2.5 Phương pháp nghiên cứu
2.5.5 Phương pháp nghiên cứu đặc tính hóa lý của vật liệu nano nhôm oxit 34
a) Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Phương pháp XRD sử dụng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X) được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và
35
nguyên tử. Dựa trên việc xác định cường độ của tia bức xạ bị lệch hướng so với phương truyền của tia X do sự phản xạ gây ra khi tia X lan truyền trong tinh thể.
Phương pháp này được dùng để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu [5].
Một lượng vật liệu nano α-Al2O3 sau khi điều chế được phân tích xác định thành phần pha trực tiếp bằng phép đo XRD trên Thiết bị nhiễu xạ Rơnghen XRD, D8 Advance (Bruker, Đức) tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, ĐH Quốc gia Hà Nội.
b) Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microcopy, TEM) là kỹ thuật trong đó các chùm electron năng lượng cao (lên đến 300KV) được truyền qua một mẫu vật siêu mỏng. Các tín hiệu truyền qua được phát hiện bởi một hệ thống detector đặt phía sau buồng mẫu và sau đó được chuyển đổi thành hình ảnh được hiển thị trên màn hình [62]. Ưu điểm của TEM là cho ảnh thật của cấu trúc vật liệu bên trong vật rắn nên đem lại nhiều thông tin hơn, đồng thời rất dễ dàng tạo ra các hình ảnh này ở độ phân giải tới cấp độ nm.
Vật liệu nano α-Al2O3 sau khi tổng hợp được xác định hình thái và kích thước hạt bằng Chụp ảnh TEM trên Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hitachi H-7650, Nhật Bản tại Nhật Bản. Mẫu vật liệu được phân tán trong nước sau đó đưa lên cố định trên bề mặt của khay đựng mẫu đo TEM, sau đó đưa vào chụp ảnh đo TEM được các tập hợp ảnh của nhiều hạt khác nhau. Xử lý hình ảnh bằng phần mềm imagej thu được các kích thước hạt và xử lý thống kê các kích thước hạt thu được để tính kính thước hạt trung bình.
c) Phương pháp phổ hồng ngoại IR
Phổ hồng ngoại (IR) là một trong những phương pháp thường dùng để phân tích xác định nhóm chức của chất, cấu trúc và bề mặt vật liệu. Phổ IR đặc biệt hữu ích khi nhận biết các nhóm chức đặc trưng của vật liệu hay gắn trên bề mặt vật liệu.
Nghiên cứu ứng dụng phổ hồng ngoại phân tích cấu trúc vật liệu thường chú ý đến dao động hóa trị và dao động biến dạng. Dựa vào tần số đặc trưng của các liên kết
36
thu được trên phổ hồng ngoại có thể xác định được cấu trúc vật liệu, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp [3,5].
Lấy một lượng vật liệu nano Al2O3 sau khi tổng hợp và thực hiện li tâm tách nước và sấy ở điều kiện 80oC cho tới khi bay hết hơi nước với các mẫu biến tính và hấp phụ xử lý CFX. Sau đó các mẫu được thực hiện đo phổ hồng ngoại trên thiết bị đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT-IR (Affinity-1S, Shimadzu, Nhật Bản) tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội.
d) Phương pháp xác định diện tích bề mặt bằng thuyết hấp phụ BET Năm 1938, ba tác giả Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett và Edward Teller đưa ra mô hình Brunauer – Emmett – Teller (BET) nhằm giải thích sự hấp phụ vật lý của các phân tử khí trên bề mặt rắn. Phương pháp BET giải quyết một số vấn đề mà mô hình Langmuir không giải thích được, đồng thời đóng vai trò là cơ sở cho một kỹ thuật phân tích quan trọng để đo và tính toán diện tích bề mặt riêng của vật liệu [21].
Lý thuyết BET áp dụng cho các hệ hấp phụ đa lớp và thường sử dụng các loại khí trơ không phản ứng hóa học với bề mặt vật liệu để xác định diện tích bề mặt. Nitơ là chất khí thường được sử dụng để nghiên cứu hấp phụ theo phương pháp BET. Vì lý do này, phương pháp BET tiêu chuẩn thường được thực hiện ở nhiệt độ sôi của N2 (77 K). Ngoài ra, các chất hấp phụ cũng được sử dụng cho phép xác định diện tích bề mặt riêng ở các nhiệt độ và thang đo khác nhau. Diện tích bề mặt riêng là một thuộc tính phụ thuộc tỉ lệ, không có giá trị thực của từng diện tích bề mặt riêng và do đó số lượng diện tích bề mặt riêng được xác định thông qua lý thuyết BET, có thể phụ thuộc vào phân tử hấp phụ được sử dụng và mặt phân cách hấp phụ [33].
Vật liệu nano Al2O3 tổng hợp được xác định diện tích bề mặt bằng phương pháp BET đánh giá từ đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 trên thiết bị đo tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
37
e) Phương pháp đo thế zeta xác định điện tích bề mặt
Thế zeta (ZP) còn được gọi là thế điện động, là thế năng tại mặt phẳng trượt/cắt của một hạt keo chuyển động trong điện trường [37]. Thế năng của một bề mặt là lượng công cần thực hiện để đưa một điện tích dương đơn vị từ vô cực đến bề mặt mà không có gia tốc nào. ZP phản ánh sự khác biệt giữa EDL (lớp kép điện) của các hạt di động điện di và lớp phân tán xung quanh chúng tại mặt phẳng trượt.
Một cách sử dụng phổ biến rộng rãi khác của ZP là sử dụng nó để đánh giá điện tích bề mặt của NP. Điện tích âm hoặc dương của ZP được xác định bằng cách xác định điện cực mà các hạt đang di chuyển về phía điện di. Cần lưu ý rằng ZP không xác định điện tích hoặc mật độ phóng điện và đúng hơn là đề cập đến tiềm năng về điện tích bề mặt.
Do đó, độ lớn của ZP là quan trọng trong khi kết quả độ âm điện/ độ dương điện không liên quan đến điện tích bề mặt hoặc mật độ điện tích khi so sánh giữa các loại hạt nano khác nhau. Yếu tố pH trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến dấu của hạt nano. ZP chỉ cung cấp bằng chứng chỉ dẫn về bản chất của điện tích bề mặt (dương / âm).
Trong luận văn này, thế zeta của vật liệu được đo bằng thiết bị đo Zeta Sizer Malvern tại Trường ĐHKHTN-ĐHQGHN tại pH =4 với mẫu biến tính vật liệu bằng polyme mang điện và pH =6 cho mẫu vật liệu sau khi xử lý hấp phụ kháng sinh.
Các mẫu đo thế zeta được phân tán trong dung dịch với các điều kiện pH như trên và trong môi trường muối tương ứng khi thực hiện biến tính và xử lý kháng sinh.