CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu
2.2.3. Xác định đặc trưng bề mặt, đặc trưng nhiệt của vật liệu
a. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET)
Bề mặt riêng xác định theo phương pháp BET (Brunauer - Emmett - Teller) là tích số của số phân tử bị hấp phụ với tiết diện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bề mặt vật rắn.
Diện tích bề mặt riêng được tính theo công thức:
S = nmAmN (m2/g) (2.3) Trong đó: S - diện tích bề mặt (m2/g).
Nm - dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại (mol/g). Am - diện tích bị chiếm bởi một phân tử (m2/phân tử). N - số Avogadro (số phân tử/mol).
Trường hợp hay gặp nhất là hấp phụ vật lý của nitơ (N2) ở 77K có tiết diện ngang bằng 0,162 nm2. Nếu Vm được biểu diễn qua đơn vị cm3/g và SBET là m2/g thì ta có biểu thức:
SBET = 4.35 × Vm (2.4) Sự tăng nồng độ chất khí trên bề mặt phân cách pha giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ (chất rắn) được gọi là sự hấp phụ khí. Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn thông qua thể tích chất bị hấp phụ là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn. Thể tích khí bị hấp phụ V là một hàm đồng
biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất hơi bão hòa Po, người ta đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/Po) thì thu được đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/Po giảm dần thì nhận được đường "đẳng nhiệt khử hấp phụ". Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ biểu diễn trên hình 2.2.
Hình 2.6. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ theo phân loại IUPAC theo phân loại IUPAC
Đường đẳng nhiệt kiểu I trong hình 2.2 tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc không có mao quản. Kiểu II và III là của vật liệu có mao quản lớn (d > 50 nm). Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng vật liệu mao quản trung bình. Kiểu bậc thang VI ít gặp. Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo phương pháp BET, vào dữ kiện BET để xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm kích thước trung bình của mao quản theo phương pháp BJH (Barrett - Joyner - Halenda).
Các kết quả đo diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp được tiến hành trên thiết bị TriStar II 3020 của hãng Micromeritics (Mỹ) tại Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
b. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
Nguyên lý: TGA là phương pháp dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu chất bị mất đi (hoặc nhận vào) trong quá trình chuyển pha như là một hàm
của nhiệt độ. Khi vật chất bị nung nóng khối lượng của chúng sẽ mất đi từ các quá trình đơn giản như bay hơi hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí. Một số vật liệu có thể nhận đc khối lượng do chúng phản ứng với không khí trong môi trường kiểm tra.
Phép đo TGA nhằm xác định độ bền nhiệt của vật liệu thông qua: - Khối lượng bị mất trong quá trình chuyển pha.
- Khối lượng bị mất theo thời gian và nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc phân ly.
Tính chất nhiệt của vật liệu tổng hợp được đánh giá trên thiết bị STA-409 -PC tại Học viện kỹ thuật quân sự.