Nghiên cứu ảnh hưởng tham số đến tinh thể Zeolite bằng XRD

Phân tích ảnh hưởng của các tham số tổng hợp đến cấu trúc tinh thể Zeolite, được xác định và đánh giá bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).

• Tác giả: Nguyễn Thị Linh Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quốc Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Xác Định Các Tham Số Ảnh Hưởng Đến Sự Hình Thành Tinh Thể Và Kích Thước Của Zeolite Bằng Phương Pháp Nhiễu Xạ Tia X
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lý lịch khoa học
• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh sách các chữ viết tắt
• Danh mục các ký hiệu
• Danh sách các hình
• Danh sách các bảng
• 1. Chƣơng 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.4. Thực tiễn của đề tài
• 1.5. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 1.6. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
• 1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.8. Giới hạn của đề tài
• 1.9. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 1.10. Kế hoạch thực hiện
• 2. Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Tổng quan về Zeolite
• 2.2. Cấu trúc tinh thể của Zeolite
• 2.3. Phân loại Zeolite
• 2.4. Các tính chất cơ bản của Zeolite
• 2.5. Tình hình nghiên cứu về Zeolite trong và ngoài nƣớc
• 2.6. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Zeolite trên thế giới
• 2.7. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Zeolite ở Việt Nam
• 2.8. Tổng quan về tia X và nhiễu xạ tia X
• 2.9. Khái quát về Tia X
• 2.10. Tính chất tia X:
• 2.11. Nguồn phát tia X
• 2.12. Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X
• 2.13. Định luật Bragg
• 2.14. Nhiễu xạ tia X
• 2.15. Khái niệm đƣờng nhiễu xạ
• 2.16. Chuẩn hóa đƣờng nhiễu xạ
• 2.17. Các phƣơng pháp ghi phổ nhiễu xạ tia X
• 2.18. Ghi phổ nhiễu xạ bằng phim ảnh
• 2.19. Ghi phổ nhiễu xạ bằng ống đếm tia X
• 2.20. Phép phân tích phổ nhiễu xạ tia X
• 2.21. Xác định chỉ số cho giản đồ nhiễu xạ
• 2.22. Nhận biết mạng Bravais
• 2.23. Thông số mạng a0
• 2.24. Sự mở rộng đƣờng nhiễu xạ
• 2.25. Khái niệm độ rộng vật lý đƣờng nhiễu xạ
• 2.26. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự mở rộng đƣờng nhiễu xạ
• 2.27. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
• 2.28. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
• 2.29. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
• 3. Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Cấu trúc mạng tinh thể
• 3.2. Khái niệm mạng tinh thể:
• 3.3. Mạng tinh thể.Ô cơ sở, chỉ số phƣơng, chỉ số Miller của mặt tinh thể
• 3.4. Cơ sở lý thuyết xác định kích thƣớc tinh thể:
• 3.5. Kích thƣớc hạt tinh thể
• 3.6. Hàm toán học trong chƣơng trình Xpert Highscore
• 3.7. Cơ chế kết tinh Zeolite
• 4. Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Phƣơng pháp chế tạo mẫu Zeolite
• 4.2. Xử lý, chuẩn bị mẫu
• 4.3. Mô tả thiết bị thực nghiệm, thực nghiệm và thông số
• 4.4. Thiết bị nhiễu xạ tia X X‟pert Pro
• 4.5. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 4.6. Mô tả thí nghiệm, thông số
• 4.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm
• 5. Chƣơng 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng và tỉ lệ Si/Al tới quá trình kết tinh
• 5.2. Xác định kích thƣớc tinh thể Zeolite bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X:
• 5.3. Kết quả thực nghiệm
• 5.4. Thảo luận kết quả
• Đề xuất hƣớng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phương Pháp Xác Định Tinh Thể Zeolite XRD

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) là một kỹ thuật mạnh mẽ để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu tinh thể, đặc biệt là zeolite. Zeolite, với cấu trúc vi mao quản đặc trưng, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác, hấp phụ, và trao đổi ion. XRD cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể, kích thước tinh thể, độ kết tinh, và các pha tạp trong mẫu. Luận văn của Nguyễn Thị Linh Phượng (2013) tập trung vào việc xác định các tham số ảnh hưởng đến sự hình thành tinh thể và kích thước của zeolite bằng phương pháp này. XRD cho phép phân tích định tính và định lượng, giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về quá trình tổng hợp và phát triển zeolite. Kỹ thuật này dựa trên hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi tia X tương tác với mạng tinh thể, tạo ra các vân nhiễu xạ đặc trưng cho từng cấu trúc. Phân tích các vân nhiễu xạ này cho phép xác định các thông số quan trọng của tinh thể. Theo luận văn, các thí nghiệm XRD được tiến hành trên thiết bị X’pert Pro-Panalytical sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ mẫu bột. Phương pháp phân tích biên dạng đỉnh phổ đã được sử dụng để xác định cường độ và bề rộng đỉnh nhiễu xạ của mẫu sau khi tổng hợp. Việc xác định chính xác các tham số này là then chốt để kiểm soát chất lượng và hiệu suất của vật liệu zeolite trong các ứng dụng khác nhau. Kết quả thu được từ XRD được so sánh với kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp.

1.1. Ứng Dụng Của Phương Pháp XRD Trong Nghiên Cứu Zeolite

Phương pháp XRD không chỉ giới hạn trong việc xác định kích thước tinh thể. Nó còn được sử dụng để xác định cấu trúc mạng tinh thể, xác định các pha tinh thể khác nhau có trong mẫu, và theo dõi sự thay đổi cấu trúc trong quá trình xử lý nhiệt hoặc hóa học. Ví dụ, XRD có thể được sử dụng để xác định sự hình thành các pha zeolite khác nhau trong quá trình tổng hợp, hoặc để theo dõi sự thay đổi kích thước tinh thể khi zeolite được nung ở nhiệt độ cao. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp để đạt được zeolite với các tính chất mong muốn. XRD còn được sử dụng để xác định độ kết tinh của zeolite. Một mẫu zeolite có độ kết tinh cao thường có các đỉnh nhiễu xạ sắc nét và cường độ cao, trong khi mẫu có độ kết tinh thấp có các đỉnh nhiễu xạ rộng và cường độ thấp. Độ kết tinh có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của zeolite, như khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác. Thông tin này rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng của zeolite và điều chỉnh các quy trình sản xuất. Vì vậy, XRD là một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển vật liệu zeolite.

1.2. Ưu Điểm Và Hạn Chế Của Kỹ Thuật XRD Cho Zeolite

Mặc dù XRD là một công cụ mạnh mẽ, nó cũng có những hạn chế nhất định. Một trong những hạn chế chính là sự phức tạp trong việc phân tích dữ liệu, đặc biệt là khi mẫu chứa nhiều pha tinh thể khác nhau. Việc chồng chéo các đỉnh nhiễu xạ có thể gây khó khăn trong việc xác định chính xác các thông số của từng pha. Ngoài ra, XRD chỉ cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể trung bình của mẫu. Nó không cung cấp thông tin về cấu trúc bề mặt hoặc các khuyết tật tinh thể. Một hạn chế khác là độ chính xác của việc xác định kích thước tinh thể bằng XRD bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm sự đóng góp của thiết bị, ứng suất tinh thể, và các khuyết tật mạng. Do đó, việc kết hợp XRD với các kỹ thuật khác như SEM và TEM là cần thiết để có được cái nhìn toàn diện về cấu trúc và tính chất của vật liệu zeolite. Dù vậy, ưu điểm của XRD vượt trội so với những hạn chế. Sự tiện lợi, khả năng phân tích nhanh chóng và khả năng cung cấp thông tin định lượng làm cho XRD trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển vật liệu zeolite.

II. Các Tham Số Ảnh Hưởng Đến Tinh Thể Zeolite và XRD

Quá trình tổng hợp zeolite chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, mỗi yếu tố đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc tinh thể và kích thước hạt. Các tham số này có thể được chia thành hai nhóm chính: các tham số liên quan đến thành phần phản ứng và các tham số liên quan đến điều kiện phản ứng. Thành phần phản ứng bao gồm tỷ lệ các chất phản ứng (ví dụ, Si/Al), loại chất tạo cấu trúc (SDA), và nồng độ các chất phản ứng. Điều kiện phản ứng bao gồm nhiệt độ, thời gian phản ứng, pH, và phương pháp khuấy trộn. Theo luận văn của Nguyễn Thị Linh Phượng, các kết quả thực nghiệm cho thấy những ảnh hưởng khác biệt của điều kiện tổng hợp đến quá trình tinh thể hóa và kích thước tinh thể của các mẫu zeolite. Việc kiểm soát chặt chẽ các tham số này là then chốt để đạt được zeolite với các tính chất mong muốn. Thay đổi một trong số các yếu tố có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong cấu trúc, kích thước và độ kết tinh của zeolite. Vì vậy, việc hiểu rõ ảnh hưởng của từng tham số là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình tổng hợp.

2.1. Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Si Al Đến XRD Zeolite

Tỷ lệ Si/Al là một trong những tham số quan trọng nhất ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của zeolite. Tỷ lệ này quyết định mật độ điện tích âm trên khung mạng zeolite, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi ion, độ axit, và độ bền nhiệt. Khi tỷ lệ Si/Al tăng, độ axit của zeolite giảm, nhưng độ bền nhiệt tăng. Sự thay đổi này cũng ảnh hưởng đến phổ XRD. Theo tài liệu gốc, khi tỷ lệ Si/Al thay đổi, vị trí các pic nhiễu xạ có thể dịch chuyển nhẹ, và cường độ các pic cũng có thể thay đổi. Điều này là do sự thay đổi kích thước ô mạng cơ sở do sự thay đổi thành phần. Ngoài ra, tỷ lệ Si/Al còn ảnh hưởng đến kích thước tinh thể và độ kết tinh. Tỷ lệ Si/Al cao có thể dẫn đến sự hình thành các tinh thể lớn hơn và có độ kết tinh cao hơn. Việc kiểm soát chính xác tỷ lệ Si/Al là then chốt để điều chỉnh các tính chất của zeolite cho các ứng dụng cụ thể.

2.2. Vai Trò Của Thời Gian Phản Ứng Trong Quá Trình XRD

Thời gian phản ứng là một tham số quan trọng khác ảnh hưởng đến quá trình hình thành tinh thể zeolite. Trong giai đoạn đầu của phản ứng, các mầm tinh thể hình thành. Sau đó, các mầm tinh thể này phát triển thành các tinh thể lớn hơn. Nếu thời gian phản ứng quá ngắn, quá trình tinh thể hóa có thể chưa hoàn thành, dẫn đến sự hình thành các zeolite có độ kết tinh thấp và kích thước tinh thể nhỏ. Ngược lại, nếu thời gian phản ứng quá dài, các tinh thể có thể kết tụ lại với nhau, dẫn đến sự hình thành các tinh thể lớn và không đồng nhất. Thời gian phản ứng tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần phản ứng, nhiệt độ, và phương pháp khuấy trộn. Phổ XRD có thể được sử dụng để theo dõi quá trình tinh thể hóa theo thời gian. Khi thời gian phản ứng tăng, cường độ các pic nhiễu xạ tăng, và độ rộng các pic giảm, cho thấy sự tăng lên về độ kết tinh và kích thước tinh thể. Việc xác định thời gian phản ứng tối ưu là rất quan trọng để đạt được zeolite với các tính chất mong muốn.

III. Cách Phân Tích Dữ Liệu Nhiễu Xạ Tia X XRD Zeolite

Phân tích dữ liệu XRD là bước quan trọng để trích xuất thông tin về cấu trúc và tính chất của vật liệu zeolite. Quá trình này bao gồm nhiều bước, từ chuẩn bị dữ liệu đến xác định các thông số tinh thể. Đầu tiên, dữ liệu XRD thô được thu thập từ thiết bị. Sau đó, dữ liệu được xử lý để loại bỏ nhiễu và hiệu chỉnh các sai số do thiết bị hoặc mẫu gây ra. Các bước xử lý thường bao gồm loại bỏ nền, làm mịn dữ liệu, và hiệu chỉnh vị trí đỉnh. Tiếp theo, các pic nhiễu xạ được xác định và gán chỉ số Miller (hkl) tương ứng. Bước này đòi hỏi kiến thức về cấu trúc tinh thể của zeolite. Sau khi gán chỉ số Miller, các thông số mạng tinh thể (a, b, c, α, β, γ) được tính toán. Các thông số này cung cấp thông tin về kích thước và hình dạng của ô mạng cơ sở. Cuối cùng, kích thước tinh thể và độ kết tinh được ước tính từ độ rộng và cường độ các pic nhiễu xạ.

3.1. Xác Định Kích Thước Tinh Thể Zeolite Bằng Phương Trình Scherrer

Phương trình Scherrer là một công cụ phổ biến để ước tính kích thước tinh thể từ độ rộng các pic nhiễu xạ trong phổ XRD. Phương trình này có dạng: D = Kλ / (βcosθ), trong đó D là kích thước tinh thể, K là hằng số Scherrer (thường có giá trị từ 0.9 đến 1), λ là bước sóng tia X, β là độ rộng nửa chiều cao (FWHM) của pic nhiễu xạ, và θ là góc nhiễu xạ. Độ rộng FWHM phải được hiệu chỉnh để loại bỏ sự đóng góp của thiết bị và các yếu tố khác không liên quan đến kích thước tinh thể. Mặc dù phương trình Scherrer đơn giản và dễ sử dụng, nó có những hạn chế nhất định. Nó chỉ cung cấp ước tính kích thước tinh thể trung bình, và nó không chính xác khi kích thước tinh thể lớn hơn 200 nm hoặc khi mẫu có độ kết tinh thấp. Tuy nhiên, phương trình Scherrer vẫn là một công cụ hữu ích để so sánh kích thước tinh thể của các mẫu zeolite khác nhau được tổng hợp trong các điều kiện khác nhau.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Chuyên Dụng Để Phân Tích Phổ XRD Zeolite

Ngày nay, có nhiều phần mềm chuyên dụng được sử dụng để phân tích phổ XRD, như X'Pert HighScore Plus, Jade, và GSAS. Các phần mềm này cung cấp các công cụ mạnh mẽ để xử lý dữ liệu, xác định pha, tinh chỉnh cấu trúc, và ước tính kích thước tinh thể. Ví dụ, phần mềm X'Pert HighScore Plus cho phép người dùng loại bỏ nền, làm mịn dữ liệu, xác định pic, gán chỉ số Miller, và tinh chỉnh cấu trúc bằng phương pháp Rietveld. Phương pháp Rietveld là một kỹ thuật mạnh mẽ để tinh chỉnh cấu trúc tinh thể bằng cách so sánh phổ XRD thực nghiệm với phổ XRD được tính toán từ mô hình cấu trúc. Các phần mềm chuyên dụng giúp đơn giản hóa quá trình phân tích dữ liệu XRD và cung cấp các kết quả chính xác và đáng tin cậy.

IV. Nghiên Cứu Thực Tiễn Ảnh Hưởng Tham Số Đến Tinh Thể Zeolite XRD

Luận văn của Nguyễn Thị Linh Phượng (2013) đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của các tham số đến sự hình thành tinh thể và kích thước của zeolite bằng phương pháp XRD. Các tác giả đã tổng hợp các mẫu zeolite khác nhau trong các điều kiện khác nhau và phân tích chúng bằng XRD. Các kết quả cho thấy rằng tỷ lệ Si/Al, thời gian phản ứng, và nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của zeolite. Ví dụ, các tác giả đã tìm thấy rằng tỷ lệ Si/Al cao dẫn đến sự hình thành các tinh thể lớn hơn và có độ kết tinh cao hơn. Họ cũng nhận thấy rằng thời gian phản ứng tối ưu là 24 giờ, và nhiệt độ phản ứng tối ưu là 100°C. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quý giá về cách điều chỉnh các điều kiện tổng hợp để đạt được zeolite với các tính chất mong muốn. Các tác giả cũng so sánh kết quả XRD với kết quả SEM và TEM để xác nhận tính chính xác của phương pháp XRD.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu XRD Về Ảnh Hưởng Thời Gian Và Tỷ Lệ Si Al

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thời gian phản ứng và tỷ lệ Si/Al có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình kết tinh và kích thước tinh thể của zeolite. Với thời gian phản ứng ngắn, cấu trúc zeolite có thể chưa hình thành hoàn chỉnh, dẫn đến độ kết tinh thấp. Ngược lại, thời gian phản ứng quá dài có thể gây ra sự kết tụ và làm giảm diện tích bề mặt. Tỷ lệ Si/Al ảnh hưởng đến mật độ các tâm axit, ảnh hưởng trực tiếp đến tính xúc tác của vật liệu. Việc phân tích XRD cho phép xác định các điều kiện tối ưu để đạt được zeolite với kích thước và độ kết tinh mong muốn.

4.2. So Sánh Kết Quả XRD Với SEM Để Đánh Giá Độ Tin Cậy

Để đảm bảo tính chính xác của các kết quả XRD, nghiên cứu đã so sánh dữ liệu XRD với hình ảnh SEM. SEM cung cấp hình ảnh trực tiếp về hình thái và kích thước của các tinh thể zeolite, cho phép xác nhận các kết quả ước tính từ XRD. Sự tương quan giữa hai phương pháp này củng cố độ tin cậy của việc sử dụng XRD để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của zeolite.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Zeolite XRD

Phương pháp XRD là một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển vật liệu zeolite. Nó cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể, kích thước tinh thể, và độ kết tinh, giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về quá trình tổng hợp và phát triển zeolite. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Linh Phượng (2013) đã chứng minh rằng việc kiểm soát chặt chẽ các tham số tổng hợp là then chốt để đạt được zeolite với các tính chất mong muốn. Trong tƣơng lai, nghiên cứu về zeolite có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích XRD tiên tiến hơn, như XRD theo thời gian thực và XRD độ phân giải cao. Các phương pháp này có thể cung cấp thông tin chi tiết hơn về quá trình hình thành tinh thể và các khuyết tật mạng. Ngoài ra, nghiên cứu cũng có thể tập trung vào việc kết hợp XRD với các kỹ thuật khác, như SEM, TEM, và phổ hấp thụ, để có được cái nhìn toàn diện hơn về cấu trúc và tính chất của zeolite.

5.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi Của Nghiên Cứu Zeolite XRD

Nghiên cứu về zeolite và ứng dụng phương pháp XRD có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xúc tác, hấp phụ, trao đổi ion, và vật liệu nano. Zeolite được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tác trong công nghiệp hóa chất và lọc dầu. Chúng cũng được sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước và không khí. Ngoài ra, zeolite còn được sử dụng làm chất trao đổi ion trong các ứng dụng xử lý nước. Trong lĩnh vực vật liệu nano, zeolite được sử dụng làm khung để tạo ra các vật liệu composite với các tính chất độc đáo.

5.2. Hướng Nghiên Cứu XRD Tiên Tiến Trong Tương Lai Về Zeolite

Trong tương lai, nghiên cứu về zeolite XRD có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích tiên tiến hơn. Ví dụ, XRD theo thời gian thực có thể được sử dụng để theo dõi quá trình hình thành tinh thể zeolite trong thời gian thực, cung cấp thông tin quý giá về động học của quá trình. XRD độ phân giải cao có thể được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của zeolite với độ chính xác cao hơn, cho phép nghiên cứu chi tiết hơn về các khuyết tật mạng. Việc kết hợp XRD với các kỹ thuật khác, như SEM và TEM, cũng có thể cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về cấu trúc và tính chất của zeolite.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ LINH PHƯỢNG XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ VÀ KÍCH THƯỚC CỦA ZEOLITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S KC 0 0 4 1 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ LINH PHƯỢNG XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ VÀ KÍCH THƯỚC CỦA ZEOLITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ LINH PHƯỢNG XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ VÀ KÍCH THƯỚC CỦA ZEOLITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN QUỐC DŨNG Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN THỊ LINH PHƢỢNG Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Quê quán: Duy Xuyên, Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Điện thoại nhà riêng: 0937298269. E-mail: linhphuongspkt@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 04/ 2010 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Ngành học: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRYSIM VÀO MÔN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT.

Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: KHOA CƠ KHÍ MÁY - ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn: Th.S HUỲNH MINH PHÚ III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011 CAO ĐẲNG SƢ PHẠM ĐÀ LẠT GIÁO VIÊN CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG GIÁO VIÊN THỈNH 2012 CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC GIẢNG i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 09 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian theo học tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, em đã đúc kết đƣợc nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình.

Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thac sỹ, em đã vận dụng những kiến thức để tiến hành giải quyết một bài toán cụ thể. Đề tài luận văn nghiên cứu và giải quyết vấn đề dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán chuyên sâu về lĩnh vực nhiễu xạ tia X nên bƣớc đầu tiếp cận em đã gặp rất nhiều khó khăn và hạn chế. Tuy nhiên, với sự hƣớng dẫn của Thầy TS. Trần Quốc Dũng, Th.S Lê Anh Tuyên cùng với sự hỗ trợ từ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, em đã lĩnh hội đƣợc nhiều kiến thức mới bổ ích về chuyên ngành và cho công tác chuyên môn sau khi ra trƣờng.

Vì vậy, em xin chân thành cảm ơn. - Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.Trần Quốc Dũng – Giám Đốc Trung tâm hạt nhân Tp.Hồ Chí Minh.S Lƣu Anh Tuyên, các anh chị công tác tại Trung tâm hạt nhân Tp.Hồ Chí Minh. - Quý thầy cô Khoa Chế tạo máy - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh. - Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.

- Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp cùng các anh chị ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy khóa 2011-2013. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên quý báu của tất cả mọi ngƣời. Xin trân trọng cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Thị Linh Phƣợng iii TÓM TẮT Ảnh hƣởng của các tham số đến sự hình thành tinh thể và kích thƣớc tinh thể trong các mẫu Zeolite đã đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Các thí nghiệm XRD đƣợc tiến hành trên hệ thiết bị X‟pert Pro-Panalytical bằng kỹ thuật nhiễu xạ mẫu bột.

Đối với phân tích dữ liệu, phƣơng pháp phân tích biên dạng đỉnh phổ đã đƣợc sử dụng để xác định cƣờng độ và bề rộng đỉnh nhiễu xạ của mẫu sau khi tổng hợp. Quá trình tinh thể hóa và kích thƣớc tinh thể của các mẫu đƣợc tính toán từ dữ liệu phân tích XRD và so sánh với kết quả thu đƣợc từ phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các kết quả thể hiện những ảnh hƣởng khác biệt của điều kiện tổng hợp đến quá trình tinh thể hóa và kích thƣớc tinh thể của các mẫu zeolite. ABSTRACT The influence of parameters on the formation of crystals and crystalline size of Zeolite samples was studied by X-ray diffraction techniques (XRD).

XRD measurements were performed on the Xpert‟ Pro-Panalytical equipment for powder samples. For XRD method, the line profile analysis method was used for investigating diffraction peak intensity and broadening after synthetic process. The crystallization and crystalline size were calculated from experiment data of XRD and compared with scanning electron microscopy images (SEM). Results show different effects of synthetic conditions to crystallization and crystal size of zeolite samples.

iv MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn. iv Mục lục. v Danh sách các chữ viết tắt.

viii Danh mục các ký hiệu. ix Danh sách các hình. xi Danh sách các bảng. xiv Chƣơng 1 GIỚI THIỆU.

Lý do chọn đề tài. Tính cấp thiết của đề tài. Ý nghĩa khoa học của đề tài. Thực tiễn của đề tài.

Mục đích nghiên cứu của đề tài. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài. Nhiệm vụ nghiên cứu. Giới hạn của đề tài.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Kế hoạch thực hiện. 5 Chƣơng 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .Tổng quan về Zeolite .Cấu trúc tinh thể của Zeolite .Phân loại Zeolite .Các tính chất cơ bản của Zeolite. Tình hình nghiên cứu về Zeolite trong và ngoài nƣớc.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Zeolite trên thế giới.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Zeolite ở Việt Nam.Tổng quan về tia X và nhiễu xạ tia X .Khái quát về Tia X: .Tính chất tia X:.Nguồn phát tia X .Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X .Định luật Bragg .Nhiễu xạ tia X.Khái niệm đƣờng nhiễu xạ .Chuẩn hóa đƣờng nhiễu xạ.Các phƣơng pháp ghi phổ nhiễu xạ tia X.Ghi phổ nhiễu xạ bằng phim ảnh.Ghi phổ nhiễu xạ bằng ống đếm tia X.Phép phân tích phổ nhiễu xạ tia X.Xác định chỉ số cho giản đồ nhiễu xạ .Nhận biết mạng Bravais .Thông số mạng a0 .Sự mở rộng đƣờng nhiễu xạ .Khái niệm độ rộng vật lý đƣờng nhiễu xạ .Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự mở rộng đƣờng nhiễu xạ .Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.

40 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Cấu trúc mạng tinh thể .Khái niệm mạng tinh thể: .Mạng tinh thể.Ô cơ sở, chỉ số phƣơng, chỉ số Miller của mặt tinh thể.Cơ sở lý thuyết xác định kích thƣớc tinh thể: .1Kích thƣớc hạt tinh thể .2Hàm toán học trong chƣơng trình Xpert Highscore.Cơ chế kết tinh Zeolite. 50 Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM .Phƣơng pháp chế tạo mẫu Zeolite .Xử lý, chuẩn bị mẫu .Mô tả thiết bị thực nghiệm, thực nghiệm và thông số. Thiết bị nhiễu xạ tia X X‟pert Pro.Kính hiển vi điện tử quét (SEM).Mô tả thí nghiệm, thông số .Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm. 60 Chƣơng 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng và tỉ lệ Si/Al tới quá trình kết tinh.Xác định kích thƣớc tinh thể Zeolite bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X: .Kết quả thực nghiệm .Thảo luận kết quả.

75 Đề xuất hƣớng phát triển. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CI Constraint Index: chỉ số cản trở hình học FWHM Full Width at Half Maximum: độ rộng của đƣờng nhiễu xạ tại nửa chiều cao cƣờng độ cực đại ICDD The International Centre for Diffraction Data: thƣ viện dữ liệu nhiễu xạ quốc tế IR Infrared: phổ hấp thụ hồng ngoại RE Rare earth: đất hiếm PBU Primary Buiding Units: đơn vị sơ cấp SBU Secondary Building Unit: đơn vị cấu trúc thứ cấp SDA Structure Directing Agent: chất tạo cấu trúc SEM Scanning Electron Microscope: Hiển vi điện tử quét TPAOH Tên một loại dung môi hữu cơ UV VIS Ultraviolet visible: miền tia cực tím có thể nhìn thấy đƣợc X‟Pert PRO MPD Multi-Purpose Diffractometer : tên máy XRD X-ray diffraction: Nhiễu xạ tia X Zeolite 4A Tên của một loại Zeolite ZSM – 5 Zeolite Socony Mobil – 5: Tên của một loại Zeolite viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU  : bƣớc sóng SWL : giới ha ̣n bƣớc sóng ngắ n 2 : góc nhiễu xạ d : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl ) R : vectơ mạng thuận V : Thể tích ô cơ sở a, b, c: các vectơ cơ sở của mạng tinh thể 𝑎∗ , b ∗ , c ∗ : các vectơ đơn vị trong mạng đảo u, v, w: các chỉ số phƣơng h, k, l : chỉ số Miller 𝑉 ∗ : thể tích ô cơ sở của mạng đảo G hkl: chiều dài của vectơ mạng đảo a0: thông số mạng trong hệ lập phƣơng   : góc chính xác thỏa mãn định luật Bragg 𝑑𝑛𝑔 .𝑡 : đƣờng kính nguyên tử M : Mật độ xếp thể tích v μ: hệ số suy giảm tuyến tính. x: bề dày tia X xuyên qua.

I0: cƣờng độ tia X ban đầu. I: cƣờng độ tia X lúc sau. Δ : bề dày của lớp vật chất  : bức xạ n : bậc phản xạ. η : tham số kết hợp h H : Độ rộng một nửa đỉnh phổ nhiễu xạ h 2θ : góc quét.

i ix 2θ : góc cực đại nhiễu xạ ở h h t : kích thƣớc hạt K : hằng số phụ thuộc vào dạng hình học của tinh thể B : bề rộng đỉnh phổ nhiễu xạ BM: bề rộng của vật liệu BS: bề rông chuẩn, đóng góp từ thiết bị 𝑆𝑖 ∶ Độ lệch chuẩn mẫu x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2. Các đơn vị cấu trúc sơ cấp của Zeolite - tứ diện TO4: SiO4 và AlO4- [6]. Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) trong Zeolite. Sự hình thành cấu trúc Zeolite A, X, Y từ các kiểu ghép nối khác nhau [6] .