Chú thích: 1- Phễu nhỏ giọt ; 2- Hỗn hợp phản ứng trong cốc thuỷ tinh chịu nhiệt (hoặc bình nón 1,5 l); 3-Nhiệt kế; 4-Bộ khuấy từ có gia nhiệt
2.2.2. Chế tạo nano TiO2 pha tạp Fe, N, S
Tƣơng tự quy trình phần 2.2.1, nhƣng trong dung dịch A thêm một lƣợng (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O lần lƣợt theo tỷ lệ về số mol S: Ti là 1,75%, 2 %, 2,25 % tƣơng ứng với khối lƣợng (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O cần dùng lần lƣợt là 0.117 g, 0.133 g và 0,150 g. Thu đƣợc vật liệu TiO2-1.75%FeNS, TiO2-2%FeNS, TiO2- 2.25%FeNS.
Đem TiO2-2 % FeNS nung ở các nhiệt độ 450, 550, 650oC trong vòng 2 giờ thu đƣợc vật liệu TiO2- 2%FeNS-350; TiO2-2%FeNS -450; TiO2-2%FeNS -550. Loại TiO2-1.75%FeNS, TiO2-2.25%FeNS nung ở nhiệt độ 450oC trong 2 giờ thu đƣợc vật liệu TiO2-1,75%FeNS -450 và TiO2-2.25%FeNS -450.
2.2.3. Chế tạo vật liệu bentonite chống TiO2 pha tạp Fe, N, S
- Chuẩn bị dung dịch bentonite-Na trƣơng nở: cân lần lƣợt 0.5; 1 ; 1.5 gam bentonite trên cân phân tích vào ba cốc thủy tinh 250 ml có chứa 20 ml etanol 99%, khuấy liên tục trong 8 giờ để bentonite trƣơng nở hoàn toàn.
- Chế tạo TiO2 doping Fe, N, S theo quy trình mục 2.2.2 nhƣng chỉ với tỉ lệ về số mol S với số mol Ti là 2%. Khi dung dịch tạo thành sol, nhỏ dần dung dịch
1 1 2 2 3 4
này vào dung dịch bentonite đã trƣơng nở trong điều kiện khuấy liên tục 4 giờ, để già hóa tiếp 24 giờ, sau đó đem sấy ở 80o
C trong 24h rồi nung ở 450oC trong 2 giờ ta thu đƣợc ba vật liệu bentonite chống Titan với kí hiệu là Bent 0.5 ; Bent 1.0 ; Bent 1.5 (tƣơng ứng với tỷ lệ (1 mol Ti : 0.02 mol S)/ xg bentonite) với x = 0.5; 1.0; 1.5).
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU
2.3.1. Xác định một số tính chất cơ bản của bentonit – Na và chế tạo bentonit chống Ti pha tạp Fe, N, S chống Ti pha tạp Fe, N, S
2.3.1.1 Xác định dung lượng trao đổi cation (CEC)
Dung lƣợng trao đổi cation của bentonite đƣợc xác định theo phƣơng pháp hấp phụ xanh metylen (theo quy trình của Viện dầu khí Mỹ API – RP 13P).
- Pha dung dịch xanh metylen 0,01N (1ml dung dịch tƣơng đƣơng với 0,01 meq).
- Cân 1g bentonite vào một bình tam giác có sẵn 25ml dung dịch tetrasodium pirophotphat 2%. Đun nóng và khuấy nhẹ trong 10 phút rồi thêm 15ml H2O2 và 1ml H2SO4 5N. Tiếp tục đun nóng thêm 10 phút rồi làm lạnh đến nhiệt độ phòng. Pha lỗng dung dịch đến thể tích 50ml.
- Khuấy nhẹ và thêm từng phần dung dịch xanh metylen 0,01N vào dung dịch trên. Dùng pipet lấy ra từng giọt nhỏ lên giấy lọc, theo dõi sự xuất hiện màu trên giấy lọc. Nếu trên giấy lọc xuất hiện vịng trịn có viền xanh thì dừng lại. Thể tích xanh metylen tiêu tốn đƣợc tính đến thời điểm bên ngồi vết chấm của vịng trịn có viền xanh.
Dung lƣợng trao đổi cation của bentonite đƣợc tính theo cơng thức:
) ( ) ( . 100 ) 100 / ( g m ml V khơ sét g meq CEC bentonit metylen xanh
Kết quả xác định đƣợc CEC của Bentonite là 67 meq/ 100 g
Cân một lƣợng bentonite cho từ từ vào một thể tích toluen nguyên chất và nƣớc xác định. Để bentonite trƣơng nở hoàn toàn. Ghi mức thay đổi thể tích sau trƣơng nở. Độ trƣơng nở tính bằng số ml trên 100 gam bentonite khơ.
Kết quả cho thấy bentonite có độ trƣơng nở trong toluen là 2ml/g và trong nƣớc là 6 ml/g.
2.3.2. Phƣơng phá p nhiễu xa ̣ Rơnghen (XRD–X-Rays Diffraction) [18;25]
Mục đích: Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X đƣợc ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu. Ngồi ra nó cịn đƣợc dùng để xác định động học của quá trình chuyển pha, kích thƣớc hạt trung bình của vật liệu, sự tồn tại các pha. Với phƣơng pháp này ta có thể xác định khoảng cách giữa các lớp sét, mức độ trật tự của lỗ xốp.
Nguyên tắc: Mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố
đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lƣới tinh thể thì mạng lƣới này đóng vai trị nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Các nguyên tử, ion này đƣợc phân bố trên các mặt phẳng song song. Tia X dùng trong nghiên cứu cấu trúc có bƣớc sóng lAo- 50Ao. Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc lên hạt tinh thể, ứng với một bƣớc sóng, tia X sẽ phản xạ từ hai mặt mạng song song cạnh nhau đƣợc mơ tả nhƣ Hình 2.2 sau: