đồ án tốt nghiệp đánh giá chế tạo vật liệu nano xúc tác Quang HÓA ZnoCeo2 AgZnoCeo2đồ án tốt nghiệp đánh giá chế tạo vật liệu nano xúc tác Quang HÓA ZnoCeo2 AgZnoCeo2đồ án tốt nghiệp đánh giá chế tạo vật liệu nano xúc tác Quang HÓA ZnoCeo2 AgZnoCeo2
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC QUANG HÓA
Năm 1930, khái niệm quang xúc tác ra đời Trong hoá học nó dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của ánh sáng và chất xúc tác, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi electron giữa các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa và áp dụng vào xử lý môi trường đã và đang thu hút được sự quan tâm nhiều hơn so với các phương pháp thông thường khác Trong phương pháp này bản thân chất xúc tác không bị biến đổi trong suốt quá trình và không cần cung cấp năng lượng khác cho hệ phản ứng Ngoài ra, phương pháp này còn có các ưu điểm như: có thể thực hiện được ở nhiệt độ và áp suất bình thường, có thể sử dụng ánh sáng nhân tạo hoặc bức xạ tự nhiên của mặt trời, chất xúc tác rẻ tiền và không độc.
Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể:
Quá trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống như các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể được chia thành 6 giai đoạn như sau:
(1)- Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác.
(2)- Các chất tham gia phản ứng được hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác. (3)- Vật liệu quang xúc tác hấp thụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích với sự chuyển mức năng lượng của electron.
(4)- Phản ứng quang hóa, được chia làm 2 giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.
(6)- Khuếch tán sản phẩm vào pha khí hoặc pha lỏng.
Tại giai đoạn 3, phản ứng xúc tác quang hóa khác phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hóa xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác được hoạt hóa bởi năng lượng nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hóa, xúc tác được hoạt hóa bởi sự hấp thụ quang năng ánh sáng. Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang:
- Có hoạt tính quang hóa.
- Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy.
Quá trình đầu tiên của quá trình xúc tác quang dị thể phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ bằng chất bán dẫn (Semiconductor) là sự sinh ra của cặp điện tử - lỗ trống trong chất bán dẫn Có rất nhiều chất bán dẫn khác nhau được sử dụng làm chất xúc tác quang như: TiO2, ZnO, ZnS, CdS, Khi được chiếu sáng có năng lượng photon (hv) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg (hv≥Eg), thì sẽ tạo ra các cặp electron (e - ) và lỗ trống (h + ) Các electron được chuyển lên vùng dẫn (quang electron), còn các lỗ trống ở lại vùng hóa trị Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm 2 loại:
- Các phân tử có khả năng nhận electron (acceptor).
- Các phân tử có khả năng cho electron (donor).
Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ bị hấp phụ trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC) Khi đó, các electron ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng nhận electron (A) và quá trình khử xảy ra, còn các lỗ trống sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho electron (D) để thực hiện phản ứng oxi hóa: hv+ (SC) → e - + h +
D (ads) + h + → D + (ads)Các ion A - (ads) và D + (ads) sau khi được hình thành sẽ phản ứng với nhau qua một chuỗi các phản ứng trung gian và sau đó cho ra các sản phẩm cuối cùng Như vậy quá trình hấp thụ photon của chất xúc tác là giai đoạn khởi đầu cho toàn bộ chuỗi phản ứng Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suất lượng tử có thể bị giảm bởi sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống. e - + h + → (SC) + E Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hòa và E là năng lượng được giải phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ (hv ’ ≤ hv) hoặc nhiệt.
Hình 1.1 Cơ chế quang xúc tác của chất bán dẫn
VẬT LIỆU XÚC TÁC Ag/CeO 2 -ZnO
ZnO là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O) ZnO có ba dạng cấu trúc gồm: hexagonal wurtzite, zincblende, rocksalt
Trong đó: haxagonal wurtzite có tính chất nhiệt động lực ổn định nhất trong điều kiện nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh, zinc blende chỉ kết tinh được trên đế có cấu trúc lập phương và dạng rocksalt chỉ tồn tại ở áp suất cao. Ở điều kiện thường cấu trúc của ZnO tồn tại ở dạng Wurtzite gồm 2 mạng lục giác xếp chặt (chiếm 74,05% không gian, và 25,95% khoảng trống) một mạng của cation Zn 2+ và một mạng của anion O 2- lồng vào nhau một khoảng cách 3/8 chiều cao (hình 2.3) Mỗi ô cơ sở sẽ có 2 phân tử ZnO trong đó có 2 nguyên tử Zn nằm ở vị trí (0,0,0); (1/3,1/3,1/3) và 2 nguyên tử O nằm ở vị trí (0,0, 𝑢); (1/3,1/3,1/3+𝑢) với 𝑢~3/8 Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử O nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện gần đều Khoảng cách từ Zn cho đến 1 trong số 4 nguyên tử bằng uc, còn 3 khoảng cách khác bằng ¿ ¿ Hằng số mạng trong cấu trúc dao động khoảng a=0.32495 – 0.32860 nm và c=0.52069 – 0.5214 nm.
ZnO là chất bán dẫn thuộc loại BIIAVI, có vùng cấm rộng ở nhiệt độ phòng (3.27 eV), chuyển dời điện tử thẳng, exiton tự do lớn (cỡ 60 meV) So với các chất bán dẫn khác, ZnO có được tổ hợp của nhiều tính chất quý báu, bao gồm tính chất điện, tính chất quang, bền vững với môi trường hidro, tương thích với các ứng dụng trong môi trường chân không, ngoài ra ZnO còn
Hình 1.2 Cấu trúc ZnO. là chất dẫn nhiệt tốt, tính chất nhiệt ổn định Do có nhiều tính chất ưu việt như vậy nên vật liệu ZnO có nhiều ứng dụng trong khoa học công nghệ và đời sống, từ cao su đến gốm sứ, từ dược phẩm đến nông nghiệp, và từ sơn đến hóa chất, đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác phân hủy các chất hữu cơ độc hại Trong công nghiệp sản xuất cao su Khoảng một nửa lượng ZnO trên thế giới được dùng để làm chất hoạt hóa trong quá trình lưu hóa cao su tự nhiên và nhân tạo Kẽm oxit làm tăng độ đàn hồi và sức chịu nhiệt của cao su. Lượng kẽm trong cao su từ 2 – 5%
Trong hội họa, mặc dù ZnO có một màu trắng đẹp nhưng nó không còn giữ vai trò chủ đạo nữa Người ta dùng nó để làm chất bảo quản giấy, gỗ. Trong công nghiệp chế biến dược phẩm và mỹ phẩm: do ZnO hấp thụ tia cực tím và có tính kháng khuẩn nên nó là một trong những nguyên liệu để làm kem chống nắng, làm chất chống khuẩn trong các thuốc dạng mỡ Người ta dùng ZnO phản ứng với eugenol để làm chất giả xương răng
Trong lĩnh vực sản xuất thủy tinh, men, đồ gốm: kẽm oxit có khả năng làm giảm sự giãn nở vì nhiệt, hạ nhiệt độ nóng chảy, tăng độ bền hóa học cho sản phẩm Nó được dùng để tạo độ bóng hoặc độ mờ
Ngoài ra, kẽm oxit là nguyên liệu để sản xuất các chất các muối stearat, photphat, cromat, bromat, dithiophotphat Nó là nguồn cung cấp kẽm trong thức ăn động vật và công nghiệp xi mạ Người ta còn dùng nó để xử lý sự cố rò rỉ khí sunfuro Kẽm oxit, kết hợp với các oxit khác, là chất xúc tác trong các phản ứng hữu cơ.
Mặt khác bán dẫn ZnO còn là môi trường tốt để pha thêm các ion quang tích cực Vì thế pha thêm các ion kim loại chuyển tiếp vào bán dẫn ZnO tạo thành bán dẫn từ pha loãng(DMSs) có khả năng mang đầy đủ các tính chất:điện, quang, được ứng dụng sản xuất các thiết bị điện tử, linh kiện điện tử nền spin, xúc tác quang.
Xúc tác có vai trò quan trọng trong các quá trình công nghệ hoá dầu, công nghệ tái tạo, chế biến thực phẩm và xử lý môi trường [ [5], [6]] Để tăng tốc độ của các quá trình hoá học này, bức xạ UV có thể được sử dụng chiếu xạ trên một chất xúc tác quang bán dẫn đặc biệt trong điều kiện nhất định. Quá trình tổng thể của xúc tác quang không đồng nhất ZnO có thể mô tả bởi Hình 1.3.
Quá trình xúc tác quang hóa trong ZnO xảy ra với sự hấp thụ bức xạ ánh sáng với năng lượng (hν) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO (hν) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO ≥ Eg) Sự hấp thu photon dẫn đến việc kích thích và di chuyển của các electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn (e - - các electron quang sinh), đồng thời tạo ra các lỗ trống (h + ) ở vùng hóa trị: hν) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO + ZnO → ZnO (e - + h + ) Tiếp theo, các e - và h + di chuyển tới bề mặt của ZnO Quá trình tái tổ hợp các e - và h + có thể xảy ra, làm giảm năng suất lượng tử cho quá trình xúc tác quang: e - + h + → hν) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của ZnO + ZnO Tốc độ tái tổ hợp của e - và h + phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến bản chất, cấu trúc nano của ZnO Các điện tử và lỗ trống phản ứng mạnh với các phõn tử oxi và nước ở bề mặt chất xỳc tỏc ZnO tạo ra cỏc gốc tự do ãO 2- và HOã.
Hình 1.3 Mô tả cơ chế xúc tác quang hóa của ZnO.
O2 + e - → ãO 2 – Trong ZnO, thế mức thấp nhất của vùng dẫn (-0,5 V) âm hơn so với thế của O2/ ãO 2- (-0,33 V), do đú, cỏc gốc anion superoxit ãO 2- cú thể được tạo ra bởi các electron quang sinh khi tác dụng với oxi trên bề mặt ZnO Ngược lại, thế mức cao nhất của vựng húa trị (+2,7V) dương hơn so với thế của HOã/
H2O (+2,53V), do đó các phân tử nước có thể bị oxy hóa bởi các lỗ trống quang sinh để hỡnh thành cỏc gốc tự do hydroxyl HOã [7]
Cả lỗ trống, gốc hydroxyl (OHã) và ion siờu oxi ãO 2 - là những chất oxy hóa rất mạnh, chúng có thể oxy hóa hầu hết các chất hữu cơ và khoáng hóa chúng thành các chất vô cơ ít độc hại:
R + HOã → Rã + H2O Rã + O2 → H2O + CO2 + sa khoỏng Trong trường hợp môi trường có axit hữu cơ cacboxylic, các lỗ trống phản ứng trực tiếp với axit sinh ra CO2 theo phản ứng quang Kolbe:
R+ HOã + O2 → CO2 + khoỏng vụ cơ (phõn hủy) Trong trường hợp phẩm nhuộm chứa nitơ, azo, phản ứng oxy hóa quang phân hủy xảy ra theo cơ chế:
Rã + HOã → phõn hủy Khi phẩm nhuộm có chứa lưu huỳnh dạng –SH, -SO3H, cơ chế phân hủy như sau:
SO3 - + HO - → SO4 2- + H + R-OH + HOã + O2 → CO2 + sa khoỏng
- Vật liệu ZnO pha tạp
ZnO pha tạp loại n do sự sai lệch cấu hình và sự có mặt các khuyết tật bên trong của nó như các lỗ trống oxi (Vo), lỗ trống kẽm (VZn) và các lỗ hổng khuyết tật kẽm (Zni) Sự pha tạp vào ZnO là một cách nhằm điều khiển cấu trúc, tính chất quang, tính chất điện và tính chất từ của ZnO do có sự thay đổi giá trị năng lượng vùng cấm, độ truyền qua, từ tính ở nhiệt độ phòng và tính chất quang từ của vật liệu [8, 9].
Bán dẫn ZnO pha tạp loại n được tạo ra bởi sự thay thế các nguyên tử có một hoặc một số electron ở lớp vỏ ngoài cùng với nguyên tố được thay thế (Zn hoặc O) trong ZnO Thông thường, các nguyên tố nhóm III thay thế vị trí
Zn và những nguyên tố nhóm VII thay thế vị trí O Bán dẫn ZnO pha tạp loại p được tạo ra bởi sự thay thế các nguyên tố nhóm I vào vị trí Zn và các nguyên tố nhóm V vào các vị trí O Như vậy, bán dẫn ZnO pha tạp loại n dễ dàng tạo ra hơn so với bán dẫn pha tạp ZnO loại p vì năng lượng hình thành và năng lượng ion hóa của bán dẫn ZnO pha tạp loại p cao hơn nhiều so với bán dẫn ZnO pha tạp loại n [10-12].
THỰC NGHIỆM
HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
- Zn(NO3)2.6H2O tinh thể (PA, Trung Quốc)
- Ce(NO3)3.6H2O tinh thể (PA, Trung Quốc)
- Ure (NH2)2CO tinh thể (Trung Quốc)
- AgNO3 tinh thể (Trung Quốc)
2.1.2 Dụng cụ và thiết bị
- Bình thủy nhiệt Auto Clave
- Máy lọc hút chân không.
TỔNG HỢP VẬT LIỆU ZnO, CeO 2 -ZnO và Ag/CeO 2 -ZnO
2.2.1 Tổng hợp ZnO và CeO 2 -ZnO
Hòa tan hỗn hợp gồm 8,92 gam Zn(NO3)3.6H2O và một lượng Ce(NO3)3.6H2O lần lượt là 0 gam; 0,13 gam; 0,39 gam; 0,65 gam và 0,91 gam tương ứng với tỉ lệ mol nCe 4+ /Zn 2+ trong mẫu lần lượt là 0%, 1%, 3%, 5% và 7% bằng 100 ml nước cất, thêm vào dung dịch 2,5 gam ure (NH2)2CO Dung
Ce(NO3)3.6H2O Với nCe4+/Zn2+ lần lượt là 0%, 1%, 3%, 5%,
Ure2,5 gam dịch được khấy liên tục trên bếp từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ thích hợp trong 30 phút Sau đó hỗn hợp được cho vào bình phản ứng (auto clave) và ổn định nhiệt 90 o C (trong tủ sấy) trong 24 giờ Để nguội bình phản ứng đến nhiệt độ phòng, lọc và rửa nhiều lần bằng nước cất, sấy khô sản phẩm ở 90 O C trong
24 giờ thu được vật liệu dạng bột, sau đó nung trong lò nung đến nhiệt 400 O C trong vòng 3 giờ với tốc độ gia nhiệt 2 O C/phút Sản phẩm xúc tác ZnO, CeO2- ZnO thu được dạng bột mịn.
Ce(NO3)3.6H2O Với nCe4+/Zn2+ lần lượt là 0%, 1%, 3%, 5%, 7%
Lọc, rửa nhiều lần bằng nước cất
Thủy nhiệt, to= 90OC, 24 giờ
Sảm phẩm ZnO, CeO2ZnO
Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano ZnO và CeO 2 - ZnO
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano Ag/CeO 2 -ZnO
2.2.2 Tổng hợp vật liệu Ag/CeO 2 - ZnO
Lấy 1 g mẫu CeO2-ZnO với tỉ lệ mol nCe 4+ /Zn 2+ là 3%, 0,1g NaBH4 và
50 ml nước cất cho vào cốc 100 ml Thêm vào cốc một lượng AgNO3 lần lượt là 0,02 gam; 0,06 gam; 0,09 gam; 0,13 gam tương ứng với tỉ lệ mol nAg/Zn 2+ trong 4 mẫu lần lượt là 1%; 3%; 5%; 7% Hỗn hợp được rung siêu âm trong 1 giờ ở 60 O C, sau đó được rửa nhiều lần bằng nước cất, bột thu được đem đi sấy khô ở 60 O C trong 24h Sản phẩm cuối cùng là bột Ag/CeO2-ZnO có màu xám.
AgNO3 Với nAg/Zn2+ lần lượt là:0%,1%; 3%; 5%; 7%
Lọc, rửa nhiều lần bằng nước cất
Sản phẩm Ag/CeO2-ZnO
ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU
2.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen Đầu tiên tiến hành đo phổ UV-Vis của dung dịch xanh methylene để xác định peak có mật độ quang lớn Sau đó chọn peak này để xây dựng đường chuẩn và định lượng Peak được chọn ở đây có bước sóng 665 nm Đường chuẩn và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ xanh methylen được trình bày ở Bảng 2.1 và Hình 2.3
Bảng 2.1 Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ xanh methylene ở bước sóng 665 nm.
Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylene ở λf5 nm
2.3.2 Phương pháp đánh giá phân hủy MB trên xúc tác quang
- Chuẩn bị các cốc dung tích 250 ml, mỗi cốc chứa 100 ml dung dịch xanh methylene có nồng độ 10 ppm.
-Cân chính xác 0,1 gam mỗi loại xúc tác nano ZnO tinh khiết, CeO2ZnO, Ag/CeO2-ZnO đem phân tán đều vào mỗi cốc trên.
- Khuấy trong bóng tối 30 phút để đạt sự cân bằng hấp thụ và sự phân
- Các dung dịch huyền phù này được chiếu sáng trực tiếp bằng đèn compact 40W trong điều kiện khuấy liên tục trong suốt quá trình phản ứng và bóng đèn được để cách dung dịch phản ứng khoảng 20 cm, với thời gian thực hiện phản ứng quang hóa là 150 phút.
- Sau thời gian phân hủy, các dung dịch được li tâm tách loại bột xúc tác, tiến hành đo mật độ quang trên máy đo quang ở bước sóng 665 nm và dựa vào đường chuẩn để suy ra nồng độ xanh methylene trong dung dịch.
- Thực nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác CeO2- ZnO được tiến hành với các mẫu với tỉ lệ số mol nCe 4+ /Zn 2+ trong mẫu lần lượt là 0%, 1%, 3%, 5% và 7%.
- Thực nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác Ag/CeO2- ZnO (nCe 4+ /Zn 2+ =3%) được tiến hành với các mẫu với tỉ lệ số mol nAg/Zn 2+ trong mẫu lần lượt là 0%, 1%, 3%, 5% và 7%.
- Hiệu suất quá trình quang xúc tác được tính theo công thức:
H (%): hiệu suất của quá trình quang xúc tác
Co và C là nồng độ xanh methylene trong dung dịch trước và sau khi tiến hành phân hủy quang xúc tác.
Hình 2.4 Bộ dụng cụ tiến hành phản ứng quang hóa xanh methylene.
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
2.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TG).
Mọi quá trình biến đổi hóa học hay hóa lý xảy ra luôn kèm theo hiệu ứng nhiệt (H) Bằng một cặp pin nhiệt điện vi phân và điện kế thế, người ta đo được sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai loại vật liệu được đốt nóng trong điều kiện như nhau Một trong hai loại vật liệu đó trơ về nhiệt (vật liệu thường dùng là - Al2O3) và vật liệu kia là mẫu thí nghiệm cần xác định Thông thường người ta biểu diễn kết quả bằng cách ghi hiệu ứng nhiệt trên trục tung, trục hoành là nhiệt độ nung Dựa vào đường cong nhiệt vi sai cùng với đường TGA, người ta có thể dự đoán được các phản ứng xảy ra trong pha rắn ở các nhiệt độ nung khác nhau cũng như quá trình chuyển pha
Trong khóa luận này, phân tích nhiệt các vật liệu tổng hợp được ghi trên
Hệ phân tích nhiệt TGA- DSC Linesis STA PT1600 (Đức) tại Phòng thí nghiệm phân tích và ứng dụng- Khoa Công nghệ Hóa- Trường đại học Công nghiệp Hà Nội
2.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Nhiễu xạ tia X dựa trên hiệu ứng tương tác từ tán xạ bởi các vị trí khác nhau của các nguyên tử trong vật liệu Phương pháp nhiễu xạ tia X là một kỹ thuật quan trọng cho sự nghiên cứu cấu trúc, xác định pha, nhận dạng thành phần và đo lường kích thước trung bình của nhiều loại vật liệu khác nhau. Trên cơ sở lý thuyết đối xứng của cấu trúc tinh thể người ta đã tìm ta các biểu thức liên hệ giữa các tham số tế bào mạng và chỉ số Miller Đối với tế bào tinh thể thuộc hệ lục phương (hexagonal) biểu thức này được trình bày ở phương trình sau:
Sự mở rộng đỉnh của đỉnh thí nghiệm nhiễu xạ có thể cho chúng ta các thông tin về kích thước tinh thể trung bình thông qua công thức Scherrer [104]:
- D: Kích thước tinh thể trung bình
- ∆(2θ) = FWHM: độ bán rộng của vạch nhiễu xạ.
Trong khóa luận này, sự hình thành và biến đổi pha tinh thể của vật liệu tổng hợp được xác định bằng nhiễu xạ Rơnghen trên thiết bị D8 Advance của hãng Bruker (Đức), với bước sóng λ= 0,15406 nm, tại Khoa Hóa- Đại học KHTN- ĐHQG Hà Nội
2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét SEM là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu vật Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.
Trong khóa luận này, hình thái học bề mặt vật liệu được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét SEM trên thiết bị SU3800 hãng Hitachi (Nhật Bản) tại Bộ môn Vật Liệu- Khoa Cơ khí- trường đại học Công nghiệp Hà Nội, thiết bị S-4800 hãng Hitachi tại Viện Vật Lí, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.4.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX).
Phổ tán sắc năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử).
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.
Trong khóa luận này, phân tích định lượng thành phần các nguyên tố có trong mẫu được ghi nhận trên thiết bị đầu dò phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) của hãng Oxford tại Bộ môn Vật Liệu- Khoa Cơ khí- trường đại học Công nghiệp Hà Nội.
2.4.5 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp nitơ (BET)
Phương pháp BET thường được ứng dụng để xác định diện tích bề mặt của chất xúc tác rắn và so sánh các mẫu chất xúc tác trước và sau phản ứng. Để xác định bề mặt riêng của các chất rắn, người ta sử dụng phương trình BET, nghĩa là xác định lượng chất bị hấp phụ ở các giá trị áp suất tương đối P/Po thay đổi
Diện tích bề mặt riêng SBET (m 2 g -1 ) được tính theo phương trình sau:
Trong trường hợp chất bị hấp phụ là N2 ở 77K = -196 o C: ωo = 0,162.10 -20 m 2 , N = 6,023.10 23 → SBET = 4,35.Vm
Trong đó: Vm là thể tích hấp phụ cực đại của một lớp (cm 3 /g) ở áp suất cân bằng P và được tính toán dựa trên phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET bằng phương pháp đồ thị (hình 2.1)
Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(P o -P) vào P/P o
Từ đồ thị Hình 2.5, Vm được tính như sau:
Trong đó: C là hằng số phụ thuộc vào nhiệt hấp phụ, Po là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ, V là thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn.
Trong báo cáo này, phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ được thực hiện trên máy Tristar II Plus hãng Micromeritics tại Viện Hóa hoc,Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.