tổng hợp vật liệu nano từ tính y1 xcaxfeo3 và khảo sát khả năng hấp phụ ion pb2+ của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH Y1-XCaXFeO3 VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ CỦA CHÚNG GVHD: T.S NGUYỄN ANH TIẾN SVTH: LƯU THỊ HỒNG DUYÊN TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 LỜI CẢM ƠN Mới ngày em cô sinh viên năm lóng ngóng, vụng về, mà em trở thành cô giáo dịu dàng, điểm mốc quan trọng đời sinh viên khép lại với khóa luận tốt nghiệp Trong trình làm khóa luận em học nhiều thứ, nhận nhiều quan tâm, động viên cổ vũ thầy cô, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Anh Tiến nhận tận tình hướng dẫn em suốt trình em thực khóa luận tốt nghiệp Thời gian trôi qua quay trở lại, có hồi ức, tình thầy trò tình bạn sống với thời gian Có lẽ theo thời gian có kỷ niệm nhạt nhòa, có lẽ em quên tình cảm, lòng cao đẹp mà thầy cô Khoa Hóa trường ĐHSP để lại em, dạy dỗ tận tâm thầy cô hành trang cho em vững bước tương lai Sắp rời xa trường, em mong điều thầy cô mạnh khoẻ, thành công công việc, sống, tiếp tục nghiệp trồng người cao quý Em xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ bạn bè động viên, an ủi tiếp thêm sức mạnh để em hoàn thành tốt khóa luận Trong trình làm khóa luận tránh khỏi hạn chế, thiết sót Em mong góp ý dẫn quý thầy cô bạn bè để khóa luận hoàn thiện TP.HCM, tháng năm 2013 SVTH Lưu Thị Hồng Duyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬT LIỆU NANO 1.1 Một vài khái niệm vật liệu nano 1.2 Ứng dụng vật liệu nano 1.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit 11 1.4 Cấu trúc tinh thể vật liệu PEROVSKITE ABO 22 CHƯƠNG MỘT VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN TỐ SẮT, YTRI, CANXI 25 2.1 Sắt oxit sắt 25 2.2 Ytri oxit ytri 28 2.3 Canxi oxit canxi 29 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TỪ TÍNH CỦA VẬT LIỆU NANO .31 3.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA 31 3.2 Phương pháp nhiễu xạ X (XRD) 31 3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 33 3.4 Phương pháp đo độ từ hóa 33 3.5 Tổng quan hấp phụ 35 CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 37 4.1 Dụng cụ, hóa chất, thiết bị 37 4.2 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Y 1-x Ca x FeO (với x=0,1 x=0,2) 37 4.3 Kết thảo luận 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 LỜI NÓI ĐẦU Hơn sáu mươi lăm năm kể từ kết thúc chiến tranh giới thứ II gần bốn mươi năm kể từ ngày Việt Nam hoàn toàn thống đất nước Cả nhân loại có tiến vượt bậc khoa học – kỹ thuật, với phát triển không ngừng công nghiệp thay đổi mặt giới, giải phóng sức lao động người, nâng cao chất lượng sống Bên cạnh thành tích đạt được, giới ngày ngày đối mặt với thách thức gia tăng dân số, chất lượng sống, điều đẩy người đứng trước hậu phát triển, ô nhiễm môi trường, bệnh tật, thiên tai,… Vậy làm để giải vấn đề trên? Không thể phó mặc cho tạo hóa nên người không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để khắc phục hậu họ gây Chính lẽ mà có nhiều nhà khoa học nhà nghiên cứu không ngừng làm việc, sáng tạo để cống hiến cho tồn phát triển nhân loại Ngành hóa học có đóng góp to lớn, ngành vô có đóng góp đáng kể, đặc biệt đời vật liệu nano giúp người giải nhiều vấn đề nan giải Trong ngành công nghiệp nay, tập đoàn sản xuất điện tử bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo sản phẩm có tính cạnh tranh từ máy nghe nhạc ipod nano đến chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh,… Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa phân tử thuốc đến tế bào ung thư thông qua hạt nano đóng vai trò “xe tải kéo”, tránh hiệu ứng phụ gây cho tế bào lành Y tế ngày nhằm vào mục tiêu tìm cách chữa trị bệnh liên quan tới di truyền gen, bệnh ung thư, bệnh béo phì, tim mạch, trí nhớ,… Với việc thẩm mỹ có đời nhiều loại dược phẩm chứa hạt nano để làm đẹp bảo vệ da Ngoài ra, nhà khoa học tìm cách nghiên cứu đưa công nghệ nano vào giải vấn đề toàn cầu thực trạng ô nhiễm môi trường ngày gia tăng… Ông cha ta có câu “dân có giàu nước mạnh” câu nói không sai, dân muốn giàu trước tiên phải có sức khỏe tốt, để có sức khỏe tốt phải sống môi trường Với mong muốn đóng góp phần công sức nhỏ mang lại môi trường sống ô nhiễm cho người, tạo vật liệu thay vật liệu cũ, chọn đề tài “Tổng hợp vật liệu nano từ tính Y 1-x Ca x FeO ,và khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ chúng” CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬT LIỆU NANO 1.1 Một vài khái niệm vật liệu nano Xu hướng khoa học ứng dụng tích hợp lại để nghiên cứu đối tượng nhỏ bé có kích thước nguyên tử Hàng ngàn năm trước đây, kể từ nhà bác học Hy Lạp xác lập nguyên tử khoa học, ngành khoa học tập trung thành môn triết học Cùng với thời gian, hiểu biết người tăng lên Do đó, độ phức tạp tăng lên, khoa học phân thành ngành khác toán học, hóa học, sinh học,… để nghiên cứu vật thể cấp độ lớn micromet Ngày nay, người bắt đầu nghiên cứu vật liệu có kích thước nanomet, vật liệu gọi vật liệu nano Chữ nano có nguồn gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị đo ước giảm tỷ lần (10-9) Ý tưởng công nghệ nano đưa nhà vật lý người Mỹ RiChard Feynman vào năm 1959, ông cho khoa học vào chiều sâu cấu trúc vật chất đến phân tử, nguyên tử sâu Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” bắt đầu sử dụng vào năm 1974 Nario Taniguchi nhà nghiên cứu đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả chế tạo cấu trúc vi hình mạch vi điện tử Vật liệu nano thuật ngữ phổ biến, nhiên có khái niệm rõ ràng thuật ngữ Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, cần biết hai khái niệm có liên quan khoa học nano công nghệ nano Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh thì: 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 tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mô lớn; công nghệ nano việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng kích thước quy mô nanomet Ranh giới công nghệ nano khoa học nano không rõ ràng, nhiên chúng có chung đối tượng vật liệu nano Vật liệu nano hiểu loại vật liệu có chiều có kích thước nano mét, kích thước vật liệu nano trải rộng từ vài nm đến vài trăm nm Phân loại vật liệu nano: • Phân loại theo trạng thái: Người ta phân loại thành trạng thái rắn, lỏng, khí Tuy nhiên người ta tập trung vào nghiên cứu vật liệu rắn • Phân loại theo hình dáng vật liệu: + Vật liệu nano không chiều: Cả chiều có kích thước nano, không chiều tự cho điện tử đám nano, hạt nano,…(hình 1.1) + Vật liệu nano chiều: Là vật liệu hai chiều có kich thước nano, điện tử tự chiều dây nano, ống nano,…(hình 1.2) + Vật liệu nano hai chiều: Là vật liệu có chiều có kích thước nano, hai chiều tự màng mỏng,… (hình 1.3) Hình 1.1 Hạt nano Hình 1.2 Ống nano Hình 1.3 Màng nano + Ngoài có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nano, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Các tính chất vật lý, hóa học vật liệu có giới hạn kích thước, vật liệu mà nhỏ kích thước tính chất hoàn toàn bị thay đổi, người ta gọi kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất thú vị bắt nguồn từ kích thước chúng đủ nhỏ để so sánh với kích thước tới hạn nhiều tính chất hóa lý vật liệu (bảng 1) Vật liệu nano nằm tính chất lượng tử nguyên tử tính chất khối vật liệu Ví dụ vật liệu sắt từ hình thành từ đômen, lòng đômen, nguyên tử có từ tính xếp song song không thiết phải song song với momen từ nguyên tử đômen khác Giữa hai đômen có vách chuyển tiếp gọi vách đômen Độ dày vách đômen phụ thuộc vào chất vật liệu mà dày từ 10 – 100 nm Nếu vật liệu tạo thành từ hạt có kích thước độ dày vách đômen có tính chất khác hẳn với tính chất vật liệu khối ảnh hưởng nguyên tử đômen tác động lên nguyên tử đômen khác 1.2 Ứng dụng vật liệu nano • Trong y học + Hạt tải thuốc nano: Được kết hợp với phân tử thuốc vỏ chứa bên hạt (hình 1.4) Các vật tải thuốc nano khảo sát chế tạo từ nhiều năm có lyposome, polymer, hạt xốp ceramic, hạt nano kim loại gần ống than nano Hạt tải thuốc nano thiết kế kích cỡ tối ưu vừa có “bộ cảm ứng” biết cảm nhận, phân biệt tế bào, vừa có “bộ phận đóng mở” biết giữ nhả thuốc môi trường có pH hay nhiệt độ thích hợp Hai yếu tố bật tế bào ung thư có nhiệt độ cao pH biểu thị nhiều tính axit tế bào thường, để tránh việc tiêu diệt tế bào thường mà phương pháp trước gặp phải (hình 1.5) Hình 1.4 Cấu tạo hạt tải nano Hình 1.5 Cơ chế hoạt động Bảng Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu Lĩnh vực Tính chất Bước sóng điện từ Tính chất điện Tính chất từ Tính chất quang Tính siêu dẫn Xúc tác Siêu phân tử Miễn dịch 10 - 100 Quãng đường tự trung bình không đàn hồi - 100 Hiệu ứng đường hầm - 10 Độ dày vách đômen 10 - 100 Quãng đường tán xạ spin - 100 Hố lượng tử - 100 Độ dài suy giảm 10 - 100 Độ sâu bề mặt kim loại 10 - 100 Độ dài liên kết cặp cooper 0,1 - 100 Độ thẩm thấu meisner - 100 Tương tác bất định xứ 10 - 1000 Biên hạt Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Bán kính khởi động đứt vỡ - 10 10 - 100 Sai hỏng mầm 0,1 - 10 Độ nhăn bề mặt - 10 Hình học topo bề mặt - 10 Độ dài Kuhn - 100 Cấu trúc nhị cấp - 10 Cấu trúc tam cấp 10 - 1000 Nhận biết phân tử - 10 + Tạo ảnh sinh học: Hạt nano số hợp chất bán dẫn chẳng hạn CdS, CdSe có đặc tính phát huỳnh quang, lớp ZnS phủ lên bề mặt CdSe ngăn chặn rò rỉ Cd Dựa nguyên tắc phát quang theo quy luật lượng tử, hạt nano chế tạo với nhiều kích cỡ bề mặt cải biến với kháng thể hay phân tử sinh học, hạt kết hợp với nhiều hạt khác kính hiển vi tế bào sáng rực bầu trời đầy (hình 1.6) Dựa vật liệu nano phát quang người ta tạo ống than nano kết hợp với hạt phát quang phần vỏ chứa thuốc chống ung thư phần ruột (hình 1.7) Vật liệu nano phức hợp tiêm vào chuột kích hoạt ánh sáng xanh, hạt nano ống sáng lập lòe màu đỏ Nhờ phát quang mà người ta quan sát tập kết vật liệu phức tạp nano gan, thận, ruột, dày chuột thí nghiệm So với hạt tải thuốc liposome nano than nano có tiềm tải thuốc nhả thuốc hiệu nhờ hiệu ứng xuyên thủng màng tế bào kim Hình 1.6 Hạt Qdot nano bám vào tế bào phát quang Hình 1.7 Ống than nano + Ngoài ứng dụng việc tìm kiếm loại bỏ tế bào ung thư, vật liệu nano nhiều ứng dụng quan trọng nghiên cứu di truyền cấp độ AND ARN,… Chế tạo gốm y sinh để tạo sản phẩm phục vụ chất thương chỉnh hình,… • Môi trường: Nhóm nghiên cứu tổng nanocomposit Fe O /CS Al(OH) / Fe O /CS với dung lượng hấp phụ cao, nhằm mục đích hấp phụ ion kim loại nặng nước, sử dụng khả hấp phụ tốt ion kim loại nặng Cs ( nhờ khả tạo phức nhóm amino (NH −)) Vai trò Fe O tạo từ tính cho vật liệu đảm bảo vật liệu sau hấp phụ tách loại dễ dàng từ trường, đồng thời mở khả giải hấp phụ tái sử dụng vật liệu Kết phân tích EDS hấp phụ ion kim loại nặng hiệu vào bề mặt không đáng kể, nguyên nhân ion Ca2+ có bán kính (0,114 Å) gần với bán kính Y3+ (0,104 Å) Khi chồng phổ với chất chuẩn, quan sát thấy nhiệt độ 950oC mẫu Y 0,8 Ca 0,2 FeO có xen lẫn thêm peak không trùng peak chuẩn, so với peak Fe O - Y O chưa xác định xác kết luận mẫu nung chất chuẩn đơn pha đồng nhất, có độ tinh khiết không cao mẫu lại Tạp chất xuất sơ suất trình tiến hành thí nghiệm Bảng Giá trị khoảng cách mạng ứng với peak hấp thụ d (Å) Y 0,9 Ca 0,1 FeO ,750oC 3,42785 d (Å) d (Å) d (Å) D (Å) d (Å) 2,79362 2,6996 2,63892 1,91513 1,53584 Y 0,9 Ca 0,1 FeO , 850oC 3,42818 2,79793 2,70186 2,64209 1,91781 1,53580 Y 0,9 Ca 0,1 FeO , 950oC 3,41854 2,76769 2,70426 2,64209 1,92103 1,53568 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 750oC 3,42777 2,78858 2,69713 2,64297 1,91686 1,53337 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 850oC 3,41854 2,79844 2,69955 2,64554 1,92056 1,54007 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 950oC 3,42597 2,77026 2,70209 2,64564 1,91925 1,54066 YFeO 3,42770 2,79606 2,70094 2,63930 1,91918 1,53377 Hình 4.3 Phổ XRD Y 0,9 Ca 0,1 FeO nhiệt độ nung(750,850,950oC) Hình 4.4 Phổ XRD Y 0,8 Ca 0,2 FeO nhiệt độ nung (750,850,950oC) Hình 4.5 Phổ XRD Y 0,9 Ca 0,1 FeO Y 0,8 Ca 0,2 FeO nung 950oC Tóm lại trình hình thành đơn pha Y 1-x Ca x FeO (với x=0,1 x=0,2) miêu tả phản ứng hóa học thông qua giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Là trình kết tủa ion kim loại dung dịch (NH ) CO 2Fe(NO ) + 3(NH ) CO + 3H O 2YCl 2YCl CaCl + 3(NH ) CO → 2Fe(OH) ↓ + 3CO + 6NH NO → Y (CO ) ↓ + 6NH Cl + 3(NH ) CO + 3H O → 2Y(OH) ↓ + 3CO + 6NH Cl + (NH ) CO → CaCO ↓ + 2NH Cl Giai đoạn 2: Là trình phân hủy chất kết tủa tạo thành oxit tương ứng 2Fe(OH) ↓ Fe O + 3H O 2Y(OH) ↓ Y O + 3H O Y (CO ) ↓ Y2O3 + 3CO CaCO ↓ CaO + CO Giai đoạn 3: Là trình kết hợp sắt (III) oxit, Ytri (III) oxit canxi oxit nhiệt độ cao tạo thành ferrit Fe O + (1-x)Y O + xCaO Y 1-x Ca x FeO Khi tiến hành tổng hợp bột nano oxit nhiệt độ khác ta thấy mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO tổng hợp 750oC, 850oC, 950oC cho sản phẩm màu nâu (hình 4.6), mẫu Y 0,8 Ca 0,2 FeO 750oC, 850oC, 950oC vòng cho sản phẩm có màu đen (hình 4.7) Cả hai hợp chất Y 0,9 Ca 0,1 FeO Y 0,8 Ca 0,2 FeO có thành phần nguyên tố giống nhau, lại có màu sắc khác Như vậy, nhiệt độ nung không ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm, nhiên ta giải thích đơn giản trường hợp hàm lượng ion có sản phẩm ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm Như ta biết, ion Ca2+ Y3+ không màu, theo màu ion Fe3+ định màu sản phẩm Hình 4.6 Màu Y 0,9 Ca 0,1 FeO 750oC 750oC Hình 4.7 Màu Y 0,8 Ca 0,2 FeO Trong Y 0,8 Ca 0,2 FeO có: Trong Y 0,9 Ca 0,1 FeO có : Theo tính toán hàm lượng Fe Y 0,8 Ca 0,2 FeO cao Y 0,9 Ca 0,1 FeO nên Y 0,8 Ca 0,2 FeO có màu đậm Y 0,9 Ca 0,1 FeO , điều phù hợp với màu thực tế sản phẩm sau tổng hợp Với mong muốn tổng hợp vật liệu có kích thước nano nên tiếp tục khảo sát kích thước hạt cách dùng máy hiển vi điện tử quét (SEM) Ở tiến hành khảo sát mẫu nhiệt độ 750oC 950oC Từ kết SEM mẫu hình 4.8 4.9 tổng hợp nhiệt độ 750oC cho thấy hạt hầu hết hình cầu có kích thước từ 40 – 50 nm mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO 45 – 60 nm mẫu Y 0,8 Ca 0,1 FeO , hạt có dạng hình cầu, độ đồng cao Ở nhiệt độ 950oC, hạt tổng hợp với kích thước lớn từ 90- 120 nm (hình 4.10 4.11) có độ đồng Có thể nhiệt độ cao hình thành hạt tinh thể nhiều với kết dính chúng tạo hạt có kích thước lớn Chúng tạm kết luận nhiệt độ 750oC nhiệt độ thích hợp để tổng hợp vật liệu ferrit mà mong muốn Hình 4.8 Ảnh SEM mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO nung 750oC Hình 4.9 Ảnh SEM Y 0,8 Ca 0,2 FeO nung 750oC Hình 4.10 Ảnh SEM Y 0,9 Ca 0,1 FeO nung 950oC Hình 4.11 Ảnh SEM Y 0,8 Ca 0,2 FeO nung 950oC • Chúng tiến hành đo từ tính vật liệu cách sử dụng phép đo VSM với từ trường áp vào từ -1600 đến 1600 Oe Thu kết hình 4.12 – 4.15 Giá trị độ từ cảm, lực kháng từ, từ dư thể bảng Từ bảng ta thấy giá trị lực kháng từ vật liệu nhỏ 100 Oe, đường cong từ trễ hẹp (hình 4.12 – 4.15), từ yếu tố ta kết luận vật liệu ta vật liệu từ mềm Tuy nhiên tính chất vật liệu từ mềm phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học chúng mức độ biến dạng cấu trúc tinh thể, tạp chất vật liệu đặc tính vật liệu tốt Vậy sản xuất vật liệu từ cần phải cố gắng loại bỏ tạp chất có hại, đồng thời cố gắng không gây biến dạng cấu trúc tinh thể Như ta ứng dụng vật liệu làm lõi biến thế, lõi dẫn từ, cuộn cảm, nam châm điện, cảm biến đo từ trường Bảng Giá trị trung bình H c , M c , M r mẫu đo nhiệt độ khác Độ từ dư (M r ) emu/g Độ từ bảo hòa (M s ) emu/g Lực kháng từ (H c ) Oe Y 0,9 Ca 0,1 FeO , 750oC 20,291 10-3 312,843 10-3 57,28 Y 0,9 Ca 0,1 FeO , 850oC 31,713 10-3 349,788 10-3 80,02 Y 0,9 Ca 0,1 FeO , 950oC 2,235 6,743 73,48 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 750oC 15,263.10-3 330,766.10-3 63,05 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 850oC 129,600.10-3 687,084.10-3 74,55 Y 0,8 Ca 0,2 FeO , 950oC 1,817 8,296 46,29 Hình 4.12 Đường cong từ trễ Y 0,9 Ca 0,1 FeO (a)và Y 0,8 Ca 0,2 FeO (b) tổng hợp 750, 850, 950oC Khi tiến hành chồng phổ phép đo VSM ta thấy đường cong từ trễ mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO nung 750oC có giá trị M H thay đổi không đáng kể nên đường cong từ trễ gần trùng với trục hoành, Y 0,8 Ca 0,2 FeO đường cong từ trễ mẫu 750oC 850oC có giá trị M H gần nhau, nên đường cong từ trễ gần trùng Còn mẫu nung 950oC giá trị M H lớn gấp nhiều lần so với mẫu nhiệt độ 750oC 850oC, chứng tỏ vật liệu tổng hợp 950oC có làm vật liệu từ mềm tốt so với mẫu 750oC 850oC Khi tiến hành chồng đường cong từ trễ hai mẫu khác nhiệt độ (4.13 đến 4.15) ta thấy giá trị M H mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO cao mẫu Y 0,8 Ca 0,2 FeO , giá trị B H ngược lại, ta rút kết luận vật liệu Y 0,9 Ca 0,1 FeO 950oC làm vật liệu từ mềm tốt Hình 4.13 Đường cong từ trễ Y 0,9 Ca 0,1 FeO Y 0,8 Ca 0,2 FeO 750oC Hình 4.14 Đường cong từ trễ Y 0,9 Ca 0,1 FeO Y 0,8 Ca 0,2 FeO 850oC Hình 4.15 Đường cong từ trễ Y 0,9 Ca 0,1 FeO Y 0,8 Ca 0,2 FeO 950oC 4.3.2 Khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ • Hiện nước ta tình trạng nhiều khu công nghiệp, nhà máy, khu đô thị thải nước chưa qua xử lý xuống hệ thống sông hồ gây ô nhiễm nguồn nước mặt diện rộng, dẫn đến nhiều vùng có nước không sử dụng Trong nước thải chứa nhiều chất độc hại như: chất hữu ion kim loại nặng (Cu, Ni, Pb, Cd, Fe, Zn ) Vì vậy, việc nâng cao ý thức người dân, xiết chặt việc quản lý môi trường việc tìm biện pháp xử lý nhằm loại bỏ thành phần độc hại khỏi môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Có nhiều cách khác để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước trao đổi ion, thẩm thẩu ngược, lọc nano, kết tủa hấp phụ Trong hấp phụ phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp khác vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm Chính vấn đề nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu Chì kim loại độc gây tổn hại cho hệ thần kinh, đặc biệt trẻ em gây chứng rối loạn não máu Ngộ độc chì chủ yếu từ đường ăn uống có nhiễm chì, xảy vô tình nuốt phải hạt đất bụi nhiễm chì sơn gốc chì Tiếp xúc lâu ngày với chì muối chất oxi hóa mạnh PbO gây bệnh thận đau bất thường giống đau bụng Đối với phụ nữ mang thai, tiếp xúc với chì mức độ cao gây sẩy thai Tiếp xúc lâu dài liên tục với chì làm giảm khả sinh sản nam giới Trong khóa luận này, tiến hành khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ phương pháp trắc quang, khảo sát vật liệu nano Y 1-x Ca x FeO tổng hợp 750oC, nhiệt độ vật liệu kích thước nhỏ so với khoảng nhiệt độ mà khảo sát Khả hấp phụ ion kim loại Pb2+ xác định phương pháp đường chuẩn Dựa vào báo khóa luận tốt nghiệp anh chị làm nhận thấy, môi trường pH = 10, ion Pb2+ tạo phức với PAR có màu đỏ thích hợp cho việc định lượng chì phương pháp trắc quang Hàm lượng chì xác định theo cường độ hấp phụ màu phức đo bước sóng 520 nm, sử dụng cuvet cm Cân 0,016g Pb(NO ) cho vào lít nước ta thu dung dịch Pb2+chuẩn có nồng độ 10 mg/l Tiến hành định lượng xây dựng đường chuẩn, ta thu bảng số liệu sau Bảng Giá trị độ hấp thụ quang phức Pb- PAR bước sóng 520nm Mẫu Pb2+ 10 mg/l; (ml) 10 15 20 25 30 Đệm amoni; (ml) 2 2 Thuốc thử PAR; (ml) 1 1 C Pb2+ ; (mg/l) Độ hấp thụ A 0,301 0,412 0,503 0,593 0,702 Dung dịch Từ số liệu thực nghiệm đo độ hấp thụ hàm lượng Pb – PAR dung dịch chuẩn, ta xây dựng đồ thị đường chuẩn tương quan độ hấp phụ khối lượng ion Pb2+ (hình 4.16) Ta có phương trình tương quan độ hấp phụ khối lương Pb2+ (phương trình đường chuẩn): y = 0,0983x + 0,109 với hệ số tương quan R2 = 0,9984 > 0,95, ta áp dụng phương pháp đường chuẩn để xác định hàm lượng chì Như ta biết có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Pb2+ (như nhiệt độ, pH, hàm lượng thuốc thử PAR…), tiết hành khảo sát thời gian thiết lập cân hấp phụ Khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ vật liệu nano cách tiến hành sau: Cân 0,01 g bột nano Y 1-x Ca x FeO (x=0,1 x=0,2) lắc với dung dịch chuẩn Pb2+, tốc độ lắc 250 vòng/phút Sau lọc lấy dung dịch sau hấp phụ, cần chuẩn bị mẫu Pb2+ chưa qua hấp phụ để so sánh Sau đó, tiến hành đo quang với điều kiện làm với dãy chuẩn, ghi lại kết A từ tính C tương ứng từ đường chuẩn Hiệu số nồng độ chì trước hấp phụ giá trị nồng độ chì đo sau hấp phụ lượng chì hấp phụ, đồng thời xác định dung lượng hấp phụ ion Pb2+ vật liêu Khả hấp phụ Pb2+ vật liệu thể bảng 8, Hình 4.16 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng ion Pb2+ Bảng Khả hấp phụ Pb2+ Y 0,9 Ca 0,1 FeO khoảng thời gian khác Mẫu Thời gian hấp phụ (phút) A C Pb2+ (mg/l) Lượng chì bị hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) 0 0,501 3,988 10 0,317 2,116 1,872 9,360 20 0,299 1,933 2,045 10,225 30 0,277 1,709 2,279 11,395 40 0,254 1,475 2,513 12,565 50 0,198 0,905 3,083 15,415 60 0,193 0,855 3,133 15,665 Bảng Khả hấp phụ Pb2+ Y 0,8 Ca 0,2 FeO khoảng thời gian khác Mẫu Thời gian hấp phụ (phút) A C Pb2+ (mg/l) Lượng chì bị hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) 0 0,501 3,988 10 0,401 2,970 1,018 5,090 20 0,367 2,625 1,363 6,815 30 0,304 1,984 2,004 10,020 40 0,239 1,323 2,665 13,325 50 0,211 1,038 2,950 14,750 60 0,208 1,007 2,981 14,905 Từ bảng ta thấy khả hấp phụ ion Pb2+ mẫu tăng theo thời gian, nhiên mẫu Y 0,9 Ca 0,1 FeO có khả hấp phụ tốt so với mẫu Y 0,8 Ca 0,2 FeO thời gian hấp phụ Khi khảo sát khả hấp phụ mẫu ta thấy, hấp phụ đươc 50 phút trở hàm lượng ion Pb2+ thay đổi không đáng kể, nên ta xem thời gian lắc 50 phút cân hấp phụ thiết lập (hình 4.17) Mẫu có dung lượng hấp phụ tương đối cao, ta sử dụng mẫu tổng hợp để khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+, khả hấp phụ ion Pb2+ nước thải công nghiệp cần khảo sát tiếp có mặt ion khác nước thải có khả ảnh hưởng đến khả hấp thụ chì vật liệu C C t t a Y 0,9 Ca 0,1 FeO b Y 0,8 Ca 0,2 FeO Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn lượng ion Pb2+bị hấp phụ vật liệu nung 750oC với khoảng thời gian khác KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong phạm vi giới hạn khóa luận tốt nghiệp, tác giả tiến hành tổng hợp vật liệu nano từ tính Y 1-x Ca x FeO (x =0,1 x=0,2), khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung, đến hình thành hình thái pha, cấu trúc kích thước Từ kết thu được, ta rút kết luận sau: • Đã tổng hợp vật liệu nano Y 1-x Ca x FeO (x =0,1 x=0,2) có kích thước nanomet phương pháp đồng kết tủa, 750oC cho có kích thước hạt nhỏ 40 – 60 nm, nung nhiệt độ cao có kích thước hạt lớn (90 – 120nm) • Khi tiến hành đo XRD mẫu tổng hợp có độ tinh khiết cao , tiến hành đo từ tính vật liệu tổng hợp vật liệu từ mềm • Tiến hành khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ phương pháp trắc quang, ta thấy vật liệu tổng hợp có khả hấp phụ ion Pb2+ tốt hệ đạt trạng thái cân sau 50 phút hấp phụ trở Nếu có thêm thời gian điều kiện, sau tác giả nghiên cứu sâu để phát triển đề tài theo hướng sau: • Khảo sát thêm số điều kiện tổng hợp bột ferrit thay đổi thời gian nung, thay đổi dung dịch dùng kết tủa ion… • Có thể khảo sát lại kích thước hạt nano tổng hợp phương pháp chụp ảnh TEM, từ rút kết luận xác • Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nặng khác, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Pb2+, tiến hành khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nặng nước thải TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Nhâm, “Hóa học vô tập 3”, nhà xuất Giáo dục Phan Văn Tường, “Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm”, nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2007 Nguyễn Thái Dương, “Nghiên cứu hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế biến từ vỏ lạc thăm dò xử lý môi trường”, luận văn Thạc sĩ, trường Đại học Thái Nguyên, 2008 TS Phan Thị Hoàng Oanh, “Chuyên đề nghiên cứu cấu trúc vật liệu vô cơ”, trường Đại học Sư phạm TP.HCM 2010 – 2011 PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải, “Chế tạo hạt nano oxit từ tính”, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội Phạm Thái Ngọc Thảo, “Tổng hợp khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ vật liệu nano Y 0,9 Cd 0,1 FeO ”, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Sư Phạm TP.HCM, 2012 Trương Thị Minh Nghĩa, “Tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferrit Y 0,8 Sr 0,2 FeO phương pháp đồng kết tủa”, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học sư phạm TP.HCM, 2012 Trần Thị Lệ Chi, “Phân tích dạng kim loại chì cacdimi đất trầm tích phương pháp hấp phụ phổ nguyên tử”, luận văn Thạc sĩ, trường Đại học Thái Nguyên Đỗ Thị Anh Thư, “Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu peropskit”, Luận án tiến sỹ, 2011 http://www.ktf-split.hr/periodni/en/abc/kpt.html 10 http://en.wikipedia.org/wiki/Ionic_radius [...]... động của kính hiển vi điện tử quét trước của đầu dò nhằm tập trung điện thứ cấp 3.4 Phương pháp đo độ từ hóa Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của từ trường có thể bị từ hóa, nên có những tính chất đặc biệt Tùy thuộc vào tín hiệu của vật liệu từ trong từ trường mà người ta phân loại thành vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng Khi khảo sát độ tính của vật liệu ta cần chú ý đến lực kháng từ (H... với nó Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt hấp phụ, quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt + Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ gây ra bởi lực Vander Waals giữa các phân tử bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, lực liên kết này yếu dễ bị phá vỡ Hấp phụ hóa học được... ) và độ từ dư (M c ) R R R R Từ trễ ( magnetic hysteresis): Là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá trình từ 0T 0T 0T 0T 0T 0T hóa và đảo từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu sắt từ Hiện tượng từ trễ là một đặc trưng quan trọng và dễ thấy nhất ở các chất sắt từ Hiện tượng từ trễ được biểu hiện thông qua đường cong từ trễ (từ độ - từ trường, M(H) hay Cảm ứng từ - Từ. .. (Coercivity) Vật liệu từ cứng: Có từ trường khử, từ dư lớn, đường cong từ trễ của nó rất rộng, rất khó bị từ hóa, có lực kháng từ cao Điều kiện tối thiểu là trên 100 Oe, nhưng vật liệu từ cứng phổ biến thường có lực kháng từ cỡ hàng ngàn Oe trở lên Một khi bị từ hóa thì năng lượng từ của vật liệu được giữ lại lâu, có thể dùng làm nam châm vĩnh cữu Vật liệu từ mềm: Có độ từ thẫm lớn, từ trường khử từ nhỏ,... là một tính chất nội tại đặc trưng của các vật liệu sắt từ, và hiện tượng trễ biểu hiện khả năng từ tính của của các chất sắt từ Từ độ bảo hòa: Là giá trị từ độ đạt được khi được từ hóa đến từ trường đủ lớn (vượt qua giá trị trường dị hướng) sao cho vật ở trạng thái bão hòa từ, có nghĩa là các mômen từ hoàn toàn song song với nhau Khi đó đường cong từ trễ Từ độ -Từ trường, M(H) có dạng nằm ngang Từ độ... độ bao phủ, tính bền màu Trên thực tế các hạt nano đã được ứng dụng trong audio, băng vidieo và đĩa hiện đại, chúng phụ thuộc vào tính chất quang và từ của các hạt mịn + Làm lạnh: Ở kích thước nhỏ, người ta đã chứng minh được rằng lợi ích entropy có thể nhận được nhờ sự đảo chiều của từ tính các hạt nano mang từ Nếu các hạt nano có momen từ tính lớn và độ kháng từ thích hợp thì hiệu ứng từ nhiệt có... tế Một nam châm vĩnh cữu có tính chất tốt khi lực kháng từ cao Độ từ tính của mẫu được đo ở phòng vật liệu từ và siêu dẫn thuộc phân viện Vật lý thành phố Hồ Chí Minh, loại máy Microsene EV11 3.5 Tổng quan về hấp phụ Sự hấp phụ + Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất hấp phụ là chất mà phẩn tử ở bề mặt có khả năng hút các phần tử các pha... biến trên, vật liệu nano còn được ứng dụng trong nhiều ứng dụng khác (bảng 2) Bảng 2 Số lượng vật liệu nano và thị trường tiêu thụ Số lượng Thị trường Phần trăm (%) Hạt nano 160 Y – dược 30 Ống nano 55 Hóa chất và vật liệu cao cấp 29 Vật liệu xốp nano 22 Công nghệ thông tin, hóa chất 21 Lồng nano 21 Năng lượng 10 Chấm lượng tử 19 Tự động hóa 5 Vật liệu cấu trúc nano 16 Hàng không vũ trụ 2 Sợi nano 9 Dệt... để tổng hợp vật liệu gốm, người ta còn sử dụng một số phương pháp khác như: phản ứng xâm nhập và trao đổi ion như là một phương pháp điều chế chất rắn trên cơ sở cấu trúc đã có sẵn, phương pháp điện hóa và các phương pháp hóa học mềm để tổng hợp vật liệu, phương pháp sử dụng áp xuất cao và phương pháp thủy nhiệt,… để tổng hợp vật liệu gốm 1.4 Cấu trúc tinh thể vật liệu PEROVSKITE ABO3 1.4.1 Vật liệu. .. khử từ nhỏ, tổn hao tử trể nhỏ (đường cong từ trễ hẹp) Lực kháng từ của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn cỡ 100 Oe Những vật liệu có tính từ mềm tốt, thậm chí có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0,01 Oe) Độ từ hóa của chất sắt từ biến mất khi có từ trường H c tác dụng, từ trường này ngược dấu với từ trường tạo cảm ứng H c được gọi là lực kháng từ Sự tồn tại của đồ từ hóa dư cho phép ta tạo nên các nam châm ... tạo vật liệu thay vật liệu cũ, chọn đề tài Tổng hợp vật liệu nano từ tính Y 1-x Ca x FeO ,và khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ chúng CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬT LIỆU NANO 1.1 Một vài khái niệm vật liệu. .. từ hóa Vật liệu từ loại vật liệu mà tác dụng từ trường bị từ hóa, nên có tính chất đặc biệt Tùy thuộc vào tín hiệu vật liệu từ từ trường mà người ta phân loại thành vật liệu từ mềm vật liệu từ. .. nhiệt độ thấp xảy trình hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm khả hấp phụ hóa học tăng lên Cân hấp phụ Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Các phẩn tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt