CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Khảo sát các đặc trưng của vật liệu
Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X
Huỳnh quang tia X là một kỹ thuật không phá hủy cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể, pha, định hướng tinh thể ưu tiên (texture), và các tham số cấu trúc khác, như kích thước hạt trung bình, độ tinh thể, sự biến dạng và khuyết điểm tinh
thể. Các đỉnh nhiễu xạ tia X được tạo ra bởi nhiễu của một chùm tia đơn sắc của tia X nhiễu xạ ở các góc cụ thể từ mỗi mặt phẳng tinh thể trong một mẫu. Các cường độ đỉnh được xác định bởi sự phân bố các ngun tử trong mạng lưới. Do đó, mơ hình nhiễu xạ tia X là dấu vân tay của sự sắp xếp tuần hoàn của nguyên tử trong một vật liệu nhất định.
Phương pháp ICP-MS
Phương pháp phổ khối lượng plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS) là một loại quang phổ có khả năng phát hiện nồng độ của kim loại và một số phi kim loại. ICP- MS có độ nhạy cao cung cấp một loạt các yếu tố. Các mẫu rắn thường được hòa tan bằng cách sử dụng các axit trong hệ thống lị vi sóng khép kín, do đó giữ được các phân tử có khả năng bay hơi. Sau đó mẫu được đưa vào trong ngọn lửa plasma cao tần cảm ứng, ở đó nhiệt độ khoảng 9000 K. Ở nhiệt độ cao như vậy, dung dịch huyền phù đã bị bốc hơi, và các phân tử được ion hóa. Các ion sinh ra trong ngọn lửa plasma cao tần cảm ứng sau đó được gia tốc vào máy phân tích khối lượng cho kết quả cả phân tích nguyên tố và đồng vị.
Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại là phương pháp đo sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại (IR) khi nó đi qua một lớp chất cần thử, ở các số sóng khác nhau vùng bức xạ hồng ngoại sử dụng trong các máy quang phổ IR thường là 4000 cm-1 đến 400 cm-1, các máy hiện nay có thể mở rộng vùng bức xạ (1000 cm-1 đến 100 cm-1).
Trong phân tử khi có nhóm nguyên tử nào đó hấp thụ năng lượng và thay đổi trạng thái dao động thì tạo nên một dải hấp thụ trên phổ IR. Có mối liên quan giữa nhóm phân tử và dải hấp thụ nên có thể dựa vào sự có mặt của dải hấp thụ để nhận biết một nhóm chức nào đó. Nhiều nhóm chức có các dải hấp thụ đặc trưng, đây là cơ sở của việc phân tích cấu trúc bằng IR. Việc xác định được sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử giúp ta có thể dùng phổ hồng ngoại IR để định tính một chất.
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một trong những dụng cụ được sử dụng rộng rãi nhất trong các phịng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu và phổ biến ở nhiều dạng trong các nhà máy chế tạo. Trọng tâm phân tích của kính hiển vi điện tử quét
là cấu trúc vi mơ và do đó rất quan trọng đối với việc xác định liên quan đến việc xử lý, tính chất và trạng thái của các vật liệu liên quan đến cấu trúc vi mô của chúng. SEM cung cấp thông tin liên quan đến đặc điểm đặc trưng, hình thái học, phân bố pha, sự khác biệt về cấu tạo, cấu trúc tinh thể, định hướng tinh thể và vị trí của các khiếm khuyết điện. SEM cũng có khả năng xác định thành phần nguyên tố của các vi thể tích bằng phương pháp tia X hoặc quang phổ điện tử trong việc xác định pha thơng qua việc phân tích mẫu nhiễu xạ điện tử.
2.2.2. Nguyên tắc xác định hydro sunfua bằng phương pháp UV-VIS sử
dụng Fe2+ và o-phenantroline.
Nồng độ hydro sunfua được xác định bằng việc khử sắt (III) thành sắt (II) bằng hydro sunfua sau đó tạo phức màu với 1,10-phenantrolin. Độ hấp thụ của dung dịch được đo ở bước sóng 510 nm. Đây là một phương pháp đo đơn giản với các hóa chất dễ tìm, có sẵn trong phịng thí nghiệm.
1,10-phenantrolin (C12H8N2, ortho-phenantrolin hoặc o-Phen) là một hợp chất dị vòng đioxit ba vòng phản ứng với các kim loại như sắt, niken, ruteni và bạc để hình thành phức hợp màu mạnh. Phức chất này rất ổn định và cường độ màu không thay đổi đáng kể trong thời gian dài. Phản ứng của sắt (II) với 1,10- phenantrolin tạo thành một phức chất màu da cam-đỏ có cường độ màu tỷ lệ tuyến tính với nồng độ hydro sunfua. Phản ứng hình thành phức chất giữa Fe2+ và o- phenantrolin như sau:
2.2.3. Nghiên cứu hấp phụ động học của sunfua
Đối với hấp phụ tĩnh, các cơ chế khuếch tán có thể được tìm hiểu từ các mơ hình động học. Trong nghiên cứu này, các mơ hình giả bậc 1, mơ hình giả bậc 2 và mơ hình khuếch tan trong hạt được phân tích. Các phương trình giả bậc 1, bậc 2 và mơ hình khuếch tán trong hạt được cho trong Bảng 1.1
2.2.3.1. Đánh giá phương pháp phân tích
* Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng Theo lý thuyết thống kê:
- Giới hạn phát hiện (limit of detection - LOD): được xem là nồng độ thấp nhất (xL) của chất phân tích mà hệ thống phân tích cịn cho tín hiệu phân tích (yL) khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
- Giới hạn định lượng (limit of quantitaty - LOQ): được xem là nồng độ thấp nhất (xQ) của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích (yQ) khác có nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Cơng thức tính LOD và LOQ:
YL= yb + k * Sb (2.1)
Trong đó:
- yb: Tín hiệu trung bình thu được của mẫu trắng sau nb thí nghiệm (ít nhất 10 thí nghiệm độc lập)
- Sb: Độ lệch chuẩn khi đo lặp lại tín hiệu của mẫu trắng - k: Đại lượng số học được chọn theo độ tin cậy mong muốn. Do đó: xL = xb + (2.2)
Vì mẫu trắng có xb = 0 và với k = 3 nên:
LOD = (2.3)
LOQ = (2.4)
Trong đó:
- Sb: Sai số của giá trị y trong phương trình hồi quy - b: Hệ số hồi quy tuyến tính.
* Đánh giá độ đúng của phương pháp Sai số trung bình của các lần đo:
S% = (2.5)
Trong đó:
- S%: Sai số phần trăm tương đối - Co: Giá trị nồng độ ban đầu
- Ci: Giá trị nồng độ tính được theo đường chuẩn * Độ lặp lại của phương pháp
Phương sai mẫu và hệ số biến thiên được tính theo cơng thức:
S2 = (2.6)
CV(%) = x100 (2.7)
2.2.3.2 Đánh giá khả năng hấp phụ
* Dung lượng hấp phụ qe
Khả năng hấp phụ S2- của vật liệu được đánh giá thông qua thông số
qe = . V (2.8)
Trong đó:
- qe: Dunglượng hấp phụ(mg/g);
- Co: Nồng độ ban đầu của chất phân tích (mg/l);
- Ce: Nồng độ chất phân tích khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l); - m: Lượng chất hấp phụ (g);
- V: Thể tích dung dịch (l).
* Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:
1
lo g Qe = lo g Kf + lo g Ce n
Trong đó:
Q: độ hấp phụ riêng, số gam chất bị hấp phụ trên 1g chất hấp phụ.
Kf, n: là hệ số thực nghiệm với n > 1.
* Phương trình đường hấp phụ đằng nhiệt Langmuir:
Trong đó:
- qe: Dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng (mg/g). - qmax: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
- b: Hằng số Langmuir.
Ci: Nồng độ chất phân tích ở trạng thái cân bằng (mg/L).
= + (2.10)
Hiệu suất hấp phụ (H%)
Hiệu suất hấp phụ của vật liệu được tính theo cơng thức:
H = .100 (%) (2.11)
Trong đó:
- H: Hiệu suất hấp phụ (%)
- Co: Nồng độ ion sunfua ban đầu (mg/l)
- C: Nồng độ ion sunfua còn lại sau khi hấp phụ (mg/l)