Nguyờn lý của phương phỏp ụxi húa (kh ) được chương trỡnh húa nhiệt độ TPO/R (Temperature-Programmed Oxidation/Reduction) là đo độ dẫn nhiệt của mụi trường phản ứng chứa mẫu trong khi nhiệt độ của mụi trường này được nõng dần lờn với một tốc độ tăng nhiệt độ nhất định theo chương trỡnh định trước [111- 112]. Quỏ trỡnh ụxi húa xảy ra giữa sắt và ụxy (hoặc quỏ trỡnh kh xảy ra giữa ụxớt sắt và hiđrụ) làm tiờu tốn khớ ụxy (hoặc khớ hiđrụ) dẫn đến thay đổi thành phần của hỗn hợp khớ trong mụi trường chứa mẫu, do vậy mà độ dẫn nhiệt cũng thay đổi theo. Nồng độ khớ xỏc định bằng cảm biến đo độ dẫn nhiệt. Mức độ tiờu hao khớ O2 (H2) cho biết mức độ ụxi húa (kh ), phổ TPO/R cho phộp đỏnh giỏ quỏ trỡnh trung gian xảy ra trong quỏ trỡnh ụxi hoỏ (kh ) mẫu bột sắt.
Luận ỏn s dụng phương phỏp TPO/R nhằm đỏnh giỏ định lượng sự ăn mũn kim loại bột, từ đú xỏc định cơ chế và động học phản ứng ụxi húa. Mỗi loại mẫu bột kim loại cú kớch thước hạt trung bỡnh khỏc nhau, quỏ trỡnh ụxi húa (hoặc kh - TPR) theo nhiệt độ diễn ra với mức độ khỏc nhau. Căn cứ phổ TPO/R ta đỏnh giỏ được quỏ trỡnh ăn mũn kim loại xảy ra trong điều kiện phõn tớch.
Kết hợp với phõn tớch định tớnh bằng phương phỏp XRD, phương phỏp TPO cho phộp ta xỏc định được hàm lượng sắt hoỏ trị khụng, cũng như xỏc định nhiệt độ mà quỏ trỡnh ụxi húa mẫu xảy ra hoàn toàn. Ngoài ra, cỏc phương phỏp này cho phộp nghiờn cứu xỏc định động học, cỏc giai đoạn trung gian của quỏ trỡnh ụxi húa (từ Fe0 lờn Fe+3) hoặc quỏ trỡnh kh (từ Fe+n về Fe0).
Đối với phõn tớch TPR cho phộp xỏc định được hàm lượng ụxớt sắt trong mẫu, từ đú suy ra hàm lượng sắt hoỏ trị khụng trong mẫu thụng qua lượng ụxit đú và xỏc định nhiệt độ kh hoàn toàn ụxit trong mẫu. Cỏc dạng tồn tại của ụxớt sắt trong mẫu bột sắt cú thể là FeO, Fe3O4 và Fe2O3.
Thực nghiệm phõn tớch mẫu theo phương phỏp này bằng thiết bị Micromeritics Autochem II Chemisorption Analyzer (No.2920, V4.01), đặt tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Sơ đồ nguyờn lý được mụ tả như trờn hỡnh 2.8.
Hỡnh 2.8: Sơ đồ nguyờn lý phương phỏp TPO/R
* Tiến hành thực nghiệm phõn tớch TPO-O2: Để xỏc định hàm lượng Fe0
và nghiờn cứu động học quỏ trỡnh ụxi hoỏ đối với cỏc mẫu bột sắt cú kớch thước hạt trung bỡnh tương ứng là 161 àm; 700 nm; 310 nm và 104 nm chỳng tụi tiến hành phõn tớch quỏ trỡnh ụxi hoỏ mẫu bằng khớ O2 trong hỗn hợp với khớ He theo chương trỡnh nhiệt độ với cỏc thụng số phõn tớch như sau:
- Mụi trường: 10,0000 % O2-He (nhập ngoại, cú độ tinh khiết 99,999 %); - Lưu lượng khớ cấp: 50 ml/phỳt; Khối lượng mẫu: 20 - 50 mg.
- Tốc độ tăng nhiệt: 10oC/phỳt, bắt đầu từ nhiệt độ phũng cho đến nhiệt độ mà khi đú nồng độ khớ đầu ra và đầu vào bằng nhau thỡ dừng lại, thậm chớ cú những mẫu bột sắt nhiệt độ được nõng lờn đến 1150oC.
* Thực nghiệm phõn tớch TPR-H2: Để xỏc định hàm lượng ụxit của cỏc mẫu
bột sắt kớch thước hạt 161 m; 700 nm; 310 nm và 104 nm trước khi tiến hành thớ nghiệm ụxi hoỏ chỳng tụi tiến hành phõn tớch TPR-H2 bằng khớ H2 trong hỗn hợp với khớ He theo chương trỡnh tăng nhiệt độ với cỏc thụng số và điều kiện phõn tớch:
- Mụi trường: 10,0000 % H2-He (nhập ngoại, cú độ tinh khiết 99,999 %); - Lưu lượng khớ cấp: 50 ml/phỳt; Khối lượng mẫu: 20 - 50 mg;
- Tốc độ tăng nhiệt: 10oC/phỳt, bắt đầu từ nhiệt độ phũng.