d. R ử a và s ấ y d ầ u
2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC đỊNH đẶC TRƯNG XÚC TÁC
2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD-X Ray Diffraction) nghiên cứu
ựịnh tắnh cấu trúc pha tinh thể
Phương pháp nhiễu xạ tia X là một phương pháp phổ biến và hiện ựại, ựược ứng dụng ựể nghiên cứu các vật liệu có cấu trúc tinh thể ngày nay. Những kết quả thu ựược từ phương pháp này giúp nhận diện ựược nhanh chóng và chắnh xác cấu trúc tinh thể, trong trường hợp tinh thể ựơn pha và cả ựa pha; ựồng thời cũng giúp phân tắch ựịnh lượng pha tinh thể với ựộ tin cậy cao.
Phân tắch ựịnh tắnh pha tinh thể là phát hiện sự có mặt của một pha tinh thể nào ựó trong ựối tượng khảo sát. Tương tự như các phương pháp phân tắch khác, một pha tinh thể nào ựó không ựược phát hiện có thể hiểu là không có hoặc có nhưng hàm lượng nằm dưới giới hạn phát hiện ựược. Giới hạn phát hiện các pha tinh thể của phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen phụ thuộc vào các nguyên tố hoá học trong vật liệu ựó, hệ tinh thể, ựộ kết tinh,Ầ thay ựổi từ 1% ựến 20%.
+ Nguyên tắc:
Theo thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể ựược cấu tạo từ các ion hay nguyên tử, ựược phân bố một cách ựều ựặn và trật tự trong không gian theo một quy luật xác ựịnh. Khi chùm tia tới (tia Rơnghen) ựập vào phắa ngoài mặt tinh thể và xuyên sâu vào trong do tia Rơnghen có năng lượng cao, thì mạng tinh thể với các mặt phẳng nguyên tử song song sẽựóng vai trò là một cách tử nhiễu xạựặc biệt. Các nguyên tử hay ion trong mạng tinh thể bị kắch thắch bởi chùm tia Rơnghen sẽ trở thành các tâm phát xạ, phát ra những tia sáng thứ cấp (tia tán xạ).
Do các nguyên tử hay ion này ựược phân bố trên các mặt phẳng song song (mặt phẳng nguyên tử), nên hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau ựược tắnh như sau:
θ sin . 2d = ∆ Trong ựó:
d: khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song. θ: góc giữa chùm tia Rơnghen và tia phản xạ.
Từ ựiều kiện giao thoa, các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng song song cùng pha chỉ khi hiệu quang trình của chúng bằng số nguyên lần bước sóng, nghĩa là tuân theo hệ thức VulfỜBragg:
λ θ n d.sin =
2
Với n là các số nguyên dương, n = 1, 2, 3,Ầ [8, 52].
Hệ thức VulfỜBragg là phương trình cơ bản cho nghiên cứu cấu tạo mạng tinh thể. Dựa vào các cực ựại nhiễu xạ trên giản ựồ Rơnghen sẽ tìm ra góc 2θ, từựó suy ra giá trị d theo hệ thức VulfỜBragg. So sánh giá trị d vừa
tìm ựược với giá trị d chuẩn sẽ xác ựịnh ựược thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần phân tắch.
độ tinh thể tương ựối của chất cần phân tắch ựược xác ựịnh theo công thức:
độ tinh thể (%) = 100.A/B
Trong ựó: A, B tương ứng với cường ựộ pic ựặc trưng của mẫu nghiên cứu và mẫu chuẩn.
độ chọn lọc của pha tinh thểựược xác ựịnh theo công thức: độ chọn lọc tinh thể (%) = 100.C.D
Trong ựó: C, D là phần trăm cường ựộ pic ựặc trưng cho tinh thể cần xác ựịnh và tổng phần trăm cường ựộ pic ựặc trưng cho tất cả các tinh thể có mặt trong mẫu do máy nhiễu xạ xác ựịnh.
+ Thực nghiệm:
Phổ nhiễu xạ Rơnghen XRD của mẫu nghiên cứu ựược ghi trên máy PCMỜBruker D8 (đức) tại khoa Hóa học, đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc Gia Hà Nội, ống phát tia Rơnghen bằng Cu (α), bước sóng Kα=1,540 Aồ; góc quét thay ựổi từ 10ồựến 80ồ.
2.4.2 Phương pháp hiển vi ựiện tử quét (SEM)
đây là phương pháp phân tắch hiện ựại, dùng ựể nghiên cứu bề mặt của xúc tác. Nó cho phép xác ựịnh kắch thước và hình dạng của vật liệu xúc tác.
+ Nguyên tắc:
Phương pháp hiển vi ựiện tử quét (SEM) ựược thực hiện bằng cách quét một chùm tia ựiện tử hẹp, có bước sóng khoảng vài Angstrom (Ao) lên bề mặt vật mẫu. Khi chùm tia ựiện tử ựập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các tia ựiện tử thứ cấp. Mỗi ựiện tử phát xạ này qua ựiện thế gia tốc, phần thu sẽ biến ựổi thành một tắn hiệu ánh sáng. Chúng ựược khuếch ựại ựưa vào mạng lưới ựiều khiển tạo ựộ sáng trên màn ảnh. Mỗi ựiểm trên mẫu cho một ựiểm tương ứng trên màn ảnh. độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng ựiện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, và phụ thuộc vào bề mặt mẫu nghiên cứu.
+ Thực nghiệm:
Hình ảnh hiển vi ựiện tử quét ựược chụp trên máy Jeol JSM Ờ 6360LV của Nhật, tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, trường đại học Bách Khoa Hà Nội.
2.4.3 Phương pháp xác ựịnh ựộ bền cơ (bền nén)
+ Cách xác ựịnh: mẫu thử ựược lèn ép chặt trong khuôn ép mẫu hình lăng trụ kắch thước 10x10x15 mm (nhờ sử dụng máy dằn ép). Mẫu ựược lưu giữ trong khuôn 4 giờ, sau ựó tháo khuôn ra và thửựộ bền.
4
1
2
5 3
đặt mẫu thử trên mặt, cho máy chạy từ từ ựể mặt ép trên tiếp xúc toàn bộ mẫu thử, sau ựó tăng tải trọng ép ựều, liên tục cho ựến khi mẫu thử bị phá hủy hoàn toàn.
+ Tắnh kết quả:độ bền nén ựược tắnh theo công thức: Rn = P/F, với P là lực ép ghi ựược khi toàn mẫu thử bị phá hủy (Pa); F là diện tắch mặt cắt ngang mẫu thử (cm2).