1

Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu quá trình hình thành và biến đổi trạng thái của ion sắt (Fe-ions) trong ze-o-lit (Zeolite) bằng các phương pháp phổ kế hạt nhân

2

3

4

Mã số nhiệm vụ (nếu có):

5

Tên tổ chức chủ trì:

6

Cơ quan chủ quản:

7

Chủ nhiệm nhiệm vụ:

8

Danh sách cá nhân tham gia nhiệm vụ:

9

Mục tiêu nghiên cứu:

10

Tóm tắt nội dung nghiên cứu chính: Do sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trong những thập kỷ gần đây, những nghiên cứu cơ bản về hóa học, vật lý trạng thái chất rắn và khoa học vật liệu ngày càng tập trung vào các mục tiêu và hiện tượng về thang kích thước na-no (nano). Các phương pháp hạt nhân khác nhau như phổ kế Mos-bau-er, cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), tán xạ Rutherford, tán xạ neutron, các phân tích sử dụng chùm tia ion chứng tỏ là những công cụ hữu ích trong phân tích ở mức kích thước na-no trong suốt nhiều thập kỷ qua. Gần đây, những phương pháp cơ bản sử dụng chùm tia i-on cũng đã trở thành những công cụ khó có thể thay thế trong sản xuất, chế tạo các vật liệu cấu trúc na-no._x000d_ _x000d_ Trong số các phương pháp phân tích hạt nhân, phổ kế hủy cặp po-si-tron (PAS) thể hiện vai trò đặc biệt. Các phương pháp PAS cơ bản dựa trên việc xác định bức xạ gamma thông qua quá trình hủy của một positron với một electron trong mẫu vật liệu nghiên cứu. Thời gian sống của positron và năng lượng của bức xạ hủy được xác định bởi các định luật bảo toàn đã được sử dụng để nghiên cứu các đặc trưng và thông số cơ bản của phân bố electron trong các mẫu (như mật độ electron, phân bố động lượng). Những ứng dụng thông dụng nhất xuất phát từ thực tế là: đối với các vật liệu, đặc biệt là vật liệu tinh thể na-no (Fe-Zeolite là một minh họa rõ nét) các sai hỏng (vacancy, void…vv), các thành phần kim loại tạp chất hay trạng thái kim loại tồn tại do trao đổi ion hoặc cấy bởi chùm hạt trên máy gia tốc (implantation) sẽ ảnh hưởng tới phân bố của các e-lec-tron (electron) trong mạng tinh thể. Điều này có thể dẫn đến thay đổi rất mạnh tới các giá trị thông số hủy thu được từ các phổ kế PAS. Do vậy, PAS trở thành một phương pháp tin cậy cho những nghiên cứu cấu trúc e-lec-tron, các dạng sai hỏng, trạng thái kim loại, tạp chất có trong vật liệu ở kích thước bậc na-no của các vật liệu mang tính công nghệ cao. Với chùm tia po-si-tron năng lượng thấp, tất cả những thông tin này có thể được khảo sát ở độ nhạy cao liên quan tới những tính chất bề mặt và vùng gần bế mặt, các kênh (channel) và lồng (cage) ở kích thước trải tử 0,1 tới hàng trăm na-no met. _x000d_ _x000d_ Phương pháp phổ kế Mos-bau-er có một vai trò quan trọng trong việc xác định sự hiện diện của các ion sắt trong tinh thể. Bên cạnh đó, phương pháp huỳnh quang và nhiễu xạ tia X là một công cụ không thể thiếu trong việc xác định sai hỏng cấu trúc cũng như sự có mặt của các ion trong mạng tinh thể ze-o-lit. PAS kết hợp với phương pháp Mos-bau-er, nhiễu xạ tia X mở ra những khả năng nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau trong khoa học vật liệu, hóa học, sinh học._x000d_ Ze-ô-lit là vật liệu tinh thể xốp ở thang na-no ba chiều với thành phần cấu tạo bởi nhôm (Al), Silic (Si) và Oxi (O). Ze-ô-lit hấp thụ mạnh nước và các cation như sắt, kali, natri và những ion dương khác nhau bởi kích cỡ của các ca-ti-on (cation) này tương đương với các lỗ và kênh rỗng trong ze-ô-lit. Có gần 50 loại ze-ô-lit tự nhiên và trên 200 loại ze-ô-lit tổng hợp với cấu trúc tinh thể khác nhau nhưng hầu hết chúng có cấu trúc tứ diện của các nguyên tử silic và nhôm liên kết với oxi. Tính chất nội tại trong cấu trúc ze-ô-lit là mỗi loại của chúng đều chứa một mạng lưới các kênh (channel) và lồng (cage) liên thông nhau. Kích thước của các lỗ rỗng trong ze-ô-lit thường khoảng từ 0.3 tới 1.6 nm. Khả năng áp dụng rộng rãi của ze-ô-lit xuất phát từ các tính chất trao đổi ion, lọc phân tử và tính xúc tác từ cấu trúc ở thang na-no của các lỗ rỗng. Các ca-ti-on có khả năng trao đổi đi vào trong các lỗ rỗng hoặc kênh (void, channel) hoặc các khoang trống (cativity) tạo thành các chất xúc tác axit rắn cho quá trình xúc tác trong công nghệ lọc, hóa dầu và hơn nữa, trong xử lý nước thải và khí hiệu ứng nhà kính như N2O. Khả năng áp dụng của ze-ô-lit trong công nghiệp, y tế và môi trường phụ thuộc mạnh vào công nghệ sản suất ra chúng. Tùy thuộc vào quá trình tôi (ageing) như thời gian phản ứng hỗn hợp tại nhiệt độ phòng và sự gia nhiệt trong quá trình tinh thể hóa, các gel có thể hình thành với các cấu trúc và kích cỡ hạt khác nhau._x000d_ Ở nước ta, các nhà khoa học bước đầu đã có những thành công trong việc sản xuất cũng như ứng dụng vật liệu ze-ô-lit vào các lĩnh vực của đời sống như: công nghệ sản xuất viên Zeolite BKX1 (3A) và sử dụng để làm khan cồn đến 99,5 % dùng trong pha chế xăng sinh học, chuyển hoá methanol thành phân đoạn xăng và các hợp chất thơm (BTX) trên xúc tác Zeolite ZSM-5 [25], chế tạo PK-Zeolite nhằm tạo ra một loại phân bón nhả chậm đồng thời NPK, tổng hợp ze-o-lit từ cao lanh bằng phương pháp thủy nhiệt. _x000d_ Những nghiên cứu bước đầu của chúng tôi cho thấy phổ kế PAS đặc biệt nhạy cho việc khảo sát trạng thái tinh thể, sự có mặt của sắt và các kim loại khác trong các kênh và trên bề mặt tinh thể của các ze-ô-lit. Nghiên cứu mới nhất của chúng tôi cho 3 loại ze-ô-lit chứa sắt (Fe-ZMS5, Fe-LDH và Fe-SBA) trên phổ kế thời gian sống po-si-tron cho thấy ảnh hưởng của sắt tới các thời gian sống or-tho-po-si-tron (ortho –Positron) là hết sức quan trọng , đồng thời khẳng định PAS có thể sử dụng tốt cho nghiên cứu trạng thái của sắt trong các vật liệu rỗng có kích thước na-no. _x000d_ Trong những năm gần đây, chúng tôi đã quan tâm các phương pháp phổ kế hạt nhân bao gồm phổ kế hủy Positron, nhiễu xạ tia X và Mos-bau-er để nghiên cứu vật liệu. Các kết quả nghiên cứu của chúng tôi đã được công bố trong các hội nghị, tạp chí chuyên ngành ở trong nước và quốc tế. Các kết quả nghiên cứu mới nhất của chúng tôi đã được công bố cho các ze-ô-lit chứa sắt bằng phổ kế thời gian sống po-si-tron kết hợp với phổ kế Mos-bau-er cho thấy khả năng thành công của đề tài là rất cao. Việc hợp tác với các đơn vị trong và ngoài nước như, Bộ môn Vật lý Hạt nhân – ĐH KHTN TP. HCM, Viện nghiên cứu Vật lý Hạt Nhân và Hạt Cơ Bản (MTA Wigner FK RMI) của Viện Hàn lâm Khoa học Hungary và Phòng thí nghiệm Tổng hợp Vật liệu mới – Viện Ruderboskovic (Coroatia) đã cho ra các kết quả đáng khích lệ. Đây cũng là một nhân tố đảm bảo thành công của đề tài với các kết quả đạt trình độ quốc tế._x000d_ Mục tiêu của đề tài là: áp dụng các phương pháp hủy positron, phổ kế Mos-bau-er, huỳnh quang và nhiễu xạ tia X để nghiên cứu sự hình thành và các trạng thái của i-on sắt (Fe2+, Fe3+) trong vật liệu ze-o-lit kích thước na-no dưới các điều kiện trao đổi ion khác nhau để làm chất xúc tác công nghiệp và xử lý khí thải gây hiệu ứng nhà kính. _x000d_ Nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm:_x000d_ - Tạo các mẫu ze-o-lit. _x000d_ - Xử lý nhiệt sau trao đổi ion cho từng loại mẫu trong không khí và chân không _x000d_ - Xác định hàm lượng sắt sau quá trình trao đổi ion _x000d_ - Nghiên cứu trạng thái của i-on sắt trên các khung cấu trúc cho các mẫu sau trao đổi ion và quá trính dịch chuyển trạng thái _x000d_ - Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình oxi sắt hóa sau trao đổi i-on dưới điều kiện thay đổi nhiệt độ trong áp suất và không khí và so sánh với các điều kiện chân không. _x000d_ - Nghiên cứu tác động của nước trong các kênh kích thước na-no của ze-o-lit đến quá trình dịch chuyển của sắt i-on trong điều kiện nhiệt độ thay đổi._x000d_ - Nghiên cứu đánh giá sai hỏng cấu trúc tinh thể._x000d_ - Nghiên cứu ảnh hưởng của các muối và axít tới các vị trí của i-on sắt.

11

Lĩnh vực nghiên cứu:

12

Mục tiêu kinh tế xã hội của nhiệm vụ:

13

Phương pháp nghiên cứu:

14

Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:

15

Địa chỉ và quy mô ứng dụng dự kiến:

16

Thời gian thực hiện: 0 tháng (từ đến )

17

Kinh phí được phê duyệt: 750 triệu đồng
trong đó:

18

Quyết định phê duyệt: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970

19

Hợp đồng thực hiện: số ngày 01 tháng Tháng 1 năm 1970