Nghiên cứu ảnh hưởng của sắt (Fe) đến tính chất của mordenite bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của sắt (Fe) đến tính chất của mordenite bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SẮT( FE) ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA MORDENITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X NGUYỄN CÔNG ANH Học viên lớp Cơ khí chế tạo máy khóa 2011 – 2013 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh TÓM TẮT Ảnh hưởng của sắt( Fe) sau qua trình tổng hợp các Fe-Mordenite bằng phương pháp trao đổi ion với các muối khác nhau đã được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X( XRD). Các mẫu đo được tiến hành trên thiết bị Panalytical X-pert Pro bằng kỹ thuật nhiễu xạ mẫu bột.Các kết quả phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X( XRD) kết hợp với phương pháp phân tích huỳnh quang tia X( XRF) cho thấy ảnh hưởng mạnh của của các loại muối trong quá trình trao đổi ion tới trạng thái của sắt đối với các mẫu Fe-Mordenite. Từ khóa: Zeolite, Fe - Mordenite, XRD, XRF ABSTRACT The influence of Iron(Fe), after the synthesis of the Fe-Mordenite by the ion exchange method on different salts, were studied by X-ray diffraction (XRD). The samples were performed on the device of PANalytical X-pert Pro with the technology of powder samples. The sample results, which were analyzed by X-ray diffraction (XRD) method and also were combined with X-ray fluorescence analysis (XRF ) shows the influence of the piece of salts in the ion exchange process on the iron status with the samples Fe-Mordenite. I. GIỚI THIỆU Fe-Mordenite là một loại zeolite mordenite chứa sắt (Fe) trong cấu trúc khung mạng trực thoi, với kích thước của các ô đơn vị: a = 18.13 Å ; b = 29,49 Å; c = 7,52 Å. Cấu trúc của Fe- Mordenite cơ bản vẫn gồm hai hệ thống kênh rỗng ở thang dưới nm (6,6 x 7,0 Å và 2,6 x 5,7 Å) do vậy chúng được xem và vật liệu rỗng nano có những đặc tính hết sức quan trọng trong ứng dụng công nghiệp. Với khả khả năng bền trong môi trường nhiệt và axít, Fe-Mordenite được ứng dụng rộng rãi như một vật liệu xúc tác quan trọng hàng đầu trong công nghệ hóa dầu như hydrocracking, hydroisomerization, alkylation và sản suất dimethylamine [1-7]. Mordenite hơn nữa còn được sử dụng trong tách hấp phụ khí cả hỗn hợp các chất lỏng như một rây lọc phân tử -
2. molecular sieve [1, 8]. Gần đây Mordenite được quan tâm nghiên cứu như vật liệu chủ cho công nghệ bán dẫn, sensor hóa học và quang học phi tuyến bởi [9-15]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X và hùynh quang tia X để nghiên cứu trạng thái và hàm lượng của Fe sau quá trình trao đổi ion với muối Fe(NO3)3 trong các môi trường dung dịch khác nhau. II. THÍ NGHIỆM Quá trình trao đổi ion được tiến hành theo bốn phương thức: trực triếp từ dung dịch muối Fe(NO3)3, hỗn hợp dung dịch muối Fe(NO3)3 với các axít hữu cơ Citryc, Tartarate và Oxsalic tại Phòng thí nghiệm Tổng hợp Vật liệu mới-Viện Ruder Boskovic- Caroatia. Mẫu Modernite được cho trao đổi ion Fe bằng các phương pháp khác nhau và được kí hiệu lần lượt là M1, M2, M3, M4. Đầu tiên các mẫu được đo nhiễu xạ tia X bằng hệ đo X’Pert PRO của hãng PANalytical. Ống phát tia X được sử dụng có bia bằng Cu với bước sóng K alpha là 1.54 Å, kết hợp với việc ghi nhận bằng đầu dò tỉ lệ. Máy hoạt động ở hiệu điện thế 45KV và cường độ dòng là 40mA. Các mẫu được đo với góc 2θ là 10 – 50 (O) với bước đo là 0.03 (O), thời gian đo mỗi vị trí là 3 giây. Mẫu được chuẩn bị dưới dạng bột và được cho vào khay nhỏ và đặt vào máy đo. Sau khi đo nhiễu xạ thì các mẫu lại được sử dụng để đo huỳnh quang tia X. Các mẫu được đựng trong cốc nhựa có đáy là màng Prolene dày 4 μm. Các mẫu được đo bằng phương pháp bán định lượng trong môi trường đo là khí Heli, thời gian đo là 7 phút. Máy thực hiện việc đo đạc là máy XRF S8-tiger của hãng Bruker ( Đức ). Ống phát tia X có bia là Rh, phát ra tia K alpha có bước sóng là 0.613 Å . Máy có 2 đầu dò là đầu dò nhấp nháy và ống đếm khí tỉ lệ dùng khí trộn P10 ( 10% CH4 và 90% Ar) hoạt động cùng lúc để ghi nhận kết quả. Máy hoạt động theo cơ chế nhiễu xạ bằng các tinh thể đặc biệt các tia huỳnh quang phát ra từ mẫu rồi ghi nhận các tia nhiễu xạ đó dưới những góc khác nhau để cho ra kết quả chính xác hơn so với ghi nhận trực tiếp các tia huỳnh quang phát ra từ mẫu. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả đo huỳnh quang tia X như sau: Tên mẫu M1 M2 M3 M4 Hàm lượng Fe trong mẫu 6.220% 0.757% 1.940% 21.760% Sau khi tiến hành đo đạc, ta có phổ nhiễu xạ tia X ( XRD) như sau:
3. Hình 1: toàn bộ phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu mordenite trong thí nghiệm o o Hình 2: phổ phóng lớn 2 đỉnh đặc trưng của mordenite ở các góc 25.7 và 26.25 Từ các đồ thị trên, ta thấy rằng do hàm lượng Fe trong mẫu M4 cao hơn rất nhiều so với các mẫu o khác nên có sự xuất hiện của các đỉnh phổ đặc trưng cho Fe ở các góc 18.5 . Bên cạnh đó, các đỉnh khác đặc trưng cho Mordenite thì các mẫu M1 và M4 đều thấp hơn các mẫu M2 và M3. Vì
4. hàm lượng sắt càng cao thì hàm lượng Mordenite càng thấp. Điều đó chứng tỏ rằng kết quả của phép đo nhiễu xạ và phép đo huỳnh quang tương ứng với nhau. IV. KẾT LUẬN Sự tổng hợp Fe vào Mordenite làm thay đổi cấu trúc tinh thể của Modernit. Nếu hàm lượng Fe quá cao sẽ dẫn đến thay đổi hoàn toàn cấu trúc tinh thể của mordenite, làm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của mordenite. Kết quả cho thấy mẫu M4 có hàm lượng Fe được trao đổi ion vào là cao nhất làm cho các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cùa mẫu M4 bị giảm độ cao đáng kể. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả đo huỳnh quang tia X. Từ đó cho ta thấy sự kết hợp 2 phương pháp phổ kế tia X là nhiễu xạ và huỳnh quang tia X có thể được sử dụng để xác định được hàm lượng các chất được trao đổi ion vào mordenite, cùng với sự thay đổi cấu trúc tinh thể cả mordenite dẫn đến sự thay đổi phẩm chất của mordenite cần nghiên cứu.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Bajpai, P.K., 1986. Synthesis of mordenite type zeolite. Zeolites 6, 2–8. 2. Shaikh, A.A., Joshi, P.N., Jacob, N.E., Shiralkar, V.P., 1993. Direct hydrothermal crystallization of high-silica large-port mordenite. Zeolites 13, 511–517. 3. Haimidi, F., Duartre, R., di Renzo, F., Bengueddach, A., Fajula, F., 1999. Morphological evolution of mordenite crystals. In: Proceedings of the 12th International Zeolite Conference, 3, pp. 1803–1808. 4. Sano, T., Wakabayashi, S., Oumi, Y., Uozumi, T., 2001. Synthesis of large mordenite crystals in the presence of aliphatic alcohol. Microporous Mesoporous Mater. 46, 67–74. 5. Toshio, H., Katsumi, H., 2001. EP 1077084A2, 21/02/2001.Tasi, G., Mizukami, F.Palinko, I., Toba, M., Kukovecz, A., 2001.Positional isomerization of dialkylnaphthalenes: a comprehensive interpretation of the selective formation of 2,6- dipn over hm zeolite. J. Phys. Chem., A. 105 (26), 6513–6518. 6. Dimitrova, R., Gündüz, G., Spassova, M., 2006. A comparative study on the structural and catalytic properties of zeolites type ZSM-5, mordenite, Beta and MCM-41. J. Mol. Catal. A Chem. 243 (1), 17–23. 7. Kostrab, G.,Mravec, D., Bajus,M., Janotka, I., Sugi, Y., Cho, S.I., Kim, J.H., 2006. tert- Butylation of toluene over mordenite and ceriummodified mordenite catalysts. Appl.Catal. A Gen. 299, 122–130. 8. Shao, C., Kim, H.Y., Li, X., Park, S.J., Lee, D.R., 2002. Synthesis of high-silica-content mordenite with different SiO2/Al2O3 ratios by using benzene-1,2-diol as additives.Mater. Lett. 56, 24–29. 9. Gilbert, J.E., Mosset, A., 1998. Large crystals of mordenite and MFI zeolites. Mater. Res.Bull. 33, 997–1003. 10. Claudia Weidenthaler, Bodo Zibrowius, Julia Schimanke, Yachun Mao,Bernd Mienert, Eckhard Bill, Wolfgang Schmidt, Microporous and Mesoporous Materials 84 (2005)302–317 11. J.A.Z. Pieterse, S. Booneveld, R.W. van den Brink, Applied Catalysis B: Environmental 51 (2004) 215–228 12. Mohamed Mokhtar Mohameda, F. Abd El-Hai b, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 211 (2004) 199–208
6. 13. Mohamed M. Mohamed, N.S. Gomaa, M. El-Moselhy, and N.A. Eissa, Journal of Colloid and Interface Science 259 (2003) 331–337 14. Mohamed Mokhtar Mohamed, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 200 (2003) 301– 313 15. Tieqiao Zhou, Landong Li, Cheng Jie, Qun Shen, Qiang Xie, Zhengping Hao,Ceramics.
7. XÁC NHẬN CỦA GVHD TÁC GIẢ
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.