(Luận văn thạc sĩ) khảo sát thành phần hóa học của cao n hexane của loài địa y parmotrema dilatatum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA  PHẠM THÁI NGỌC THẢO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUN NGÀNH HĨA VƠ CƠ TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ CỦA VẬT LIỆU NANO Y0.9Cd0.1FeO3 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 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 Pb2+ CỦA VẬT LIỆU NANO Y0.9Cd0.1FeO3 GVHD: Thầy MAI VĂN NGỌC SVTH: PHẠM THÁI NGỌC THẢO TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Mai Văn Ngọc thầy Nguyễn Anh Tiến nhận tận tình hướng dẫn em suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến q thầy Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh giảng dạy em suốt năm qua, kiến thức mà em nhận giảng đường đại học hành trang giúp em vững bước tương lai Cảm ơn ba mẹ, bạn bè, người thân kịp thời ủng hộ động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn Do trình độ thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý dẫn q thầy bạn bè để khóa luận hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn TP HCM, tháng năm 2012 SVTH Phạm Thái Ngọc Thảo SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương CÁC ĐẶC TRƯNG CHUNG VỀ HẠT NANO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG 1.1 HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO 1.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT 1.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO 1.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO OXIT 10 1.5 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3 11 1.5.1 Vật liệu ABO3 11 1.5.2 Vật liệu ABO3 biến tính 12 1.6 VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO3 12 Chương VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ SẮT, YTTRIUM VÀ CADMIUM 14 2.1 SẮT 14 2.1.1 Sắt (III) oxit 15 2.1.2 Sắt (III) hydroxides 19 2.2 YTTRIUM 19 2.2.1 Yttrium 19 2.2.2 Oxit yttrium 20 2.3 CADMIUM 21 2.3.1 Cadmium 21 2.3.2 Cadmium oxit 23 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA BỘT NANO 24 3.1 PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 24 3.2 PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) 25 3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG NHIỆT (TG) 26 3.4 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 27 Chương THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 29 4.1 TỔNG HỢP BỘT NANO Y0.9Cd0.1FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 4.1.1 Hóa chất dụng cụ 29 4.1.2 Phương pháp thực nghiệm 29 4.2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HĨA LÝ CỦA BỘT NANO Y0.9Cd0.1FeO3 TỔNG HỢP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 30 KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, cơng nghệ nano coi hướng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nhà đầu tư công nghiệp ứng dụng to lớn mà mang lại sản xuất thiết bị dùng công nghiệp, điện tử, viễn thông, an ninh quốc phòng, y dược Các thiết bị ứng dụng cơng nghệ nano ngày nhỏ hơn, xác so với thiết bị sản xuất công nghệ micro trước Do ứng dụng kỳ diệu công nghệ nano, tiềm kinh tế tạo sức mạnh qn Vì lẽ giới xảy chạy đua sôi động phát triển ứng dụng công nghệ nano Khơng trường đại học có phịng thí nghiệm với thiết bị nghiên cứu quy mơ, mà tập đồn sản xuất tiến hành nghiên cứu phát triển lĩnh vực công nghệ Ở Việt Nam, tiếp cận với công nghệ nano năm gần có bước chuyển tạo sức hút nhà khoa học Nhà nước đầu tư khoản ngân sách lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gia với tham gia nhà khoa học đến từ Trường Đại học, Cao đẳng, Trung học chuyên nghiệp, trung tâm Viện nghiên cứu Ngày nay, để điều chế vật liệu nano người ta thường sử dụng phương pháp như: phương pháp kết tinh cryochemical, phương pháp hoá, phương pháp thủy nhiệt, phương pháp điện hố, Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ oxit ngày coi chiếm ưu đảm bảo tính đồng hóa học hoạt tính cao bột ferrite tạo thành Trong phương pháp chiến lược, kinh tế thân thiện môi trường coi phương pháp sol – gel (trong trường hợp riêng, đồng kết tủa cấu tử từ dung dịch lỏng chúng) Với lý trên, em chọn đề tài:“Tổng hợp khảo sát khả hấp phụ ion Pb 2+ vật liệu nano Y0.9Cd0.1FeO3” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp với mong muốn đóng góp thêm số thơng tin loại vật liệu SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc Chương CÁC ĐẶC TRƯNG CHUNG VỀ HẠT NANO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG 1.1 HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO Trong khoảng vài thập niên gần đây, khoa học xuất dãy từ gắn liền với hậu tố “nano” như: cấu trúc nano, cơng nghệ nano, vật liệu nano, hố học nano, vật lý nano, học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích thước nano v.v Người ta cơng bố hàng loạt báo, cơng trình khoa học, tạp chí tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn liền với chủ đề công nghệ nano Xuất nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ môn, khoa, chuyên ngành công nghệ nano vật liệu nano Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo -9 đơn vị ước giảm tỷ lần (10 ) Ví dụ: nanogam = phần tỷ gam; nanomet = phần -9 tỷ mét hay 1nm = 10 m Khoa học nghiên cứu hạt nano 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 Cơng 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 thông qua chúng, vào đời sống Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nano mét 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) ba chiều (3D) ( hình 2)  Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, khơng cịn chiều tự cho điện tử) Ví dụ: đám nano, hạt nano v.v SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp  GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều (hai chiều cầm tù) Ví dụ: dây nano, ống nano v.v  Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự Ví dụ: màng mỏng v.v (hình 1f)  Vật liệu nano ba chiều vật liệu dạng khối cấu tạo từ hạt nano tinh thể Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Hình Phân loại vật liệu nano theo số chiều Hình Cấu trúc vật liệu nano khơng chiều (0D), chiều (1D), chiều (2D), chiều (3D) SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc Ngoài ra, để phân biệt dạng vật liệu nano người ta dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác chúng như:  Vật liệu nano kim loại;  Vật liệu nano bán dẫn;  Vật liệu nano có từ tính;  Vật liệu nano sinh học Hình Phân loại vật liệu nano theo hình dạng Quá trình tổng hợp cấu trúc nano khác hạt, thanh, dây, ống (hình 3) 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 trò lượng bề mặt hạt cấu trúc Các tính chất đặc trưng vật liệu như: số điện mơi, 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 SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Mai Văn Ngọc Hình Kích thước vật liệu 1.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT Các vật liệu nano thu bốn phương pháp phổ biến, phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau, số phương pháp áp dụng để tổng hợp số vật liệu định mà thơi Ví dụ:  Phương pháp hóa học ướt (wet chemical): bao gồm phương pháp chế tạo vật liệu dùng hóa keo (colloidal chemistry) như: phương pháp thủy nhiệt, sol-gel kết tủa Theo phương pháp này, dung dịch chứa ion khác trộn với theo tỷ phần thích hợp, tác động nhiệt độ, áp suất, giá trị pH môi trường làm cho tiểu phân kết dính kết tủa từ dung dịch chúng Sau q trình lọc, sấy khơ nung thiêu kết ta thu vật liệu nano mong muốn Ví dụ, tài liệu [5], tác giả chế tạo thành công hạt nano Y 2O3 ZrO2 với kích thước 5-15 nm phương pháp hóa học ướt  Ưu điểm phương pháp hóa ướt vật liệu chế tạo đa dạng, chúng vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm phương pháp rẻ tiền chế tạo khối lượng lớn vật liệu  Nhược điểm phương pháp hợp chất có liên kết bền với phân tử nước gây khó khăn việc nhiệt phân chúng  Phương pháp học (mechanical): bao gồm phương pháp tán, nghiền hợp kim học Theo phương pháp này, vật liệu dạng bột nghiền đến kích thước nhỏ Ngày nay, máy nghiền thường dùng máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Thật vậy, tác giả Nguyễn Hoàng Hải [9] phương pháp nghiền chế tạo thành cơng hạt oxit sắt từ với kích thước khoảng từ 30-100 nm  Ưu điểm phương pháp học: đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền chế tạo với lượng lớn vật liệu SVTH: Phạm Thái Ngọc Thảo