3.3.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 của mẫu SBA-15, Ag/SBA-15
Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ vật lý N2 của mẫu SBA-15 đƣợc đo ở nhiệt độ 77K thuộc loại IV theo phân loại IUPAC đặc trƣng cho các vật liệu mao quản trung bình. Đƣờng cong trễ thuộc loại H1 (có hai đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp gần nhƣ song song) đặc trƣng cho mao quản dạng hình trụ (hình 3.7a).
Đƣờng cong giải hấp đẳng nhiệt của SBA-15 bắt đầu ngƣng tụ ở áp suất tƣơng đối (P/P0=0,5) chứng tỏ SBA-15 có kích thƣớc mao quản tƣơng đối.
(a)
(b)
Hình 3.7b cho thấy đƣờng cong hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N2 của mẫu Ag/SBA-15 thuộc đƣờng đẳng nhiệt loại IV, có sự kết hợp đặc trƣng của vịng lặp trễ H1 và H3. Chứng tỏ sau khi tẩm hạt nano Ag lên, vật liệu SBA-15 vẫn giữ đƣợc cấu trúc dạng lục lăng. Điểm bắt đầu của vòng lặp trễ xuất hiện ở áp suất tƣơng đối
P/P0 = 0,65 cao hơn của SBA-15, cho thấy vật liệu Ag/SBA-15 có kích thƣớc mao
quản tƣơng đối. Tuy nhiên, điểm dừng của vòng lặp trễ xuất hiện tại một giá trị tƣơng đối cao (P/P0 = 0,97), cao hơn của SBA-15 (P/P0 = 0,9). Điều này do sự có mặt của các hạt nano Ag trong các kênh mao quản của SBA-15, làm đầy các mao quản và nguyên nhân một phần làm biến dạng các mao quản và tăng đƣờng kính mao quản.
Hình 3.8 biểu diễn sự phân bố kích thƣớc lỗ đƣợc tính theo phƣơng pháp BJH của SBA-15 và Ag/SBA-15.
Hình 3.7. Đƣờng cong hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N2 của SBA-15 (a), Ag/SBA-15 (b)
Hình 3.8. Sự phân bố kích thƣớc lỗ theo BJH của SBA-15 (a), Ag/SBA-15 (b)
Hình 3.8a cho thấy đƣờng phân bố kích thƣớc mao quản theo phƣơng pháp BJH rất hẹp, chứng tỏ đƣờng kính mao quản rất đồng đều. Diện tích bề mặt theo phƣơng pháp BET đƣợc tính trong đoạn tuyến tính của sự hấp phụ. Các thông số vật lý đặc trƣng cho 2 mẫu SBA-15 và Ag/SBA-15 đƣợc đƣa ra ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số vật lý đặc trƣng cho mẫu SBA-15 và Ag/SBA-15
Mẫu SBET (m2/g) Vt (cm3/g) Dp (nm)
SBA-15 521 0,83 7,38
Ag10/SBA-15 229,1 0,74 9,3
Trong đó: SBET là diện tích bề mặt theo phƣơng pháp BET đa điểm, Vt là tổng thể tích lỗ, Dp là đƣờng kính mao quản, dhkl là khoảng cách giữa các mặt phản xạ, a là thông số mạng cơ sở.
Từ bảng 3.1 cho thấy SBA-15 có diện tích bề mặt và thể tích mao quản cao. Tuy nhiên, khi ta phân tán hạt nano Ag lên vật liệu thì diện tích bề mặt và thể tích mao quản trong mẫu chứa Ag giảm nhƣng diện tích bề mặt là đủ cao để xúc tác hoạt động tốt. Ngoài ra từ kết quả nghiên cứu hấp thụ - giải hấp N2, chúng ta có thể thấy đƣờng kính mao quản của Ag/SBA-15 cao hơn của mẫu SBA-15 ban đầu.
Kết quả thu đƣợc cho thấy khi phân tán hạt nano Ag lên, diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản giảm, đƣờng kính mao quản tăng. Điều này chứng tỏ các hạt nano Ag đã đƣợc phân tán thành công bên trong mao quản của vật liệu MQTB
SBA-15, nguyên nhân làm căng và biến dạng các mao quản của vật liệu, tăng đƣờng kính mao quản.
3.3.2. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 của mẫu SBA-16, Ag/SBA-16
Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ vật lý N2 của mẫu SBA-16 đƣợc đo ở nhiệt độ 77K thuộc loại IV theo phân loại IUPAC đặc trƣng cho các vật liệu mao quản trung bình. Đƣờng cong trễ thuộc phân loại H1 đặc trƣng cho mao quản hình trụ (hình 3.9a). Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ vật lý N2 của mẫu Ag/SBA-16 (hình 3.9b) đƣợc đo ở nhiệt độ 77K thuộc loại IV theo phân loại IUPAC đặc trƣng cho các vật liệu mao quản trung bình. Nhƣ vậy, cấu trúc của SBA-16 không thay đổi khi tẩm Ag lên.
(a) (b)
Hình 3.9. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 và sự phân bố kích thƣớc mao quản của SBA-16 (a), Ag/SBA-16 (b)
Sự phân bố kích thƣớc lỗ theo BJH của SBA-16 và Ag/SBA-16 đƣợc thể hiện trên hình 3.10.
(a) (b)
Hình 3.10. Sự phân bố kích thƣớc lỗ theo BJH của SBA-16 (a), Ag/SBA-16 (b)
Hình 3.10a cho thấy đƣờng phân bố kích thƣớc mao quản theo phƣơng pháp BJH rất hẹp, chứng tỏ đƣờng kính mao quản rất đồng đều. Theo kết quả trên ta thấy Dp= 9.89 nm. Kết hợp với kết quả từ XRD góc nhỏ ta có thể tính đƣợc độ dày thành mao quản W theo công thức đặc trƣng cho vật liệu thuộc nhóm khơng gian Im3m:
W = √3
2 x ao - Dp = √3
2 x 11,91 – 9,89 = 0,424 nm
Bảng 3.2. Các thông số vật lý đặc trƣng cho mẫu SBA-16 và Ag/SBA-16
Mẫu SBET (m2/g) Vt (cm3/g) ao Dp (nm)
SBA-16 693 0,68 19,50 3,94
Ag/SBA-16 207,0173 0,511 11,91 9,886
Nhƣ vậy, có thể thấy rằng SBA-16 có diện tích bề mặt tƣơng đối lớn, có thành mao quản khá dày, nhờ vậy mà độ bền nhiệt và thủy nhiệt của SBA-16 cao. Tuy nhiên, khi phân tán nano bạc lên vật liệu thì diện tích bề mặt và thể tích mao quản trong mẫu chứa bạc giảm nhƣng diện tích bề mặt vẫn đủ lớn để xúc tác hoạt động tốt.