c. Đetect bá nd n
4.2.3. Môt thí nghi m, thôn gs
4.2.3.1. Phân tích trên h ph k nhi u x tia X
Ph nhi u x cho m u chuẩn kích th c tinh th 3 µm vƠ các m u nghiên c u đ ợc ghi nh n trên h nhi u x XẲPert Pro MPD (Multi-Purpose Diffractometer) v i ch ng trình đi u khi n thu nh n tín hi u XẲPert Data Collector. Quá trình xử lý ph đ ợc ti n hƠnh trên phần m m XẲPert HighScore k t n i v i th vi n d li u nhi u x qu c t ICDD (The International Centre for Diffraction Data - M ).
- Ph ng án thí nghi m lƠ đo nhi u x tia X các m u trên h máy nhi u x XẲPert vƠ tìm ra m i t ng quan c a s thay đ i các thông tin (v trí đỉnh ph , đ m r ng c a FWHM; đ r ng tích phơn đ ng nhi u x ; c ng đ c c đ i nhi u x …) trên ph nhi u x tia X c a các m u.
- M u sau khi xử lý đ ợc đ a vƠo h máy XẲPert đo nhi u x . - Đi u chỉnh di n tích chùm tia:
Ch n Slit (1/2)0vƠ Mask 10 đ đi u chỉnh di n tích chùm tia.
Sau đó ta chi u thử lên đĩa huỳnh quang (Fluorescence Dish) sao cho di n tích chùm tia hoàn toƠn n m trong vùng đo c a b mặt đĩa huỳnh quang.
- Thi t l p cấu hình đo trên XẲPert Collection Data v i góc quét, b c quét, th i gian quét thích hợp sao cho đ thông tin th ng kê đ phơn tích cấu trúc. Các thông s c a cấu hình đo kh o sát c a các m u Fe-Mordenitenh sau:
63
Đi n th ngu n phát tia là 45kV; C ng đ dònglà 40 mA
B c quét (step size): 0.03 [02 ]
Góc quét: Từ 10 ÷ 50 [02 ] ng phát: Cu K-Alpha1[Å]: 1,54060 K-Alpha2[Å]: 1,54443 K-Beta[Å]: 1,39225 Nhi t đ đo [0C]: 25.00
- Sau khi đóng cửa, cửa s t đ ng khóa. H th ng lƠm vi c.
- K t qu đ ợc hi n th trên mƠn hình máy tính k t n i v i h máy. Thông tin d ng đ ng nhi u x (profile) vƠ s đỉnh (peak list). Ta xuất file sang phần m m XẲPert HighScorev i đuôi XRDML file.
4.2.3.2. Phân tích trên h ph k huỳnh quang tia X
Sau khi đo nhi u x thì các m u l i đ ợc sử dụng đ đo huỳnh quang tia X. Các m u đ ợc đ ng trong c c nh a có đáy lƠ mƠng Prolene dƠy 4 μm. Các m u đ ợc đo b ng ph ng pháp bán đ nh l ợng trong môi tr ng đo lƠ khí Heli, th i gian đo lƠ 7 phút. Máy th c hi n vi c đo đ c lƠ máy XRF S8-tiger c a hƣng Bruker ( Đ c ). ng phát tia X có bia lƠ Rh, phát ra tia K alpha có b c sóng lƠ 0.θ13 Å. Máy có 2 đầu dò lƠ đầu dò nhấp nháy vƠ ng đ m khí tỉ l dùng khí tr n P10 ( 10% CH4 vƠ 90% Ar) ho t đ ng cùng lúc đ ghi nh n đỉnh ph huỳnh quang. Máy ho t đ ng theo c ch b c sóng thay đ i v ih cách tử nhi u x b ng tinh th . Các tia huỳnh quang phát ra từ m u đ ợc ghi nh n d i nh ng góc khác nhau..
4. 3. K t qu vƠ th o lu n.
64 MOR M1 M2 M3 M4 S T T Nguyên tố Nồng độ Nguyên tố Nồng độ %trao đổi Nguyên tố Nồng độ %trao đổi Nguyên tố Nồng độ % trao đổi Nguyên tố Nồng độ % trao đổi 1 Si 30.80 Si 29.04 Si 30.74 Si 27.72 Si 26.3 2 Fe3+ 0 Fe3+ 6.22 Fe3+ 0.757 Fe3+ 1.94 Fe3+ 21.76 3 Al 4.86 Al 4.63 4.74 Al 4.14 14.81 Al 4.01 17.48 Al 4.24 12.76 4 Na 1.25 Na 0.942 24.64 Na 0 100 Na 0 100 Na 0 100 5 Ca 0.323 Ca 0.323 Ca 0.141 Ca 0.048 Ca 0.216 6 K 0.045 K 0.045 K 0.013 K 0.021 K 0 7 Ti 0.09 Ti 0.04 Ti 0.031 Ti 0.042 Ti 0.033 8 Zr 0.039 Zr 0.022 Zr 0.038 Zr 0.0444 Zr 0.011 9 Mn 0.019 Mn 0.016 Mn 0 Mn 0 Mn 0.046 10 Sr 0.009 Sr 0.009 Sr 0 Sr 0 Sr 0 11 Cu 0.007 Cu 0.007 Cu 0.004 Cu 0.009 Cu 0.01 12 Zn 0.008 Zn 0.007 Zn 0 Zn 0 Zn 0.008 13 As 0.006 As 0.005 As 0.009 As 0.011 As 0
B ng 4.1: K t qu phơn tích huỳnh quang tia X c a các m u thí nghi m: m u mordenite MOR vƠ mordenite đƣ trao đ i v i ion Fe 3+từ M1 đ n M4 B ng ph ng pháp phơn tích huỳnh quang tia X, các k t qu trong b ng 4.1 cho thấy các nguyên t chính chi m phần l n trong m ng tinh th Mordenite là Al, Na đ u b trao đ i vƠ nguyên t b thay th nhi u nhất trong hầu h t các m u đó lƠ Na. Đ i v i m u M1 quá trình trao đ i ion x y ra hoƠn toƠn v i l ợng Fe hi n di n trong M1 lƠ θ.22, tuy nhiên ta cũng có th nh n thấy r ng s trao đ i ion M1 không lƠm thay đ i nhi u cấu trúc trong Mordenite, đi u nƠy đ ợc th hi n qua k t qu phơn tích ph nhi u x tia X c a m u M1(hình 4.10) so v i m u Mordenite ban đầu M0 (hình 4.9). Ta thấy v trí các đỉnh đặc tr ng c a m u M0 vƠ M1 vƠ c ng đ c a các đỉnh đó gần nh t ng t nhau vƠ không thấy xuất hi n các đỉnh c a mu i sắt Fe(NO3)3 ch ng t quá trình trao đ i ion m u M1 lƠ x y ra hoƠn toƠn nh ng không lƠm thay đ i cấu trúc c a chúng.
65
Đ i v i m u M2,quá trình trao đ i ion x y ra t ng đ i t t. D a vƠo b ng 4.1 ta thấy các nguyên t trong m ng tinh th Mordenite là Al, Na đ u b trao đ i khá đáng k , quá trình trao đ i ion x y ra hoƠn toƠn v il ợng Fe hi n di n trong m u M2 lƠ 0.7η7%, Na b trao đ i hoƠn toƠn.
Đ i v i m u M3,quá trình trao đ i ion x y ra rất t t, các nguyên t trong Mordenite b thay th rất đáng k . D a vƠo b ng 4.1 ta thấy các nguyên t chính chi m phần l n trong m ng tinh th mordenite lƠ Al, Na b trao đ i đángk . NgoƠi ra, m t s nguy n t phụ trong mordenitee nh Ca, K, Mn, Zn….cũng b thay th hoƠn toƠn. Quá trình trao đ i ion trong m u M3 x y ra hoƠn toƠn v i l ợng Fe hi n di n trong m u M2 lƠ 1.94 .
T ng t m u M3, đ i v i m u M4,quá trình trao đ i ion x y ra rất t t, các nguyên t trong Mordenite cũng b thay th rất đáng k . D a vƠo b ng 4.1 ta thấy các nguyên t chính vƠ m t s nguy n t phụ trong Mordenite b trao đ i đáng k vƠ đặc bi t l ợng Fe trao đ i trong m u M4 lƠ 21.7θ. đơy có kh năng hình thành mu i sắt t n t i trong m u sau quá trình trao đ i ion d n đ n tăng cao hƠm l ợng sắt so v i các m u khác.
Qua k t qu c a b ng 4.1, ta cũng có th đ a ra m t s nh n xét nh sau:
- Quá trình trao đ i thay th nguyên t Na x y ra t t trong môi tr ng axít (c 3 m u có môi tr ng axít M2, M3, M4 đ u trao đ i hoƠn toƠn Na)
- Kh năng Fe thay th trong cấu trúc Mordenite x y ra thu n lợi h n trong m u M2 vƠ M4. NgoƠi ra, kh năng trao đ i ion còn phụ thu c vƠo m t s y u t khác nh pH, ph ng pháptrao đ i ion.
66
4.3.2. K t qu phân tích nhi u x tia X (XRD)
67
Hình 4.10. Ph nhi u x tia X c a m u M1 (mordenite trao đ i ion v i mu i Fe(NO3)3
Nh đƣ trình bƠy trên, ph nhi u x tia X c a m u M1 cho thấy quá trình trao đ i ion x y ra hoƠn toƠn và không thấy xuất hi n các đỉnh c a mu i sắt Fe(NO3)3 mƠ chỉ có các đỉnh đặc tr ng c a Mordenite (từ A1 đ n A13) t ng t nh các đỉnh c a m u Mordenite ban đầu MOR (từ Z1 đ n Z13). Ta cũng có th quan sát đ ợc r ng c ng đ các đỉnh mordenitee c a m u M1 gi m xu ng so v i m u MOR ban đầu đặc bi t lƠ các đỉnh đặc tr ng các góc 2Ɵ có giá tr 25.7o và 26.25o (hình 4.9 và hình 4.10). Hi n t ợng nƠy lƠ do s thay th c a ion Fe3+ và Mordenite lƠm gi m hƠm l ợng mordenite so v i m u ban đầu.
Hình 4.11. Ph nhi u x tia X c a m u M2
T ng t m u M1, ph nhi u x tia X c a m u M2 cho thấy quá trình trao đ i ion x y ra hoƠn toƠn vƠ không thấy xuất hi n các đỉnh c a mu i sắt mƠ chỉ có các đỉnh đặc tr ng c a Mordenite (từ B1 đ n B13) t ng t nh các đỉnh c a m u
68
Mordenite ban đầu MOR (từ Z1 đ n Z13). C ng đ các đỉnh mordenite c a m u M2 cũng gi m xu ng so v i m u MOR ban đầu nh ng gi m không nhi u nh m u M1 (hình 4.9 và hình 4.11). Hi n t ợng nƠy hoƠn toƠn phù hợp v i k t qu huỳnh quang tia X, hƠm l ợng Fe trong m u M1(θ.22) cao h n đáng k so v i trong m u M2 (0.7η7) d n đ n hƠm l ợng Mordenite c a m u M1 thấp h n m u M2 nên c ng đ các đỉnh trong M1 thấp h n trong M2.
Hình 4.12. Ph nhi u x tia X c a m u M3
T ng t m u nh 2 m u trên , hƠm l ợng Fe trong m u M3 lƠ 1.94%, ph nhi u x tia X c a m u M3 cũng cho thấy quá trình trao đ i ion x y ra hoƠn toƠn vì không thấy xuất hi n các đỉnh c a mu i sắt mƠ chỉ có các đỉnh đặc tr ng c a Mordenite (từ C1 đ n C13) t ng t nh các đỉnh c a m u Mordenite ban đầu MOR (từ Z1 đ n Z13). Từ các thông s trên ta hoƠn toƠn có th d đoán đ ợc c ng đ các đỉnh trong m u M3 s cao h n các đỉnh c a M2 vƠ thấp h n các đỉnh c a M1, đi u nƠy hoƠn toƠn phù hợp v i k t qu huỳnh quang tia X.
69
Hình 4.13. Ph nhi u x tia X c a m u M4
Đ i v i m u M4, ph nhi u x tia X t ng đ i ph c t p v i s xuất hi n c a rất nhi u đỉnh c a mu i oxalat
70
Đi u nƠy ch ng t s trao đ i ion trong m u M4 lƠ không hoƠn toƠn, ngoƠi sắt đ ợc thay th cho các nguyên t trong m ng tinh th Mordenite còn có s hi n di n c a mu i oxalate sắt. Đi u nƠy lƠm cho hƠm l ợng Fe trong m u M4 cao h n rất nhi u so v i các m u M1, M2, M3, l ợng Fe trong M4 lƠ 21.7θ vƠ cũng chính vì l ợng Fe trao đ i v i các ion trong Mordenite t ng đ i l n lƠm cho hƠm l ợng Mordenite gi m đáng k d n đ n c ng đ các đỉnh đặc tr ng c a Mordenite trong m u M4 gi m đáng k nh trên hình 4.13
Hình 4.15. . Toàn b ph nhi u x tia X c a các m u mordenite trong thí nghi m
K t qu ch ng ph nhi u x tia X c a các m u M1, M2, M3, M4 cho ta thấy rõ rƠng h n v các quá trình trao đ i ion c a các mu i sắt. Ta thấy các đỉnh c a các m u M1, M2, M3 gần nh lƠ t ng t nhau chỉ khác nhau v c ng đ c a các đỉnh. Đ i v i m u M4 có s xuất hi n c a các đỉnh l khác h n so v i các đỉnh c a các m u còn l i, đó lƠ các đỉnh đặc tr ng c a mu i sắt oxalate nh đƣ trình bƠy trên.
71
Hình 4.16. Ph phóng l n nhi u x tia X c a 2 đỉnh đặc tr ng c a mordenite các góc 25.7o và 26.25o
Hình 4.1θ kh ng đ nh thêm m t lần n a quá trình trao đ i ion c a 4 m u M1, M2, M3, M4 thông qua 2 đỉnh đặc tr ng nhất c a Mordenite các v trí góc 2Ɵ b ng 2η.7 vƠ 2θ.2η. Theo hình trên, hƠm l ợng trao đ i c a c a Fe v i mordenite đ ợc sắp x p nh sau M4>M1>M3>M2 thông qua c ng đ các đỉnh đặc tr ng c a mordenite. Đi u nƠy hoƠn toƠn phù hợp v i k t qu phơn tích huỳnh quang tia X
Từ k t qu phơn tích nhi u x tia X cho thấy quá trình trao đ i ion x y ra đ i v i c b n m u không lƠm thay đ i các đỉnh nhi u x chính c a v t li u mordenite. Tuy nhiên ph nhi u x xuất hi n các đỉnh ph m i liên quan đ n các t p chất không mong mu n còn sót l i sau quá trình trao đ i ion đi n hình nhất v vấn đ nƠy có th tìm thấy ph nhi u x c a m u M4. đơy ngoƠi quá trình trao đ i ion, ph n ng c a Fe(NO3)3 vƠ axít oxalic t o nên mu i sắt Oxalat v i s xuất hi n c a các đỉnh nhi u x F1, F2, F3, F4, Fη.
72
4.3.3. Th o lu n
Quá trình trao đ i ion Fe vƠo Mordenite b ng 4 axit khác nhau t o nên 4 s n phẩm v i hƠm l ợng trao đ i khác nhau. HƠm l ợng Fe trong m u có th do quá trình thay th g c Na và Al qua trao đ i ion hoặc do các ph n ng phụ không mong mu n t o nên các hợp chất có g c Fe, lƠm nh h ng tr c ti p đ n chất l ợng c a Mordenite. K t qu cho thấy m u M4 có hƠm l ợng Fe đ ợc trao đ i ion vƠo lƠ cao nhất lƠm cho các đỉnh nhi u x đặc tr ng cùa m u M4 b gi m c ng đ đáng k các góc 25.7o và 26.25o nh hình 4.16 vƠ có s xuất hi n các mũi đặc tr ng c a Fe
các góc 18.ηo (F1) và 42,7o(Fη) nh hình 4.15.
Kh năng trao đ i c a Fe3+ v i ion Na+ c a mordenite x y ra t t trong môi tr ng axit ( nh trong m u M2, M3, M4).
K t qu phơn tích huỳnh quang tia X hoƠn toƠn phù hợp v i k t qu phơn tích nhi u x tia X. Từ đó cho ta thấy s k t hợp 2 ph ng pháp ph k tia X lƠ nhi u x vƠ huỳnh quang tia X có th đ ợc sử dụng đ xác đ nh đ ợc hƠm l ợng các chất đ ợc trao đ i ion vƠo Mordenite, cùng v i s thay đ i cấu trúc tinh th c Mordenite d n đ n s thay đ i phẩm chất c a Mordenite cần nghiên c u.
73
Ch ng 5 K T LU N 5.1. Tóm t t vƠ đánh giá k t qu đ tƠi
Đ tƠi “Nghiên c u nh h ng c a s t( Fe) đ n tính chất c a Mordenite
bằng ph ng pháp nhi u x tia X” đ ợc th c hi n trong th i gian kho ng θ
tháng. Trong kho ng th i gian đó, b n thơn em đƣ tham kh o các tƠi li u, các công trình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c. Đ n nay em đƣ hoƠn thƠnh đ tƠi v i mục tiêu đ ra.
K t qu cu i cùng c a đ tƠi đƣ cho thấy s t ng hợp c a sắt( Fe) vƠ Mordenite đƣ lƠm thay đ i cấu trúc tinh th c a Mordenite, n u hƠm l ợng sắt(Fe) quá cao s d n đ n thay đ i hoƠn toƠn cấu trúc tinh th c a mordenite, lƠm nh h ng tr c ti p đ n chất l ợng c a Mordenite. Từ đó cho ta thấy s k t hợp 2 ph ng pháp ph k tia X lƠ nhi u x vƠ huỳnh quang tia X có th đ ợc sử dụng đ xác đ nh đ ợc hƠm l ợng các chất đ ợc trao đ i ion vƠo mordenite, Cùng v i s thay đ i cấu trúc tinh th c Mordenite d n đ n s thay đ i phẩm chất c a Mordenite cần nghiên c u.
5.2. Đ ngh h ng phát tri n đ tƠi
V i k t qu th c nghi m mƠ đ tƠi đ t đ ợc có th xem nh m t h ng nghiên c u m i trong vi c ng dụng nhi u x tia X trong lĩnh v c nano.
H ng phát tri n c a đ tƠi:
Nghiên c u kh năng b n nhi t vƠ axit c a Mordenite trong môi tr ng axit
Nghiên c u t ng hợp ra các lo i Mordenite có cấu trúc tinh th nh con ng i mong mu n.
74
Cần trang b phòng thí nghi m v nhi u x đ vi c ti n hƠnh th c nghi m đ ợc thu n ti n h n đ ng th i cũng t o c s v t chất, k thu t đ phục vụ cho công tác nghiên c u chuyên môn vƠ gi ng d y trong nhƠ tr ng sau nƠy đ ợc t t h n.
75
TÀI LI U THAM KH O TI NG VI T
1. PGS.TS Nguy n Phi Hùng, Vật liệu mao quản và ng dụng, BƠi gi ng dùng cho h c viên cao h c chuyên ngƠnh Hóa lý thuy t vƠ Hóa lý ậĐ i h c Quy Nh n, 2013. Vũ Đình C , Vật lý chất rắn, NXB Khoa h c vƠ k thu t, HƠ N i, 1997.
2. Phan Tr ng Phúc, Đánh giá ng suất tồn dư trong kim loại đồng bằng phân tích đỉnh nhiễu xạ tia X, Đ i h c Khoa h c T Nhiên TP.HCM, 2010.