Tổng hợp vật liệu compozit:
0,05 g GFbt hoặc GO được tổng hợp như trên được phân tán vào 50 ml nước khử ion. 0,1004 g pyrole được thêm vào 50 ml dung dịch CTAB 3,48mM. Tất cả các dung dịch được tiền làm lạnh ở 0-5C trong 5 phút. Trộn 2 dung dịch trên vào nhau và lắc. Dùng 1,71g APS làm tác nhân oxy hóa và được thêm từ từ vào hỗn hợp. Dung dịch cuối cùng được làm lạnh ở 0-5Ctrong 24 giờ. Sau phản ứng, lọc kết tủa thu được. Rửa sạch bằng nước khử ion, sấy khô thu được vật liệu compozit GFbt – PPy hoặc GO – PPy tương ứng.
2.3.3. Phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu
Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM
Hiển vi điện tử quét là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu hình thái bề mặt các mẫu vật liệu, được sử dụng để quan sát vi cấu trúc bề mặt của mẫu với dộ phóng đại và độ phân giải lớn gấp hàng ngàn lần so với kính hiển vi quang học.
Kính hiển vi điện tử qt là thiết bị có khả năng quan sát bề mặt của mẫu vật, bao gồm: súng điện tử, tụ kính, buồng tiêu bản, hệ thống đầu dò điện tử, hệ thống khuếch đại - máy tính và màn hình để quan sát ảnh. Chùm điện tử xuất phát từ súng điện tử đi qua tụ kính, rồi vật kính, sau đó chùm tia hội tụ và qt trên tồn bộ bề mặt của mẫu, sự tương tác của chùm điện tử tới với bề mặt mẫu tạo ra các tia khác nhau (điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược, điện tử Auger, tia huỳnh quang catot, tia X đặc trưng...). Hình ảnh hiển vi điện tử quét được phản ảnh lại bởi các điện tử thứ cấp và điện tử tán xạ ngược thu được nhờ các đầu dị gắn bên sườn của kính. Tia X đặc trưng có khả năng phản ánh thành phần nguyên tố trong mẫu phân tích nhờ bộ phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX – Energy Dispersive X- ray Spectroscopy).
Cấu tạo chính của máy chụp SEM gồm ống kính điện tử (súng bắn tia điện tử, tụ kính, vật kính), buồng mẫu và đầu dị tín hiệu điện tử. Ống kính điện tử có chân khơng cao, áp suất 10-5 - 10-6 Torr đối với máy SEM thông thường và 10-8 – 10-9 Torr đối với máy SEM có độ phân giải cao (FE-SEM). Buồng mẫu có thể nằm ở hai chế độ chân khơng cao hoặc thấp. Hệ thống bơm chân không, hệ thống điện, điện tử, hệ thống điều khiển và xử lý tín hiệu là những bộ phận đảm bảo cho sự làm việc liên tục của máy chụp ảnh SEM. Đặc trưng của SEM là các thơng số: độ phóng đại M, độ phân giải d và điện áp gia tốc U.
Ảnh SEM của vật liệu được ghi trên máy Hitachi S-4800 (M: x25 – x800.000, d=1nm, U=0,5-30kV) tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương để xác định đặc điểm hình thái của vật liệu hấp phụ.
Phương pháp Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy Dispersive X-Ray Analysis, EDX)
Phổ tán xạ năng lượng tia X là 1 phương pháp kỹ thuật dùng để phân tích thành phần nguyên tố của 1 mẫu rắn. Nguyên tắc dựa trên sự tương tác của nguồn tia X kích thích vào mẫu cần phân tích. Mỗi ngun tố hố học có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phổ tia X đặc trưng riêng biệt cho ngun tố đó. Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mẫu, một dòng năng lượng cao của các hạt tích điện như điện tử hay photon, hay chùm tia X được chiếu vào mẫu cần phân tích. Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích), các điện tử ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân. Khi dịng tia tới kích thích các điện tử ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ điện tử tạo thành lỗ trống điện tử, một điện tử từ lớp bên ngồi có năng lượng cao hơn nhảy vào điền vào lỗ trống đó. Sự khác nhau năng lượng giữa lớp vỏ năng lượng cao và lớp vỏ năng lượng thấp hơn tạo ra tia X. Cường độ của tia X phát ra từ mẫu có thể được đo bằng phổ kế tán xạ năng lượng (energy-dispersive spectrometer). Từ chỗ năng lượng tia X là đặc trưng cho hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ điện tử và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tố phát xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như định lượng các nguyên tố có trong mẫu.
Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transformation Infrared Spectrometer, FT-IR)
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) là công cụ phổ biến và quan trọng được sử dụng để xác định cấu trúc và nhận dạng các hợp chất hóa học. Dựa vào tần số đặc trưng, cường độ pic trong phổ hồng ngoại, người ta có thể phán đốn trực tiếp về sự có mặt các nhóm chức, các liên kết xác định trong phân tử hay tinh thể chất nghiên cứu.
Nguyên tắc: các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại (2500-16000nm), sau khi hấp thụ các bức xạ này, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động (làm thay đổi momen lưỡng cực của phân tử) với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác
nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hóa học. Phương pháp này cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng.
Phổ hồng ngoại được thực hiện trên quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FT-IR IMPACT Nicolet 410 tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.4. Phương pháp xác định nồng độ kim loại nặng
Phương pháp điện hóa đã và đang được thừa nhận là một trong những phương pháp đạt được độ nhạy cao khi phân tích các kim loại nặng, trong đó cadimi và chì là những kim loại có độc tính cao và thường có mặt ở mức vết và siêu vết trong các đối tượng sinh hóa và mơi trường [13, 46]. Phân tích hịa tan điện hóa từ lâu đã được công nhận là một kĩ thuật mạnh để xác định lượng vết kim loại nặng do có độ nhạy đáng chú ý, thiết bị không đắt, khả năng xác định đa ngun tố và có thể xác định chính xác ở nồng độ vết và siêu vết [46]. Các điện cực Bi đã được sử dụng để xác định hàm lượng ion kim loại nặng trong nước do ít độc hơn Hg và ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu nền oxy [34].
Vơn-ampe xung vi phân hịa tan anot (DPASV) là kĩ thuật vôn-ampe đặc biệt hữu dụng để xác định kim loại vết. Trong DPASV, bước đầu tiên là bước điện phân làm giàu chất phân tích ban đầu lên điện cực làm việc trong đó cation kim loại cần phân tích được tích tụ bởi q trình khử trên điện cực làm việc thích hợp. Tiếp theo bước này là bước quét thế theo chiều dương để oxy hóa các kim loại đã được làm giàu và ghi đồng thời dịng anốt của q trình oxy hóa. Bước làm giàu ban đầu cho phép có thể xác định các ion kim loại ở nồng độ thấp [43].
Các bước đo điện hóa xác định ion kim loại trong dung dịch: Trong nghiên
cứu cứu đánh giá vật liệu hấp phụ kim loại, do nồng độ ion kim loại sử dụng nằm trong khoảng mg/l, vì vậy phương pháp phân tích điện hóa được sử dụng để xác định nồng độ ion kim loại trước và sau q trình hấp phụ. Điều kiện phân tích điện hóa như sau: Lấy 10 ml dung dịch chứa ion kim loại cần phân tích trong đệm axetat
0,1 M (pH 4,5) vào bình điện phân. Nhúng hệ 3 điện cực vào dung dịch, làm giàu ở thế -1,2 V trong thời gian 180 giây, có khuấy trong thời gian kết tủa làm giàu kim loại trên điện cực. Khi kết thúc giai đoạn làm giàu, ngừng khuấy để dung dịch cân bằng trong vòng 15 giây, sau đó quét thế theo chiều dương từ -1,2V đến 0V, tốc độ quét 15 mV/s.
Định lượng ion kim loại theo phương pháp thêm chuẩn: Chuẩn bị 5 bình
định mức cùng thể tích, thêm các thể tích dung dịch chuẩn, dung dịch mẫu phân tích và dung dịch đệm thích hợp. Các thể tích dung dịch chuẩn khác nhau được thay vào để nồng độ thay đổi (ký hiệu ∆C) tương ứng.
Tiến hành đo tín hiệu vơn-ampe xung vi phân để xác định cường độ tín hiệu dịng điện I của mẫu (Ix) và các bình thêm chuẩn (I1 đến I4). Vẽ đồ thị quan hệ giữa cường độ tín hiệu và biến thiên nồng độ I - ∆C, xác định phương trình hồi quy tuyến tính I=a x ∆C+b.