nghiên cứu tính chất của ze ô lit 4a bằng phương pháp đo phổ thời gian sống của pô si trôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Lê Hữu Lợi

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA ZE-Ô-LIT
4A BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ THỜI GIAN
SỐNG CỦA PÔ-SI-TRÔN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Lê Hữu Lợi

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA ZE-Ô-LIT
4A BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ THỜI GIAN
SỐNG CỦA PÔ-SI-TRÔN
Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử
Mã số:

60 44 01 06
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN QUỐC DŨNG

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt khóa học và luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp
đỡ, khích lệ rất lớn từ thầy cô, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè. Thông qua luận văn
này tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người.
Trong quá trình nghiên cứu về đề tài “Nghiên cứu tính chất của ze-ô-lit 4A bằng
phương pháp đo phổ thời gian sống pô-si-trôn”, tôi đã thực hiện tại Phòng Vật Lý Hạt
Nhân, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh.
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Trần Quốc Dũng, người đã
giảng dạy tôi từ những năm đại học, đã gợi ý đề tài, tận tình hướng dẫn, động viên,
truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến ThS. (NCS.) Lưu Anh Tuyên, CN. Đỗ
Duy Khiêm, những người đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm, đóng
góp, chia sẽ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.
Quý thầy cô trong khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh đã
giảng dạy trong suốt những năm qua. Những kiến thức mà tôi thu nhận được qua từng
bài giảng, từng môn học của các thầy cô là nền tảng để tôi có thể tiếp thu và giải quyết
các vấn đề trong luận văn và là hành trang vững chắc giúp tôi bước vào đời.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong hội đồng đã đọc, nhận xét và cho
những ý kiến quý báo về luận văn.
Tôi xin gửi lời tri ân đến gia đình, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể
hoàn thành khóa học của mình. Cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ, góp ý, động viên tôi trong
thời gian làm luận văn cũng như những năm tháng trên giảng đường. Xin chân thành
cảm ơn đến quý anh chị đồng nghiệp tại Trung tâm Hạt nhân Thành Phố Hồ Chí Minh
đã động viên và giúp đỡ tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt luận văn này.

MỤC LỤC
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU…. … ............................................................................................................... 1
Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ZE-Ô-LIT 4A ............................................... 4
1.1. Ze-ô-lit .................................................................................................................... 4
1.1.1. Giới thiệu về ze-ô-lit ........................................................................................ 4
1.1.2. Cấu trúc ze-ô-lit ............................................................................................... 5
1.1.3. Phân loại ze-ô-lit .............................................................................................. 9
1.1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc ........................................................................ 9
1.1.3.2. Phân loại theo kích thước lỗ rỗng .......................................................... 10
1.1.3.3. Phân loại theo thành phần hóa học ........................................................ 10
1.1.4. Tính chất của ze-ô-lit ..................................................................................... 14
1.1.4.1. Tính trao đổi ion .................................................................................... 14
1.1.4.2. Tính axit bề mặt ..................................................................................... 16
1.1.4.3. Tính hấp phụ .......................................................................................... 16
1.1.4.4. Tính chất chọn lọc hình dạng ................................................................ 16
1.1.5. Ứng dụng của ze-ô-lit .................................................................................... 19
1.2. Ze-ô-lit 4A ............................................................................................................ 20
1.2.1. Cấu trúc ze-ô-lit 4A ....................................................................................... 20
1.2.2. Tổng hợp ze-ô-lit 4A ..................................................................................... 21
1.2.2.1. Quy trình tổng hợp................................................................................. 22
1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng lên ze-ô-lit tổng hợp .......................................... 26
1.3. Các sai hỏng trong ze-ô-lit 4A .............................................................................. 30
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỦY THỜI GIAN SỐNG PÔ-SI-TRÔN
TRONG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ZE-Ô-LIT 4A...................... 32
2.1. Giới thiệu về pô-si-trôn......................................................................................... 32
2.2. Nguồn pô-si-trôn ................................................................................................... 33
2.3. Tương tác của pô-si-trôn với vật chất ................................................................... 35

2.3.1. Các quá trình xảy ra ....................................................................................... 35
2.3.1.1. Sự làm chậm và nhiệt hóa pô-si-trôn ..................................................... 35
2.3.1.2. Quá trình hủy của pô-si-trôn với e-lec-trôn ........................................... 37
2.3.1.3. Sự bẫy pô-si-trôn ................................................................................... 39
2.3.2. Pô-si-trôn-ni-um ............................................................................................ 40
2.3.2.1. Sự hình thành và phân hủy pô-si-trôn-ni-um ........................................ 40
2.3.2.2. Pô-si-trôn-ni-um trong vật liệu tinh thể xốp .......................................... 44
2.4. Phương pháp phổ hủy thời gian sống của pô-si-trôn ............................................ 44
2.4.1. Nguyên tắc chung của kỹ thuật hủy pô-si-trôn .............................................. 44
2.4.2. Phương pháp đo phổ thời gian sống của pô-si-trôn ....................................... 46
2.5. Phân tích phổ hủy pô-si-trôn................................................................................. 52
2.5.1. Sơ lược về phần mềm LT 9 ........................................................................... 52
2.5.1.1. Những thành phần ................................................................................. 52
2.5.1.2. Độ phân giải........................................................................................... 53
2.5.1.3. Những thành phần kết hợp với đường cong phân giải .......................... 54
2.5.1.4. Hình dạng của phổ ................................................................................. 55
2.5.2. Phân tích tích thời gian sống pô-si-trôn trong cấu trúc ze-ô-lit ..................... 56
Chương 3. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA ZE-Ô-LIT 4A BẰNG PHỔ KẾ
THỜI GIAN SỐNG HỦY PÔ-SI-TRÔN ............................................ 59
3.1. Đo mẫu ze-ô-lit 4A ............................................................................................... 59
3.1.1. Thiết lập hệ đo ............................................................................................... 60
3.1.2. Đo phổ thời gian sống pô-si-trôn ................................................................... 60
3.2. Kết quả và thảo luận ............................................................................................. 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 74
PHỤ LỤC… ................................................................................................................. 79

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết đầy đủ

Chữ viết tắt
NDT

Non – Destructive Testing (Kiểm tra không phá hủy)

Ze-ô-lit

Zeolite

LTA

Linde type A (ze-ô-lit loại A)

Pô-si-trôn

Positron

Pô-si-trôn-ni-um

Positronium

MCA

Multi Channel Analyzer (máy phân tích đa kênh)

PALS

Positron annihilation lifetime spectroscopy (phổ hủy thời
gian sống pô-si-trôn)

LT

Lifetime (thời gian sống)

FWHM

Full width at half maximum (bề rộng chiều cao một nửa)

NaI

Natri Iot

LIFSPECFIT

Lifetime spectroscopy Fit (chương trình làm khớp phổ thời
gian sống)

POSITRONFIT

Positron Fit (chương trình làm khớp positron)

FCC

face-centered cubic (chối tâm mặt)

PV

Photovoltaics (quang điện)

SBU

Secondary building unit (đơn vị cấu trúc thứ cấp)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.

Bảng thống kê lượng ze-ô-lit được khám phá và thương mại qua các thập
kỷ ………… ............................................................................................ 10

Bảng 1.2.

Đặc trưng của một số loại ze-ô-lit .......................................................... 12

Bảng 1.3.

Bảng thành phần trong ze-ô-lit 4A thương mại ...................................... 20

Bảng 1.4.

Đặc tính cấu trúc và cấu trúc thứ cấp (SBU) của ze-ô-lit hình thành từ
việc tổng hợp thành phần Na 2 O–Al 2 O 3 –SiO 2 –H 2 O với nhiệt độ khác
nhau ......................................................................................................... 27

Bảng 1.5.

Ảnh hưởng của thời gian tạo mầm lên tinh thể được sản xuất dưới sự

chiếu chùm tia vi sóng ........................................................................... 28

Bảng 1.6.

Các thông số tổng hợp và những ảnh hưởng của chúng lên ze-ô-lit được
chế tạo khi thay nguồn nhôm bằng việc sử dụng nhôm clorua ............. 29

Bảng 1.7.

Các thông số tổng hợp và những ảnh hưởng của chúng lên ze-ô-lit được
chế tạo khi thay nguồn nhôm bằng việc sử dụng nhôm sunfat .............. 29

Bảng 2.1.

Một số nguồn đồng vị phát pô-si-trôn .................................................... 34

Bảng 2.2.

Bảng phân tích thành phần thời gian sống ............................................. 57

Bảng 3.1.

Các mẫu ze-ô-lit 4A được tổng hợp ở các điều kiện khác nhau ............. 59

Bảng 3.2.

Bảng thông tin thực nghiệm đo phổ hủy pô-si-trôn đối với các mẫu ze-ôlit 4A ………… ....................................................................................... 62

Bảng 3.3.

Kết quả đo thời gian sống pô-si-trôn và cường độ tương ứng đối với các
mẫu ze-ô-lit 4A . ...................................................................................... 65

Bảng 3.4.

Kích thước bán kính lỗ rỗng tương ừng với thời gian sống ................... 68


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.

Cấu trúc khung của ze-ô-lit ...................................................................... 5

Hình 1.2.

Đơn vị cấu trúc sơ cấp ((a) là tứ diện TO 4 , (b) là hai tứ diện TO 4 dùng
chung 1 nguyên tử O) ............................................................................... 6

Hình 1.3.

Đơn vị cấu trúc thứ cấp ............................................................................. 6

Hình 1.4.

Đơn vị cấu trúc sô-đa-lit hợp thành từ nhiều đơn vị cấu trúc thứ cấp ..... 7

Hình 1.5.

Quá trình hình thành cấu trúc của các ze-ô-lit .......................................... 8

Hình 1.6.

Cấu trúc tinh thể của ze-ô-lit A (LTA) .................................................... 8

Hình 1.7.

Kích thước lỗ khung của từng loại ze-ô-lit .............................................. 9

Hình 1.8.

Ze-ô-lit loại 3A (a), 4A (b), 5A (c) ......................................................... 11

Hình 1.9.

Tính chất trao đổi ion của ze-ô-lit .......................................................... 15

Hình 1.10.

Sơ đồ biểu diễn sự chọn lọc hình dạng của ze-ô-lit ................................ 18

Hình 1.11.

Cấu trúc tinh thể của ze-ô-lit 4A ............................................................ 20

Hình 1.12.

Cấu trúc ze-ô-lit 4A: (a) là một ô đơn vị, (b) là tiết diện cắt ngang. Lồng
α có kích thước đường kính khoảng 11,4 Å, Lồng β có kích thước đường
kính khoảng 6,6Å ………. ........................................................................ 21

Hình 1.13.

Quy trình chế tạo ze-ô-lit 4A ………………………….…………………. ..23

Hình 1.14.

Sơ đồ phương pháp tạo gel .................................................................... 25

Hình 1.15.

Quy trình tổng hợp Ze-ô-lit A (3A, 4A, 5A) .......................................... 26

Hình 2.1.

Nguồn pô-si-trôn Na22 ............................................................................. 33

Hình 2.2.

Sơ đồ trong sự hủy e+-e- phát hai phô-tôn .............................................. 38

Hình 2.3.

Hai loại pô-si-trôn-ni-um va sự hủy dập tắt .......................................... 42

Hình 2.4.

Tổng hợp các quá trình tương tác của pô-si-trôn với vật chất ................ 43

Hình 2.5.

Tổng hợp các phương pháp hủy pô-si-trôn …………………………..…...45

Hình 2.6.

Sơ đồ thiết bị đo thời gian sống của pô-si-trôn ..................................... 48

Hình 2.7.

Giao diện phần mềm LT9 ...................................................................... 52

Hình 2.8.

Hình ảnh phổ hủy pô-si-trôn của mẫu [C3MIM][NTf2] ở 300 K. thành
phần 1 là p-Ps, thành phần 2 là pô-si-trôn tự do, thành phần 3 là o-Ps .. 56


Hình 3.1.

Bố trí thiết bị đo phổ hủy thời gian sống pô-si-trôn ............................... 61

Hình 3.2.

Các mẫu ze-ô-lit 4A được sử dụng nghiên cứu trong luận văn .............. 61

Hình 3.3.

Phổ thời gian sống của mẫu 4A-01 ......................................................... 63

Hình 3.4.

Phổ thời gian sống của mẫu 4A-02 ......................................................... 63

Hình 3.5.

Phổ thời gian sống của mẫu 4A-03 ......................................................... 63

Hình 3.6.

Phổ thời gian sống pô-si-trôn của các mẫu ze-ô-lit 4A .......................... 64

Hình 3.7.

Ảnh SEM kích thước tinh thể của hai mẫu ze-ô-lit 4A-02 (a), 4A-03 (b)
…………………………………………………………………………. 66

Hình 3.8.

Đồ thị tương quan giữa bán kính và thời gian sống (tính chung cho cả 3
mẫu) …………. ...................................................................................... 69

Hình 3.9.

Đồ thị tương quan giữa bán kính và thời gian sống (tính chung cho cả 3
mẫu, bỏ giá trị thời gian sống 56,318 ns) ............................................... 70

Hình 3.10.

Đồ thị tương quan giữa bán kính lỗ rỗng theo thời gian sống của pô-sitrôn ....………………………………………………………………. ...70

Hình 3.11.

Đồ thị tương quan giữa bán kính và thời gian sống pô-si-trôn đối với
mẫu 4A-01 …… ..................................................................................... 71


1

MỞ ĐẦU
Phổ hủy pô-si-trôn có ứng dụng rất lớn trong công tác nghiên cứu vật liệu hiện
nay. Phương pháp này giúp nghiên cứu tốt cấu trúc vi mô, sai hỏng vật liệu; bổ sung,
tích hợp với những phương pháp khác nghiên cứu sai hỏng vật liệu với mật độ rất
thấp, những sai hỏng ở khu vực bề mặt. Từ 1970 đến nay pô-si-trôn đã được áp dụng
rộng rãi nghiên cứu bản chất vật lý của vật liệu, thông qua 16 hội nghị International
Conference on positron Annihilation (ICPA) có hàng ngàn công trình nghiên cứu được
công bố. Qua đó cho thấy được tầm quan trọng của nghiên cứu và ứng dụng phổ hủy
pô-si-trôn.
Nghiên cứu phổ hủy pô-si-trôn là phương pháp nghiên cứu không phá hủy mẫu
để nghiên cứu cấu trúc vật liệu. Trên thế giới, áp dụng nghiên cứu hiệu quả cho một số
vật liệu như FCC, PV, bán dẫn, siêu bán dẫn,… Và đặc biệt quan tâm tới những sai
hỏng trong vật liệu hoặc những vật liệu có cấu trúc rỗng. Kỹ thuật thường phối hợp
các phương pháp với nhau như: phương pháp đo phổ thời gian sống pô-si-trôn và dãn
nở Đôp-le, kỹ thuật kính hiển vi điện tử, bức xạ hủy pô-si-trôn tạo phổ ê-lec-trôn
Auger, nhiễu xạ pô-si-trôn năng lượng thấp. Qua đó cho thấy được nghiên cứu và ứng
dụng phương pháp hủy pô-si-trôn ngày càng được đánh giá cao.
Nghiên cứu phổ hủy pô-si-trôn ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Nghiên cứu thời
gian sống pô-si-trôn, đo hiệu ứng Đôp-le đã được thiết lập tại Trung tâm Hạt nhân
thành phố Hồ Chí Minh. Các nghiên cứu về sai hỏng trong kim loại, ống na-nô cacbon, vật liệu ze-ô-lit đã được tiến hành và thu được một số kết quả đã công bố trên các
tạp chí quốc tế và trong nước.
Ze-ô-lit là nhôm silicat ngậm nước, xốp, hình thành trong điều kiện thủy nhiệt
và lần đầu tiên được công nhận là một loại khoáng sản trong 1756. Hầu hết các ze-ô-lit

thương mại có độ tinh khiết cao sản phẩm tổng hợp được làm từ vật liệu vô cơ. Với
cấu trúc xốp, ze-ô-lit có thể chọn lọc, hấp thụ hoặc loại bỏ các phân tử dựa trên sự
khác biệt về hình dạng và các tài sản khác. Những đặc điểm này đã dẫn đến nhiều công
dụng của ze-ô-lit, đặc biệt là để bảo vệ các hệ sinh thái, bao gồm làm mềm nước trong
chất tẩy rửa (thay thế polyphosphat không mong muốn), chất hấp phụ dầu tràn trong


2

công nghiệp, chiết xuất khí, lọc nước và loại bỏ kim loại nặng trong lọc nước và xử lý
nước thải, ứng dụng cho việc xử lý chất thải hạt nhân,…
Phổ thời gian sống hủy pô-si-trôn (PALS) được biết đến như một phương pháp
hiệu quả trong việc nghiên cứu cấu trúc của vật liệu. Khi nghiên cứu ze-ô-lit, phương
pháp này rất nhạy đối với kích thước lỗ rỗng (pore size), các khoảng trống (voids)
hoặc lỗ hỏng lớn (open volume) trong mạng tinh thể. Đặc biệt, sự hiện diện của các
phân tử nước trong các kênh lỗ (pore channels) hoặc lồng (cage) (hydrat hóa) có thể
được quan sát rõ ràng bởi PALS.
Với những ứng dụng quan trọng của Ze-ô-lit cùng với những điều kiện thiết bị
tại Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh, đề tài nghiên cứu tính chất của zeolite
4A bằng phương pháp phổ hủy thời gian sống positron được chọn để nghiên cứu.
Trong luận văn này Ze-ô-lit 4A là đối tượng được chọn để nghiên cứu tính chất.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu cấu trúc của ze-ô-lit 4A, từ đó giải thích các
kết quả thực nghiệm và đưa ra những kết luận về bản chất vật lý của vật liệu ze-ô-lit
4A.
Luận văn nghiên cứu chủ yếu trên những mẫu ze-ô-lit 4A đã được cán bộ
nghiên cứu của Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh chuẩn bị và tổng hợp tại
Phòng thí nghiệm Tổng hợp Vật liệu mới - Viện Ruder Boskovic-Coaroatia. Chúng tôi
áp dụng phương pháp phổ hủy của pô-si-trôn để đo phổ những mẫu ze-ô-lit 4A trên.
Việc nghiên cứu những tính chất lý hóa của nó vô cùng quan trọng, giúp cho
chúng ta tìm hiểu được những đặc tính và cấu trúc của chúng. Từ đó đưa vào ứng dụng

cụ thể trong thực tế như làm sạch chất thải, đây là nhu cầu cấp thiết cho xã hội hiện
nay.
Nội dung luận văn gồm ba chương:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về ze-ô-lit 4A, trình bày khái quát về cấu trúc, đặc
tính chung của ze-ô-lit, ze-ô-lit 4A. Trình bày về quy trình tổng hợp ze-ô-lit 4A, những
yếu tố ảnh hưởng đến ze-ô-lit 4A được tạo ra và những sai hỏng trong cấu trúc vật liệu
ze-ô-lit 4A.
Chương 2: Phương pháp phổ huỷ thời gian sống pô-si-trôn trong nghiên
cứu tính chất ze-ô-lit 4A, trình bày về vật lý pô-si-trôn, tương tác của pô-si-trôn với


3

vật chất, phương pháp đo thời gian sống của pô-si-trôn, giới thiệu về phần mềm LT 9
và cách xử lý phổ thời gian sống của pô-si-trôn.
Chương 3: Khảo sát tính chất của ze-ô-lit 4A bằng phổ kế thời gian sống
hủy pô-si-trôn, các mẫu ze-ô-lit 4A nghiên cứu được sử dụng là mẫu đã được chuẩn
bị và tổng hợp tại Phòng thí nghiệm Tổng hợp Vật liệu mới - Viện Ruder BoskovicCoaroatia. Tiến hành đo phổ thời gian sống pô-si-trôn trên các mẫu này. Sử dụng phần
mềm LT 9 xử lý phổ thu được. Từ những kết quả thu được đã rút ra những kết luận
cho luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, đây là vấn đề mới nên không tránh khỏi
những khó khăn và hạn chế kiến thức. Rất mong sự đóng góp của thầy cô và các bạn
giúp mình hoàn thành tốt luận văn.


4

Chương 1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ZE-Ô-LIT 4A

1.1. Ze-ô-lit
1.1.1. Giới thiệu về ze-ô-lit
Ze-ô-lit tự nhiên được tìm ra vào năm 1756. Ze-ô-lit là nhôm silicat tinh thể
xốp, ngậm nước, có cấu trúc ba chiều. Cấu trúc của chúng được hình thành bởi sự liên
kết của các nguyên tử oxy trong tứ diện TO 4 của các nguyên tử nhôm và silic (T = Si,
Al). Tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp (nhiệt độ, thời gian thủy nhiệt, thời gian kết
tinh), các giai đoạn của ze-ô-lit có thể được thay đổi từ vô định hình đến dạng kết tinh.
Kích thước tinh thể và sự kết tinh của ze-ô-lit ảnh hưởng đến tính chất vật lý của
chúng [11], [19], [32].
Tinh thể ze-ô-lit là các khối tứ diện AlO 4 và SiO 4 . Các tứ diện này lại nối với
nhiều cái khác xung quanh nó bằng cách góp chung nguyên tử oxi ở đỉnh tạo nên một
cấu trúc đa dạng. Cấu trúc khung này có thể chứa các khung nhỏ, lỗ hổng, rãnh được
liên kết lại để các phân tử nhỏ có thể chui vào. Như vậy, tinh thể này được đặc trưng
bởi hệ thống khe rỗng ba chiều, gồm các lỗ rỗng có đường kính xác định chính xác,
0

khoảng từ 3 đến 10 A đối với ze-ô-lit A. Với hình dạng và kích thước lỗ rỗng khác
nhau, các kênh trong cấu trúc, cấu trúc khung làm cho ze-ô-lit có tính xốp.
Với đặc tính xốp, ze-ô-lit được ứng dụng nhiều về những lĩnh vực hấp thụ, chọn
lọc các chất và trao đổi ion. Đến trước những năm 1940 các ze-ô-lit với tỉ lệ Si/Al thấp
được tổng hợp thành công. Thành công trong việc tổng hợp ze-ô-lit góp là sự phát
triển của ngành công nghiệp ze-ô-lit. Trong đó ze-ô-lit A (LTA) là một trong những
loại ze-ô-lit ứng dụng quan nhất với hàng trăm ngàn tấn được sản xuất mỗi năm. Ze-ôlit A được ứng dụng tốt trong chất giặt rửa, hút ẩm, chọn lọc phân tử hydrocacbon
[32].


5

1.1.2. Cấu trúc ze-ô-lit

Đặc trưng nổi bật của ze-ô-lit chính là cấu trúc tinh thể xốp của ze-ô-lit. Ze-ô-lit
có cấu trúc không gian 3 chiều, hệ thống mao quản đồng đều và sắp xếp trật tự. Công
thức hóa học chung của ze-ô-lit là:
Me2 / x O.Al2O3 .nSiO2 .mH 2O

(1.1)

Trong đó: Me là kim loại kiềm như Na, K (x=1) hoặc kim loại kiềm thổ như Ca,
Mg,… (x=2). Ngoài ra thành phần ze-ô-lit có thể được diễn tả dưới dạng 3 thành phần
gồm: ion dương thêm vào khung để trung hòa điện tích, khung ze-ô-lit, nước được
ngậm trong cấu trúc như sau [11]:
M nm/+m .[ Si1− n Aln O2 ].nH 2O

(1.2)

Cấu trúc tứ diện của tinh thể ze-ô-lit là một nguyên tử Al hoặc Si ở tâm, 4 đỉnh
là 4 nguyên tử O. Các tinh thể liên kết với nhau tạo thành mạng không gian có kích
0

thước lỗ rỗng từ 1 – 20 A (Angstroms). Hóa trị của Si là 4 nên tứ diện SiO 4 tâm Si sẽ
trung hóa điện, và hóa trị của Al là 3 nên tứ diện AlO 4 tâm Al sẽ mang diện tích âm.
Điện tích âm này sẽ được trung hòa bởi các ion Na + ,K + ,Ca 2 + ,Mg 2+ ,... Điều này dẫn
đến hình thành một trường tĩnh điện mạnh ở bề mặt bên trong làm các cation này có độ
linh động rất cao nên dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch mà ze-ô-lit
tiếp xúc. Đặc điểm này của các cation đưa đến một tính chất rất quan trọng của ze-ô-lit
là tính trao đổi ion [3], [11], [32].

Hình 1.1. Cấu trúc khung của ze-ô-lit (Nguồn: Hồ Thị Thông 2012)

6

Theo quy tắc Lô-viên-stên (Loweinstein) xác định rằng: 2 nguyên tử Al không
thể tồn tại lân cận nhau, nghĩa là cấu trúc ze-ô-lit không thể tồn tại các liên kết Al-OAl mà chỉ có các liên kết Si-O-Al hay Si-O-Si. Do đó chỉ tồn tại tỉ lệ Si/Al ≥ 1 [27].

0

Thành phần tạo nên cấu trúc của ze-ô-lit: kích thước nguyên tử oxi bằng 1.32 A ,
0

0

tức lớn hơn kích thước của silic (0.39 A ) và nhôm (0.57 A ), nên khi tạo thành các tứ
diện silic và nhôm, oxi luôn trùm lên các ion này. Các đơn vị cấu trúc trong tinh thể
ze-ô-lit [19]:
 Đơn vị cấu trúc sơ cấp (primary building unit) là các tứ diện nhôm oxit AlO 4 và
silic oxit SiO 4 (hay gọi tắt là tứ diện TO 4 ).

Hình 1.2. Đơn vị cấu trúc sơ cấp
((a) là tứ diện TO4, (b) là hai tứ diện TO4 dùng chung 1 nguyên tử O)
 Đơn vị cấu trúc thứ cấp (secondary building unit, thường viết tắt là SBU): gồm
các đơn vị cấu trúc sơ cấp kết nối lại với nhau qua các đỉnh O theo một trật tự
xác định và tuân theo quy tắc Lowenstein [27]. Việc lắp ghép khác nhau sẽ tạo
thành các đơn vị cấu trúc thứ cấp khác nhau, nếu 4 tứ diện ghép lại với nhau
được gọi là vòng 4 (vẽ như hình vuông), 6 tứ diện ghép với nhau là vòng 6 (vẽ
như hình lục giác),….

Hình 1.3. Đơn vị cấu trúc thứ cấp (Nguồn: Hồ Thị Thông 2012)

7

 Tiếp theo, các đơn vị cấu trúc thứ cấp lại kết nối với nhau theo các cách khác
nhau thành một cấu trúc hình học đa diện phức tạp hơn, và cấu trúc sô-đa-lit là
một trong những đa diện đó. Các sô-đa-lit khác nhau lại tiếp tục ghép nối với
nhau theo những kiểu khác nhau và vì thế hình thành nên các loại ze-ô-lit khác
nhau. Hình 1.4 là một ví dụ về cấu trúc sô-đa-lit [16].

Hình 1.4. Đơn vị cấu trúc sô-đa-lit hợp thành từ nhiều
đơn vị cấu trúc thứ cấp (Nguồn: PD Dr. Hubert Koller 2009)
 Trong một số ze-ô-lit, như ze-ô-lit loại A, loại X và Y đều có chung cấu trúc sôđa-lit với dạng hình học lập phương bát diện, được gọi là đơn vị sô-đa-lit. Mỗi
đơn vị sô-đa-lit có 24 nguyên tử nhôm và silic, 48 nguyên tử oxi. Đơn vị sô-đa0

0

lit có đường kính 6,6 A , thể tích khoảng trống bên trong là 150 A 3 , gồm 8 mặt 6
cạnh và 6 mặt 4 cạnh. Các đơn vị cấu trúc sô-đa-lit này lại kết nối với nhau theo
các cách khác nhau tạo thành khoang rỗng to, nhỏ khác nhau nhờ vậy mà ze-ôlit có cấu trúc xốp [28], [32].
Các loại cấu trúc tinh thể ze-ô-lit khác nhau được hình thành từ sự ghép nối
khác nhau của các SBU. Nếu các bát diện cụt được nối với nhau qua mặt 4 cạnh chúng
ta sẽ thu được ze-ô-lit có cấu trúc tinh thể kiểu A, còn nối với nhau qua mặt 6 cạnh sẽ
được ze-ô-lit kiểu X (hoặc kiểu Y). Với các cách ghép nối SBU khác nhau như vậy là
cho cấu trúc ze-ô-lit gồm các lồng α , lồng β và cửa sổ khung như hình 1.6. Hình 1.5
giúp chúng ta hình dung một cách rõ ràng hơn quá trình hình thành nên cấu trúc ze-ô-


8

lit. Và mỗi loại ze-ô-lit khác nhau sẽ có kích thước lỗ rỗng khung khác nhau như hình
1.7 [19].

sodalit

ze-ô-lit X,Y

Hình 1.5. Quá trình hình thành cấu trúc của các ze-ô-lit
(PD Dr. Hubert Koller 2009)

Hình 1.6. Cấu trúc tinh thể của ze-ô-lit A (LTA)
(Nguồn: Amber Mace và cộng sự 2013)


9

Hình 1.7. Kích thước lỗ khung của từng loại ze-ô-lit
(Nguồn: Scott M. Auerbach và cộng sự 2003)
1.1.3. Phân loại ze-ô-lit
1.1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc
Ze-ô-lit tự nhiên: có khoảng 48 loại, được hình thành do phản ứng giữa các
khoáng silicat trong núi lửa và các lớp tro với nước ngầm, được khám phá vào năm
1756 bởi Swedishmineralogist A.F. Cronstedt. Ze-ô-lit tự nhiên có độ tinh khiết không
cao do nhiễm các kim loại, các khoáng khác nên việc sử dụng còn hạn chế. Nếu yêu
cầu hàm lượng lớn và độ tinh khiết không cao thì vẫn có thể dùng trong các chất tẩy
rửa, chất hấp thụ, chất mang cho phân bón hóa học,… Một số loại ze-ô-lit tự nhiên là
le-ry-nit (lerynit), cha-ba-xit (chabazit), sti-bit (stibit), a-nan-xim (analcime)...[19],
[32].
Ze-ô-lit nhân tạo: có khoảng 200 loại, được nghiên cứu chế biến có cấu trúc
giống với cấu trúc ze-ô-lit tự nhiên và cũng có nhiều cấu trúc không tồn tại trong tự
nhiên. Ze-ô-lit tổng hợp có nhiều tính chất ưu việt hơn: đồng nhất về thành phần, độ
tinh khiết cao, độ bền cơ học cao... được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công

nghiệp như các lĩnh vực hấp phụ, xúc tác, tách lọc các chất lỏng và khí...[19], [32].


10

Bảng 1.1. Bảng thống kê lượng ze-ô-lit được khám phá và thương mại
qua các thập kỷ
Số lượng bằng sáng chế
Số lượng cấu
ở Mỹ cho các nghiên
Thập kỷ
trúc thương mại
cứu và ứng dụng
1950-1969
27
2,900
3
1970-1979
11
4,900
1
1980-1989
26
7,400
2
1990-1999
61
8,200
5
Totals

125
23,400
11
(Nguồn: Scott M. Auerbach và cộng sự 2003)
Số lượng ze-ô-lit
được khám phá

1.1.3.2. Phân loại theo kích thước lỗ rỗng
Dựa vào kích thước lỗ rỗng người ta chia cấu trúc ze-ô-lit thành các dạng sau:
dạng vi xốp (microporous) có đường kính lỗ rỗng nhỏ hơn 2 nm, kích thước xốp trung
bình (mesoporous) có đường kính lỗ rỗng từ 2 – 50 nm, kích thước xốp lớn
(macroporous) có đường kính xốp lớn hơn 50 nm [28].
0

Về kích thước mao quản, ze-ô-lit có mao quản rộng: đường kính 7-15 A , gồm
0

ze-ô-lit A, Erionit. Ze-ô-lit có mao quản trung bình: đường kính 4,5-6 A , gồm ze-ô-lit
0

ZSM-5, Ferrierit. Ze-ô-lit có mao quản hẹp: đường kính 3-4 A , gồm có ze-ô-lit X, Y,
Mordenit.
Ngoài ra theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao
quản: gồm ze-ô-lit có cấu trúc mao quản 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều.
1.1.3.3. Phân loại theo thành phần hóa học
Theo nguyên tắc Loweinstein chỉ tồn tại loại tỉ lệ Si/Al ≥ 1. Như vậy tỉ số này
mà gần 1 thì được xem là ze-ô-lit giàu Al. Hai loại zeolit A, X được khám phá và công
bố năm 1959 bởi Milton và Breck là hai loại ze-ô-lit giàu Al (hàm lượng Si thấp), có
chứa cation cao nhất nên trao đổi ion là đặc tính nổi bật của hai loại ze-ô-lit này. Ze-ôlit A có tỉ lệ Si/Al=1, tồn tại dưới 3 dạng gồm 3A, 4A, 5A. Đường kính mao quản của
0

ze-ô-lit loại A từ 3 - 10 A [17], [28], [32].


11

(a)

(b)

(c)
Hình 1.8. Ze-ô-lit loại 3A (a), 4A (b), 5A (c)
0

Loại 3A có đường kính cửa sổ mao quản bằng 3 A và cation bù trừ là K+. Loại
0

0

4A có đường kính cửa sổ mao quản là 3,6 − 4,0 A (gần bằng 4 A ) và cation bù trừ là
0

0

Na+. Loại 5A: có đường kính cửa sổ mao quản bằng 4, 2 − 4, 4 A (gần 5 A ) và cation bù
trừ là Ca2+ [17], [28]. Ze-ô-lit kiểu X (thuộc họ Phau-gia-xit (Faujazite)): có tỉ lệ 1,2 >
0

Si/Al > 1. Ví dụ: loại NaX có đường kính mao quản lớn hơn 8 A .
Sự chuyển đổi những loại cation bừ trừ khác nhau làm thay đổi kích thước các

cửa sổ mao quản và đặc tính hút ẩm của ze-ô-lit (do sự khác nhau về tính chất và kích
thước của các cation bù trừ điện tích).
Ze-ô-lit có hàm lượng Silic trung bình: Có tỉ lệ Si/Al > 1,2. Thực nghiệm chứng
tỏ rằng, tỉ lệ Si/Al càng cao thì khả năng bền nhiệt của ze-ô-lit càng cao. Trong họ zeô-lit này có thể kể đến những loại sau [32]:
-

Ze-ô-lit kiểu Y (thuộc họ Phau-gia-xit): có tỉ lệ Si/Al = 1,5 – 3,8

-

Ze-ô-lit Mô-đe-nit (Mordenite): Si/Al=5.

-

Ze-ô-lit Ê-ri-ô-nit (Erionite): Si/Al=2,85.

-

Ze-ô-lit Cha-ba-xit (Chabazit): Si/Al=2,15.
Ze-ô-lit giàu Si có tỉ lệ Si/Al = 10 – 100 (hoặc hơn), được nghiên cứu và phát

triển bởi hãng Mobil Oil giai đoạn năm 1960 – 1970. Zeolit giàu Si được phát triển


12

rộng rãi hiện nay là ZMS-5. Ze-ô-lit giàu Si tương đối bền nhiệt nên được sử dụng
trong nhiều quá trình xúc tác có điều kiện khắc nghiệt. Ngoài ra còn có nhiều ze-ô-lit
tổng hợp khác có tỉ lệ Si/Al cao được tổng hợp nhờ sự có mặt của chất tạo cấu trúc
(template), thường là họ amin bậc 4: R 4 N+ [32].

Bảng 1.2. Đặc trưng của một số loại ze-ô-lit
Ký

Mẫu

hiệu

Tỉ lệ

SBU

Si/Al

Cấu trúc lỗ rỗng

ABW Li-A(BW), Cs[SiAlO 4 ]

1.0

4, 6, 8

8 3.4 x 3.8*

AFI

AlO 4 -5

1.0

4, 6

12 7.3*

AFS

MAPSO-46

1.0

61

12 6.3* ↔ 4.0 x
4.0**

ANA Analcime, leicite, pollucite, viseite,

2.0

wairakite, Na-B AlPO 4 -24,

4, 6, 6-

8 distorted

2

Cs 2 [FeSi 5 O 12 ]
BEA

Beta, NU-2h

10.0

5-1 + 4

12 7.3 x 6.0**

CAN

Cancrinite, tiptopite, ECR-5

1.0

6

12 5.9*

CHA

Chabazite, linde D, linde R, ZK-14,

2.0

6, 6-6

8 3.8 x 3.8*

1.5

4=1

8 2.8 x 3.8* ↔ 8

SAPO-34, MeAPO-47
EDI

Edingtonite, K-F, linde F

variable
EMT

ZSM-20i

4.5

6-6, 6-2 12 7.6 ↔ 12 7.6 x

Erionite, linde Tj, AlO 4 -17

5.7***

ERI

Faujasite, linde X, linde Y, LZ-201,

3.0

6

FAU

SAPO-37

2.5

6-6, 6-2 12 7.4***

FER

Ferrierite, Sr-D, FU-9, ZSM-35, ISI-6

5.0

5-1

8 3.6 x 5.1***

10 4.2 x 5.4* ↔ 8
3.5 x 4.8*


13

HEU

Heulandite, clinoptilolite, LZ-219

3.5

4-4=1

8 2.6 x 4.7* ↔

KFI

ZK-5, Ba-P, Ba-Q

2.0

6-6, 4,

{10 3.0 x 7.6* ↔

8, 6-2

8 3.3 x 4.6*
8 3.9***[3.9***

LTA

Linde A, ZK-4, N-A, alpha, ZK-21,
ZK-22, SAPO-42

1.0

4-4, 8,

8 4.1***

6-2

(Nguồn: Scott M. Auerbach và cộng sự 2003)
Rây phân tử ze-ô-lit: đây là vật liệu có cấu trúc tinh thể và cấu tạo hình học
tương tự như aluminosilicat tinh thể (tức ze-ô-lit thông thường) nhưng hoàn toàn
không chứa Al mà chỉ chứa Si. Tức là nó hoàn toàn không chứa cation bù trừ điện tích
(không có tính chất trao đổi ion), ze-ô-lit loại này có tính chất là kị nước.
Ze-ô-lit đã tách Al: người ta tìm cách biến đổi thành phần hóa học của ze-ô-lit
sau tổng hợp để thu được một sản phẩm không chứa Al trong mạng lưới mà thay vào
đó là các Si hoặc nguyên tố hóa trị III hoặc IV khác. Khi đó tỉ lệ Si/Al sẽ cao hơn
nhưng chỉ tối đa bằng 9, vì nếu tỉ lệ Si/Al>9 thì sẽ phá vỡ mạng lưới tinh thể của ze-ôlit.
Họ ze-ô-lit aluminophotphat (AlPO): Vật liệu ze-ô-lit (Al-Si) có hạn chế lớn
nhất chính là kích thước mao quản nhỏ hơn 1nm. Yêu cầu đặt ra là tạo ra một loại zeô-lit có kích thước lớn hơn, do đó năm 1988 người ta đã tổng hợp được ze-ô-lit đầu
tiên có đường kính mao quản 12 lớn hơn X và Y có tên VPI-5 [5]. Đây là một họ chất
rắn mới có cấu trúc tinh thể tương tự ze-ô-lit gọi là Aluminophotphat (AlPO) đã được
phát minh bởi các nhà nghiên cứu của Liên hiệp Carbide trên cơ sở các nguyên tố là
Al và P. Vật liệu này không được cấu tạo từ các tứ diện SiO4 và AlO4- mà từ các tứ
diện AlO4- và PO4+ theo tỷ lệ 1:1 nên trung hòa về điện tích. Đặc trưng cơ bản của
AlPO là đều có tỷ lệ Al/P = 1, không có các cation bù trừ nên không có khả năng trao
đổi cation và vì vậy không có tính xúc tác. Dù AlPO đáp ứng được yêu cầu về đường
kính nhưng tính bền nhiệt và thủy nhiệt không cao nên kết quả vẫn không được ứng
dụng rộng rãi [5]. Các biến tướng của AlPO là SAPO và MeAPO.
SAPO: khi đưa vào AlPO một lượng nhỏ Si để thay thế P thì vật liệu thu được
gọi là SAPO với khung điện tích âm và có khả năng trao đổi cation.


14

MeAPO: nếu đưa các nguyên tố khác như Co, Mn, Fe, V, Ga,... vào SAPO thì
nhận được họ rây phân tử mới, ký hiệu là MeAPO. Khi đó, tính chất hóa học (tính chất
axit - bazơ, oxy hóa khử) của vật liệu sẽ thay đổi. Về cấu trúc hình học các vật liệu CoAPO, Mn-APO, V-APO có cấu trúc tương tự AlPO5, AlPO11, AlPO17, AlPO31.

Điều này hứa hẹn những hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng về vật liệu ze-ôlit chứ không chỉ dừng lại ở họ AlPO. Cụ thể như năm 1991-1992, các nhà khoa học
hãng Mobil oil đã tổng hợp thành công vật liệu mao quản trung bình họ M41S có kích
thước mao quản là 10-300 [3].
1.1.4. Tính chất của ze-ô-lit
Ze-ô-lit ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và vượt trội hơn
các vật liệu khác là nhờ vào những ưu thế về những tính chất đặc trưng của nó.
1.1.4.1. Tính trao đổi ion
Trong mạng ze-ô-lit với các ion Al3+, Si4+ khi liên kết tâm Si sẽ trung hòa điện
còn tâm Al sẽ tích điện âm do thiếu một liên kết. Do vậy trong cấu trúc tinh thể ze-ô-lit
tồn tại các cation bù trừ điện tích rất linh động và dễ dàng trao đổi với các cation khác
trong dung dịch mà ze-ô-lit tiếp xúc, nút mạng liên kết để trung hòa điện thì phải liên
kết với 1ion dương (ion kiềm hoặc kiềm thổ). Điều này thể hiện tính chất trao đổi ion
của ze-ô-lit.
Một điều đặc thù làm cho tính chất này của ze-ô-lit càng trở nên quan trọng so
với nhựa trao đổi hoặc các chất trao đổi ion vô cơ khác đó là: ze-ô-lit có cấu trúc
không gian 3 chiều bền vững nên khi trao đổi ion, các thông số mạng của ze-ô-lit
không thay đổi, khung ze-ô-lit không bị thay đổi.
Đường kính trung bình trong mao quản của ze-ô-lit sẽ thay đổi khi xảy ra quá
trình trao đổi cation vì sự khác nhau về kích thước hoặc điện tích giữa cation trong zeô-lit và cation trao đổi. Ví dụ: 1 H+ trao đổi với 1 Na+ thì đường kính mao quản tăng
lên do kích thước nguyên tử hidro nhỏ hơn nguyên tử Natri.
Việc trao đổi càng thực hiện dễ dàng khi cấu trúc ze-ô-lit càng hở (càng xốp) và
sau một thời gian nhất định thì quá trình trao đổi sẽ đạt trạng thái cân bằng.


15

Hình 1.9. Tính chất trao đổi ion của ze-ô-lit
Khả năng trao đổi ion phụ thuộc chủ yếu vào:
-

Vị trí: vị trí khác nhau tốc độ trao đổi khác nhau, cụ thể là: đối với vị trí mở

(bề mặt) thì trao đổi dễ dàng hơn ở những vị trí kín (sô-đa-lit, lăng trụ).
-

Tỉ lệ Si/Al: tỉ lệ càng cao thì khả năng trao đổi ion càng giảm.

-

Bản chất (điện tích, kích thước) và nồng độ cation trao đổi.

-

Đường kính mao quản vì quá trình trao đổi cation trong ze-ô-lit được thực

hiện nhờ các cửa sổ mao quản.
-

Nhiệt độ môi trường phản ứng.

-

Dung môi hòa tan.

-

Ứng dụng phổ biến nhất của tính chất này là làm mềm nước cứng (các

cation bù trừ sẽ trao đổi với các cation Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng).
-

Sự trao đổi cation sẽ dẫn đến nhiều thay đổi trong ze-ô-lit từ đường kính

mao quản đến độ bền, cấu trúc và ngay cả các tính chất quan trọng của ze-ô-lit cũng
thay đổi theo.


16

1.1.4.2. Tính axit bề mặt
Có 2 loại tâm axit có thể được hình thành bên trong cấu trúc ze-ô-lit:
Tâm axit Bronsted:
Có khả năng cung cấp proton nhờ vào các nhóm hydroxyl (-OH) được hình
thành trong cấu trúc của ze-ô-lit do:
- Phân giải các ion amoni hoặc alkyl amoni tạo ra proton liên kết với các nguyên
tử oxy của mạng lưới.
- Sự phân ly của phân tử nước bị hấp phụ bởi trường tĩnh điện của các cation
trao đổi hoá trị.
- Quá trình trao đổi ion của các kim loại kiềm bằng ion H+ của axit.
Tâm axit Lewis: Được hình thành từ quá trình tách nhóm hydroxyl của ze-ô-lit
khi xử lý nhiệt. Việc hình thành này được quyết định bởi sự tồn tại của Al trong ze-ôlit vì ở nhiệt độ cao chỉ khi oxi bị tách ra khỏi liên kết với Al mới xuất hiện tâm axit
Lewis.
1.1.4.3. Tính hấp phụ
Hấp phụ là quá trính hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề
mặt, chính sự phân cực cao của bề mặt bên trong các lỗ rỗng tạo lực chính giúp hấp
phụ. Ze-ô-lit là một vật liệu xốp nên nó cũng có khả năng hấp phụ, nhưng đặc biệt so
với các vật liệu có khả năng hấp phụ thương mại khác nó có khả năng hấp phụ một
lượng nước rất lớn và các chất phân cực khác ngay cả khi chúng có mật độ rất thấp và
ở nhiệt độ cao. Điều này cho phép ze-ô-lit có thể làm khô các bộ phận rất ít nước và là
vật liệu tối ưu ở nhiệt độ tương đối cao.

1.1.4.4. Tính chất chọn lọc hình dạng
Về nguyên tắc khi một phân tử phản ứng với ze-ô-lit: cần phải trải qua các giai
đoạn sau [9]:
-

Khuếch tán đến bề mặt của ze-ô-lit.

-

Đi vào mao quản qua các cửa sổ và khuếch tán đến trung tâm hoạt động.