Trong quỏ trỡnh nghiờn cứu chỳng tụi sử dụng cỏc phương phỏp phõn tớch đặc trưng của xỳc tỏc như là: Phương phỏp phõn tớch nhiệt, X-Ray, phương phỏp SEM, phương phỏp BET, Đo kớch thước than
Phương phỏp phõn tớch nhiệt:
Đõy là phương phỏp quan trọng trong quỏ trỡnh nghiờn cứu điều chế vật liệu, nú cho ta thụng tin về cỏc hiện tượng thay đổi thành phần, chuyển pha, chuyển cấu trỳc của mẫu nghiờn cứu thụng qua sự thay đổi trọng lượng của mẫu theo nhiệt độ.
Nguyờn tắc : Cỏc phương phỏp DTA, DTG là khảo sỏt sự thay đổi trọng lượng của mẫu và sự biến đổi của cỏc hiệu ứng nhiệt theo nhiệt độ. Dựa trờn cỏc hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt thu được trờn giản đồ do quỏ trỡnh tỏch nước, chỏy, chuyển pha ta cú thể phỏn đoỏn được cỏc hiện tượng : chuyển pha, chuyển cấu trỳc của mẫu cần nghiờn cứu.
Phương phỏp nhiễu xạ băng Ronghen (XRD)
Nguyờn tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xõy dựng từ cỏc nguyờn tử hay ion phõn bố đều đặn trong khụng gian theo một quy định xỏc định. Khi chựm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bờn trong mạng lưới tinh thể thỡ mạng lưới đúng vai trũ như một cấu tử nhiễu xạ đặc biệt. Cỏc nguyờn tử, ion này được phõn bố trờn mặt phẳng song song. Do đú hiệu phương trỡnh của hai tia phản xạ bất kỳ song song cạnh nhau được tớnh như sau:
Trong đú:
- d là khoảng cỏch giữa hai mặt phẳng song song - θ là gúc giữa chựm tia X và mặt phẳng phản xạ.
Theo điều kiện giao thoa để cỏc súng phản xạ trờn hai mặt phẳng cựng pha thỡ hiệu quang trỡnh phải bằng chiều dài súng. Cho nờn:
2d. sinθ = n λ
Đõy là hệ thức Vufl-Bragg, là phường trỡnh cơ bản để nghiờn cứu cấu trỳc mạng tinh thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trờn giản đồ tỡm ra được 2θ. Từ đú suy ra d theo hệ thức Vufl-Bragg. So sỏnh giỏ trị d tỡm được với d tiờu chuẩn sẽ xỏc định được thành phần cấu trỳc mạng tinh thể của chất cần nghiờn cứu. Vỡ vậy phương phỏp này được sử dụng rộng rói để nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể của vật chất.
Khảo sỏt bề mặt bằng phương phỏp dựng kớnh hiển vi điện tử quột (SEM)
Phương phỏp hiển vi điện tử quột dựng chựm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiờn cứu, ảnh đú khi đến màn huỳnh quang cú thể đạt độ phúng đại theo yờu cầu. Chựm tia điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lờn mẫu nghiờn cứu. Khi chựm điện tử đập vào mẫu, trờn bề mặt mẫu phỏt ra cỏc chựm tia điện tử thứ cấp. Mỗi điện tử phỏt xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu sẽ biến đổi thành một tớn hiệu ỏnh sỏng, tớn hiệu được khuyếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sỏng trờn màn hỡnh dạng bề mặt mẫu nghiờn cứu.
Đo diờn tớch bề mặt riờng và sự phõn bố lỗ xốp (BET)
Khụng một quỏ trỡnh nghiờn cứu xỳc tỏc dị thể nào hoàn thành mà khụng đỏnh giỏ đại lượng bề mặt riờng của xỳc tỏc. Để đỏnh giỏ đại lượng này người ta dựng phương phỏp hấp phụ.
Thực tế tất cả cỏc phương phỏp hấp phụ đi từ xỏc định thể tớch chất hấp phụ Vm(mol/g) tạo ra một lớp đơn phõn tử hấp phụ lờn bề mặt. Ta cú:
S = Vm.N.Sm
Trong đú: S: Diện tớch bề mặt của xỳc tỏc Vm: thể tớch chất hấp phụ
Sm: Diện tớch bề mặt của 1 phõn tử bị hấp phụ N: số Avogadro
Phương phỏp xỏc định bề mặt riờng BET phỏt triển lý thuyết hấp phụ 1 lớp để xỏc định Vm bằng phương trỡnh: 1 ( 1). . . . . (1 ) m m s s s P C P P V C V C P P V P − = + −
Trong đú: V: thể tớch hơi bị hấp phụ trong điều kiện bỡnh thường P: ỏp suất trong điều kiện cõn bằng với 1 lớp hấp phụ Ps: ỏp suất trong điều kiện bóo hũa
C: hằng số
Đường đẳng nhiệt hấp phụ trong vựng P/Po nhỏ ( 0,05- 0,3) được ứng dụng để đo diện tớch bề mặt riờng, cũn toàn bộ đường đẳng nhiệt giải hấp phụ được dựng để xỏc định phõn bố lỗ kớch thước lỗ xốp. Mối liờn quan giữa ỏp suất hơi hấp phụ và bỏn kớnh mao quản được biểu diễn qua phương trỡnh Kelvin như sau:
. . os ln( / ) . . m s k V c P P R T r γ θ − =
Trong đú: γ : Sức căng bề mặt của nitơ tại điểm sụi bằng 8,85 ergs/cm2 ở 195,8oC Vm: Thể tớch mol của nitơ lỏng bằng 34,7 cm3
θ: Gúc tiếp xỳc của nitơ, thường lấy bằng 0o hay cosθ=1 R: Hằng số khớ bằng 8,314 ergs/độ.mol
rk: Bỏn kinh mao quản hay lỗ xốp theo Kelvin T = 77,3 K