BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CÔNG ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SẮT (FE) ĐẾN
TÍNH CHẤT CỦA MORDENITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ TIA X

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204

S K C0 0 4 4 7 9

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CÔNG ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SẮT (FE) ĐẾN
TÍNH CHẤT CỦA MORDENITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP
NHIỄU XẠ TIA X

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204


Quê quán: Phú Thọ

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 36/13, kp4, phƣờng Quyết Thắng, Biên Hòa
Điện thoại di động: 0945679673.E-mail: [email protected]
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 08/ 2008

Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
Ngành học: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Môn thi tốt nghiệp: MAT LAB, Vi mạch, Kỹ thuật số.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
2008 đến
nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG NAI

GIÁO VIÊN

i

Thầy Th.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 07 năm 2014
Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Công Anh
iii


TÓM TẮT
Ảnh hƣởng của sắt( Fe) sau qua trình tổng hợp các Fe-Mordenite bằng phƣợng pháp
trao đổi ion với các muối khác nhau đã đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp nhiễu

Danh mục các ký hiệu ................................................................................................. x
Danh sách các hình....................................................................................................xii
Danh sách các bảng ................................................................................................... xv
Chƣơng 1 GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài. ................................................................................................. 2
1.2. Tính cấp thiết của đề tài. ...................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài. ................................................................................ 2
1.4. Thực tiễn của đề tài. ............................................................................................. 2
1.5. Mục đích nghiên cứu của đề tài. .......................................................................... 2
1.6. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài. .................................................... 3
1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu. .......................................................................................... 3
1.8. Giới hạn của đề tài. .............................................................................................. 3
1.9. Phƣơng pháp nghiên cứu. ..................................................................................... 3
1.10. Kế hoạch thực hiện. ............................................................................................ 3
Chƣơng 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ................................................... 5
2.1.Tổng quan về Zeolite ............................................................................................ 5
2.1.1. Giới thiệu........................................................................................................... 5
2.1.1.1.Cấu trúc tinh thể của Zeolite ........................................................................... 5
2.1.1.2.Phân loại Zeolite ............................................................................................. 8
v


2.1.1.3.Các tính chất cơ bản của Zeolite ..................................................................... 9
2.2.Tổng quan về tia X và nhiễu xạ tia X ................................................................. 15
2.2.1.Tia X ................................................................................................................. 15
2.2.1.1.Khái quát về Tia X: ....................................................................................... 15
2.2.1.2.Nguồn phát tia X ........................................................................................... 16
2.2.1.3.Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X ............................................................................. 17
2.2.1.4.Định luật Bragg ............................................................................................. 19
2.2.2.Nhiễu xạ tia X. ................................................................................................. 21

Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 47
3.1.Cấu trúc mạng tinh thể ........................................................................................ 47
3.1.1.Khái niệm mạng tinh thể: ................................................................................. 47
3.1.1.1.Mạng tinh thể. ............................................................................................... 47
3.1.1.2.Ô cơ sở, chỉ số phƣơng, chỉ số Miller của mặt tinh thể. ............................... 48
3.1.2.Mạng đảo. ......................................................................................................... 50
3.1.2.1.Khái niệm mạng đảo. .................................................................................... 50
3.1.2.2.Tính chất mạng đảo. ...................................................................................... 51
3.1.2.3.Ý nghĩa của mạng đảo. .................................................................................. 52
3.2.Cơ sở lý thuyết xác định kích thƣớc tinh thể: ..................................................... 53
3.2.1.Kích thƣớc hạt tinh thể ..................................................................................... 53
3.2.2.Hàm toán học trong chƣơng trình Xpert Highscore. ........................................ 54
Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 57
4. 1.Chuẩn bị các mẫu Mordenite ............................................................................. 57
4. 2.Mô tả thiết bị thực nghiệm, thực nghiệm và thông số. ...................................... 57
4.2.1.Thiết bị Panalytical X‟pert Pro………………………………………………57
4.2.2.Thiết bị Bruker S8-tiger. .................................................................................. 61
4.2.3.Mô tả thí nghiệm, thông số .............................................................................. 62
4.2.3.1.Phân tích trên hệ phổ kế nhiễu xạ tia X. ....................................................... 62
4.2.3.2.Phân tích trên hệ phổ huỳnh quang tia X. ..................................................... 63
4.3.Kết quả và thảo luận. ........................................................................................... 63
4.3.1.Kết quả phân tích huỳnh quang tia X( XRF). .................................................. 63
4.3.2.Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X( XRD). ......................................................... 66
4.3.3.Thảo luận. ......................................................................................................... 72

vii


Chƣơng 5 KẾT LUẬN ............................................................................................. 73
5.1.Tóm tắt và đánh giá kết quả đề tài ...................................................................... 73


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

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

Mordenite

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

x


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 rộng chuẩn, đóng góp từ thiết bị
𝑆𝑖 ∶Độ lệch chuẩn mẫu

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Hình 2.23. Quá trình hình thành lỗ trống và tạo ra tia X đặc trƣng. .........................30
xii


Hình 2.24. Hình học nguồn mẫu đetectơ minh họa cho phƣơng pháp tính cƣờng độ
tia X huỳnh quang đặc trƣng. ....................................................................................38
Hình 2.25. Bố trí hình học nguồn mẫu đetectơ trong phân tích huỳnh quang tia X. 39
Hình 2.26. So sánh độ phân giải năng lƣợng của đetectơ. ........................................40
Hình 2.27. Phổ tia X đặc trƣng kích thích bằng nguồn tia X đơn năng (năng lƣợng
E) đo bằng đetectơ bán dẫn Si(Li). ...........................................................................41
Hình 2.28. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lƣợng và cƣờng độ tia X đặc trƣng. 44
Hình 3.1 Mạng tinh thể phân tử Iôt (I2) ....................................................................47
Hình 3.2 Các bậc đối xứng của mạng tinh thể.[9] ....................................................48
Hình 3.3 Ô cơ sở (a), chỉ số phƣơng (b) và chỉ số Miller của tinh thể (c). ...............49
Hình 3.4 Mô tả một mặt phẳng trong mạng tinh thể (bên trái) tƣơng ứng với một nút
trong mạng đảo (bên phải).[11].................................................................................51
Hình 3.5 Vectơ mạng đảo ghkl vuông góc với mặt (hkl)của mạng tinh thể. ............52
Hình 3.6 Hình ảnh TEM của zeolite A [15] ..............................................................53
Hình 3.7 Ảnh hƣởng của kích thƣớc tinh thể trên đƣờng nhiễu xạ [11] ...................55
Hình 4.1. Holder chứa mẫu đo ...................................................................................57
Hình 4.2. Cấu tạo ống phát tia X ...............................................................................58
Hình 4.3. Ống phát tia X ............................................................................................58
Hình 4.4. Hệ giác kế của máy nhiễu xạ tia X X‟Pert Pro. .........................................59
Hình 4.5. Detector tỉ lệ ...............................................................................................60
Hình 4.6. Hệ thống thu nhận ......................................................................................60
Hình 4.7. Thiết bị Panalytical X‟pert Pro . ................................................................61
Hình 4.8. Thiết bị Bruker S8-tiger .............................................................................62
Hình 4.9.Phổ phân tích XRD của Mordenite (MOR) ...............................................66
Hình 4.10.Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu M1 (Mordenite trao đổi ion với muối
Fe(NO3)3 ...................................................................................................................66

Chƣơng 1

GIỚI THIỆU
Trong cuộc sống hiện nay, vật liệu đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống
con ngƣời. Vì vậy ngƣời ta luôn mong nuốn tìm ra những vật liệu mới hoặc cải
thiện những vật liệu cũ sao cho chúng ngày càng tốt hơn về cơ tính, nhiệt luyện và
các thành phần hóa học. Mordenite( Zeolite có tỉ số Si/Al  5 – 10) là một trong
những vật liệu có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên.
Trong những năm gần đây, vật liệu Mordenite đã và đang thu hút đƣợc sự
quan tâm, đầu tƣ cũng nhƣ nỗ lực rất lớn trên thế giới và ở Việt Nam trong cả
hai lĩnh vực nghiên cứu khoa học và phát triển công nghiệp bởi ứng dụng
đa dạng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Mordenite đang đƣợc sử
dụng nhiều làm chất xúc tác và chất mang của xúc tác lƣỡng chức cho nhiều phản
ứng trong công nghiệp hóa dầu nhƣ hydrocracking, hydroisomerization, alkylation
và sản suất dimethylamine [1-9].Ngoài ra Mordenite còn đƣợc sử dụng trong tách
hấp phụ các chất lỏng nhƣ một rây lọc phân tử - molecular seive[4,8]. Và gần đây
Mordenite đƣợc nghiên cứu nhƣ vật liệu chủ yếu cho công nghệ bán dẫn, sensor hóa
học và quang học phi tuyến[4,7].
Ngày nay, ngƣời ta có ý tƣởng thay thế một số kim loai khác nhau Ga,Fe,
B…[6,7]vào trong mạng lƣới tinh thể của Mordenite nhằm tạo ra những vật liệu có
tính chất xúc tác ƣu việc, việc thay thế Fe vào khung mạng tinh thể Mordenite tạo
nên vật liệu Fe-Mordenite là một loại xúc tác vừa có tính axit, vừa có khả năng oxi
hóa khửDo tính thiết thực và qua tìm hiểu bản thân học viên rất tâm đắc lĩnh vực
này nên chọn làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học “ Nghiên cứu ảnh hƣởng của
sắt( Fe) đến tính chất của Mordenite bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X.”

1


1.1. Lý do chọn đề tài.



1.6. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài.
Đề tài nghiên cứu dựa trên các kiến thức:
-

Cơ sở lý thuyết nhiễu xạ tia X.

-

Cơ sở lú thuyết huỳnh quang tia X.

-

Vật liệu vi mao quản Zeolite..

1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu.
-

Nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết nhiễu xạ XRD

-

Nghiên cứu tìm hiểu vật liệu Mordenite.

-

Nghiên cứu tìm hiểu cơ chế kết tinh Mordenite.

-

Phƣơng pháp thực nghiệm.

-

Phƣơng pháp so sánh, đánh giá kết quả, điều chỉnh, sửa chữa.

1.10. Kế hoạch thực hiện.
-

Đo đạc phổ nhiễu xạ của các mẫu Fe-Mordenitetrên hệ nhiễu xạ X‟Pert PRO
MPD (Multi-Purpose Diffractometer) với chƣơng trình điều khiển thu nhận

3


S

K

L

0

0

2

1

5