Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Fe2O3 bằng phương pháp sol - gel xitrat

Bài viết Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Fe2O3 bằng phương pháp sol - gel xitrat nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung, thời gian nung, tỉ lệ mol Fe/xitric và nhiệt độ tạo gel đến sự hình thành pha tinh thể của vật liệu nano Fe2O3 điều chế bằng phương pháp sol-gel xitrat.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO Fe2O3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL XITRAT Đặng Thị Thanh Lê Bộ mơn Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Thủy lợi, email: ledtt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG 2.3 Phương pháp nghiên cứu Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ghi máy Siemens D-5000 (Đức), xạ CuKα với bước sóng 1,5406 Å Ảnh SEM chụp thiết bị hiển vi điện tử quét Hitachi-S4800 (Nhật) Ảnh TEM chụp thiết bị hiển vi điện tử truyền qua Jeol JEM1010 (Nhật) Diện tích bề mặt vật liệu xác định phương pháp BET máy Quantachrome Instrument (Mỹ) Sắt oxit oxit kim loại phổ biến có nhiều ứng dụng rộng rãi thực tế dễ chế tạo có giá thành rẻ Sắt oxit đặc tính tốt nên ứng dụng nhiều lĩnh vực xúc tác, làm chất màu, chế tạo vật liệu từ tính [1, 3] Trong lĩnh vực hấp phụ, số tác giả sử dụng sắt oxit để xử lí kim loại nặng asen, coban, niken [2] Trong báo nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU thời gian nung, tỉ lệ mol Fe/xitric nhiệt độ 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo gel đến hình thành pha tinh thể vật liệu nano Fe2 O3 điều chế phương pháp tạo pha tinh thể sol-gel xitrat Mẫu tổng hợp phương pháp sol-gel xitrat mục 2.2 Điều chế gel THỰC NGHIỆM pH 2, nhiệt độ tạo gel 80o C, tỉ lệ mol Fe/xitric = 1/3 Gel sấy khô 100o C 2.1 Hóa chất thiết bị nung nhiệt độ khác nhau, từ 250÷7500C Các hóa chất bao gồm dung dịch Kết ghi giản đồ XRD Fe(NO3 )3 , axit nitric, axit xitric amoniac mẫu vật liệu sau nung nhiệt độ có độ phân tích (PA.) khác nhau: 250o C, 350o C, 450o C, 550o C, Thiết bị gồm máy khuấy từ gia nhiệt IKA 650o C 750o C đưa hình C-MAG HS10 (Đức), tủ sấy Memmert UN160 (Đức), lò nung LT9-11-B180 Naberthernm (Đức) số dụng cụ thủy tinh 2.2 Tổng hợp vật liệu Nhỏ từ từ giọt dung dịch Fe(NO3 )3 vào dung dịch axit xitric khuấy liên tục máy khuấy từ pH Lọc lấy hệ gel đồng màu đỏ nâu, đem sấy 120o C Nung nhiệt độ thời gian thích hợp Các mẫu thu đem phân tích thành phần pha, kích thước hạt diện tích bề mặt 449 Hình Giản đồ XRD mẫu nung 250-750o C Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Kết hình cho thấy, nung 250o C vật liệu tồn dạng vơ định hình, từ 350  750o C thu đơn pha Fe2 O3 nhiệt độ nung cao kích thước hạt lớn Khi nung 750o C pha Fe2 O3 bắt đầu xuất pha Fe3 O4 Từ kết nghiên cứu trước nhóm tài liệu tham khảo: nhiệt độ nung 650 o C chọn cho hình thành đơn pha tinh thể Fe2 O3 3.2 Ảnh hưởng thời gian nung đến tạo pha tinh thể Điều chế gel điều kiện (pH = 2, nhiệt độ tạo gel 80o C, tỉ lệ mol Fe/xitric = 1/3, nhiệt độ nung 650o C), thời gian nung thay đổi từ 0,5 đến lẫn pha Fe3 O4 Khi tăng tỉ lệ mol Fe/xitric thu đơn pha Fe2 O3 Ở tỉ lệ mol Fe/xitric = 1/3 mẫu thu đơn pha có đỉnh pic nhiễu xạ cao Điều giải thích, nhiệt độ thấp, trình cháy gel chưa hồn tồn cịn chất trung gian (C, CO) Các chất khử Fe3+ Fe2+ làm cho pha Fe2 O3 chuyển phần để tạo thành pha Fe3 O4 Khi tỉ lệ mol Fe/xitric vừa đủ thúc đẩy q trình cháy xảy hồn tồn tạo thành Fe2 O3 Do tỉ lệ mol Fe/xitric = 1/3 lựa chọn Hình Giản đồ XRD gel có tỉ lệ mol Fe/xitric khác nung 650o C 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel Điều chế gel nhiệt độ tạo gel khác (từ 40 đến 100o C), điều kiện tỉ lệ mol Fe/xitric = 1/3, pH tạo gel 2, nhiệt o Kết ghi giản đồ XRD mẫu sau độ nung 650 C nung hình cho thấy: nung mẫu 0,5 giờ, bắt đầu xuất mầm tinh thể Fe2 O3 Tăng thời gian nung mẫu, hạt tinh thể kết tinh hoàn chỉnh thể giản đồ nhiễu xạ đỉnh pic cao rộng Tuy nhiên, thời gian nung mẫu dài làm tăng kích thước hạt Do chúng tơi chọn thời gian nung Hình Giản đồ XRD mẫu nung 650o C thời gian khác 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ mol Fe/xitric đến tạo pha tinh thể Điều chế gel điều kiện với tỉ lệ mol Fe/xitric 1/3, 1/2, 1/1, 2/1, 3/1 80o C Sấy khô nung gel 650oC Kết ghi giản đồ XRD mẫu sau nung hình cho thấy, tỉ lệ Fe/xitric thấp ngồi pha Fe2 O3 cịn có 450 Hình Giản đồ XRD mẫu nhiệt độ tạo gel với xitric khác nung 650o C Kết ghi giản đồ XRD mẫu hình cho thấy, nhiệt độ tạo gel ảnh hưởng đến tạo pha tinh thể mà ảnh hưởng đến kích thước oxit tạo thành Ở nhiệt độ tạo gel 80o C, mẫu cho độ kết tinh tốt nhất, thể đỉnh nhiễu xạ cao Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 rộng Do đó, chọn nhiệt độ riêng Fe2 O3 đo theo phương pháp tạo gel 80o C BET (hình 6) 39,5 m2 /g Từ kết nghiên cứu trên, rút điều kiện thích hợp để điều chế vật liệu nano Fe2 O3 phương pháp sol-gel xitrat: tỉ lệ mol Fe/xitric 1/3, nhiệt độ tạo gel 80o C, pH tạo gel 2, nhiệt độ nung 650o C thời gian nung Mẫu vật liệu oxit Fe2 O3 tổng hợp điều kiện chụp SEM, TEM BET để xác định thái học diện tích bề mặt riêng Hình Kết BET mẫu tối ưu Hình thái học oxit nano Fe2 O3 điều chế oxit Fe2 O3 xác định qua ảnh SEM TEM hình 5a hình 5b Diện tích bề mặt riêng Fe2 O3 KẾT LUẬN xác định qua kết BET hình Đã nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung, thời gian nung, tỷ lệ mol Fe/xitric nhiệt độ tạo gel đến tạo pha tinh thể vật liệu nano Fe2 O3 tổng hợp phương pháp sol-gel xitrat Điều kiện để tổng hợp oxit Fe2 O3 có kích thước ~ 12 nm diện tích bề mặt riêng 39,5 m2 /g: tỉ lệ mol Fe/xitric 1/3, nhiệt độ tạo gel 80o C, pH tạo gel 2, nhiệt độ nung 650o C thời gian nung (a) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Chirita, I Grozescu Fe2 O3 Nanoparticles, Physical Properties an Their Photochemical and Photoelectrochemical Applications, Chem Bull “POLITEHNICA” Univ (Timisoara), 54(68), 1(2009) [2] Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Nguyễn Thị Tố Loan Tổng hợp α-Fe2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel sử dụng để hấp phụ (b) asen, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội Hình Ảnh SEM (a) TEM (b) nghị Xúc tác Hấp phụ Toàn quốc lần mẫu tối ưu oxit Fe2 O3 thứ V, 341-346 (8/2009) S Layek, A Pandey, A Pandey and H Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) truyền C Verma Synthesis of γ-Fe2 O3 qua (TEM) mẫu cho thấy hạt oxit có nanoparticles with crystallographic and dạng hình cầu, kích thước hạt đồng magnetic texture, International Journal với đường kính trung bình tính theo phương of Engineering, Science and trình Scherrer 11,41 nm Diện tích bề mặt Technology, 2(8), 33-39 (2010) 451 ... ISBN: 97 8-6 0 4-8 2-2 54 8-3 rộng Do đó, chọn nhiệt độ riêng Fe2 O3 đo theo phương pháp tạo gel 80o C BET (hình 6) 39,5 m2 /g Từ kết nghiên cứu trên, rút điều kiện thích hợp để điều chế vật liệu nano. .. điều chế vật liệu nano Fe2 O3 phương pháp sol- gel xitrat: tỉ lệ mol Fe/xitric 1/3, nhiệt độ tạo gel 80o C, pH tạo gel 2, nhiệt độ nung 650o C thời gian nung Mẫu vật liệu oxit Fe2 O3 tổng hợp điều... nhiệt độ nung, thời gian nung, tỷ lệ mol Fe/xitric nhiệt độ tạo gel đến tạo pha tinh thể vật liệu nano Fe2 O3 tổng hợp phương pháp sol- gel xitrat Điều kiện để tổng hợp oxit Fe2 O3 có kích thước ~