CHƢƠNG 2 : VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu:
2.3.2 Biến tính ống carbon nanotubes
2.3.2.1 Biến tính ống nano carbon bằng hỗn hợp HNO3 65% và H2SO4 đđ
Sơ đồ thí nghiệm:
Chuẩn bị mẫu
200ml mẫu + 30mg vật liệu hấp phụ
Dùng máy khuấy từ khuấy với tốc độ 300 vịng/phút
Lọc, lấy mẫu đem phân tích trên máy GC
Sấy khô ở 120oC trong 8 giờ
Đánh siêu âm trong 10 phút + lắc trong 30 phút ở 80oC
Để nguội ở nhiệt độ phòng. Rửa sạch nhiều lần bằng nƣớc cất và lọc bằng màng lọc PTFE 0,22 µm cho đến khi pH nƣớc rửa
trung tính.
200mg MWCNTs+ 200 ml hỗn hợp HNO3 65% và H2SO4 đđ (tỷ lệ 1:3) cho vào erlen 500 ml
52
2.3.2.2 Biến tính ống nano carbon bằng dung dịch H2O2 30%
2.3.2.3 Biến tính ống nano carbon bằng dung dịch NaOCl 3%
Sấy khô ở 120oC trong 8 giờ.
Rửa bằng nƣớc cất và lọc qua màng lọc PTFE 0,22 µm cho đến khi pH nƣớc rửa =7. 100 mg CNTs-COOH ở trên + 200 ml dung dịch H2O2 30%. Cho hỗn hợp vào erlen 500 ml
Khuấy trong 10 phút + đánh siêu âm trong 30 phút.
Sấy khô ở 120oC trong 8 giờ.
Rửa bằng nƣớc cất và lọc qua màng lọc PTFE 0,22 µm cho đến khi pH nƣớc rửa =7.
100 mg CNTs-COOH + 100 ml dung dịch NaOCl 3%. Cho hỗn hợp vào erlen 500 ml
53
Sau khi thực hiện thí nghiệm xong, ta tiến hành đo kết quả trên máy GC. Kết quả đo GC đƣợc thực hiện ở phịng thí nghiệm Biomass, Đại học Bách Khoa, Raman, XRD và SEM đƣợc thực hiện ở phịng thí nghiệm cơng nghệ nano, thuộc trung tâm nghiên cứu triển khai Khu cơng nghệ cao Tp. Hồ Chí Minh. Riêng kết quả đo BET đƣợc thực hiện ở trung tâm INOMAR - Tp. Hồ Chí Minh. FT-IR đƣợc thực hiện ở phịng thí nghiệm Hóa vơ cơ, Đại học Sƣ Phạm.
Phƣơng pháp sắc kí khí GC (Gas Chromatography):
Chỉ tiêu phân tích: phân tích nồng độ Toluen, Benzen có trong nƣớc.
Trong q trình tiến hành thí nghiệm cần phân tích xác định nồng độ của BT trƣớc và sau khi hấp phụ. Phƣơng pháp phân tích Toluen: dùng phƣơng pháp sắc ký hay sử dụng máy sắc ký khí GC (Gas Chromatography) - 2014 của hãng Shimadzu. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp sắc ký khí
Sắc ký khí là phƣơng pháp sắc ký mà pha động lỏng đƣợc thay bằng một dịng khí mang liên tục chạy qua pha tĩnh. Các chất đƣợc tách ra khỏi hỗn hợp nhờ vào tƣơng tác khác nhau của chúng với pha tĩnh. Do khả năng hịa tan rất kém của khí, dịng khí này khơng đóng vai trị là một pha động thực sự, nó chỉ làm nhiệm vụ lơi cuốn các chất trong pha hơi chạy dọc theo pha tĩnh để chúng có thể tƣơng tác với pha tĩnh. Vì thế dịng khí chạy trong pha tĩnh chỉ đƣợc gọi là khí mang.
Sắc ký khí chuyên dùng để phân tích các chất dễ ay hơi. Một số chất dù có nhiệt độ sơi cao hơn có thể tạo thành dẫn xuất có nhiệt độ sơi thấp thì cũng có thể phân tích bằng kĩ thuật sắc ký khí. Kết quả của việc phân tích sắc ký khí phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng cột, chọn đúng nhiệt độ ơm mẫu vào cột, nhiệt độ lò, nhiệt độ ở detector, và còn phụ thuộc vào sự điều chỉnh vận tốc dòng khí mang vào cột. Chế độ nhiệt độ cao sẽ làm cho các chất có nhiệt độ sơi thấp bị đẩy ngay ra khỏi cột trong khi nhiệt độ quá thấp cũng gây lƣu giữ mẫu trong pha tĩnh làm kéo dài thời gian phân tích. Do đó, khi phân tích hỗn hợp nhiều mẫu thì việc cần thiết là cần phải triển khai theo chế độ gradient nhiệt độ [12].
54 Máy sắc ký khí
Cấu tạo tạo của một hệ thống sắc ký khí bao gồm [12]: - Nguồn cung cấp khí mang.
- Hệ thống tiêm mẫu. - Cột sắc ký.
- Đầu dò.
- Bộ phận ghi nhận tín hiệu. - In dữ liệu.
Hình 2.1 Sơ đồ khối của một sắc ký khí
Mẫu đƣợc ơm vào trong qua bộ tiêm mẫu và theo dịng khí mang (khí mang thƣờng là N2) đƣa đến cột sắc ký (pha tĩnh). Mẫu khi qua cột này sẽ đƣợc hấp phụ lên trên pha tĩnh đó. Sau đó, các chất lần lƣợt tách khỏi cột theo dịng khí ra ngồi đƣợc ghi nhận bởi đầu dị. Từ các tín hiệu nhận đƣợc máy tính sẽ xử lý và biểu hiện
55
kết quả bằng sắc ký đồ. Các chất đƣợc xác định nhờ giá trị thời gian lƣu trên sắc ký đồ [15].
Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc cơ ản của SEM là sử dụng chùm tia electron để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Chùm tia electron đƣợc tạo ra từ catốt qua hai tụ quang điện tử sẽ đƣợc hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm tia electron đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các chùm tia electron phản xạ thứ cấp. Các electron phản xạ này đƣợc đi qua hệ gia tốc điện thế vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng. Tín hiệu khuếch đại đƣa vào mạng điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm trên màn. Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lƣợng electron phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng mẫu nghiên cứu [10].
Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR)
Phƣơng pháp IR dựa trên sự tƣơng tác của các bức xạ điện từ vùng hồng ngoại (400-4000 cm-1) với các phân tử nghiên cứu. Trong vùng này, năng lƣợng bức xạ yếu chỉ tƣơng ứng với các mức năng lƣợng dao động và quay của các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong liên kết và xung quanh liên kết phân tử. Q trình tƣơng tác đó có thể dẫn đến sự hấp thụ năng lƣợng, có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của các phân tử.
Trong phƣơng pháp IR, ta chiếu một chùm tia hồng ngoại đến mẫu chất hữu cơ với các ƣớc sóng khác nhau và sau đó xác định xem ƣớc sóng nào bị hấp thu, ƣớc sóng nào khơng thì chúng ta sẽ có đƣợc một phổ hấp thu của mẫu đó.
Sau khi ghi phổ hồng ngoại, nếu chất nguyên cứu là hợp chất hữu cơ thì trƣớc tiên nghiên cứu vùng dao động hóa trị của H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất vòng thơm hay mạch thẳng hoặc cả hai. Sau đó nghiên cứu các vùng tần số nhóm để xác định có hay khơng các nhóm chức.
Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)
56
Nhiễu xạ tia X là hiện tƣợng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hồn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thƣờng viết gọn là nhiễu xạ tia X) đƣợc sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tƣơng tác giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử.
Hình 2.2 Nguyên lý của quá trình nhiễu xạ tia X
Xét một chùm tia X có ƣớc sóng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dƣới góc tới θ. Do tinh thể có tính chất tuần hồn về cấu trúc, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d, đóng vai trị giống nhƣ các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phƣơng phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
ΔL = 2.d.sinθ
Nhƣ vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện: ΔL = 2.d.sinθ = n.λ (2.1)
57 Trong đó:
λ: là ƣớc sóng của chùm tia Rơnghen;
d: là khoảng cách giữa 2 mặt phẳng song song; θ: là góc phản xạ;
n: là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,... gọi là bậc nhiễu xạ
Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ (giá trị 2θ) có thể suy ra d theo cơng thức (2.1). So sánh giá trị d vừa tìm đƣợc với giá trị d chuẩn sẽ xác định đƣợc cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu [26].
58