Nghiên cứu tổng hợp fe2o3 có kích thước nanomet bằng phương pháp đốt cháy luận văn thạc sỹ hóa học

LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành Phòng thí nghiệm chuyên đề Hóa vô cơKhoa Hóa- Trường Đại học Vinh Để hoàn thành tốt luận văn này, với lòng biết ơn sâu sắc xin chân thành cảm ơn: Tiến sỹ Nguyễn Xuân Dũng - Người giao đề tài, hướng dẫn tận tình chu đáo, tạo điều kiện thuận lợi cho thực hoàn thành tốt luận văn Các thầy cô, cán khoa Hóa, khoa Sau Đại học – Trường Đại học Vinh tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm Vật liệu mới- Khoa Hóa- Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội, phòng thí nghiệm chuyên đề Khoa hóa- Đại học sư phạm Hà Nội Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Khoa học vật liệu gia đình, bạn bè người thân tạo điều kiện giúp đỡ, động viên trình thực luận văn Nghệ An, tháng 12 năm 2011 Học viên Chu Thống Nhất DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số chất xúc tác điều chế phương pháp sol-gel Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu nung nhiệt độ khác 30 Bảng 3.2 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu nung nhiệt độ khác 32 Bảng 3.4 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu điều với hàm lượng glyxin cho vào khác 33 Bảng 3.5 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu điều chế nhiệt độ tạo gel khác 35 Bảng 3.6 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 37 Bảng 3.7 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian chiếu xạ 39 Bảng 3.8 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian (sử dụng ánh sáng tự nhiên trời) 4039 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ bước khác điều chế Sol-Gel Hình 1.2 Cấu trúc nano 15 Hình 1.3 QD CdSe/ZnS với cấu trúc lõi-vỏ có dạng hình cầu 16 Hình 1.4 QD gồm cấu trúc lõi-vỏ lớp bao phủ 16 Hình 1.5 QD GaAs 16 Hình 1.6 Nanocomposite 17 Hình 1.7 Màng gelatin trộn với nano Ai2O3 17 Hình 1.8 Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể chất rắn 20 Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc P/V(P0-P) vào P/Po 23 Hình 1.10 Mức lượng electron 24 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt TGA- DTA gel 28 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ nung khác 29 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế pH khác 31 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế với hàm lượng glyxin cho vào khác 33 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế nhiệt độ tạo gel khác 34 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu nung 5000C 36 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu nung 7000C 36 Hình 3.8 Đ ường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 37 Hình 3.9 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian chiếu xạ 39 Hình 3.10 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian (sử dụng ánh sáng tự nhiên trời ) 40 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tóm lược lịch sử khoa học công nghệ nano .3 1.2 Một số khái khái niệm lĩnh vực khoa học nano 1.2.1 Công nghệ nano 1.2.2 Vật liệu nano 1.2.3 Hóa học nano .4 1.2.4 Ứng dụng công nghệ nano 1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 1.3.1 Phương pháp phóng điện hồ quang 1.3.2 Phương pháp sol-gel 1.3.3 Phương pháp nghiền bi 12 1.3.4 Phương pháp ngưng đọng 13 1.3.5 Phương pháp mạ điện 13 1.3.6 Phương pháp làm nguội nhanh 13 1.3.7 Phương pháp đốt cháy .13 1.4 Những đặc trưng, tính chất chung phụ thuộc vào kích thước 15 1.4.1 Các dạng cấu trúc nano 15 1.4.2 Các loại hình cấu trúc nano 15 1.5 Giới thiệu oxit Fe2O3 17 1.5.1 Cấu trúc oxit Fe2O3 hematit .17 1.5.2 Kiến trúc tinh thể oxit sắt 17 1.5.3 Tính chất Fe2O3 18 1.5.4 Ứng dụng oxit Fe2O3 hematit 19 1.6 Các phương pháp nghiên cứu bột Fe2O3 20 1.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia 20 1.6.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 21 1.6.3 Phương pháp BET 21 1.6.4 Phương pháp phân tích nhiệt (DTA – TGA – DTG) .23 1.7 Xúc tác quang hóa 23 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .25 2.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị .25 2.1.1 Hoá chất 25 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 25 2.2 Pha chế dung dịch .26 2.2.1 Dung dịch EDTA 0,01M 26 2.2.2 Dung dịch Fe(NO3)3 1M 26 2.2.3 Dung dịch Xanh Metylen(XM)100 ppm 27 2.3 Điều chế Fe2O3 có kích thước nano 27 2.4 Các phương pháp đánh giá vật liệu 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Phân tích nhiệt 28 3.2 Khảo sát ảnh nhiệt độ nung đến tạo pha tinh thể 29 3.3 Ảnh hưởng pH đến pha tinh thể .30 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng glyxin cho vào mẫu 32 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel 34 3.6 Hình thái học bề mặt mẫu 35 3.7 Thử khả xúc tác quang hóa Fe2O3 37 3.7.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen .37 3.7.2 Đánh giá khả xúc tác quang hóa vật liệu 38 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 MỞ ĐẦU Vào năm đầu kỷ 20, đời thuyết lượng tử tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển nhiều ngành khoa học tự nhiên, cho phép sâu vào nghiên cứu cấu tạo chất Trên tiền đề đó, sang kỷ 21, ngành khoa học công nghệ nano đời nhanh chóng hấp dẫn nhà khoa học, thực tế có vai trò quan trọng xã hội Công nghệ nano ngành công nghệ chuyên nghiên cứu, phân tích, chế tạo, thiết kế vật liệu có kích thước từ đến 100 nanomet Vật liệu nano đóng vai trò quan trọng hầu hết lĩnh vực vật lý, hoá học, sinh học Chúng có tính chất đặc biệt khác với dạng khối giới hạn kích thước có mật độ cao góc cạnh bề mặt Công nghệ nano cho phép tổng hợp hạt có kích thước mịn (cỡ nano) điều khiển cấu trúc vật liệu như: hình dáng kích thước lỗ xốp, nhằm tạo sản phẩm có tính chất mong muốn Oxit sắt dạng hạt cỡ micromet ứng dụng nhiều công nghệ sơn, chất màu, chất độn Khi giảm kích thước hạt oxit sắt xuống kích thước nanomet (< 100 nm) mở triển vọng ứng dụng loại vật liệu công nghệ sinh học, bôi trơn động cơ, in ấn môi trường… Đặc biệt công nghệ xử lý nước y học tìm tế bào ung thư… Trong số phương pháp tổng hợp, tổng hợp đốt cháy (CSCombustion synthesis) kỹ thuật quan trọng điều chế xử lý vật liệu gốm (về cấu trúc chức năng), chất xúc tác, composit, vật liệu nano Quá trình tổng hợp sử dụng phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt hợp phần kim loại hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi chất hoạt tính phản ứng có chứa chất oxi hóa khử Tổng hợp đốt cháy đặc trưng nhiệt độ cao, diễn nhanh thời gian ngắn Những đặc tính làm cho CS trở thành phương pháp hấp dẫn cho sản xuất vật liệu công nghệ với chi phí thấp so sánh với phương pháp thông thường Vì lý trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp oxit Fe2O3 có kích thước nanomet phương pháp đốt cháy” làm nội dung nghiên cứu luận văn cao học Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu tổng hợp oxit Fe2O3 phương pháp đốt cháy sử dụng tác nhân glyxin - Xác định đặc trưng mẫu điều chế điều kiện tối ưu thử khả xúc tác quang hóa vật liệu tổng hợp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tóm lược lịch sử khoa học công nghệ nano [12, 21] * Vào kỉ sau công nguyên người ta chế tạo cốc (Lycurgus Cup) chứa hạt vàng dạng nano (gold colloids) có tính chất cho ánh sáng đỏ truyền qua phản xạ ánh sáng xanh * Năm 1618: sách nhũ tương vàng (Colloidal Gold) nhà triết học, đồng thời bác sĩ Rrancisci Antonii xuất * Vào kỉ 17 – 18: số sách nhũ tương vàng tiếp tục xuất thân nhũ tương vàng sử dụng y học, nhuộm màu cho gốm tơ lụa * Năm 1857: Michael Faraday đưa phương pháp tạo dung dịch đỏ thẫm từ nhũ tương vàng cách sử dụng CS2 để làm giảm kích thước hạt AuCl4 * Năm 1908: Lý thuyết Mie dải Plasmon bề mặt AuNP phát triển * Những năm 1970: AuNP sử dụng để dán nhãn miễn dịch học đánh dấu sinh học 1.2 Một số khái khái niệm lĩnh vực khoa học nano [22] 1.2.1 Công nghệ nano Công nghệ nghiên cứu sử dụng hệ bao gồm cấu tử có kích thước cỡ nano với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh việc chuyển hóa vật chất, lượng thông tin Trước thuật ngữ sử dụng với ý nghĩa hẹp hơn, ám kỹ thuật sản xuất, đo đạc thực thể với kích thước nhỏ 100nm 1.2.2 Vật liệu nano Khái niệm vật liệu nano mang nghĩa tương đối rộng Vật liệu nano tập hợp (aggregate) nguyên tử kim loại hay phi kim (được gọi cluster) hay phân tử oxit, sunfua, cacbua, nitrua, borua…có kích thước khoảng từ đến 100 nm Đó vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm giới hạn tương tự (như zeolit, photphat, cacboxylat kim loại…) Như vậy, vật liệu nano thuộc kiểu hệ siêu phân tán hay hệ rắn có độ xốp cao Hiện vật liệu nano phân loại thành: - Vật liệu sở cacbon - Vật liệu không sở cacbon Loại gồm loại sau: + Vật liệu kim loại + Vật liệu sunfua + Vật liệu oxit + Vật liệu B-C-N + Vật liệu xốp - Các phân tử tự tổ chức tự nhận biết Trong oxit kim loại chuyển tiếp sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu nano có kích thước chức khác dạng que, màng hay vật liệu xốp Phương pháp tổng hợp chúng đa dạng, phong phú từ nhiều chất đầu khác Ở dùng muối Fe(NO3)3 chất đầu để tổng hợp Fe2O3 dạng vật liệu xốp 1.2.3 Hóa học nano Hóa học nano khoa học nghiên cứu phương pháp tổng hợp xác định tính chất vật liệu nano Với cấu trúc siêu vi hiệu ứng lượng tử đóng vai trò quan trọng cấu trúc nên vật liệu nano có tính chất khác thường so với vật liệu thông thường chất Do tổng hợp vật liệu nano cách tiến hành phản ứng hóa học truyền thống hoàn toàn Cho tới có nhiều phương pháp tổng hợp thành công vật liệu nano như: phương pháp phóng điện hồ quang, phương pháp sol – gel, phương pháp nghiền bi, phương pháp ngưng đọng pha hơi, phương pháp mạ điện… Việc xác định tính chất vật liệu nano thực phương pháp vật lý phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen, phổ hồng ngoại, phổ khối, kính hiển vi điện tử quét (SEM)… 1.2.4 Ứng dụng công nghệ nano Sản phẩm công nghệ nano có mặt thị trường chiếm lĩnh nhiều lĩnh vực như: + Công nghệ điện tử - quang: làm transistor đơn điện tử, xử lý tốc độ nhanh, laze… + Công nghệ hóa học: làm xúc tác, chất màu… + Công nghệ lượng: làm vật liệu dự trữ lượng, pin hidro… + Công nghệ hàng không vũ trụ: làm vật liệu chịu nhiệt, siêu bền… + Công nghệ môi trường: làm vật liệu khử độc, làm môi trường… + Y học: làm thuốc chữa bệnh, mô nhân tạo… Sản phẩm công nghệ nano ứng dụng rộng rãi nước phát triển Việc tiêu thụ sản phẩm nano nước gắn chặt với tiêu chuẩn đời sống nước Công nghệ nano đem lại hiệu kinh tế vô to lớn cho nước phát triển Mỹ, Nhật, Đức, Hiện nay, nước ta, công nghệ nano ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Các sản phẩm sử dụng công nghệ nano xuất ngày nhiều tỏ ưu việt hẳn Các sản phẩm tiêu tốn nhiên liệu, thân thiện với môi trường… 29 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha tinh thể Cho 10 ml dung dịch Fe(NO3)3 20 ml dung dịch glyxin cho vào cốc thuỷ tinh thêm nước cất để khoảng 80ml dung dịch, điều chỉnh pH= 4, khuấy từ gia nhiệt 800C tạo gel nhớt Làm già qua đêm sấy khô gel 1500C Chia gel vào cốc sứ đánh số, nung 300, 400, 500, 600, 8000C Kết phân tích nhiễu xạ tia X cuả mẫu nung nhiệt độ khác trình bày hình 3.2 Lin(cps) 1200 800 800 C 600 C 400 500 C 400 C 300 C 20 40 60 Theta 80 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ nung khác nhau(ο: pha hematit; : pha maghemit) Từ giản đồ nhiễu xạ Rơnghen cho thấy mẫu nung 3000C hình thành pha tinh thể, pha hematit chứa pha maghemit Mẫu nung 4000C 30 có thành phần pha tương tự mẫu nung 3000C Mẫu nung nhiệt độ cao pha tinh thể kết tinh tốt chứa pha đơn hematit Kích thước hạt tinh thể tính theo công thức Scherrer (D=0,9λ/Bcosθ) Phần mềm Celref xây dựng dựa phương pháp bình phương tối thiểu để xác định thông số mạng tinh thể Kết tính số mạng thể tích ô mạng mẫu nung nhiệt độ khác bảng 3.1 Số liệu bảng 3.1 cho thấy thông số mạng mẫu Fe2O3 phù hợp với liệu JCPDS-ICCD 01-089-0664 Như oxit Fe2O3 tổng hợp dạng Hematite Khi nhiệt độ tăng, kích thước hạt tinh thể tăng, đồng thời thông số mạng giảm xuống Bảng 3.1 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu nung nhiệt độ khác Kích Nhiệt độ nung thước hạt (nm) 11,7 Thể tích ô mạng sở a(Å) b(Å) c(Å) (Å3) 5,0387 5,0387 13,7501 302,325 400 C 14,9 5,0387 5,0387 13,7496 302,314 5000C 17,2 5,0382 5,0382 13,7495 302,251 6000C 26,2 5,0321 5,0321 13,7392 301,294 8000C 29,1 5,0284 5,0284 13,7385 300,836 5,0356 5,0356 13,7489 301,926 3000C Mẫu chuẩn (*) Hằng số mạng (* Fe2O3 -JCPDS File No 01-089-0664) 3.3 Ảnh hưởng pH đến pha tinh thể Cho vào cốc, cốc 10 ml dung dịch Fe(NO3)3 20 ml glyxin thêm nước cất để 80ml dung dịch Điều chỉnh pH dung dịch, khuấy từ 31 gia nhiệt 800C tạo gel nhớt Làm già qua đêm sấy khô gel 1500C, đem nung nhiệt độ 5000C Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu điều chế pH khác hình 3.3 Kích thước hạt tinh thể, thông số mạng bảng 3.2 Mẫu điều chế pH=2 pH=6 pha hematit chứa pha maghemit Các mẫu lại đơn pha, mẫu điều chế pH=4 cho kích thước hạt bé 1000 800 600 pH=6 pH=5 400 pH=4 200 pH=3 pH=2 -200 20 40 60 80 Theta Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế pH khác 32 Bảng 3.2 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu điều chế pH khác Mẫu Kích thước hạt (nm) Hằng số mạng a(Å) b(Å) c(Å) Thể tích ô mạng sở (Å3) pH=2 26,1 5,0322 5,0322 13,7475 301,488 pH=3 22,7 5,0388 5,0388 13,7386 302,084 pH=4 17,2 5,0382 5,0382 13,7495 302,251 pH=5 22,1 5,0384 5,0384 13,7497 302,280 pH=6 29,4 5,0297 5,0297 13,7395 301,013 Mẫu chuẩn (*) 5,0356 5,0356 13,7489 301,926 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng glyxin cho vào mẫu Cho vào cốc, cốc cho vào 10ml dung dịch Fe(NO3)3 1M thể tích dung dịch glyxin 1M 5, 10, 15, 20, 30 tương ứng với tỷ lệ mol glyxin/Fe3+ là: 0,5:1; 1:1; 1,5:1, 2:1, 3:1, cho thêm nước cất để 80 ml dung dịch cốc Điều chỉnh pH=4 khuấy từ gia nhiệt 800C tạo gel nhớt Làm già qua đêm sấy khô đem nung 5000C Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu thu biễu diễn hình 3.4 Kích thước hạt thông số mạng tinh thể bảng 3.4 Trên hình 3.4 cho thấy mẫu điều chế tỷ lệ mol glyxin/Fe3+ 0,5:1 có tạo pha tinh thể kém, pha hematitcòn chứa pha maghemit Ở mẫu điều chế tỷ lệ glyxin/Fe3+ 1:1, pha tinh thể tạo thành tốt chứa pha maghemit Các mẫu lại chứa pha đơn hematit có kích thước hạt 33 tinh thể bé Trong thí nghiệm tiếp theo, chọn tỷ lệ mol glyxin/Fe3+ 2:1 để điều chế mẫu Lin(cps) 1000 800 600 Gly/KL=3:1 400 Gly/KL=2:1 200 Gly/KL= 1:1 Gly/KL=0,5:1 -200 20 40 60 Theta 80 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điểu chế với hàm lượng axit citric cho vào khác Bảng 3.4 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu điều chế với hàm lượng glycin cho vào khác Kích thước hạt (nm) 0,5:1 8,4 Thể tích ô mạng a(Å) b(Å) c(Å) sở 5,0392 5,0392 13,7511 302,407 1:1 13,5 5,0399 5,0399 13,7495 302,455 2:1 17,2 5,0382 5,0382 13,7495 302,251 3:1 15,8 5,0390 5,0390 13,7500 302,358 Gly/ Fe 3+ Mẫu chuẩn (*) Hằng số mạng 5,0356 5,0356 13,7489 301,926 34 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel Cho vào cốc, cốc 10 ml dung dịch Fe(NO3)3 20 ml glyxin thêm nước cất để 80ml dung dịch, điều chỉnh pH=4 khuấy từ gia nhiệt nhiệt độ khác nhau: 45, 60, 80, 950C tạo gel nhớt Làm già qua đêm sấy khô 1500C, đem nung 5000C Kết phân tích nhiễu xạ tia X hình 3.5 1000 800 600 95 C 400 80 C 200 60 C 45 C -200 20 40 60 80 Theta Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế nhiệt độ tạo gel khác Các mẫu hình thành tinh thể rõ ràng chứa pha đơn hematit Kết xác định kích thước hạt tinh thể thông số mạng bảng 3.5 Mẫu điều chế nhiệt độ tạo gel 800C cho kích thước hạt bé 35 Bảng 3.5 Kích thước hạt tinh thể số mạng mẫu điều chế nhiệt độ tạo gel khác Nhiệt độ tạo gel c(Å) Thể tích ô mạng sở (Å3) Hằng số mạng Kích thước hạt (nm) a(Å) b(Å) 450C 21,1 5,0391 5,0391 13,7486 302,340 600C 23,1 5,0375 3,0375 13,7485 302,145 800C 17,2 5,0382 5,0382 13,7495 302,251 950C 26,5 5,0322 5,0322 13,77384 302,066 Mẫu chuẩn (*) 5,0356 5,0356 13,7489 301,926 3.6 Hình thái học bề mặt mẫu Mẫu điều chế điều kiện pH=4, tỉ lệ mol glyxin/Fe3+ 2:1, nhiệt độ tạo gel 800C, nhiệt độ nung 500, 7000C chụp ảnh SEM, kết hình 3.6 Mẫu nung 5000C có kích thước hạt đồng với đường kính trung bình 30-40 nm với cấu trúc xốp nhiều khoang hốc Ở mẫu nung 7000C, hạt có kích thước lớn đồng kết tụ 36 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu nung 5000C Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu nung 7000C 37 3.7 Thử khả xúc tác quang hóa Fe2O3 3.7.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen Chuẩn bị dung dịch XM có nồng độ 0,2, 0,5, 2, 4, 6, 8, 10 ppm Tiến hành đo mật độ quang dung dịch bước sóng 664 nm thu kết bảng 3.6 Bảng 3.6 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen Mẫu Nồng độ (ppm) Mật độ quang A 0,2 0,5 10 0,072 0,088 0,198 0,270 0,354 0,488 Từ kết bảng 3.6, dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen hình 3.8 Hình 3.8 Đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 38 Sử dụng phần mềm Microsoft Excel xác định phương trình đường chuẩn sau: y= (0,042 ± 0,003) x + (0,085 ± 0,015) 3.7.2 Đánh giá khả xúc tác quang hóa vật liệu Khả xúc tác quang hóa Fe2O3 đánh giá qua hiệu suất phản ứng phân hủy quang xúc tác XM Quá trình tiến hành hệ phản ứng tĩnh Nguồn sáng sử dụng bóng đèn UV, λ= 364 nm, đặt phía cốc phản ứng cách khoảng cm so với mặt thoáng dung dịch Dung dịch khuấy từ liên tục suốt trình thí nghiệm Hiệu suất phản ứng quang xúc tác A(%) xác định theo công thức: C0 − C A(%) = × 100 % C0 Trong đó, C0 C nồng độ xanh metylen dung dịch khảo sát trước sau dừng xạ phản ứng (mg/l) Khảo sát xúc tác quang hóa theo điều kiện sau: Nồng độ XM: 10 ppm Thể tích XM: 50 ml Lượng xúc tác: 0,2 gam Fe2O3 Nhiệt độ phòng Khuấy trộn máy khuấy từ gia nhiệt pH=7 Kết ảnh hưởng thời gian lên hiệu suất xử lý XM trình bày bảng 3.7 biểu diễn hình 3.9 39 Hình 3.9 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian chiếu xạ Bảng 3.7 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian chiếu xạ Thời gian (phút) CXM H% 10 20 30 50 60 90 120 150 180 4,83 4,45 4,12 3,43 3,17 2,74 2,40 2,31 2,29 51,7 55,5 58,8 65,7 68,3 72,6 76,0 76,9 77,1 Kết hiệu suất phân hủy XM tăng theo thời gian, thời gian chiếu xạ 120 phút, hiệu suất phân hủy không thay đổi nhiều đạt 76% Như Fe2O3 có khả phân hủy XM Để có so sánh tiến hành thí nghiệm điều kiện sử dụng ánh sáng tự nhiên trời Kết trình bày bảng 3.8 biểu diễn hình 3.10 40 Bảng 3.8 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian (sử dụng ánh sáng tự nhiên trời) Thời gian (ph) CXM H% 10 20 30 50 60 90 120 150 180 9,76 9,53 9,42 9,16 9,02 8,79 8,60 8,57 8,57 2,4 4,7 5,8 8,4 9,8 12,1 14,0 14,3 14,3 Hình 3.10 Hiệu suất phân hủy XM theo thời gian (sử dụng ánh sáng tự nhiên trời) Kết cho thấy hiệu suất phân hủy XM tăng theo thời gian, sau hai hiệu suất phân hủy XM gần không thay đổi đạt cực đại 14,3% So với sử dụng nguồn chiếu xạ UV, hiệu suất phân hủy XM sử dụng ánh sáng trời bé nhiều 41 KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công oxit Fe2O3 hematit có kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel sử dụng tác nhân glyxin Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha tinh thể oxit Điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano Fe2O3 hematit là: - Nhiệt độ nung mẫu 5000C - pH tạo gel = - Tỷ lệ mol glyxin/Fe3+ 2:1 - Nhiệt độ tạo gel 800C Đã xác định đặc trưng mẫu điều chể điều kiện tối ưu: - Thông số mạng tinh thể: oxit có cấu trúc hematit với a=b=5,0382 Å, c=13,7495Å, thể tích ô mạng sở V=302,251Å3 - Kích thước hạt tinh thể theo Scherrer 17,2 nm kích hạt sở theo SEM 30-40nm Đã đánh giá khả xúc tác quang hóa Fe2O3 qua phản ứng phân hủy XM Hiệu suất phân hủy tăng theo thời gian, thời gian chiếu xạ 120 phút, hiệu suất phân hủy không thay đổi đạt 76 % 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Hoàng Minh Châu, Cơ sở hóa phân tích, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Vũ Đăng Độ (2001), Các phương pháp vật lý hóa học, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Xuân Dũng, “Nghiên cứu, tổng hợp perovskit hệ lantan cromit lantan manganit phương pháp đốt cháy“, Luận án tiến sĩ hóa học, Hà Nội-2009 Nguyễn Hữu Đĩnh,Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo Dục, Phú Thọ Trịnh Hân(2003), Hướng dẫn thực tập tinh thể học hóa học tinh thể, NXB NXB ĐHQG Hà Nội, Hà Nội Trần Tứ Hiến ( 2003), Phân tích trắc quang - phổ hấp thụ UV- VIS, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Trần Tứ Hiến ( 2003), Phân tích trắc quang - phổ hấp thụ UV- VIS, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Hồ Viết Quý (2002), Cơ sở hóa học phân tích đại - tập 2:các phương pháp phân tích lý-hóa, NXB Đại học sư phạm, Hà Nội Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích công cụ hóa học đại NXB Đại học sư phạm, Hà Nội 10 Phạm Luận (1998), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử , NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 11 Hoàng Nhâm (2000), Hoá vô cơ, tập III, Nxb Giáo dục 43 12 Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hoá học nano công nghệ vật liệu nguồn, Nxb Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội 13 Nguyễn Hoàng Nghị (2003), Các phương pháp thực nghiệm phân tích cấu trúc, NXB Giáo dục, Hà Nội 14 Nguyễn Hữu Phú (2000), Giáo trình hóa lý, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội 15 Nguyễn Phú Thùy(2004), Vật lý tượng từ, NXB ĐHQG Hà Nội, Hà Nội 16 Đào Đình Thức, Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học, tập II, NXBGD 17 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lí hoá lí, Tập1, NXB Khoa học Kĩ thuật 18 Nguyễn Đình Triệu (2003), Các phương pháp vật lí ứng dụng hóa học NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 19 Phan Văn Tường (2004), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội TIẾNG ANH 20 Chang chun Chen, Jiangfeng Liu, Ping Liu, Benhai Yu (2011), Investigation of Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Using Nano-Sized ZnO Catalysts, Advances in Chemical Engineering and Science,1, pp 9-14 21 Kenneth J Klabunde and Ryan M Richards (2009), Nanoscale materials in chemistry, Ed2, John Wiley & Sons 22 Bradley D Fahlman (2007), Materials Chemistry, Springer-Verlag New York 23 Rodroguez J A and Fernondez-Garcoa M (2007), Synthesis, properties, and applications of oxide nanomaterials, JohnWiley & Sons, Inc 24 Hench L L and West J K (1990), "The sol-gel process", Chemical reviews, 90(1), pp 33-72 25 Gabbott P (2008), Principles and Applications of Thermal Analysis, Blackwell Publishing Ltd, Oxford, pp 87-118 [...]... thc l Fe2O3 1.5.3 Tớnh cht ca Fe2O3 - Fe2O3 l cht rn, nõu, khụng tan trong nc - Fe2O3 l oxit baz cú th tỏc dng vi axit to mui st (III): 19 Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Khi tan trong axit, Fe2O3 to thnh ion phc [Fe(H2O)6]3+ khụng mu, mu vng nõu ca dung dch to thnh l do ion phc thu phõn to ion phc hiroxo aquo: [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+ [Fe(H2O)6]3+ + H2O - nhit cao b CO hoc H2 , Al kh thnh st: t Fe2O3. .. mt trong nhiu pha cú ớt nht mt chiu thang nanomet ( 100 nm) Vt liu nanocomposite c m rng ra cho tt c cỏc h vt liu dng 1D, 2D, 3D v vụ nh hỡnh m c to ra t cỏc thnh phn cú tớnh cht hon ton khỏc bit nhau, c trn ln vi nhau thang nanomet 17 Hỡnh 1.6 Nanocomposite Hỡnh 1.7 Mng gelatin trn vi nano Ai2O3 1.5 Gii thiu oxit Fe2O3 [11, 15, 16] 1.5.1 Cu trỳc oxit Fe2O3 hematit Oxit st (III) (hematit) cú cu... Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2 0 t Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3 0 - Khi nung vi Na2CO3 to thnh mui ferit mu vng hoc : t Fe2O3 + Na2CO3 2NaFeO2 + CO2 0 - iu ch bng phn ng phõn hy Fe(OH)3 nhit cao Khi nnung nhit thp hn 6500C to ra cht rn dng bt mu nõu, nhng nu nung nhit cao hn to thnh tinh th mu xỏm en khụng cũn kh nng tan trong axit: t 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O 0 Ngoi ra, Fe2O3 cng cú th iu ch bng cỏch... ra, Fe2O3 cng cú th iu ch bng cỏch nung FeSO4.7H2O, FeO hoc cỏc mui st(II) d bay hi: t 2FeSO4.7H2O Fe2O3 + SO3 + SO2 + 14H2O 0 Trong cụng nghip, Fe2O3 c iu ch bng cỏch nung qung pirit: t 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 0 Trong t nhiờn tn ti di dng qung hematit dựng luyn gang 1.5.4 ng dng ca oxit Fe2O3 hematit Hematit l l dng oxit st bn nht cú tớnh cht bỏn dn kiu n vi nng lng vựng cm 2,1eV iu kin... ca cỏc oxit st C 3 oxit st l hp cht khụng hp thc v d bin i ln nhau, qua s : Fe2O3 Fe3O4 FeO 18 S tng nhit v tỏc dng ca cht kh lm cho cõn bng chuyn dch theo chiu thun, ngc li s tng lng khớ oxi lm cho cõn bng chuyn dch theo chiu nghch Nguyờn nhõn ca s sai lch vi thnh phn hp thc v s bin i ln nhau l Fe3O4, FeO cng nh -Fe2O3 cú kin trỳc tinh th ging nhau Trong tinh th nhng ion O2- sp xp sớt sao... phng ti thiu xỏc nh thụng s mng tinh th Kt qu tớnh hng s mng v th tớch ụ mng ca cỏc mu nung cỏc nhit khỏc nhau ch ra bng 3.1 S liu bng 3.1 cho thy thụng s mng ca mu Fe2O3 phự hp vi d liu trong JCPDS-ICCD 01-089-0664 Nh vy oxit Fe2O3 c tng hp dng Hematite Khi nhit tng, kớch thc ht tinh th tng, ng thi cỏc thụng s mng gim xung Bng 3.1 Kớch thc ht tinh th v hng s mng ca mu nung cỏc nhit khỏc nhau... Hematit l l dng oxit st bn nht cú tớnh cht bỏn dn kiu n vi nng lng vựng cm 2,1eV iu kin thng Nú cú tim nng ng dng trong lnh vc xỳc tỏc quang húa, xen s khớ, vt liu t 20 1.6 Cỏc phng phỏp nghiờn cu bt Fe2O3 [2, 4, 6-10, 13, 17, 18, 25] 1.6.1 Phng phỏp nhiu x tia X Nhiu x tia X l mt phng phỏp quan trng trong vic nghiờn cu cu trỳc tinh th Ngoi ra phng phỏp ny cũn c ng dng xỏc nh ng hc ca quỏ trỡnh chuyn... Nh kh nng phúng i v to nh mu rt rừ nột v chi tit, hin vi in t quột (SEM) v hin vi in t truyn qua (TEM) c s dng nghiờn cu b mt vt liu, cho phộp xỏc nh kớch thc v hỡnh dng ca vt liu 1.6.3 Phng phỏp BET Fe2O3 l mt xỳc tỏc d th, nờn din tớch b mt l mt trong nhng yu t quan trng nhm ỏnh giỏ hot tớnh v kh nng hp ph ca xỳc tỏc xỏc nh din tớch b mt chỳng tụi s dng phng phỏp o BET Phng phỏp BET thng c ng dng... Metylen(XM)100 ppm Cõn mt lng chớnh xỏc 0,1000 g XM hũa tan vo nc v nh mc n 1 lit dung dch thu c dung dch XM 100 ppm T dung dch ny pha ch thnh cỏc dung dch XM cú nng khỏc nhau 10, 6, 4, 2, 0,5, 0,2 ppm 2.3 iu ch Fe2O3 cú kớch thc nano Cho mt th tớch dung dch glycin 1M tớnh trc vo 10 ml dung dch Fe(NO3)3 1M trong cc 100 ml v cho thờm nc ct thu c 80 ml dung dch, khuy liờn tc trờn mỏy khuy t gia nhit trong khong... th c s dng trong mi mt bc 8 Hoà tan tiền chất (muối kim loại hoặc ankolat) trong dung môi Hình thành Bắt đầu với dạng sol đợc biến tính Thêm nớc và axit hoặc bazo để thuỷ phân và ngng tụ Khử dạng sol bằng điều chỉnh pH hoặc nồng độ Tạo gel tự mang (self-supporting gel) Làm già Tạo gel trên chất nền Làm già Gel Làm khô Gel để xử lý dung môi Khử dung môi Làm khô bay hơi ( evaperative drying) Làm khô ... cụng thc l Fe2O3 1.5.3 Tớnh cht ca Fe2O3 - Fe2O3 l cht rn, nõu, khụng tan nc - Fe2O3 l oxit baz cú th tỏc dng vi axit to mui st (III): 19 Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Khi tan axit, Fe2O3 to thnh... thiu oxit Fe2O3 17 1.5.1 Cu trỳc oxit Fe2O3 hematit .17 1.5.2 Kin trỳc tinh th ca cỏc oxit st 17 1.5.3 Tớnh cht ca Fe2O3 18 1.5.4 ng dng ca oxit Fe2O3 hematit... t 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O Ngoi ra, Fe2O3 cng cú th iu ch bng cỏch nung FeSO4.7H2O, FeO hoc cỏc mui st(II) d bay hi: t 2FeSO4.7H2O Fe2O3 + SO3 + SO2 + 14H2O Trong cụng nghip, Fe2O3 c iu ch