2.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR – Infrared Spectroscopy)
Phổ hồng ngoại l một trong những phương pháp phân tích hóa lý hiện đại v hiệu quả để phân tích cấu tạo các hợp chất. Những số liệu từ phổ hồng ngoại cho phép xác định sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử hợp chất (nhƣ nhóm ), nhận biết các li n kết trong việc nghi n cứu cấu trúc của hợp chất vô cơ đặc biệt l phức chất, cấu trúc vật liệu (vật liệu mao quản, zeolit, polyme,...).
Phương pháp phổ hồng ngoại dựa tr n cơ sở của sự tương tác giữa chất cần phân tích với các tia đơn sắc có bước sóng nằm trong miền hồng ngoại (4000 400 cm-1). Kết quả của sự tương tác dẫn đến chất nghi n cứu sẽ hấp thụ một phần năng lượng v l m giảm cường độ của tia tới. Lúc n y, phân tử sẽ dao động l m thay đổi góc li n kết v độ d i li n kết giữa các nguy n tử trong phân tử. Sự hấp thụ bức xạ điện từ của phân tử tuân theo định luật Lambert-Beer:
38
Trong đó: D: mật độ quang; Io, I: cường độ ánh sáng trước v sau khi đi qua chất phân tích; : hệ số hấp thụ; l: độ d y cuvet; C: nồng độ chất cần phân tích.
Khi hấp thụ năng lƣợng trong vùng hồng ngoại sẽ gây ra dao động của các nhóm nguy n tử trong phân tử. Các nguy n tử trong phân tử dao động theo ba hướng trong không gian gọi l dao động ri ng của phân tử. Mỗi dao động ri ng ứng với một mức năng lƣợng nhất định. Những dao động n y l m thay đổi momen lƣỡng cực điện của li n kết v l m xuất hiện tín hiệu hồng ngoại.
Thực nghiệm: Phổ hồng ngoại của sợi tre và sợi tre biến tính trong vùng 500- 4000cm-1 đƣợc thực hiện trên quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier IMPACT 400-Nicolet tại Phòng Phổ hồng ngoại - Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA – Thermo Gravimetric Analysis) Nguy n lý của phương pháp l khi đốt nóng mẫu có thể xảy ra các quá trình hóa học hoặc hóa lý khác nhau. Những quá trình tr n xảy ra thường kèm theo các hiệu ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt v những biến đổi về khối lƣợng, th nh phần, cấu trúc của mẫu. Tất cả các hiệu ứng tr n đƣợc xác định v ghi tr n giản đồ. Kết quả ghi tr n giản đồ nhiệt cùng với các phương pháp phân tích, khảo sát sẽ giúp chúng ta rút ra những kết luận bổ ích về sự biến đổi của mẫu theo nhiệt độ đốt nóng.
Ba dạng phổ biến trong phân tích nhiệt l phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA (theo dõi sự thay đổi khối lƣợng của mẫu theo thời gian hoặc theo nhiệt độ); phân tích nhiệt vi sai DTA (đo sự ch nh lệch nhiệt độ giữa mẫu nghi n cứu v mẫu so sánh theo thời gian hoặc nhiệt độ); phân tích nhiệt vi sai quét DSC (đo dòng nhiệt của mẫu theo thời gian hoặc theo nhiệt độ).
Thực nghiệm: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của sản phẩm đƣợc ghi trên máy Shimadzu TA-50 tại Khoa Hoá học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Các mẫu đều được tiến h nh phân tích trong môi trường không khí, tốc độ gia nhiệt
39
100C/phút từ nhiệt độ phòng đến 7000C. Các mẫu đƣợc lựa chọn để phân tích là các mẫu thu đƣợc ở điều kiện tối ƣu.
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscopy)
Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng v cấu trúc bề mặt của vật liệu. Ưu điểm của phương pháp SEM l có thể thu được những bức ảnh lớp bề mặt vật liệu chất lƣợng cao v không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu.
Tuy nhi n phương pháp SEM có độ phóng đại nhỏ hơn so với phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Phương pháp SEM cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị hai chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng v cấu trúc bề mặt.
Thực nghiệm: Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electronic Microscopy) đƣợc thực hiện trên máy JEOL JSE - 6490 tại Trung tâm đánh giá hƣ hỏng Vật liệu – Viện Khoa học Vật liệu.
2.3.4. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX – Energy Dispersive X- ray Spectroscopy)
Phổ tán xạ năng lƣợng tia X l kỹ thuật phân tích th nh phần hóa học của vật liệu rắn dựa v o việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật liệu rắn do tương tác với các bức xạ (chủ yếu l chùm điện tử có năng lƣợng cao trong các kính hiển vi điện tử).
Nguyên lý của phép phân tích tia X: Khi chùm điện tử có năng lƣợng lớn được chiếu v o vật rắn, nó sẽ đâm xuy n sâu v o nguy n tử vật rắn v tương tác với các lớp điện tử b n trong của nguy n tử. Tương tác n y dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguy n tử số (Z) của nguy n tử theo định luật Moseley:
Có nghĩa l , tần số tia X phát ra l đặc trƣng với nguy n tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về
40
các nguy n tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguy n tố n y.
Hình 2.3. Nguy n lý của phép phân tích EDX
Độ chính xác của phép đo EDX ở cấp độ một v i phần trăm (thông thường ghi nhận đƣợc sự có mặt của các nguy n tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở l n). Tuy nhi n, EDX tỏ ra không hiệu quả với các nguy n tố nhẹ (ví dụ bo, cacbon...) v thường xuất hiện hiệu ứng chồng chập các đỉnh nhiễu xạ của các nguy n tố khác nhau. Mỗi một nguy n tố thường phát ra nhiều đỉnh đặc trưng Kα, Kβ... v các đỉnh của các nguy n tố khác nhau có thể chồng chập l n nhau gây khó khăn cho phân tích.
Thực nghiệm: Giản đồ nhiễu xạ tia X đƣợc ghi trên thiết bị nhiễu xạ Rơnghen SIEMENS D5000 của Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam, góc quét 2θ từ 50 đến 500.
2.3.5. Mức độ axetyl hóa
Mức độ axetyl hoá được xác định bằng phương pháp trọng lượng theo công thức:
Trong đó: W1 và W2 là khối lƣợng của sợi tre ban đầu và sau khi biến tính (g).
41
2.3.6. Hiệu suất ghép
Hiệu suất ghép đƣợc xác định theo công thức:
Trong đó: m1 và m2 lần lƣợt là khối lƣợng của sợi tre và copolyme ghép.
2.3.7. Xác định hàm lƣợng phần gel
Sản phẩm phản ứng trùng hợp ghép có mặt chất tạo lưới được kết tủa và rửa nhiều lần bằng etanol, sau đó sấy khô đến khối lƣợng không đổi. Cân một lƣợng chính xác (g1) rồi tiến hành chiết Soxhlet trong dung môi cloroform trong 8 giờ để loại bỏ phần homopolyme và copolyme không tạo lưới. Sản phẩm sau khi chiết đƣợc làm khô lại trong tủ sấy chân không ở 60oC đến khối lƣợng không đổi (g2).
H m lƣợng phần gel của sản phẩm đƣợc xác định theo công thức:
Trong đó: g1và g2 là skhối lượng sản phẩm khô trước và sau khi khi chiết Soxhlet 2.3.8. Độ hấp thu dầu
Khả năng hấp thu dầu của vật liệu đƣợc xác định theo Quy trình tiêu chuẩn của Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ (The American Society for Testing and Materials-ASTM), gồm các bước chính sau:
- Cân vật liệu hấp thu dầu tr n cân phân tích (chính xác đến 0,001g);
- Cho vật liệu hấp thu dầu vào bình chứa dầu;
- Sau khi ngâm, vớt vật liệu đã hấp thu dầu ra v để tr n lưới trong 1 phút và cân vật liệu đ hấp thu dầu;
- Đối với 1 loại vật liệu hút dầu, làm 5 lần thí nghiệm và lấy giá trị trung bình.
Độ hấp thu (S) đƣợc xác định bằng công thức St – So S = ---
So Trong đó: So là khối lƣợng vật liệu khô;
St là tổng khối lƣợng (khối lƣợng vật liệu khô + khối lƣợng chất bị hấp thu).
42
i2.3.9. Đo độ hấp thu dầu của vật liệu trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau
5ml dầu được rót vào cốc thuỷ tinh 100 ml có chứa 80 ml nước cất (hệ tĩnh).
Sau đó, 0,5 g vật liệu hấp thu dầu đƣợc rải đều lên lớp dầu trên bề mặt. Sau những khoảng thời gian xác định, vật liệu được lấy ra v để ráo 5 phút trước khi cân. Độ hấp thu dầu đƣợc tính theo công thức:
Q = (Mt - Mi - Mw)/Mi
Trong đó Q l lƣợng dầu hấp thụ đƣợc tính theo số gam dầu trên 1 gam mẫu.
Mt là khối lƣợng của chất hấp thụ sau khi hút chân không (g), Mi là khối lƣợng ban đầu của chất hấp thụ (g) và Mw l lượng nước hấp thụ trong mẫu (g) được xác định bằng phương pháp chiết trong dung môi n-hexan. Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (25oC), lặp lại 3 lần, lấy kết quả trung bình.
Phép đo độ hấp thu dầu trong các điều kiện thực nghiệm khác đƣợc tiến hành tương tự. Đối với hệ động, thí nghiệm được tiến h nh tương tự như hệ tĩnh nhưng đƣợc thực hiện trên máy khuấy từ với tốc độ khuấy khoảng 180 vòng/phút.
Đối với hệ khô, dầu thô được rót vào cốc thuỷ tinh không chứa nước cất hoặc nước biển.
2.3.10. Thu hồi và tái sử dụng vật liệu hấp thu dầu
- Vật liệu sau khi nghiên cứu khả năng hấp thu dầu sẽ đƣợc thu hồi bằng phương pháp vớt.
- Tái sử dụng vật liệu:
+ Dầu sau khi hấp thu bởi vật liệu được thu hồi bằng phương pháp vắt ép.
Hiệu quả tái sử dụng của vật liệu đƣợc xác định bằng khả năng hấp thu của các mẫu sau khi lặp lại các chu kỳ hấp thu/tái sinh. Khối lƣợng vật liệu sau khi tái sinh là khối lƣợng ban đầu của chất hấp thu trong mỗi chu kỳ hấp thu tiếp theo.
43