2.3.1. Xỏc định độ nhớt động học
Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nú là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tỏc dụng của trọng lực.
Nguyờn tắc: Đo thời gian tớnh bằng giõy của một thể tớch chất lỏng chảy qua một mao quản của nhớt kế chuẩn dưới tỏc dụng của trọng lực ở nhiệt độ xỏc định. Độ nhớt động học là tớch số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế.
Thực nghiệm: Sử dụng nhớt kế kiểu pinkờvic. Chuẩn bị đồng hồ bấm giõy và lắp dụng cụ. Điều chỉnh nhiệt kế tiếp xỳc để cú nhiệt độ cần đo. Chọn nhớt kế đó cú hằng số C chuẩn. Nhớt kế phải khụ sạch, cú miền làm việc bao trựm độ nhớt của dầu cần xỏc định, thời gian chảy khụng ớt hơn 200 giõy. Nạp mẫu sản phẩm vào nhớt kế bằng cỏch hỳt hoặc đẩy để đưa mẫu đến vị trớ cao hơn vạch đo thời gian đầu tiờn khoảng 5
mm trong nhỏnh mao quản của nhớt kế. Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy bằng giõy từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.
Tớnh kết quả: Độ nhớt động học được xỏc định theo cụng thức: V=C.t
Trong đú:
- V: Độ nhớt động học được tớnh bằng St, hoặc cSt. - C: Hằng số của nhớt kế, mm2/s2.
- t: Thời gian chảy, s.
Tiến hành đo 2 lần lấy kết quả trung bỡnh, sai lệch khụng quỏ 1,2 đến 2,5 % so với kết quả trung bỡnh.
2.3.2. Xỏc định nhiệt độ chớp nhỏy cốc kớn
Nhiệt độ chớp nhỏy cốc kớn là nhiệt độ thấp nhất (đó được hiệu chỉnh về ỏp suất khớ quyển 760 mmHg hoặc 101,3 KPa) mà ở đú hỗn hợp hơi của mẫu và khụng khớ trờn mặt mẫu trong cốc bị chớp chỏy khi đưa ngọn lửa thử qua mặt cốc, dưới điều kiện thử nghiệm và lập tức truyền lan khắp mặt thoỏng của mẫu.
Nguyờn tắc: Mẫu được đun núng trong cốc với tốc độ chậm đều và khuấy liờn tục. Mở lỗ trờn nắp và đưa ngọn lửa nhỏ qua mặt cốc với khoảng thời gian nhất định và đồng thời ngừng khuấy. Điểm chớp lửa là nhiệt độ thấp nhất mà ở đú hỗn hợp hơi của mẫu và khụng khớ trờn bề mặt mẫu chớp lửa ngay lập tức lan truyền khắp mặt thoỏng khi cú ngọn lửa đi qua.
Thực nghiệm: Rửa sạch, sấy khụ cỏc bộ phận của cốc trước khi bắt đầu thử nghiệm để loại bỏ hết dung mụi dựng để rửa thiết bị được đảm bảo đỳng. Đổ mẫu cần kiểm tra vào cốc thử đến mức quy định. Đậy nắp và đặt cốc của bếp vào mỏy lắp nhiệt kế.
Chõm ngọn lửa thử và điều chỉnh nú sao cho dạng của ngọn lửa gần với hỡnh cầu cú đường kớnh là 4 mm. Sử dụng ngọn lửa bằng cỏch vặn bộ phận trờn nắp để điều khiển cửa sổ và que đốt sao cho ngọn lửa được quột qua hỗn hợp hơi trờn mặt cốc
trong 0,5 giõy, để ở vị trớ đú một giõy rồi nhanh chúng nhấc lờn vị trớ cao hơn đồng thời ngừng khuấy mẫu.
Chế độ cấp nhiệt và tốc độ gia nhiệt: Cấp nhiệt ngay từ đầu với tốc độ tăng nhiệt độ của mẫu từ 5ữ6 oC/ phỳt ở nhiệt độ thấp hơn điểm chớp lửa dự đoỏn là 15oCữ25oC, đồng thời bật mỏy khuấy tốc độ 90ữ120 vũng/phỳt, cỏnh khuấy hướng xuống phớa dưới. Tiến hành chõm lửa thử khi nhiệt độ thử cỏch điểm chớp lửa dự đoỏn từ 17ữ28oC. Nếu điểm chớp lửa của sản phẩm trờn 110oC thỡ cứ sau mỗi lần tăng 2oC chõm lửa một lần.
Quan sỏt và ghi lại ỏp suất mụi trường trong phũng thớ nghiệm tại thời điểm kiểm tra và hiệu chỉnh tại điểm chớp lửa.
Điểm chớp lửa được hiệu chỉnh:
FP=C+0,25(101,3-P1) với P1:kPa FP=C+0,033(760-P2) với P2:mmHg
2.3.3. Xỏc định tỷ trọng
Tỷ trọng là đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ , đặc chắc của nhiờn liệu . Tỷ trọng được xỏc định bằng phương phỏp phự kế.
Nguyờn tắc: Dựa trờn cơ sở của định luật Acsimet. Sự nổi lờn của phự kế trong lũng một chất lỏng phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng đú. Tỷ trọng được xỏc định theo mộp tiếp xỳc của bề mặt chất lỏng và thang chia độ trờn phự kế.
Thực nghiệm: Cho từ từ mẫu cần đo tỷ trọng vào phự kế khụ sạch. Chỳ ý sao cho phự kế khụng chạm vào thành của ống đong. Khi phự kế hoàn toàn ở trạng thỏi cõn bằng mà nhiệt độ của mẫu thớ nghiệm chỉ dao động 0,5 oC thỡ ta đọc kết quả theo mộp tiếp xỳc giữa mặt chất lỏng và thang chia độ của phự kế. Đọc nhiệt độ chớnh xỏc đến 0,5oC trước và sau khi đọc vạch chia trờn thang phự kế. Trung bỡnh cộng của hai giỏ trị trờn được coi là nhiệt độ của phộp đo. Kết quả đọc được trờn thang phự kế là tỷ trọng của chất lỏng.
2.3.4. Phương phỏp sắc kớ khớ
Phương phỏp này dựng để xỏc định thành phần cỏc metyleste cú trong sản phẩm. Nguyờn tắc: Khi dựng dũng khớ mang đưa một hỗn hợp cỏc chất đi qua một chất hấp phụ, do tỏc dụng của dũng khớ mang đú, cỏc chất trong hỗn hợp sẽ chuyển động với vận tốc khỏc nhau, tựy thuộc vào ỏi lực của chất hấp phụ với chất phõn tớch hay tựy thuộc vào ỏi lực của chất phõn tớch được đặc trưng bằng thụng số thời gian lưu. Trong cựng một chế độ sắc kớ thỡ cỏc chất khỏc nhau sẽ cú thời gian lưu khỏc nhau. Chất nào bị hấp phụ mạnh nghĩa là khả năng hấp phụ của chất hấp phụ với chất phõn tớch lớn thỡ thời gian lưu dài và ngược lại chất nào bị hấp phụ yếu thỡ sẽ cú thời gian lưu ngắn. Người ta cũng cú thể đưa chất chuẩn vào mẫu phõn tớch và ghi lại cỏc pic chuẩn để so sỏnh với cỏc chất trong mẫu phõn tớch.
Trong phõn tớch định tớnh, người ta tiến hành so sỏnh cỏc kết quả thu được với cỏc bảng số liệu trong sổ tay hặc so sỏnh với thời gian lưu của mẫu chuẩn được thực hiện trong cựng một điều kiện.
Trong phõn tớch định lượng, người ta tiến hành xỏc định lượng mỗi chất dựa vào việc đo cỏc tham số của cỏc pic sắc kớ như chiều cao pic, độ rộng pic, diện tớch pic của cỏc chất đú do cỏc thụng số này về nguyờn tắc tỷ lệ với nồng độ chỳng trong hỗn hợp.
Thực nghiệm: Sản phẩm phản ứng chạy trờn hệ xỳc tỏc nghiờn cứu được phõn tớch bằng mỏy sắc kớ khớ GCMS-QP2010 của hóng Shimazu, cột mao quản DB-5MS, chiều dài cột 30m, chiều dầy cột 0,25 μm, đường kớnh cột 0,25 mm, nhiệt độ cao nhất 325 oC
2.3.5. Phương phỏp phổ hấp thụ hồng ngoại
Phổ hấp thụ hồng ngoại là một phương phỏp xỏc định nhanh và khỏ chớnh xỏc cấu trỳc sản phẩm. Phương phỏp này dựa trờn nguyờn tắc khi chiếu một chựm tia đơn sắc cú bước súng nằm trong vựng hồng ngoại (400-4000 cm-1) qua chất cần phõn tớch thỡ một phần năng lượng của tia sỏng bị hấp thụ và giảm cường độ tia tới. Sự hấp thụ này tuõn theo định luật Lambert- Beer.
D = lg(I0/I) = K.C.d Trong đú:
- D: Mật độ quang
- I0,I: Cường độ ỏnh sỏng trước và sau khi ra khỏi chất phõn tớch - C: Nồng độ chất phõn tớch, mol/lượng
- d: Độ dày của mẫu, cm - k: Hệ số hấp thụ
Phõn tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện cỏc dao động (xờ dịch cỏc hạt nhõn nguyờn tử xung quanh vị trớ cõn bằng) làm giảm độ dài liờn kết và cỏc gúc húa trị thay đổi một cỏch tuần hoàn. Đường cong biểu thị sự phụ thuộc của độ truyền quang vào bước súng là phổ hồng ngoại của mẫu phõn tớch. Mỗi nhúm chức hoặc liờn kết cú một tần số đặc trưng bằng cỏc pic trờn phổ hồng ngoại. Như vậy căn cứ vào cỏc tần số đặc trưng này cú thể xỏc định được liờn kết giữa cỏc nguyờn tử hoặc nhúm nguyờn tử, từ đú xỏc định được cấu trỳc đặc trưng của chất cần phõn tớch.
Thực nghiệm: Phổ hấp thụ hồng ngoại của cỏc mẫu sản phẩm metyleste được ghi trờn mỏy của hóng PERKIN ELMER RXIFT-IR system với chế độ phõn giải 4, số lần quột 32
CHƯƠNG 3 :
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tổng hợp chất mang và xỳc tỏc.
3.1.1. Kết quả tổng hợp γ-Al2O3
Kết quả phổ nhiễu xạ tia X của Boemit tổng hợp từ phốn nhụm
Hỡnh 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của Boemit tổng hợp từ phốn nhụm
Từ phốn nhụm điều chế được nhụm hydroxit dạng Bemit trong điều kiện: - pH = 7ữ8
- Nhiệt độ phản ứng tạo Bemit: 70 ữ 80 oC
Qua hỡnh trờn ta cú thể thấysản phẩm thu được đem phõn tớch Rơnghen trờn mỏy đo X-Ray đó đưa ra kết quả hydroxit nhụm dạng Boehmite
Kết quả khảo sự biến đổi của hỗn hợp boemit - than C và axit citric theo nhiệt độ Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -75 -50 -25 0 25 50 75 dTG/% /min -400 -300 -200 -100 HeatFlow/àV -200 -100 0 100 Mass variation: -84.73 % Peak :199.98 °C Figure: 27/04/2009 Mass (mg): 56.1
Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air
Experiment:Mau6 du cac thanh phan
Procedure:30 ----> 800C (10C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Exo
Hỡnh 3.2. Giản đồ phõn tớch nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai của hỗn hợp boemit – than C và axit citric sấy ở 120oC
Qua giản đồ phõn tớch nhiệt vi sai của hỗn hợp Boehmite – than C và axit citric sấy ở 120oC ( hỡnh 1) cho thấy cú một peak tỏa nhiệt mạnh nhất tại 199.98oC. Peak tỏa nhiệt này xuất hiện là do quỏ trỡnh đốt chỏy than C, axit citric và dehydroxyl boehmite tạo thành γ-Al2O3
Tương ứng trờn giản đồ TG, ta thấy trong khoảng từ 80 – 199,98oC thỡ cú sự thay đổi khối lượng nhưng sự thay đổi này rất nhỏ và quỏ trỡnh này chớnh là sự mất nước vật lý. Tại nhiờt độ 199,980C bắt đầu cú sự giảm khối lượng rất lớn ( giảm 84,73% ) điều này cú thể giải thớch là do tại nhiệt độ này than C đó chỏy và tỏa nhiệt mạnh đồng thời nhiệt tỏa ra sẽ gúp phần làm tăng nhiệt thỳc đẩy quỏ trỡnh chỏy của axit citric và dehydroxyl boemit thành γ-Al2O3. Trong khoảng nhiệt độ từ 200oC đến 450oC tốc độ giảm khối lượng đỏng kể chứng tỏa trong khoảng nhiệt độ này boehmite đang dần chuyển hết thành γ-Al2O3. Và từ 450oC – 550oC thỡ tốc độ giảm khối lượng rất nhỏ, trong khoảng nhiệt độ này thỡ Boehmite đó chuyển hết thành γ-Al2O3.
Kết quả khảo sự biến đổi của hỗn hợp boemit - axit citric theo nhiệt độ 0 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C TG/% -56 -42 -28 -14 0 14 28 42 56 dTG/% /min -50 -40 -30 -20 -10 HeatFlow/àV -40 -30 -20 -10 0 10 20 Mass variation: -29.29 % Mass variation: -34.55 % Peak :240.41 °C Peak :306.70 °C Figure: 29/04/2009 Mass (mg): 58.75
Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air
Experiment:bemit 8
Procedure:30 ----> 800C (10C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Exo
Hỡnh 3.3. Giản đồ phõn tớch nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai của hỗn hợp boehmite – axit citric sấy ở 120oC
Qua giản đồ phõn tớch nhiệt vi sai của hỗn hợp boehmite – axit citric sấy ở 120oC (hỡnh trờn) cho thấy cú một peak tỏa nhiệt ở 240,1oC và một peak tỏa nhiệt ở 306,7oC. Peak tỏa nhiệt tai 240,1oC là do axit citric bắt đầu chỏy và bắt đầu quỏ trỡnh dehydroxyl boehmite tạo γ-Al2O3 đồng thời trờn giản đồ TG thỡ thấy cú sự giảm khối lượng là 29,29%. Peak tỏa nhiệt tại 306,70oC là do axit citric chỏy hết và quỏ trỡnh dehydroxyl boemit tao thành γ-Al2O3 diễn ra mạnh nhất, trờn giản đồ TG ta thấy ứng với điểm này là quỏ trỡnh giảm khối lượng mạnh nhất 34,55%. Từ 500oC – 650oC tốc độ giảm khối lượng xảy ra chậm.
Kết quả đo kớch thước than C
Hỡnh 3.4. Ảnh đo kớch thước than C
Qua hỡnh ảnh đo kớch thước than C sử dụng làm chất tạo cấu trỳc ta cú thể nhận thấy bản than kớch thước cỏc hạt than cũng khụng đồng đều, do đú khi nung than sẽ chỏy để lại cỏc lỗ trống cú đủ loại kớch cỡ khỏc nhau, tạo thành cỏc mao quản thứ cấp cho vật liệu γ-Al2O3.
Kết quả phõn tớch XRD
Kết quả XRD của γ-Al2O3 với hàm lượng 1% than C và 20% axit citric so với boemit với chế độ nung khụng cú dũng khớ thổi qua
Mau 6-gama-Al2O3
00-010-0425 (N) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 60.49 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.90000 - b 7.90000 - c 7.90000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m ( File: Phuong BK mau 6 gama-Al2O3.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.0
L in ( C p s ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 80 d = 1 .4 0 1 d = 1 .5 2 6 d = 1 .9 9 7
Hỡnh 3.5. Phổ XRD của γ-Al2O3với hàm lượng 1% than C và 20% axit citric so với boemit, chế độ nung khụng cú dũng khớ thổi qua.
Qua phõn tớch XRD của γ-Al2O3 với chế độ nung khụng cú dũng khớ thổi qua với gúc quột 2Ө thay đổi từ 20 ữ 80o ta thấy cú sự tạo thành γ-Al2O3 nhưng tốc độ tạo ra rất chậm và gần như khụng thể phõn biệt với cỏc chất vụ định hỡnh khỏc. Nguyờn nhõn là do than C đưa vào chưa chỏy hết ngăn cản quỏ trỡnh dehydroxyl boemit tạo γ-Al2O3.
Kết quả XRD của γ-Al2O3 với hàm lượng 1% than C và 20% axit citric so với boehmite với chế độ nung cú dũng khớ thổi qua
Mau 3 gama-Al2O3
00-001-1307 (D) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 50.81 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 -
00-010-0425 (N) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 40.88 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.90000 - b 7.90000 - c 7.90000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m ( File: Phuong BK mau 3 gama-Al2O3.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.0
Li n (C ps ) 0 100 200 300 400 500 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 80 d= 2. 34 5 d= 2. 28 3 d= 1. 98 1 d= 1. 60 3 d= 1. 39 8 d= 2. 45 2 d= 2. 37 9 d= 1. 52 6 d= 2. 72 3
Hỡnh 3.6. Phổ XRD của γ-Al2O3với hàm lượng 1% than C và 20% axit citric so với boemit, chế độ nung cú dũng khớ thổi qua
Qua phõn tớch XRD của γ-Al2O3 với chế độ nung cú dũng khớ thổi qua với gúc quột 2Ө thay đổi từ 20 ữ 80o ta thấy cú sự tạo thành γ-Al2O3 rất rừ rệt, đỉnh peak cao và nhọn, chõn peak rộng. Nguyờn nhõn là do khi cú dũng khớ thổi qua sẽ làm tăng quỏ trỡnh chỏy của than C và axit citric thỳc đẩy quỏ trỡnh dehyroxyl boehmite tạo γ-Al2O3
Vậy chế độ nung cú dũng khớ thổi qua mẫu boemit cú hàm lượng 1% than C và 20% axit citric là tốt nhất để thu được γ-Al2O3
Kết quả XRD của γ-Al2O3 với hàm lượng 1% than C so với boemit