LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập trường Đại Học Tôn Đức Thắng em Thầy Cô truyền đạt trang bị kiến thức vững làm hành trang giúp em vững bước nghiệp tương lai Em ln ghi nhớ cơng ơn Thầy Cơ Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:  Ban Giám Hiệu trường Đại Học Tôn Đức Thắng Ban Chủ Nhiệm khoa Khoa Học Ứng Dụng tạo điều kiện cho em thực luận văn  Thầy Thạc Sĩ Nguyễn Xuân Thơm tận tình hướng dẫn, động viên, bảo em suốt trình làm luận văn  Anh Dương Phước Đạt, anh Nguyễn Đức Quý anh chị phịng Hóa Vơ Cơ, phịng Hóa Hữu Cơ thuộc Viện Cơng Nghệ Hóa Học, Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam bỏ thời gian hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm tiến hành thí nghiệm cho em q trình tiến hành thí nghiệm  Các Thầy Cô trường Đại Học Tôn Đức Thắng truyền đạt kiến thức tảng giúp em định hướng xác q trình làm luận văn  Sau em xin chân thành cảm ơn người thân bạn bè giúp đỡ, động viên để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực Chung Tấn Thành MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 Sắt hợp chất sắt I.1.1 Sắt I.1.1.1 Tính chất vật lý I.1.1.2 Tính chất hóa học I.1.1.3 Phương pháp sản xuất I.1.1.4 Ứng dụng I.1.2 Các hợp chất sắt I.1.2.1 Oxyt sắt (II) I.1.2.2 Oxyt sắt (III) I.1.2.3 Oxyt sắt từ I.1.2.3.1 Cấu trúc tinh thể I.1.2.3.2 Cấu trúc từ I.1.2.4 Hydroxyt sắt (II) I.1.2.5 Hydroxyt sắt (III) I.1.2.6 Clorua sắt (II) I.1.2.7 Clorua sắt (III) I.2 Từ học 10 I.2.1 Định nghĩa tượng từ 10 I.2.2 Các đại lượng đặc trưng từ học 11 I.2.2.1 Đường cong từ trễ 11 I.2.2.2 Cảm ứng từ dư B r 12 I.2.2.3 Lực kháng từ 13 I.2.2.4 Cơ chế dị hướng từ tinh thể 13 I.2.3 Các loại vật liệu từ 15 I.2.3.1 Vật liệu nghịch từ 16 I.2.3.2 Vật liệu thuận từ 16 I.2.3.3 Vật liệu sắt từ 17 I.2.3.4 Vật liệu phản sắt từ 18 I.2.3.5 Vật liệu feri từ 18 I.2.3.6 Vật liệu siêu thuận từ 18 I.3 Công nghệ nano vật liệu nano 20 I.3.1 Khái niệm 20 I.3.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 20 I.3.2.1 Phương pháp hóa ướt 20 I.3.2.2 Phương pháp học 21 I.3.2.3 Phương pháp bốc bay 21 I.3.2.4 Phương pháp hình thành từ pha khí (gas – phase) 21 I.4 ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO OXYT SẮT TỪ 23 I.4.1 Phân tách chọn lọc tế bào 23 I.4.2 Dẫn truyền thuốc 24 I.4.3 Tăng thân nhiệt cục 25 I.4.4 Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ 26 CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 II.1 Nội dung nghiên cứu 29 II.2 Phương pháp nghiên cứu 29 II.2.1 Cơ chế phản ứng đồng kết tủa Fe2+, Fe3+: 29 II.2.2 Khảo sát điều kiện phản ứng đồng kết tủa: 30 II.2.2.1Xác định hàm lượng chất tham gia phản ứng: 30 II.2.2.2 Xác định giá trị pH kết tủa theo lý thuyết tích số tan: 30 II.2.2.3 Các điều kiện khác: 32 II.2.3 Khảo sát đặc tính hóa lý hạt oxyt sắt từ 32 II.3 Các phương pháp phân tích: 34 II.3.1 Phương pháp BET 34 II.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 36 II.3.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 II.3.4 Phương pháp đo từ tính 38 II.3.5 Phương pháp trắc quang định lượng Fe2+ 38 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 39 III.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 39 III.1.1 Hóa chất 39 III.1.2 Dụng cụ thiết bị 39 III.2 Thực nghiệm 40 III.2.1 Xác định giá trị pH phản ứng đồng kết tủa Fe2+, Fe3+ 40 III.2.1.1 Xác định lượng NaOH phản ứng 40 III.2.1.2 Xác định hiệu suất phản ứng đồng kết tủa Fe2+, Fe3+ 41 III.2.1.2.1 Xác định lượng Fe2+ theo phương pháp trắc quang 41 III.2.1.2.2 Tính hiệu suất chuyển hóa sắt phản ứng 42 III.2.1.3 Nhận xét ảnh hưởng pH đến trình phản ứng 43 III.2.2 Điều chế hạt nano oxyt sắt từ 44 III.2.2.1 Sơ đồ thực 45 III.2.2.2 Thực nghiệm 46 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 48 IV.1 Ảnh hưởng pH đến trình đồng kết tủa muối Fe2+ Fe3+ 48 IV.2 Thành phần, cấu trúc tinh thể oxyt sắt từ 52 IV.3 Kích thước hình thái học tinh thể oxyt sắt từ 54 IV.4 Diện tích bề mặt hạt oxyt sắt từ 58 IV.5 Từ tính hạt oxyt sắt từ 59 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS NGUYỄN XUÂN THƠM MỞ ĐẦU Công nghệ nano hay biết đến với tên thú vị hấp dẫn công nghệ siêu nhỏ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: điện tử, mỹ phẩm, y tế, lượng…Nó bao gồm vật liệu kích cỡ 100 nanometer mở hàng loạt ứng dụng rộng rãi thiết thực phục vụ cho nhân loại Trong khoảng thời gian gần đây, nhà khoa học giới nghiên cứu chế tạo loại thuốc uống thông minh (smart drug delivery systems) có dạng hình trịn hay hình ống với kích thước từ 15 – 30 nm Các kết cấu có nhiệm vụ chuyển giải phóng lượng thuốc đến phận cần thiết thể Những hạt nano lôi cuốn, thu hút nhiều nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới tính chất vật lý, hóa học sinh học hạt nano hạt có đường kính 100 nm Ở kích thước hạt có tính vượt trội so với vật liệu khối tương đương Do tính chất đặc biệt hạt vật liệu nano nói chung hạt vật liêu nano từ nói riêng mà chúng có nhiều ứng dụng cơng nghiệp như: vịng từ kín motor, lưu trữ liệu ngành công nghệ thông tin, mực in ngành in ấn Bên cạnh ứng dụng hạt nano từ lĩnh vực y khoa quan tâm ý nhà khoa học ứng dụng dẫn truyền thuốc, ảnh cộng hưởng từ, tăng thân nhiệt cục nhằm phục vụ chuẩn đoán chữa bệnh cho người có nhiều triển vọng tương lai Từ ứng dụng thú vị, hấp dẫn tổng hợp tài liệu tham khảo để nghiên cứu chế tạo oxyt sắt từ (Fe O ) kích thước nanomet theo phương pháp đồng kết tủa khảo sát đặc tính hóa lý hạt oxyt sắt từ vừa điều chế SVTH: Chung Tấn Thành Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS NGUYỄN XUÂN THƠM CHƯƠNG I - TỔNG QUAN I.1 Sắt hợp chất sắt: I.1.1 Sắt: Sắt tên ngun tố hóa học bảng tuần hồn nguyên tố có ký hiệu Fe số hiệu nguyên tử 26 xếp phâm nhóm VIIIB chu kỳ I.1.1.1 Tính chất vật lý: Sắt kim loại có màu trắng xám, có ánh kim Trong thiên nhiên sắt có b ốn đồng vị bền 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe Bảng thông số trạng thái vật lý sắt Trạng thái vật chất rắn Điểm nóng chảy 1.808 K Điểm sôi 3.023 K Trạng thái trật tự từ thuận từ Thể tích phân tử 7,09 ×10-6 m³/mol Nhiệt bay 349,6 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 13,8 kJ/mol Khối lượng riêng 7,874 kg/m³ Khối lượng nguyên tử 55,845 đ.v.C Độ âm điện Nhiệt dung riêng 1,83 440 J/(kg·K) Độ dẫn điện 1,041.107 Ω.m Độ dẫn nhiệt 80,2 W/(m.K) Cấu trúc tinh thể SVTH: Chung Tấn Thành hình lập phương Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS NGUYỄN XUÂN THƠM I.1.1.2 Tính chất hóa học: Ở trạng thái khơ, nhiệt độ thấp sắt bền với khơng khí nước, trạng thái ẩm, nhiệt độ cao sắt bị ăn mòn tạo thành lớp rỉ xốp Fe O nH O Fe + O + nH O → Fe O nH O Khi đun nóng sắt bị oxy hóa rõ rệt halogen, oxy , lưu huỳnh… tạo thành FeCl , Fe O … Sắt tan axit loãng HCl, H SO , HNO … tạo thành muối X2+: Fe + HCl → FeCl + H Fe + H SO → FeSO + H Sắt tác dụng với axit đặc có tính oxy hóa mạnh H SO , HNO đốt nóng bị thụ động hóa trạng thái đặc nguội: 2Fe + 6H SO Fe + 6HNO (đặc, nóng) (đặc, nóng) = Fe (SO ) + 3SO + 6H O = Fe(NO ) + 3NO + 3H O I.1.1.3 Phương pháp sản xuất: Sắt nguyên tố phổ biến Trái Đất, chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất Phần lớn sắt tìm thấy dạng oxyt sắt khác nhau, chẳng hạn khoáng chất hêmatit, magnêtit, taconit Khoảng 5% thiên thạch chứa hỗn hợp sắt - niken Mặc dù hiếm, chúng dạng sắt kim loại tự nhiên bề mặt Trái Đất Trong công nghiệp, sắt trích xuất từ quặng nó, chủ yếu từ hêmatit (Fe O ) magnêtit (Fe O ) cách khử với cacbon lò luyện kim sử dụng luồng khơng khí nóng nhiệt độ khoảng 2000°C Trong lị luyện, quặng sắt, cacbon dạng than cốc, chất tẩy tạp chất đá vôi xếp phía lị, luồng khơng khí nóng đưa vào lị từ phía Than cốc phản ứng với oxy luồng khơng khí tạo monoxyt cacbon: SVTH: Chung Tấn Thành Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS NGUYỄN XUÂN THƠM 2C + O → 2CO Cacbon monoxyt khử quặng sắt (trong phương trình hêmatit) thành sắt nóng chảy, trở thành dioxyt cacbon: 3CO + Fe O → 2Fe + 3CO Chất khử tạp chất thêm vào để khử tạp chất có quặng (chủ yếu dioxyt silicat silicat khác) Các chất khử tạp chất đá vơi (cacbonat canxi) đơlơmit (cacbonat magiê) Các chất khử tạp chất khác cho vào tùy theo tạp chất có quặng Trong sức nóng lị luyện đá vơi bị chuyển thành vôi sống (CaO): CaCO → CaO + CO Sau oxyt canxi kết hợp với dioxyt silic tạo xỉ CaO + SiO → CaSiO Xỉ nóng chảy lị luyện (dioxyt silic khơng) Ở phần lị luyện, xỉ nóng chảy nhẹ nên lên phía sắt nóng chảy Các cửa lị mở để tháo xỉ hay sắt nóng chảy Sắt nguội đi, tạo gang thơ, cịn xỉ sử dụng để làm đường hay để cải thiện loại đất nông nghiệp nghèo khoáng chất I.1.1.4 Ứng dụng: Sắt kim loại sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất toàn giới Sự kết hợp giá thành thấp đặc tính tốt chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho trở thành khơng thể thay được, đặc biệt ứng dụng sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, khung cho cơng trình xây dựng Thép hợp kim tiếng sắt, ngồi cịn có số hình thức tồn khác sắt như: • Gang thơ (gang lợn) chứa 4% – 5% cacbon vài chất khác • Gang đúc chứa 2% – 3,5% cacbon lượng nhỏ mangan SVTH: Chung Tấn Thành Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS NGUYỄN XUÂN THƠM Thép carbon chứa từ 0,5% đến 1,5% cacbon với lượng nhỏ mangan, lưu • huỳnh, phốt silic Sắt non chứa 0,5% cacbon Nó sản phẩm dai, dễ uốn, khơng dễ nóng • chảy gang thơ Nó có cacbon Nếu mài thành lưỡi sắc, đánh tính chất nhanh Oxyt sắt (III) sử dụng để sản xuất lưu từ tính máy tính Chúng thường trộn lẫn với hợp chất khác, bảo tồn thuộc tính từ hỗn hợp I.1.2 Các hợp chất sắt: I.1.2.1 Oxyt sắt (II) (FeO): FeO chất rắn dạng tinh thể lập phương, có màu đen, nóng chảy 13600C Khi nung nóng khơng khíở 250 0C, FeO biến thành Fe O 570 0C phân hủy thành Fe Fe O FeO phân hủy nước đun nóng: 2FeO + H O = Fe O + H FeO dễ bị khử thành kim loại đun nóng với H , CO, C, Si… t FeO + CO  → Fe + CO FeO không tan nước, tan dễ dung dịch axit FeO điều chế trực tiếp từ đơn chất hay nhiệt phân từ muối cacbonat, nitrat, hydroxyt 500 C FeCO  → FeO + CO I.1.2.2 Oxyt sắt (III) (Fe O ): Fe O chất bột khơng tan nước, có màu nâu đỏ Fe O – α tinh thể lục phương , có tính thuận từ, tồn thiên nhiên dạng khoáng vật hematite Fe O – γ tinh thể lập phương có tính sắt từ SVTH: Chung Tấn Thành PHỤ LỤC Hàm lượng sắt (μg/ml) 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 Độ hấp thụ (Abs) 0.048 0.094 0.199 0.3 0.405 0.511 Đường chuẩn Fe2+ 0.6 0.5 Abs 0.4 0.3 y = 0.2579x - 0.007 0.2 R2 = 0.9998 0.1 0 0.5 1.5 Hàm lượng Fe 2+ (ug/ml) Phương trình đường chuẩn: y = 0.2579x – 0.007 Độ tuyến tính: R2 = 0.9998 2.5 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC HIỆN LUẬN VĂN Hệ phản ứng đồng kết tủa Fe2+, Fe3+ Siêu âm dung dịch sau phản ứng PHỤ LỤC PHỔ NHIỄU XẠ TIA X PHỤ LỤC CÁC ẢNH PHÂN TÍCH SEM PHỤ LỤC CÁC SỐ LIỆU ĐO DIỆN TÍCH BỀ MẶT M5 M5 PHỤ LỤC ĐƯỜNG CONG TỪ HÓA Mẫu: M 60 40 M ~ 50~ emu/g 50 emu/g Ms1.1T s1.1T Mr ~M0.06 emu/g ~ 0.06 emu/g r Oe Hc ~ 0.5 H ~1.8 Oe c M (emu/g) 20 -20 -40 -60 4 -1.5 10 -1 10 -5000 H (Oe) 5000 10 1.5 10 Mẫu: M 60 40 M (emu/g) 20 MMs1.1T ~~ 50 50emu/g emu/g T Ms1.1 r ~ 0.03 emu/g MHc~~ 0.3 0.3 emu/g Oe r H ~ 2.5 Oe c -20 -40 -60 4 -1.5 10 -1 10 -5000 Oe) HH(Oe) 5000 10 1.5 10