2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu
Với mục đích là tổng hợp zeolit từ nguyên liệu tự nhiên là trấu và nghiên cứu khả năng trao đổi ion của những zeolit tổng hợp được, từ đó hướng đến những ứng dụng của zeolit trong việc xử lí mơi trường, làm phân bón nhả chậm… bản luận văn bao gồm những nội dung nghiên cứu chính sau:
1. Xác định độ ẩm, độ tro hóa của trấu, phân tích thành phần tro trấu 2. Tổng hợp các zeolit A, X, ZSM – 5 từtro trấu
3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolit( ảnh hưởng bởi nguồn nguyên liệu, ảnh hưởng bởi nhiệt độ, thời gian)
4. Đánh giá khả năng trao đổi ion của các zeolit tổng hợp được.
2.2 . Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệtvi sai (TG – DSC)
Để xác định nhiệt độ nung tro trấu thích hợp, chúng tơi ghi giản đồ phân tích nhiệt của tro trấutrên máy Modul Labsys TG/DSC tại Khoa hóa học – Trường đại học KHTN – ĐHQGHN. Giản đồ phân tích nhiệt được ghi từ nhiệt độ phòng đến 8000C với tốc độ gia nhiệt 100C/ phút, trong khí quyển Ar.
2.2.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Hàm lượng ion kim loại trong dịch lọc trước và sau trao đổi ion của các mẫu zeolit được xác định bằng phương pháp AAS. Thí nghiệm được thực hiện trên máy AAlnalyst 800 (Hãng PerKinEmer) tại viện Thổ nhưỡng nơng hóa – Hà Nội với các điều kiện chuẩn như trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Điều kiện chuẩn đo AAS xác định hàm lượng ion kim loại Ion ĐK chuẩn Ca 2+ Cu2+ Pb2+ Zn2+ Bước sóng (nm) 422,7 324,8 217,0 213,9 Khe đo (nm) 0,7 0,7 0,7 0,7 Giới hạn phát hiện (mg/l) 0,092 0,077 0,19 0,18 Khoảng tuyến tính (mg/l) 0 - 5,000 0 – 5,000 0 - 20,000 0 – 1,000 Tỉ lệ C2H2/khơng khí 2,2/17,0 ml/phút 2,0/17,0 ml/phút 2,0/17,0 ml/phút 2,0/17,0 ml/phút
Môi trường đo 1% HCl 1% HCl 1% HCl 1% HCl
Phụ gia 0,5 % La 3+ - - -
2.2.3. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR)
Trong nghiên cứu tính chất zeolit, người ta sử dụng phổ hồng ngoại để nghiên cứu tính axit qua dao động của nhóm –OH trong vùng 3000 ÷ 4000 cm-1, hoặc dùng chất dị là bazơ yếu, sau đó đo dao động của liên kết mới bị proton hóa hoặc sự biến mất của pic –OH [17].
Khi sử dụng phổ hấp thụ hồng ngoại để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của zeolit, người ta nhận thấy rằng các dao động đặc trưng cho các nhóm Al-O và Si-O trong vùng từ 400 ÷ 1300 cm-1[1, 5,39].
Phổ hồng ngoại đặc trưng cho tinh thể zeolitn thể hiện ở 5 vùng hấp thụ chính: 300 ÷ 420 cm-1, 420 ÷ 500 cm-1, 500 ÷ 650 cm-1, 650 ÷ 950 cm-1 và 950 ÷ 1250 cm-1 [1,39]. Những vùng phổ này đặc trưng cho hầu hết các zeolit, đó là các dao động đặc trưng cho dao động bên trong của các đơn vị cấu trúc cơ bản là các tứ diện TO4, các dao động đặc trưng cho các liên kết giữa các tứ diện.Trong hai loại dao động trên thì loại thứ hai bị ảnh hưởng mạnh bởi sự thay đổi cấu trúc tinh thể.
Các dao động bất đối xứng của các liên kết bên ngoài tứ diện TO4 và dao động hóa trị T-O trong tứ diện lần lượt được đặc trưng ở vùng phổ 950 ÷ 1250 cm-1 và 420 ÷ 500 cm-1 [28]. Vùng phổ 650 ÷ 950 cm-1 là vùng đặc trưng cho các dao động hóa trị đối xứng T-O-T trong và ngồi tứ diện TO4, tần số của pic có thể bị thay đổi bởi tỉ lệ Si/Al trong mạng lưới cấu trúc tinh thể [1,39]. Vùng phổ đặc trưng cho sự liên kết tứ diện và hình thái của các đơn vị cấu trúc thứ cấp trong cấu trúc tinh thể zeolit thu được ở vùng 500 ÷ 650 cm-1 và 300 ÷ 420 cm-1, trong đó vùng 500 ÷ 650 cm-1 đặc trưng cho các dao động của vòng kép 6 cạnh và 5 cạnh, thường quan sát thấy trong các zeolit X, Y, A, ZK-5, chabazit… Các zeolit khác khơng có cấu trúc dạng vòng kép thường hấp thụ yếu trong vùng này.
- Thực nghiệm: Phổhồng ngoại được ghi trên máy SHIMADZU tại bộ mơn Hóa vơ cơ - Khoa Hóa học –Trường đại học khoa học tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội trong vùng 400 ÷ 4000 cm-1. Mẫu được ép viên rắn với KBr.
2.2.4. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X, người ta có thể tính tốn và đánh giá được sự thay đổi tỉ lệ Si/Al trong mạng lưới tinh thể zeolit.
Giản đồ nhiễu xạ tia X được đo trên máy D8 ADVANCE (Bruker, Đức) tại khoa Hóa học- Trường đại học khoa học tự nhiên – ĐHQGHN với bức xạ CuK-α (bước sóng 0,15406 nm), thế tăng tốc 40 kV, 40 mA, góc đo 25÷80, bước quét 0.030 .s-1.
2.2.5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh hiển vi điện tử quét được ghi trên máy Hitachi S4800 Scanning Electron Microscope (Nhật Bản) tại Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương.
2.3. Thực nghiệm
2.3.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu được sử dụng để tổng hợp zeolit là trấu được lấy tại Quỳnh Phụ - Thái Bình.
2.3.1.2. Hóa chất
Bảng 2.2: Các hóa chất sử dụng trong q trình thực nghiệm
Hóa chất Xuất sứ Đặc điểm
CuSO4.5H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Ca(NO3)2.4H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Pb(NO3)2 Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Al2(SO4)3.18H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết Zn(CH3COO)2.2H2O Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết NaOH Trung Quốc Dạng tinh thể, hóa chất tinh khiết TPABr Đức (Merck) Dạng bột, hóa chất tinh khiết
H2O (cất 2 lần) Việt Nam Dạng lỏng