KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cd2+CỦA VẬT LIỆU NANO Y0.7Sr0.3FeO3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA  KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cd2+CỦA VẬT LIỆU NANO Y0.7Sr0.3FeO3 SVTH: QUÃNG THỊ THANH THẢO GVHD: TS NGUYỄN ANH TIẾN TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC LỜI CẢM ƠN  Qua bốn năm học tập nghiên cứu khoa học Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh em trau dồi cho lượng kiến thức, hành trang để em vững bước tương lai Đặc biệt mơi trường sư phạm giúp em hồn thiện Dưới dìu dắt thầy Khoa mà qua năm em học hỏi thêm nhiều kiến thức quý báu từ môn đại cương môn chuyên ngành Để rồi, làm Luận văn tốt nghiệp, em tự tin Vì thế, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người mà em yêu quý trân trọng giúp đỡ cho em hoàn thành tốt Luận văn Lời em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt Luận văn Trong q trình nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn em xin cảm ơn tồn thể q thầy Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ trình làm đề tài Cảm ơn ba mẹ, bạn bè, người thân kịp thời ủng hộ động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn Do thời gian khả hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận đóng góp dẫn chân thành thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, tháng năm 2013 SVTH Quãng Thị Thanh Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .6 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .9 1.1 CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ứng dụng 12 1.1.3 Điều chế vật liệu nano oxit phương pháp đồng kết tủa 15 1.2 VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO 16 1.2.1 ABO 16 1.2.2 ABO biến tính 17 1.2.3 YFeO .18 1.3 TỔNG QUAN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA Fe, Y, Sr, Cd VÀ CÁC HỢP CHẤT 18 1.3.1 Sắt .19 Sắt (III) oxit 20 Sắt (III) hydroxit 23 1.3.2 Yttri 24 Yttri oxit 25 1.3.3 Stronti .26 Stronti oxit 27 1.3.4 Cadmi .28 Khả gây độc Cadmi .29 1.4 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 30 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 30 1.4.2 Hấp phụ môi trường nước .31 1.4.3 Động học hấp phụ 31 1.4.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 32 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 1.5.1 Phương pháp phân tích DTA/ TGA 32 1.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33 1.5.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 1.5.4 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDXS) .35 1.5.5 Phương pháp đo độ từ hóa 36 1.5.6 Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử 37 Phương pháp nguyên tử hóa lửa 39 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .40 2.1 HÓA CHẤT – THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ 40 2.2 TỔNG HỢP BỘT NANO Y 0.7 Sr 0.3 FeO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 40 2.3 KẾT QUẢ 42 2.3.1 Kết phân tích DTA/TGA vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 42 2.3.2 Kết XRD vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 43 2.3.3 Kết SEM vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 46 2.3.4 Kết EDXS vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO .48 2.3.5 Từ tính vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 48 2.3.6 Khả hấp phụ ion Cd2+ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 50 2.3.6.1 Các điều kiện đo phổ hấp phụ nguyên tử phát xạ lửa Cd2+ 50 2.3.6.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp hấp thụ nguyên tử .50 2.3.6.3 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Y 0.7 Sr 0.3 FeO Cd2+ 51 CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 53 3.1 Kết luận 53 3.2 Đề xuất .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Danh mục hình vẽ Hình Phân loại vật liệu nano theo kích thước 12 Hình Điện thoại Morph 12 Hình Mơ hình tách tế bào từ trường 13 Hình Mơ hình dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính 14 Hình Biểu đồ thử nghiệm đốt nhiệt từ thỏ 14 Hình Máy lọc nước nano 15 Hình (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO , (b) Sự xếp bát diện cấu trúc lý tưởng 17 Hình Tế bào đơn vị YFeO 18 Hình Kim loại sắt 19 Hình 10 Dạng bột mạng không gian sắt (III) oxit 21 Hình 11 Cấu trúc ε-Fe O 22 Hình 12 Kim loại yttrium 24 Hình 13 Y O dạng bột 26 Hình 14 Ảnh TEM Y O 26 Hình 15 Kim loại strontium 27 Hình 16 Cấu trúc tinh thể SrO 28 Hình 17 Kim loại cadmi 29 Hình 18 Mơ tả thí nghiệm 41 Hình 19 (a) Giản đồ phân tích TGA/DTG mẫu bột điều chế phương pháp 1,(b) Giản đồ phân tích DTG mẫu bột điều chế phương pháp 43 Hình 20 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 650oC 44 Hình 21 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 750oC 45 Hình 22 Phổ XRD mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp sau nung 750°C (t = 1giờ) (a, b, c tương ứng với số thứ tự phương pháp điều chế) 46 Hình 23 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 47 Hình 24 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 48 Hình 25 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 48 Hình 26 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 49 Hình 27 Đường cong từ trễ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp 50 Hình 28 Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 52 Hình 29 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd 2+ 53 Hình 30 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian 53 Danh mục bảng Bảng Một vài số vật lý quan trọng sắt 20 Bảng Một vài số vật lý quan trọng yttrium 25 Bảng Một vài số vật lý quan trọng oxit sronti 28 Bảng Một vài số vật lý quan trọng cadmi 29 Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y 0,7 Sr 0,3 FeO điều chế theo phương pháp 47 Bảng Thông số từ tính vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp 50 Bảng Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cd2+ 52 Bảng Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd2+ 53 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển khoa học kĩ thuật vài thập niên trở lại đây, việc tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano thu hút ý nhiều nhà nghiên cứu nước Điều xảy vật liệu nano có tổ hợp tính chất khác với vật liệu khối thông thường thành phần hố học Trong oxit bán dẫn có kích thước hạt nhỏ ferrite kim loại đất chiếm vị trí đặc biệt thể tính chất từ Các hạt ferrite nano có từ tính mà chúng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật đại điện tử nano, công nghệ sản xuất điện thoại di động, máy tính, dụng cụ y tế, chế tạo hợp kim chống ăn mòn, vật liệu chịu nhiệt làm lò phản ứng hạt nhân, vật liệu laze, chất siêu dẫn v.v Các ferrite loại ABO với cấu trúc lệch perovskite (A kim loại đất La, Y; B kim loại chuyển tiếp họ d Mn, Fe, Co, Ni) nghiên cứu nhiều lĩnh vực xúc tác Phương pháp thông thường dễ để điều chế ferrite ABO nung oxit, hydroxit, cacbonat hay nitrat kim loại tương ứng nhiệt độ cao Nhược điểm phương pháp yêu cầu nhiệt độ cao (T > 1200oC) để thu pha đơn tinh thể, dẫn đến ferrite thu có kích thước hạt lớn khơng đồng hình dạng, diện tích bề mặt thấp kết tụ hạt Ngày nay, để điều chế vật liệu oxit phức hợp người ta thường sử dụng phương pháp sol- gel (trong trường hợp riêng, đồng kết tủa cấu tử từ dung dịch lỏng), phương pháp đảm bảo tính đồng hố học hoạt tính cao vật liệu bột thu Thực nghiệm cho thấy rằng, thay phần kim loại La hay Y ABO kim loại hoá trị II Ca, Sr làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite, dẫn đến thay đổi tính chất hố lý vật liệu điều chế từ chúng Vì thế, nghiên cứu tổng hợp vật liệu bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO phương pháp khác nhau, nghiên cứu số đặc trưng cấu trúc, từ tính khả hấp phụ ion Cd2+ chúng CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Khái niệm Hàng ngàn năm trước đây, kể từ nhà bác học cổ Hy Lạp xác lập nguyên tắc khoa học (đúng siêu hình học), ngành khoa học tập trung thành mơn triết học, người ta gọi họ nhà bác học họ biết hầu hết vấn đề khoa học Đối tượng khoa học lúc vật thể vĩ mô Cùng với thời gian, hiểu biết người tăng lên, đó, độ phức tạp gia tăng, khoa học phân theo ngành khác toán học, vật lí, hóa học, sinh học, để nghiên cứu vật thể cấp độ lớn micro mét Sự phân chia kết thúc khoa học lần lại tích hợp với nghiên cứu vật thể cấp độ nano mét Nếu ta gọi phân chia theo ngành tốn, lí, hóa, sinh phân chia theo chiều dọc, việc phân chia thành ngành khoa học nano, công nghệ nano, khoa học vật liệu mới, phân chia theo chiều ngang Điều thấy thơng qua tạp chí khoa học có liên quan Ví dụ tạp chí tiếng vật lí Physical Review có số từ năm 1901, tạp chí hóa học Journal of the American Chemical Society có số từ năm 1879, tạp chí có mặt lâu truyền tải nghiên cứu khoa học sôi kỷ trước Trong thời gian gần đây, người ta thấy xuất loạt tạp chí khơng theo ngành cụ thể mà tích hợp nhiều ngành khác tạp chí uy tín Nano Letters có số từ năm 2001, tạp chí Nanotoday có số từ năm 2003 Chúng thể xu hướng khoa học phân chia lại theo chiều ngang tương tự khoa học hàng ngàn năm trước Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị ước giảm tỷ lần (10-9) Ví dụ: nanogam = phần tỷ gam; nanomet = phần tỷ mét hay 1nm = 10-9 m Khoa học nano ngành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mô đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mô lớn Loại vật liệu quan tâm chúng có tính chất vật lý, hố học nhiều ứng dụng khác đặc biệt so với nghiên cứu hạt micro Công nghệ nano tổ hợp trình chế tạo vật liệu, thiết bị máy móc hệ kỹ thuật mà chức chúng xác định cấu trúc nano, tức đơn vị cấu trúc có kích thước từ đến 100 nm Công nghệ nano xuất cầu nối số ngành khoa học (hoá học, vật lý, học, khoa học vật liệu, sinh học nhiều lĩnh vực khác khoa học), ngày sâu vào nhiều lĩnh vực đại khoa học kỹ thuật thơng qua chúng, vào đời sống Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nano mét Các vật liệu với kích thước có tính chất hóa học, nhiệt, điện, từ, quang, xúc tác đặc biệt, khác hẳn vật liệu có kích thước lớn Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Thơng thường vật liệu nano phân thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc vật liệu kích thước chúng v.v… Về mặt cấu trúc vật liệu nano phân thành loại: vật liệu nano không chiều (0D), chiều (1D), hai chiều (2D) - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, khơng cịn chiều tự cho điện tử) Ví dụ: hạt nano từ tính sắt oxit (magnetite Fe O , maghemite a-Fe O ) phá hủy tế bào ung thư nhờ tác động từ trường - Vật liệu nano chiều hạt có chiều cỡ nm, hai chiều dài hơn, dạng Ví dụ: Silicat lớp (phyllosilicat) kết hợp với polime để tạo nanocomposit có tính chất chịu nhiệt, chống cháy, chịu mài mịn, biến đổi tính chất điện, quang phụ thuộc vào dạng polime sử dụng - Vật liệu nano hai chiều hạt có chiều cỡ nm, chiều thứ ba dài Ví dụ: Ống nano cacbon triển khai hệ thống điện nano, bao gồm thành phần nhớ học, motor điện cỡ nano Một cách sử dụng khác ống nano cacbon phương tiện vận chuyển gene - Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Mặc khác, người ta phân loại dạng vật liệu nano vào lĩnh vực ứng dụng khác chúng: - Vật liệu nano kim loại; - Vật liệu nano bán dẫn; - Vật liệu nano từ tính; - Vật liệu nano sinh học Quá trình tổng hợp cấu trúc nano khác “hạt, thanh, dây, ống hay cấu trúc nano kì dị” với đồng kích thước, hình dạng đơn pha tập trung nghiên cứu Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano với mục đích ứng dụng khác tạo Theo quan điểm nhiều tác giả, “hạt nano” đối tượng nano không chiều (0D) mà kích thước tất chiều có bậc đại lượng, nguyên tắc, hạt nano có dạng hình cầu Theo quan điểm lượng, giảm kích thước hạt làm tăng vai trị lượng bề mặt hạt cấu trúc Các tính chất đặc trưng vật liệu như: số điện môi, điểm nóng chảy, chiết suất bị thay đổi giảm kích thước xuống thang nano Ngồi cịn nhiều tính chất đặc trưng khác vật liệu như: hoạt tính diện tích bề mặt; tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, học, hóa học chí sinh học… bị thay đổi giảm kích thước đến giá trị nanomet Hình Phân loại vật liệu nano theo kích thước 1.1.2 Ứng dụng Trong ngành cơng nghiệp nay, tập đồn sản xuất điện tử bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, năm 2008, Trung tâm Nghiên cứu Nokia hợp tác với trường Đại học Cambridge (Anh) phát triển thiết bị điện thoại sử dụng công nghệ nano gọi Morph Morph thiết bị linh hoạt có khả thay đổi hình dạng tùy ý thích người sử dụng Hình Điện thoại Morph Hiện nay, người chế tạo hạt nano có đặc tính sinh học có tác động lên người y hệt kháng thể, tức chúng lập trình để truy diệt tế bào ung thư Các chất liệu từ cơng nghệ nano hỗ trợ việc chẩn đoán bệnh tật hay khảo sát thể, cách gắn chuỗi DNA vào hạt nano có khả cảm thụ đặc tính sinh học tế bào gửi tín hiệu bên ngồi Y tế nano ngày nhắm vào bệnh di truyền có nguyên nhân từ gen như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, bệnh lan rộng béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học lĩnh vực lợi nhiều từ công nghệ Trong phẫu thuật thẩm mỹ, hình thành ngành Cosmetic Nano Surgery (tạm dịch Nano phẫu thuật thẩm mỹ) Các ứng dụng công nghệ nano phát triển vi phẫu thuật thẩm mỹ để bóc mỡ thừa, căng da, xóa nếp nhăn, đổi màu tóc Các loại kem bơi da chứa hạt nano giúp thay đổi màu da hay ngăn chặn tia tử ngoại dễ gây ung thư da Ngoài ra, nhà khoa học cịn sử dụng cơng nghệ nano để giảm vấn đề nan giải nước, giải khó khăn kỹ thuật để xử lý chất ô nhiễm nước, bao gồm vi khuẩn, virút, asen, thủy ngân, thuốc bảo vệ thực vật muối Nhiều nhà nghiên cứu kỹ sư khẳng định, công nghệ nano đảm bảo giải pháp hiệu bền vững sử dụng hạt nano để xử lý nước gây nhiễm so với phương pháp truyền thống đòi hỏi nhân cơng, vốn, đất đai lượng  Ứng dụng từ tính hạt nano y sinh học - Phân tách chọn lọc tế bào: Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách loại thực thể sinh học khỏi môi trường chúng để làm tăng nồng độ phân tích cho mục đích khác Q trình phân tách chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu tách thực thể đánh dấu khỏi môi trường từ trường Việc đánh dấu thực thông qua hạt nano từ tính Các hạt bao phủ loại hóa chất có tính tương hợp sinh học dextran, polyvinyl alcohol (PVA) Hóa chất bao phủ khơng tạo liên kết với vị trí bề mặt tế bào phân tử mà giúp cho hạt nano phân tán tốt dung mơi, tăng tính ổn định chất Hình Mơ hình tách tế bào từ lỏng từ Đây cách hiệu trường xác để đánh dấu tế bào Các hạt từ tính bao phủ chất hoạt hóa tương tự phân tử hệ miễn dịch tạo liên kết với tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu thể golgi Quá trình phân tách thực nhờ gradient từ trường Từ trường tạo lực hút hạt từ tính có mang tế bào đánh dấu Các tế bào không đánh dấu khơng giữ lại ngồi Phân tách tế bào sử dụng hạt nano từ tính phương pháp thường sử dụng Hình nguyên tắc tách tế bào từ trường (a) nam châm đặt bên để hút tế bào đánh dấu loại bỏ tế bào không đánh dấu (b) nam châm đặt vào dịng chảy có chứa tế bào cần tách - Dẫn truyền thuốc: Một nhược điểm quan trọng hóa trị liệu tính khơng đặc hiệu Khi vào thể, thuốc chữa bệnh phân bố không tập trung nên tế bào mạnh khỏe bị ảnh Hình5.4.Biểu Mơ đồ hình thuốcđốt dùng Hình thửdẫn nghiệm hạt từ nano tính nhiệt trêntừthỏ hưởng tác dụng phụ thuốc Chính việc dùng hạt từ tính hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết thể (thơng thường dùng điều trị khối u ung thư) nghiên cứu từ năm 1970 Những ứng dụng gọi dẫn truyền thuốc hạt từ tính Có hai lợi ích là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố thuốc thể nên làm giảm tác dụng phụ thuốc; (ii) giảm lượng thuốc điều trị Hạt nano từ tính có tính tương hợp sinh học gắn kết với thuốc điều trị Lúc hạt nano có tác dụng hạt mang Thông thường hệ thuốc/hạt tạo chất lỏng từ vào thể thông qua hệ tuần hoàn Khi hạt vào mạch máu, người ta dùng gradient từ trường mạnh để tập trung hạt vào vị trí thể Hình ngun lí dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính Một nam châm bên ngồi mạnh tạo gradient từ trường kéo hạt nano từ tính gắn với thuốc đến vị trí mong muốn Ở q trình nhả thuốc diễn làm cho hiệu sử dụng thuốc tăng lên nhiều lần - Đốt nhiệt từ: Phương pháp đốt tế bào ung thư từ trường ngồi mà khơng ảnh hưởng đến tế bào bình thường ứng dụng quan trọng khác hạt nano từ tính Một nghiên cứu đốt nhiệt từ xuất từ năm 1957 Nguyên tắc hoạt động hạt nano từ tính có kích thước từ 20 100 nm phân tán mơ mong muốn sau tác dụng từ trường xoay chiều với tần số 1,2 MHz bên đủ lớn cường độ tần số để làm cho hạt nano hưởng ứng mà tạo nhiệt nung nóng vùng xung quanh Nhiệt độ khoảng 42°C khoảng 30 phút đủ để giết chết tế bào ung thư tế bào thường an tồn Hình 5, người ta nghiên cứu thử nghiệm đốt nhiệt từ thỏ cho thấy nhiệt độ bên bên u bướu (hai đường cùng) cao nhiều so với nhiệt độ vùng xung quanh (những đường dưới)  Tính hấp phụ ion kim loại nặng vật liệu nano  Nguyên lí hoạt động thiết bị lọc ứng dụng vật liệu nano Hình Máy lọc nước nano Nhờ tồn với kích thước nano nên vật liệu có độ rỗng xốp, diện tích bề mặt, điện tích hấp phụ vơ lớn nhờ mà tăng lực hấp phụ lôi kéo hạt vật chất ô nhiễm bám dính lỗ mao quản vật liệu hấp phụ Nước đưa vào ống dẫn nước máy lọc, sau nước đẩy vào phía lõi lọc nano theo chiều hướng từ lên, phía lõi lọc nano có nhiều khe hở để dịng nước sau xử lý chảy tràn qua khơng gian thân máy lõi nano Nước chảy vào lỗ thu nước theo vịi để sử dụng Hoạt động thiết bị đơn giản tiện sử dụng để lắp đặt vào vị trí khác 1.1.3 Điều chế vật liệu nano oxit phương pháp đồng kết tủa Người ta thực khuếch tán chất tham gia phản ứng mức độ phân tử (precursor phân tử ) Hỗn hợp ban đầu gọi precursor có tỷ lệ ion kim loại theo hợp thức hợp chất mà ta cần tổng hợp, chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa muối tan thực phản ứng đồng kết tủa (dưới dạng hydroxit, cacbonat, oxalate…) Cuối tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa  Ưu điểm : - Chế tạo vật liệu có kích thước cỡ nanomet - Phản ứng tiến hành điều kiện nhiệt độ phịng, tiết kiệm lượng, giảm thiểu q trình mát bay hơi, nhiễm mơi trường - Sản phẩm thu lần chế tạo nhiều - Trong phương pháp đồng kết tủa, chất muốn khuếch tán sang cần vượt qng đường từ 10 đến 50 lần kích thước mạng sở  Nhược điểm: - Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả tạo phức ion kim loại ion tạo kết tủa, lực ion, độ pH dung dịch - Tính đồng hóa học oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đồng kết tủa từ dung dịch - Việc chọn điều kiện để ion kim loại kết tủa cơng việc khó khăn phức tạp - Quá trình rửa kéo theo cách chọn lọc cấu tử làm cho sản phẩm thu có thành phần khác với thành phần dung dịch ban đầu 1.2 VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3 1.2.1 ABO3 Hợp chất perovskite ABO có cấu trúc tinh thể lý tưởng hình Ơ mạng sở hình lập phương tâm khối với thơng số mạng a=b=c Hình (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO (b) Sự xếp bát diện cấu trúc lý tưởng Ở cation A nằm mặt hình lập phương, cịn cation B có bán kính nhỏ nằm tâm hình lập phương Cation B bao quanh cation A anion O2-, quanh vị trí A có 12 anion O2- hình 7a, cấu trúc tinh thể hợp chất perovskite cịn mơ tả dạng xếp bát diện BO hình b, với cation B nằm hốc bát diện BO , anion O2- nằm đỉnh bát diện BO Từ hình 7b, góc B-O-B 1800 độ dài liên kết B-O theo phương Bát diện FeO ảnh hưởng nhiều đến tính chất điện tính chất từ vật liệu 1.2.2 ABO3 biến tính Vật liệu ABO biến tính vật liệu có ion A B thay phần ion khác viết dạng công thức tổng quát: ( A1− x Ax' )( B1− y B'y )O3 (0 ≤ x, y ≤ 1) Với A nguyên tố họ đất La, Nd, Pr, Y ; A' kim loại kiềm thổ Sr, Ba, Ca, Cd… nguyên tố như: Ti, Ag, Bi, Pb…; B Mn, Co; B' Fe, Ni, Y… Sau ví dụ số mẫu nghiên cứu chế tạo: LaFe 1-x Ni x O , LaNi 1-x Co x O , LaCo 1-x Fe x O , La 1-x Sr x FeO , La 1x Ti x FeO , La 1-x Nd x FeO , Y 1-x Cd x FeO , Y 1-x La x FeO Các perovskite ABO bị biến tính pha tạp thay tạo trạng thái hỗn hợp hóa trị sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt… Sự sai lệch cấu trúc tinh thể đánh giá thông qua thừa số dung hạn t Goldchmit đưa ra: Với R A , R B , R O bán kính ion A2+(A3+), B4+(B3+) O2- Cấu trúc perovskite coi ổn định 0.8 < t < Điều kéo theo cation phải có kích thước giới hạn: R A > 0.9 R B > 0.5 Khi t = 1, ta có cấu trúc perovskite hình lập phương Khi t ≠ 1, mạng tinh thể bị méo, góc liên kết B-O-B khơng cịn 1800 mà bị bẻ cong độ dài liên kết B-O theo phương khác khác nhau, cấu trúc tinh thể bị thay đổi Điều dẫn tới thay đổi tính chất điện từ vật liệu 1.2.3 YFeO3 Hình Tế bào đơn vị YFeO Tinh thể YFeO có cấu trúc trực thoi lục giác (giống với YAlO ) tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp nên Mỗi tế bào đơn vị YFeO chứa ion sắt đỉnh trục ion sắt nghiêng so với bát diện (hình 8) Các tượng biến dạng perovskite chủ yếu vị trí Y3+ khí ion Fe3+ giữ ngun thể bát diện Một số cơng trình nghiên cứu tổng hợp YFeO công bố Yttrium orthoferrit tổng hợp phản ứng pha rắn thơng thường từ oxit q trình gặp nhiều khó khăn hình thành Y Fe O 12 (yttri-iron garnet) Fe O Một số phương pháp khác đề xuất bao gồm phương pháp sol-gel hỗn hợp kim loại với oxit kiềm YFe, phương pháp Pechini - phương pháp tương tự phương pháp sol-gel, trình lấy tên nhà phát minh người Mỹ Maggio Pechini, phương pháp tổng hợp bước sóng, phương pháp hóa học phương pháp quy nạp plasma, phương pháp phân hủy nhiệt v.v… Yttrium orthoferrit đơn tinh thể sử dụng cảm biến thiết bị truyền động, có nhiệm vụ chuyển đổi quang từ trường, tinh thể orthoferrit hoạt động định luật cảm ứng điện từ Faraday 1.3 TỔNG QUAN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA Fe, Y, Sr, Cd VÀ CÁC HỢP CHẤT Trong này, chọn đề tài tổng hợp vật liệu bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO phương pháp khác nhau, nghiên cứu số đặc trưng cấu trúc, từ tính khả hấp phụ ion Cd2+ chúng Vì thế, xin giới thiệu sơ lược số tính chất của Fe, Y, Sr, Cd hợp chất 1.3.1 Sắt Hình Kim loại sắt Bảng Một vài số vật lý quan trọng sắt Ký hiệu nguyên tố, số thứ tự Fe, 26 Cấu hình electron hóa trị [Ar]3d64s2 Bán kính ngun tử (A0) 1,26 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 1536 Nhiệt độ sôi (0C) 2880 Nhiệt thăng hoa (kJ/mol) 418 Tỉ khối (g/cm3) 7,91 Độ cứng (thang Moxơ) 4–5 Độ dẫn điện (Hg=1) 10 Sắt có màu trắng xám, dễ rèn dễ dát mỏng Trong tự nhiên tồn đồng vị bền 54Fe, 56Fe (91,68%), 57Fe 58Fe Có tính sắt từ: chúng bị nam châm hút