi cấu trúc của mẫu là một phương pháp được sử dụng để nghiên cứu sự có mặt của các khoáng, trật tự sắp xếp của các pha khác nhau có trong cấu trúc của mẫu.
Nguyên tắc cơ bản của SEM (Scanning Electron Microscope) là dùng chùm điện tử để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu. Ảnh đó khi đến màn huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại theo yêu cầu. Chùm điện tử được tạo ra từ catot (súng điện tử) qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử này được quét đều trên mẫu. Khi chùm điện tử đập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các điện tử phát xạ thứ cấp. Mỗi một điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi sẽ biến thành tín hiệu ánh sáng, chúng được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tùy thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra và tới bộ thu và phụ thuộc vào tình trạng bề mặt mẫu nghiên cứu. Nhờ khả năng phóng đại và tạo hình ảnh rõ nét và chi tiết cho phép kính hiển vi điện tử quét (SEM) sử dụng để nghiên cứu bề mặt và hình dáng của vật liệu. Ảnh thu được cho biết các thông số cho phép đánh giá cấu trúc và bề mặt mẫu nghiên cứu.
Thiết bị phân tích: JEOL JSM 5410LV - Nhật Bản (Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội).
2.3.2.4. Xác định cấu trúc của polycacboxylat ete bằng phổ hồng ngoại
Dao động hóa trị của các nhóm chức trong chất mang và xúc tác được xác định bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR). Phương pháp phổ IR dựa trên sự tương tác của các tia bức xạ điện từ miền hồng ngoại (400÷4000cm-1 ) với các phân tử cần nghiên cứu. Quá trình tương tác đó có
thể dẫn đến sự hấp thụ năng lượng, có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của các phân tử. Cho nguồn bức xạ hồng ngoại có tần số thay đổi, chúng ta sẽ phát hiện ra các dao động cộng hưởng ứng với các liên kết trong phân tử. Người ta chứng minh chỉ có hai loại dao động của phân tử thể hiện trên phổ IR là dao động hóa trị và dao động biến dạng. Loại dao động hóa trị chỉ thay đổi độ dài liên kết mà không thay đổi góc liên kết. Loại dao động biến dạng chỉ thay đổi góc liên kết mà không thay đổi độ dài liên kết. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào chiều dài bước sóng kích thích gọi là phổ. Mỗi cực đại trong phổ IR đặc trưng cho một dao động của một liên kết trong phân tử. Do có độ nhạy cao, nên phổ IR được sử dụng rộng rãi trong phân tích cấu trúc. Phổ IR của các chất mang và xúc tác được phân tích theo kỹ thuật ép viên mẫu với KBr theo tỷ lệ: mẫu/KBr = 1/100, đo trên máy IR ở nhiệt độ phòng trong vùng hồng ngoại từ 400 ÷ 4000 cm-1 . Kết quả của phổ nghiên cứu cho phép dự đoán cấu trúc hóa học của vật liệu từ đó đánh giá quá trình biến đổi hóa lý của mẫu nghiên cứu qua các giai đoạn gia nhiệt.
Thiết bị đo: Máy IR Nicolet – Hoa Kỳ (Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).
2.3.2.5. Phân tích thành phần hạt bằng phương pháp tán xạ lazer
Có nhiều phương pháp xác định thành phần cỡ hạt khác nhau: phương pháp sàng, phương pháp thủy tĩnh, phương pháp tán xạ lazer. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng và phù hợp với từng đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên, trong các phương pháp phân tích hiện đại thì phương pháp tán xạ lazer thường được sử dụng bởi thời gian phân tích nhanh, cho kết quả có độ tin cậy cao áp dụng cho các hệ hạt cỡ micromet.
Nguyên tắc của phương pháp là khi cho chùm tia laser đi qua khoang mẫu phân tích nó sẽ bị tán xạ, chùm laser tán xạ lại sẽ đi theo nhiều hướng khác nhau từ đó đặt các hệ thống detector đón nhận tia laser và sự phân bố kích thước hạt được tính toán từ số liệu thống kê.
Thiết bị phân tích: HORIBA LA-300 Hoa Kỳ (Viện Nghiên cứu sành sứ thủy tinh Công nghiệp – Bộ Công thương).