- Máy khuấy từ có điều nhiệt;
3.2. Kết quả nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)
Phổ nhiễu xạ XRD của mẫu sét MMT dùng làm nguyên liệu ban đầu, mẫu MMT đã được xử lý và mẫu sét MMT được hữu cơ hóa bằng CTAB cũng như mẫu vật liệu nanocomposit CS/MMT/GLY được đo trên máy D8-Advance-Bruker với tia phát xạ CuKα có bước sóng λ=1,5406 Å, U = 40kV, I = 40 mA, tại Khoa Hóa, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội (hình 3.2; 3.3 và 3,4 và hình 3.5).
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Bent Na
00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 33.64 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113. 00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - Y: 7.19 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 -
File: Thuy mau Bent-Na.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 40.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° -
L in ( C p s) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2-Theta - Scale 1 10 20 30 40 d = 4 .4 5 5 d=4. 23 3 d= 4. 0 19 d = 3 .3 31 d= 3. 19 7 d = 2 .4 50 d= 2. 2 74 d = 3 .1 16 d= 12 .2 62
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD của MMT nguyên liệu
Từ giản đồ hình 3.2 của mẫu bentonit nguyên liệu cho thấy các pic đặc trưng như ở vị trí góc 2θ = 6-80 của MMT và pic tại góc 2θ = 26,70 của quarzt. Để loại bỏ tạp chất trong sét và nâng cao hàm lượng của MMT trong sét thì mẫu đã được sử lý bằng phương pháp xử lý bằng chất trợ lắng. Và kết quả sau khi xử lý được đưa ra ở hình 3.3.
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ XRD của MMT sau khi xử lý
Hình 3.3 cho thấy pic quarzt ở vị trí góc 2θ = 26,70 đã biến mất hoàn toàn và pic của MMT ở vị trí góc 2θ = 6-80 đã tăng lên đáng kể về diện tích pic.
Và để tăng khoảng cách của các lớp MMT thì mẫu MMT đã được hữu cơ hóa bằng việc sử dụng CTAB. Sau khi hữu cơ hóa MMT kết quả đo được thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu MMT-CTAB
Từ các giản đồ nhiễu xạ XRD trong các hình 3.2; 3.3 và 3.4, của 3 mẫu MMT thô, MMT đã qua xử lý và mẫu MMT-CTAB cho thấy các pic nhiễu xạ đặc trưng như ở vị trí góc 2θ = 6-80 là pic đặc trưng của MMT trong sét, hay pic tại góc 2θ = 26,70 là
pic của khoáng thạch anh (quartz). Và một số pic còn lại đặc trưng cho một số tạp chất khác có trong sét.
Như đã trình bày, khi chống các lớp sét, các quá trình chống không làm phá hủy các lớp sét. Các phân tử CTAB chỉ xen kẽ vào giữa các lớp cấu trúc của MMT làm cho khoảng cách giữa các lớp sét tăng lên và khoảng cách này được xác định bằng công thức:
∆ = d001– 9,4 Å (3.4)
Trong đó:
- 9,4 Å là chiều dày của lớp cấu trúc MMT - ∆: khoảng cách giữa các lớp MMT, Å
- d001 : khoảng cách cơ bản của lớp MMT, Å
So sánh kết quả của hai giản đồ nhiễu xạ XRD ở hình 3.2 và 3.3 cho thấy sự khác biệt như sau:
Tại hình 3.2 là giản đồ nhiễu xạ của mẫu sét thô với 2 pic đặc trưng tại góc
2θ= 6-80 đặc trưng cho MMT và góc 2θ = 26,70 đặc trưng cho pic quartz với các giá trị d001 = 12,282 với MMT và d001 = 3,353 ứng với quartz với diện tích pic quartz là khá lớn chứng tỏ có chứa 1 lượng quartz tương đối. Và với pic MMT thì ta có thể thấy hàm lượng MMT trong sét là tương đối ít.
Nhưng sau khi xử lý thì ta nhận ngay ra sự khác biệt ở 2 pic trên. Ta thấy pic quartz ở góc 2θ = 26,70 đã biến mất, điều đó chứng tỏ quá trình loại quartz đã khá thành công với việc loại bỏ được một lượng lớn tạp chất trong sét. Bên cạnh đó ứng với pic 2θ = 6-80 tương ứng với MMT ta thấy diện tích pic đã tăng đáng kể. Điều đó cho thấy ta đã làm tăng đáng kể hàm lượng MMT trong mẫu sét.
Và dựa vào giản đồ nhiễu xạ XRD trong hình 3.4 của mẫu MMT-CTAB ta thấy giá trị d001 đã thay đổi đáng kể. Từ giá trị d001 = 14,795 của mẫu MMT được tăng lên d001 = 21,264 của mẫu MMT-CTAB.
Khoảng cách giữa các lớp cấu trúc MMT thô bằng:
∆ = 12,282 – 9,4 = 2,882 Å (3.5) Khoảng cách giữa các lớp cấu trúc MMT qua xử lý sơ bộ bằng:
∆’ = 14,795 – 9,4 = 5,395 Å (3.6) Khoảng cách giữa các lớp MMT sau khi được chống bằng CTAB bằng:
∆’’ = 21,264 – 9,4 = 11,864 Å (3.7) So sánh với giá trị ∆ tính được ở phương trình (3.6), (3.7) cho thấy khoảng cách giữa các lớp cấu trúc MMT sau khi chống bằng CTAB đã tăng đáng kể từ 5,395 Å lên 11,864 Å. Các mạch phân tử CTAB đã đi vào khoảng không giữa các lớp MMT làm cho giá trị d001 của vật liệu tăng lên rõ rệt. Các giá trị khoảng cách cơ bản d001 và khoảng cách giữa các lớp cấu trúc của các mẫu MMT được trình bày trong bảng 3.1.
Phổ nhiễu xạ tia Rơnghen của vật liệu nanocompozit CS/MMT/GLY được thể hiện trong hình 3.5. Quan sát giản đồ phổ thấy xuất hiện pic đặc trưng của MMT ở vị trí 2θ = 2,5o với giá trị d001 = 39,368 Å. Như vậy, khoảng cách giữa các lớp của MMT sau khi chống bằng CTAB và chèn các phân tử polyme chitosan đã tăng lên một cách đáng kể so với giá trị ban đầu.
Hình 3.5.Giản đồ nhiễu xạ XRD của màng nanocompozit CS/MMT/GLY
Khoảng cách giữa các lớp cấu trúc MMT khi được chèn CS được xác định như sau: ∆’’’ = 39,368 – 9,4 = 29,968 Å (3.8)
Sự tăng lên của khoảng cách giữa các lớp này được giải thích bằng việc các
phân tử polyme chitosan đã xen vào giữa khoảng không giữa các lớp cấu trúc của
MMT, hơn nữa hàm lượng MMT ở đây chỉ chiếm 10% khối lượng của chitosan.
Quá trình này có thể dẫn tới hình thành vật liệu với cấu trúc MMT dạng bóc lớp
(exfoliated nanocomposit). Tuy nhiên, từ giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu hình
3.5 cho thấy, MMT sau khi được chèn vào các phân tử CS vẫn giữ nguyên được cấu trúc lớp, các lớp MMT vẫn chưa tách rời hẳn nhau. Điều này đã chứng tỏ vật liệu nanocompozit tổng hợp được có cấu trúc chèn lớp (intercalated nanocomposit)
[30], và các phân từ polyme CS đã được chèn xen kẽ vào khoảng không giữa các lớp MMT.
Bảng 3.1.Các giá trị d001 thu được từ các giản đồ nhiễu xạ tia X và khoảng cách
giữa các lớp sét ∆ = d001 - 9,4Å của các mẫu MMT
TT Tên mẫu d001, Å Khoảng cách giữa các lớp sét ∆ = d001 - 9,4Å
1 MMT thô 12,282 2,882
2 MMT qua xử lý sơ bộ 14,795 5,395
3 MMT- CTAB 21,264 11,864
