TỔNG hợp vật LIỆU OXIT NANO mgo và NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG KHỬ các CHẤT màu HOẠT TÍNH CHỨA NHÓM AZO và ANTHRAQUINONE TRONG nước THẢI dệt NHUỘM

Vật liệu nano một chiều : vật liệu trong đó có hai chiều có kích thước nano, Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước hạt nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU NANO [3]

Nanomet là kích thước nhỏ nhất của vật chất mà con người sáng chế ra chotới nay Công nghệ nano cho tới nay đang dần len tới mọi lĩnh vực khoa học côngnghệ trong đời sống Tuy là lĩnh vực công nghệ mới nhưng lại có được cho mìnhnhững bước tiến mạnh mẽ Điều này có được là do những thuộc tính ưu việt màcông nghệ này đem lại cho chúng ta

Về cơ bản “công nghệ nano “ là ngành công nghệ liên quan tới việc thiết kế,phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống thông qua việc điềukhiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (1nm=10-9 m) Sản phẩm củacông nghệ này là vật liệu nano với những ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vựckhác nhau Ta cũng cần nắm được khái niệm cơ bản về vật liệu nano Vật liệu nanotrong đó có ít nhất một chiều có kích thước nanomet, về trạng thái, nó có thể ở trạngthái rắn, lỏng, khí Về hình dáng ta có thể phân ra các loại sau :

Vật liệu nano không chiều : cả ba chiều đều có kích thước nano, ví dụ: đámnano, hạt nano…

Vật liệu nano một chiều : vật liệu trong đó có hai chiều có kích thước nano,

Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước hạt nhỏ bé có thể

so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hoá lý của vật liệu Vật liệunano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu Đốivới vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với kích thước vật liệu,nhưng với vật liệu nano điều đó không còn đúng, điều đó giải thích sự xuất hiện củacác tính chất riêng của loại vật liệu này

Vật liệu nano được chế tạo rất đa dạng phong phú với nhiều loại, hình dạngkhác nhau Nó bao gồm các loại vật liệu tinh thể nano kim loaị, nano hợp kim, vậtliệu nano composite, vật liệu oxit nano… Các vật liệu này có thể được chế tạo ởdạng hạt nano, sợi nano, ống nano hay màng nano…, và do đó chúng có những ứngdụng riêng cho từng loại.

Ngày nay, công nghệ chế tạo vật liệu nano đang đi theo hai con đườngchính : phương pháp từ trên xuống (top_down) và phương pháp từ dưới lên(bottom_up), trong đó:

- Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từcác hạt có kích thước lớn hơn, về nguyên lý, phương pháp này dùng các

kỹ thuật nghiền, biến dạng để đưa vật liệu từ thể khối với kích thước hạtlớn hơn tới kích thước nanomet Phương pháp này khá đơn giản, rẻ tiền,

có thể chế tạo đa dạng, hiệu quả tương đối cao Tuy vậy, độ đồng đều củavật liệu tương đối thấp, vật liệu có hình dáng chủ yếu là dạng hạt haydạng dây

- Phương pháp từ dưới lên là hình thành vật liệu từ các hạt cơ bản lànguyên tử hay ion Việc phát triển vật liệu nano theo phương pháp nàyđang phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật này có thể giúp con người tạo ranhững hình thái vật liệu mà con người mong muốn Phần lớn các vật liệunano chúng ta tạo ra hiện nay đi theo con đường này, phương phápbottom_up có thể là phương pháp vật lý, hoá học hay là kết hợp cảhoá_lý

Vật liệu nano ngày nay được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực

khoa học, đời sống Trong sự phát triển của nền công nghiệp hiện nay, các tập đoànsản xuất điện tử đã và đang đưa công nghệ nano vào ứng dụng trong sản xuất nhằmtạo ra các sản phẩm có tính công nghệ cao, tính cạnh tranh lớn từ những chiếc máynghe nhạc cho đến những con chip có tốc độ xử lý cực nhanh… Trên lĩnh vực yhọc, để chữa bệnh ung thư người ta đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ungthư thông qua các hạt nano đóng vai trò là thuốc dẫn nhờ đó tránh được hiệu ứng

phụ với các tế bào lành Y học nano ngày nay đang tiến tới mục tiêu loại bỏ đượccác căn bệnh nan y khó chữa như HIV, ung thư hay cả những bệnh phổ biến nhưbéo phì, tiểu đường…Đối với lĩnh vực hoá học bảo vệ môi trường, lĩnh vực đang làmối quan tâm chung với cả nhân loại Trong một nền công nghiệp phát triển, việc

xử lý chất thải công nghiệp bảo vệ môi trường sống là một yêu cầu cấp thiết chungcần được đảm bảo Vật liệu nano đang tỏ rõ sự vượt trội của mình với những chấtxúc tác, chất hấp phụ nano có khả năng xử lý chất thải đạt hiệu quả cao Trong lĩnhvực vật liệu mới, lĩnh vực đang được quan tâm rất nhiều nhằm tìm ra những vật liệumới, nguồn năng lượng mới có những tính chất tốt nhằm thay thế những chất liệu cũđang dần khan hiếm Vật liệu nano đang là ưu tiên hàng đầu với những kết quả nhưpin mặt trời, vật liệu gốm cách điện cải tiến… Trong lĩnh vực an ninh quốc phòngnhững ưu điểm của vật liệu nano đã được ứng dụng để chế tạo những loại vũ khí tốitân có sức công phá lớn hơn gấp nhiều lần

Tóm lại, vật liệu nano đang ngày càng thể hiện sự ưu việt và sự lớn mạnhkhông ngừng của mình trong nền khoa học kỹ thuật hiện đại Những hướng đi,những phương pháp nhằm tổng hợp cũng như ứng dụng của loại vật liệu này đang

là chủ đề nóng được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới

I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NANO OXIT MgO VÀ ỨNG DỤNG

I.2.1 Cấu trúc magiê oxit

Magie oxit là chất rắn màu trắng không mùi, trong tự nhiên tồn tại ở dạngkhoáng Có công thức là MgO, được tạo bởi liên kết ion giữa nguyên tử Mg vànguyên tử O Đây là chất dễ hút ẩm, khi đó sẽ có phản ứng: MgO + H2O =Mg(OH)2, và chỉ cần nung lại là có thể thu được MgO.[10]

Thông số cơ bản bao gồm : M = 40,3044 g/mol; nhiệt độ nóng chảy là 2.852

oC; nhiệt độ sôi là 3.600oC; độ hoà tan trong nước là 0,086 g/l Tinh thể MgO có cấutrúc ô mạng cơ sở là lập phương tâm mặt giống với cấu trúc ô mạng của tinh thểNaCl Ô mạng cơ sở có số phối trí là 6,trong đó ion Mg2+ và O2- đều có số phối trí là

6 Trong ô mạng cơ sở, ion Mg2+ sắp xếp tại các vị trí của cấu trúc bát diện, các ion

O2- sắp xếp tại các vị trí của khối lập phương, liên kết trong mạng là liên kết ion cótính đối xứng cao.[8]

Mg2+ O

2-1.2.2 Ứng dụng của vật liệu magiê oxít

Oxít magiê (MgO) là một trong những oxit kim loại kiềm thổ quan trọng nhất,

do nó có nhiều tính năng đặc biệt như độ bền nhiệt, khả năng chống ăn mòn cao,không có độc tính, vật liệu thân thiện môi trường MgO được ứng dụng trong nhiềulĩnh vực khác nhau như xúc tác, xử lý môi trường, kỹ thuật y sinh và là chất phụ giacho một số sản phẩm sơn, gạch chịu lửa, nhựa chịu nhiệt, v.v…[18, 33]

Với đặc điểm về bề mặt riêng lớn, MgO được sử dụng như là một chất xúc tác,chất mang hiệu quả đối với nhiều phản ứng khác nhau và là chất hấp phụ tốt để xử

lý các chất ô nhiễm môi trường [22] Ví dụ: phản ứng oxi hóa propan trên

V2O5/MgO [12], phản ứng oxi hóa butan trên VOx/MgO [16] (MgO với vai tò làchất mang), phản ứng hấp phụ SO2 trên MgO [23], hoặc phản ứng xử lý hấp phụ cácchất hữu cơ clo [24] trên MgO, v.v… MgO với vai trò là chất xúc tác hấp phụ cácchất ô nhiễm môi trường

I.2.3 Khả năng ứng dụng vật liệu MgO trong xử lý màu dệt nhuộm [19]

Công nghệ dệt nhuộm đã xuất hiện từ lâu và cho tới nay nó vẫn đang ngàycàng phát triển Những hiệu quả của ngành công nghiệp này đem lại cho con người

là rất to lớn Tuy vậy, nó cũng có những mặt trái nhất định Một trong những vấn đềnóng xoay quanh ngành công nghiệp này đó là vấn đề nước thải dệt nhuộm Nướcthải của các ngành công nghiệp này cũng như từ các nhà máy sản xuất thuốc nhuộmluôn có chứa một lượng thuốc nhuộm đáng kể Thuốc nhuộm là hợp chất hữu cơbao gồm hai nhóm hợp chất chính, chromophore có nhiệm vụ tạo màu vàauxochrome tạo cường độ màu Thuốc nhuộm có thể được phân loại theo cấu trúchoá học và ứng dụng, cơ bản thì chromophore có 20-30 nhóm khác nhau có thểphân biệt được Với azo, anthraquinone, phthalocyanine và triarylmethane là nhữngnhóm quan trọng Thuốc nhuộm là hóa chất gây ô nhiễm do chúng độc, gây kíchứng da và mắt, cũng là chất gây ung thư Chúng đưa màu vào nước làm cản trở sựtruyền ánh sáng dẫn đến làm ảnh hưởng các quá trình trao đổi chất, và gây ra sự pháhủy môi trường sống trong hệ sinh thái Một số ngành công nghiệp như dệt nhuộm,giấy và nhựa dẻo sử dụng thuốc nhuộm để tạo màu sản phẩm, và kết quả là nhữngngành công nghiệp đó tạo ra nước thải có màu như một điều không thể tránh khỏitrong quá trình sản xuất

Việc loại bỏ màu trong nước thải là một vấn đề hết sức quan trọng, đặc biệttrong vài năm gần đây các hậu quả môi trường do chất thải dệt nhuộm gây ra làđáng kể Có nhiều phương pháp khác nhau đã được sử dụng để xử lý các chất màutrong nước thải, tuy nhiên có 3 phương pháp xử lý chính

(i) Phương pháp vật lý (sử dụng quá trình lắng kết hợp lọc để tách loại bỏ chấtmàu có kích thước lớn)

(ii) Phương pháp hóa học:

Xử lý chất màu ô nhiễm bằng các chất đông keo tụ như các muối Al3+, Ca2+,

Fe3+

Xử lý chất màu bằng cách sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như Clo,hypoclorít, oxy già H2O2, ozon, là các chất oxy hóa hiệu quả cho quá trình xử lý cácchất màu ô nhiễm

(iii) Phương pháp sinh học:

Xử lý chất màu ô nhiễm bằng phương pháp sinh học, có sử dụng một số visinh học thích hợp để phân hủy chất màu bằng quá trình hiếu khí hoặc yếm khí.Được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải dệt nhuộm, phương pháp có những ưuđiểm như chi phí xử lý thấp và các sản phẩm cuối của quá trình xử lý không độchại

(iv) Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là quá trình hút các chất trên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bềmặt Các vật liệu xốp được gọi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ.[1] Hấp phụ là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm

và nhiều lĩnh vực chế biến khác; từ việc tách triệt để các chất khí có hàm lượngthấp, tẩy màu, tẩy mùi các dung dịch đến hấp phụ các chất độc hại trong nước vàkhí thải

Đặc biệt hấp phụ là một trong những phương pháp xử lý có hiệu quả cao đốivới việc loại bỏ chất thải màu ô nhiễm, do thiết bị xử lý đơn giản, dễ thao tác Một vài dạng chất hấp phụ đã được ứng dụng để tách màu của nước thải [11-14], trong đó, cacbon hoạt tính được nghiên cứu rộng rãi để xử lý các chất ô nhiễmmàu do có diện tích bề mặt riêng rất cao (500-2000 m2.g-1) [16], nhưng hạn chế làgiá thành quá cao Các nghiên cứu gần đây đều tập trung hướng phát triển các vậtliệu hấp phụ có khả năng hấp phụ cao và giá thành thấp Vật liệu kích thước hạt

nano có diện tích bề mặt riêng cao, do đó đây là những vật liệu có tiềm năng ứngdụng trong xử lý môi trường, đặc biệt xử lý chất màu ô nhiễm

Oxít magiê MgO, nói riêng, là vật liệu tiềm năng ứng dụng làm chất hấp phụ

do hoạt tính bề mặt cao và khả năng hấp phụ cao [26] Hơn thế nữa, điểm đẳng điệncủa MgO ở pH = 12,4 [18], do đó MgO là chất hấp phụ thích hợp đối với các chấtmàu anion

Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp MgO kích thước hạt nanobằng phương pháp thủy nhiệt và bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ chất màuxanh hoạt tính (RB 19) trên vật liệu MgO

I.3 PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO MgO

Do có nhiều ứng dụng quan trọng nên nghiên cứu chế tạo vật liệu MgO đã thuhút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực vật liệu học Cho đếnnay có nhiều nghiên cứu đề cập đến tổng hợp vật liệu MgO với các cấu trúc khácnhau như dạng ống, dạng sợi, dạng que và dạng hạt [32] Tuy nhiên để ứng dụnglàm chất xúc tác hấp phụ thì MgO ở dạng hạt và sợi thích hợp hơn cả do có diệntích bề mặt riêng khá cao Vật liệu nano MgO có thể được điều chế bằng nhiềuphương pháp khác nhau như phương pháp sol- gel, đồng kết tủa, vi sóng và phươngpháp thủy nhiệt [32-30] Trong đó phương pháp thủy nhiệt có nhiều ưu điểm nổitrội như đơn giản, dễ thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm, sản phẩm tạo ra

có độ tinh khiết cao, đồng nhất và đặc biệt bằng phương pháp thủy nhiệt có thể điềukhiển được hình thái kích thước hạt

I.3.1 Giới thiệu chung về phương pháp thủy nhiệt [15]

Kỹ thuật thuỷ nhiệt đang trở thành một trong những công cụ quan trọng nhất

để chế biến vật liệu tiên tiến, đặc biệt là do lợi thế của mình trong việc xử lý cấutrúc nano cho vật liệu với nhiều ứng dụng công nghệ như điện tử, quang điện, xúctác, gốm sứ, lưu trữ dữ liệu từ, y sinh, phát quang sinh học Kỹ thuật thuỷ nhiệtkhông chỉ giúp xử lý tinh thể nano đơn phân tán và đồng nhất cao, mà còn đóng vai

trò như một trong những kỹ thuật hấp dẫn nhất cho việc chế biến vật liệu nano ghép

và phức hợp Thuật ngữ “thuỷ nhiệt” hoàn toàn có nguồn gốc từ địa chất Nó được

sử dụng lần đầu tiên bởi nhà địa chất người Anh, Roderick Murchison (1792-1871)

để mô tả hoạt động của nước ở nhiệt độ và áp suất cao, gây ra những biến đổi của

vỏ trái đất dẫn đến sự hình thành của các loại đá khác nhau và khoáng chất Nócũng được biết là đơn tinh thể lớn nhất được hình thành trong tự nhiên (tinh thể củaberi > 1000 g) và một số lượng lớn các đơn tinh thể tạo ra bởi con người trong mộtthí nghiệm nhanh (tinh thể thạch anh khoảng một vài nghìn gam) đều có nguồn gốcnhiệt Sự gia công thuỷ nhiệt có thể được định nghĩa là bất kỳ phản ứng khác phanào khi có mặt của dung dịch với dung môi nước hoặc khoáng hóa ở điều kiện ápsuất và nhiệt độ cao để hoà tan, tái kết tinh (phục hồi) vật liệu thường không tan ởđiều kiện thường Trong số các công nghệ ngày nay về gia công vật liệu tiên tiến,công nghệ thuỷ nhiệt chiếm vị trí độc tôn do lợi thế của nó so với các công nghệtruyền thống Nó bao gồm các quá trình như là tổng hợp thuỷ nhiệt, điều chế cáctinh thể cực mịn, đơn tinh thể lớn, chuyển đổi thuỷ nhiệt, phân tích thuỷ nhiệt, ổnđịnh cấu trúc thuỷ nhiệt, tách nước thuỷ nhiệt, xử lý thuỷ nhiệt, cân bằng pha thuỷnhiệt, tái chế thuỷ nhiệt Thuỷ nhiệt của vật liệu tiên tiến có nhiều thuận lợi và cóthể được sử dụng để đưa ra sản phẩm có độ tinh khiết, đồng nhất và đối xứng cao,hợp chất không ổn định với nhiều tính chất độc đáo, thu hẹp kích thước hạt phân bố,nhiệt độ kết tinh thấp hơn, thành phần siêu hiển vi tới kích thước nano, với sự phân

bố kích thước hẹp, sử dụng các thiết bị đơn giản, đòi hỏi năng lượng thấp, thời gianphản ứng nhanh, thời gian tồn tại ngắn nhất, cũng như cho sự lớn lên của tinh thểvới sự thay đổi hình dạng, với tính tan thấp, và một loạt các ứng dụng khác Ngàynay, sự kết hợp của công nghệ cao trong thủy nhiệt như vi sóng, siêu âm, điệnhoá… đã làm tăng động lực quá trình thuỷ nhiệt, cùng với đó thời gian cũng giảmtới 3-4 lần điều đó cũng làm cho kỹ thuật thuỷ nhiệt tinh tế hơn Với nhu cầu ngàycàng cao cho cấu trúc nano, công nghệ thuỷ nhiệt đưa ra một phương pháp duy nhấtcho việc bao phủ của nhiều hợp chất trên kim loại, polime và gốm sứ như là sảnxuất bột hoặc gốm sứ với số lượng lớn Bây giờ nó đã nổi lên như là một công nghệ

tiên phong cho việc xử lý vật liệu tiên tiến cho công nghệ nano Trên tổng thể, côngnghệ thuỷ nhiệt ở thế kỷ 21 đã liên kết tất cả các công nghệ quan trọng như côngnghệ địa hóa, công nghệ sinh học, công nghệ nano và công nghệ vật liệu tiên tiến

Hình 1.1 Công nghệ thuỷ nhiệt trong thế kỷ 21.

Việc xử lý thuỷ nhiệt vật liệu là một phần của giải pháp chế biến và nó có thểđược mô tả như là quá trình chế biến siêu nhiệt trong dung dịch nước Hình 1.2 chothấy bản đồ áp suất - nhiệt độ của nhiều kỹ thuật xử lý vật liệu khác nhau Theo đó,gia công thuỷ nhiệt vật liệu tiên tiến có thể được cho là môi trường tốt Mặt khác, đểchế biến vật liệu nano, công nghệ thuỷ nhiệt cung cấp những lợi thế đặc biệt vì tínhđiều khiển cao khả năng khuếch tán trong dung môi mạnh bình thường trong hệ kín.Vật liệu nano đòi hỏi phải kiểm soát đặc tính hóa lý của chúng, nếu chúng được sửdụng làm vật liệu chức năng Khi kích thước được giảm xuống cỡ nanomet, các vậtliệu xuất hiện các tính chất vật lí: tăng độ bền cơ học, tăng khả năng khuếch tán,tăng tỷ nhiệt và điện trở suất so với các hạt có kích thước lớn do kết quả của sựlượng tử hóa Kỹ thuật thuỷ nhiệt rất lý tưởng cho việc chế biến bột mịn với độ tinhkhiết cao, kiểm soát hóa học lượng pháp, chất lượng cao, phân bố kích thước hạthẹp, kiểm soát hình dạng, tính đồng nhất, ít lỗi hơn, đặc khít hơn, trong hơn, kiểmsoát cấu trúc micro, khả năng phản ứng cao, dễ kết tinh Hơn nữa, kỹ thuật này tạo

điều kiện cho các vấn đề như tiết kiệm năng lượng, việc sử dụng các thiết bị dungtích lớn hơn, kiểm soát hạt nhân tốt hơn,

Hình 1.2 Bản đồ nhiệt độ áp suất của kỹ thuật gia công vật liệu.

tránh sự ô nhiễm, độ phân tán cao hơn, tốc độ phản ứng lớn hơn, kiểm soát hìnhdạng tốt hơn và vận hành ở nhiệt độ thấp hơn với sự có mặt của dung môi

Trong công nghệ nano, kỹ thuật thuỷ nhiệt có một quy trình xử lý vật liệu sắcbén, lý tưởng cho việc gia công tạo hạt Hình 1.3 cho thấy sự khác biệt lớn trong cácsản phẩm thu được khi nghiền, kết tinh hoặc đốt cháy và theo phương pháp thuỷnhiệt Điều này lý giải tại sao phương pháp thuỷ nhiệt lại là phương pháp hiệu quả

và được sử dụng rộng rãi

Hình 1.3 Sự khác nhau về hạt của quá trình thuỷ nhiệt và truyền thống

Về phương diện hoá lý của phương pháp thuỷ nhiệt Cách thức phản ứng của dungmôi dưới điều kiện thuỷ nhiệt chia bề mặt như cấu trúc ở điều kiện tới hạn, siêu tớihạn và gần tới hạn, hằng số điện môi, pH, độ nhớt, hệ số giãn nở, tỉ trọng đượcbiết cùng với áp suất và nhiệt độ Tương tự như vậy, các nghiên cứu nhiệt động lựchọc cung cấp nhiều thông tin về cách thức hoạt động của dung môi ở điều kiện nhiệt

độ và áp suất khác nhau Một số khía cạnh nghiên cứu phổ biến như khả năng hoàtan, trạng thái ổn định, hiệu suất, phản ứng tạo thành kết tủa dưới điều kiện thuỷnhiệt Sự kết tinh thuỷ nhiệt chỉ là một trong những lĩnh vực mà sự hiểu biết cơ bảncủa chúng ta về động lực học là do không có có dữ kiện liên qua đến giai đoạn trunggian tạo thành dung dịch Trong những năm gần đây, các mô hình nhiệt hóa học củacác phản ứng dưới điều kiện thuỷ nhiệt trở nên rất phổ biến Các dữ liệu tính toánnhiệt hóa học giúp ích trong kỹ thuật thông minh để xử lý thuỷ nhiệt của các vậtliệu tiên tiến

Một hạn chế với quá trình thuỷ nhiệt thông thường đó là quá trình thửnghiệm tốn nhiều thời gian Chính vì điều này các nhà khoa học hiện nay đangnghiên cứu đưa ra một mô hình chung hợp lý của một quá trình thuỷ nhiệt bất kỳ

Nó có thể bao gồm các bước như sau:

1 Tính toán cân bằng nhiệt

2 Tạo biểu đồ cân bằng quá trình thay đổi pha không gian cho giai đoạnquan tâm

3 Thiết kế thí nghiệm thuỷ nhiệt để kiểm tra và xác nhận các sơ đồ tính toán

4 Sử dụng các thay đổi gia công để tối ưu việc điều khiển các phản ứng vàđộng học của quá trình kết tinh

Mô hình này đã được ứng dụng và khá thành công để dự đoán các điều kiệntổng hợp tối ưu cho việc kiểm soát độ tinh khiết pha, kích thước hạt, phân bố kíchthước, và hình thái của hạt chì zirconi titanat (các màng mỏng PZT), hydroxyapatile

(HAP) và các hệ khác Nghiên cứu nhiệt động lực học như vậy giúp các nhà kỹthuật điều khiển một cách hợp lý quá trình thuỷ nhiệt và cũng để có được một sảnlượng tối đa cho một hệ thống nhất định Lĩnh vực nghiên cứu này có một ứng dụngtiềm năng rất lớn trong chế biến vật liệu tiên tiến, bao gồm cả vật liệu nano.

I.3.2 Thiết bị thuỷ nhiệt

Vật liệu xử lý trong điều kiện thuỷ nhiệt đòi hỏi thiết bị phản ứng chứa đượcdung môi ăn mòn cao ở điều kiện nhiệt độ và áp suất lớn Về yêu cầu chung mộtthiết bị thuỷ nhiệt phải thoả mãn một số đặc tính sau:

1 Trơ với các axit, bazơ và các tác nhân oxy hóa

2 Dễ dàng lắp ráp và che đậy

3 Đủ dài để có được một biến thiên nhiệt độ mong muốn

4 Có khe hở chứng minh với khả năng không giới hạn đến nhiệt độ yêu cầu

vệ vỏ bình Ngược lại, chế biến nguyên liệu từ vật chứa dung dịch axit photphoric

ăn mòn cao như điều kiện pH cực thấp đòi hỏi phải lót Teflon, nhựa hoặc bạch kim,

vàng, bạc hoặc ống lót để bảo vệ nồi hơi từ các tác nhân có tính ăn mòn cao Cũngtrong một số trường hợp các lò phản ứng bằng thép kim loại được sử dụng để bảo

vệ từ dung môi trung bình Vì vậy, chống ăn mòn kim loại trong điều kiện thuỷnhiệt là rất quan trọng Một số thiết bị phản ứng thường được dùng trong thuỷ nhiệthiện nay như : nồi hơi, lò phản ứng thuỷ nhiệt vi sóng, lò phản ứng thuỷ nhiệt cơhọc…

Hình 1.4 Nồi hấp sử dụng phổ biến cho tổng hợp thuỷ nhiệt

Hình 1.4 và 1.5 thể hiện các thiết kế nồi hấp phổ biến cho thiết bị thuỷ nhiệt.Trong hầu hết các nồi hấp, áp suất có thể được đo một cách trực tiếp bằng cách sửdụng đồng hồ đo áp suất, hoặc nó có thể được tính bằng cách sử dụng các mối quan

hệ P-V-T cho nước

Một số thiết bị thuỷ nhiệt ứng dụng công nghệ cao khác

Hình 1.6 Lò phản ứng hoá cơ học thuỷ nhiệt

Hình 1.5 cho thấy sự phổ biến của một lò phản ứng khuấy thường được sửdụng trong chế biến vật liệu thuỷ nhiệt Các lò phản ứng có tính năng đặc biệt: cóthể được khuấy liên tục ở các tốc độ khác nhau, các chất lỏng có thể được rút ratrong khi đang chạy thử nghiệm thuỷ nhiệt, và cũng có thể cung cấp lượng khímong muốn từ bên ngoài vào trong lò phản ứng Tính năng này cho phép dễ dàngthu hồi chất dịch theo thời gian để thực hiện nhiều kỹ thuật phân tích nhằm xác địnhcác pha trung gian, có thể tạo điều kiện cho sự hiểu biết về cơ chế phản ứng thuỷnhiệt để điều chế vật liệu nhất định

I.3.3 Xử lý thuỷ nhiệt cho vật liệu tiên tiến và công nghệ nano.

Có hàng trăm cách xử lý vật liệu nano bằng công nghệ thuỷ nhiệt trongnhững năm qua nó bao gồm tất cả các nhóm vật liệu tiên tiến như kim loại, oxitkim loại và chất bán dẫn bao gồm cả hợp chất II-VI và III-V: silicat, sunfua,hiđrôxít, vonfamat, titanat, cacbon, zeolit, gốm sứ, và một loạt các vật liệu com-po-sit

Trong những năm gần đây các hạt kim loại quý (như Au, Ag, Pt ), kim loại

từ (như Co, Ni và Fe), hợp kim kim loại (như FePt, CoPt) và đa lớp (như Cu/Co,Co/ Pt) đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu do tính hấp dẫn mới của nó và

tiềm năng ứng dụng làm vật liệu tiên tiến với điện tử, tính từ, quang học, nhiệt vàxúc tác Các tính chất bản chất của hạt nano kim loại quý phụ thuộc vào cấu trúc vàhình thái của chúng Việc tổng hợp và nghiên cứu của các kim loại có tác động đốivới việc nghiên cứu cơ bản của quá trình tăng trưởng và kiểm soát hình dạng tinhthể Đa số các cấu trúc nano của các hợp kim kim loại và mẫu đa lớp hình thànhdưới điều điêu kiện cân bằng Trong số các kim loại, hợp kim và đa lớp, hình dángkhông đẳng hướng đưa ra các tính chất thú vị Cả công nghệ thuỷ nhiệt và thuỷnhiệt siêu tới hạn đã được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế của các hạt nano.

Hình 1.7 Hình ảnh TEM của khoáng Ag dạng cây.

Ngày nay, việc xử lý các oxit kim loại trong điều kiện thuỷ nhiệt nhiệt cấuthành một khía cạnh quan trọng trong chế biến thuỷ nhiệt của vật liệu vì những lợithế của mình trong việc điều chế các hạt nano đơn phân tán với sự kiểm soát về kíchthước và hình thái Có hàng ngàn báo cáo trong các tài liệu, mà còn bao gồm một sốlượng lớn các ấn phẩm về công nghệ trong nước siêu tới hạn cho việc điều chế củacác oxit kim loại Phổ biến nhất trong số các ôxít kim loại là TiO2, ZnO, CeO2,ZrO2, CuO, Al2O3, Dy2O3, In2O3, Co3O4, NiO, MgO Hạt nano oxit kim loại thamgia vào một loạt các ứng dụng bao gồm lưu trữ thông tin mật độ cao, cộng hưởng

từ tính, nhắm mục tiêu phân phối thuốc, ảnh sinh học, điều trị ung thư, chứng sốtcao, chụp trị liệu nơtron, xúc tác, phát quang, điện tử, quang học Đa số các ứngdụng này đòi hỏi kích thước hạt xác định và phân bố hẹp với độ đồng nhất cao Ví

dụ, nhiều người đã điều chế -Fe2O3 (hematit) như hạt nano dưới điều kiện thuỷnhiệt (sử dụng dung môi có nước hoặc không nước) có hoặc không có chất hoạt

động bề mặt Các hạt hematit này có được ứng dụng rộng rãi như làm xúc tác, bộtmàu, ghi âm, cảm biến Phương pháp thuỷ nhiệt cho thấy những thuận lợi hơn cácphương pháp thông thường như sol-gel và sự thuỷ phân các muối sắt Các hạt tinhthể mịn được tạo ra bởi vì nước siêu tới hạn gây nên khi hiđroxit kim loại bị mấtnước nhanh nhóng trước khi lớn lên đáng kể Hai phản ứng tổng thể dẫn đến từmuối thành oxit là thuỷ phân và tách nước:

độ cao cũng góp phần làm cho tốc độ phản ứng cao Nhiều oxit kim loại bao gồm

Fe2O3, Fe3O4, Co3O4, NiO, ZrO2, CeO2, LiCoO2, -NiFe2O4, Ce1-xZrxO2 đã đượcđiều chế thông qua kỹ thuật này Một hướng đi nữa đó là xử lý thuỷ nhiệt của hạtnano sunfua kim loại Sunfua của nhiều kim loại hóa trị II, III và V tạo nên nhómvật liệu quan trọng cho một loại các ứng dụng trong công nghệ Chúng phổ biến làdạng II-VI, III-V, V-VI, nhóm các chất bán dẫn đang được nghiên cứu rộng rãi vớicác hình thái và cấu kích thước khác nhau, do đó, ảnh hưởng lớn đến tính chất củachúng Có hàng trăm bài báo về sunfua như CdS, PbS, ZnS, CuS, NiS, NiS2, NiS7,

Bi2S3, AgIn5S8, MoS, FeS2, InS, Ag2S điều chế qua con đường thuỷ nhiệt hoặc dungmôi nhiệt, có hoặc không có chất phụ gia/ hoạt động bề mặt để thay đổi hình thái vàkích thước hạt như mong muốn Trong số nhóm vật liệu nano bán dẫn II-VI, AX (A=

Cd, Pb, Zn, X= S, Se, Te), CdS là một vật liệu quan trọng Những tinh thể nano AX

có ứng dụng quan trọng trong các tế bào năng lượng mặt trời, diot phát sáng, vậtliệu quang học phi tuyến, thiết bị quang điện và điện tử, đánh dấu sinh học, vật liệunhiệt điện và ghi quang học Hơn nữa, những hợp chất này có thể thể hiện dướinhiều cấu trúc khác nhau như kẽm blenđơ, wurrtzite, muối Con đường thuỷ nhiệt

phổ biến hơn tất cả các phương pháp khác bởi vì nhiệt độ thấp hơn, thời gian thínghiệm ngắn hơn và điều khiển được kích thước và hình thái.

Ngoài ra, còn một số kỹ thuật nữa đang được các nhà khoa học áp dụng để xử

lý vật liệu nano như tổng hợp thuỷ nhiệt mẫu nano cacbon, điều chế nano ống theophương pháp thuỷ nhiệt, xử lý thuỷ nhiệt của hidroxiapatit, công nghệ thuỷ nhiệt trongchế biến vật liệu composite… tất cả những hướng đi đó cho thấy sự phát triển và sựtiện lợi cuả kỹ thuật thuỷ nhiệt trong công nghệ vật liệu tiên tiến và công nghệ nano.Trong suốt thế kỷ 21, toàn bộ công nghệ thủy nhiệt sẽ không chỉ giới hạn đối với sựhình thành tinh thể, hay lọc quặng kim loại, mà nó sẽ mang đến một hình thái rấtrộng lớn bao trùm lên tất cả các ngành khoa học Ví dụ, kỹ thuật thủy nhiệt đượcxem như là công nghệ thích hợp nhất để điều chế nguyên liệu cho các hệ thốngphân phối dược liệu tiên tiến, vật lí trị liệu, ảnh sinh học, màn huỳnh quang nhữngứng dụng đó phụ thuộc vào các yếu tố hình dạng và kích thước của sự hình thànhcác tinh thể có kích cỡ nano Sự thay đổi các điểm trên bề mặt bằng phương phápthủy nhiệt có ý nghĩa đáng kể trong việc tạo ra tinh thể nano có khả năng kiểm soátcao cả về hình dạng và kích thước Đối tượng nghiên cứu đó có thể được tiến hànhvới sự trợ giúp của các phân tử hợp chất hữu cơ hay các chất hoạt động bề, hoặc tácnhân bao gồm một số các peptit và amin Điều này giúp cho các hạt nano được kếttinh hoàn toàn với hình dạng và kích thước xác định từ các dạng phân tán Hơn nữacông nghệ thủy nhiệt cũng trợ giúp rất lớn trong việc điều chế các vật liệu hỗn tạp,

là xu hướng mới nhất trong việc chế tạo các hạt nano Với nhu cầu ngày càng chocấu trúc nano composite, kỹ thuật thủy nhiệt cung cấp một phương pháp duy nhấtcho việc bao phủ của các hợp chất khác nhau trên các sợi kim loại, và gốm sứ cũngnhư cách chế tạo của bột hay số lượng lớn các loại gốm sứ Trong ¼ thời gian đầucủa thế kỷ 21 thuộc về công nghệ nano điều đó có một ý nghĩa to lớn tới cuộc sốngcon người và sinh thái Công nghệ thủy nhiệt cũng có tác động rất lớn vào côngnghệ nano do những ưu điểm nêu trên Chính vì những ưu điểm của kỹ thuật này

mà trong phạm vi đề tài này chúng tôi đã sử dụng thuỷ nhiệt trong điều chế hạt nanoMgO

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

II.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VẬT LIỆU

II.1.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)

Là một trong số những phương pháp khá phổ biến để nghiên cứu cấu trúc vậtliệu Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng lưới tinh thể được cấu tạo từ nhữngnguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian tuân theo quy luật xác định.Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion vào khoảng vài amtron (Ao) khi chùm tiatới đập vào mặt tinh thể và đi vào bên trong nó, thì mạng tinh thể đóng một vai trò

là cách tử nhiễu xạ đặc biệt trong mạng tinh thể,các nguyên tử hay ion có thể phân

bố trên các mặt phẳng (mặt phẳng tinh thể) song song với nhau

Hình 2.1 Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên mặt phẳng rắn

Xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới một tinh thể rắn dưới góc tới θ.

Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều

đặn d, hiệu quang trình của hai tia phản xạ trên hai mặt phẳng lân cận nhau được

tính như sau :

∆ = 2.d.sinθ

Trong đó :

d : khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song

θ : góc giữa chùm tia tới và mặt phẳng phản xạ

Để xác định điều kiện cực đại ta xác định mối liên hệ giữa hiệu số pha hai sóng với hiệu quãng đường như sau :

Phương trình sóng chạy có dạng: E = Eo.sin 2π ( t/T – x/λ ) =Eo.sinφ

nên hiệu pha của hai sóng là:

∆ = | φ1 – φ2 | = (2π/λ).| x2 – x1 | = (2π/λ) Dkhi hiệu số pha của các tia phản xạ bằng một số chẵn lần π tức là 2πn = ∆ Từ đó: D

= nπ Vì vậy cực đại giao thoa chỉ quan sát được khi thoả mãn điều kiện:

nπ = 2.d.sinθ ( n – bậc phản xạ, n = 1, 2, 3…).

Công thức trên có tên gọi là công thức Vulf – Bragg Vì 0 «sinθ« 1 nên điều kiện Vulf – Bragg chỉ được thoả mãn khi d và λ có trị số tương đương cùng bậc nên

phương pháp nhiễu xạ tia X có gắn bó tự nhiên với các vật liệu có cấu trúc tinh thể

Phương pháp này cho phép ta có thể xác định được thành phần cấu trúc

mạng tinh thể của chất cần phân tích thông qua tính toán giá trị của d trong công

thức Vulf – Bragg Thông qua giản đồ XRD ta cũng có thể tính được kích thướctrung bình của hạt theo phương trình Scherrer:

D = Trong đó :

D : kích thước hạt

θ : là góc nhiễu xạ.

B(rad) : độ rộng của pic tại nửa chiều cao của pic đặc trưng

λ : bước sóng chùm tia tới

Sơ đồ nguyên lý của nhiễu xạ bột :

II.1.2 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ N 2 [7]

Hiện tượng hấp phụ trên bề mặt rắn: sự tăng nồng độ khí trên bề mặt phâncách pha của một chất rắn được gọi là sự hấp phụ khí Khi lực tương tác giữa cácphân tử là lực Van der Walls quá trình hấp phụ khi đó là hấp phụ vật lý Lượng khíđược hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích là đại lượng đặc trưng cho sốphân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất củakhí và bản chất của vật liệu rắn Khi áp suất tăng đến áp suất bão hoà của chất khí bịhấp phụ tại một nhiệt độ đã cho thì mối quan hệ giữa P và V được gọi là đẳng nhiệthấp phụ Sau khi đã đạt đến áp suất bão hoà Po, người ta đo các giá trị của thể tíchkhí hấp phụ ở các áp suất tương đối ( P/Po ) giảm dần và nhận được đường đẳngnhiệt khử hấp phụ Trong thực tế với vật liệu mao quản thì đường đẳng nhiệt hấpphụ và khử hấp phụ không trùng nhau, mà thường có hiện tượng trễ Hình dạng củađường đẳn nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bảnchất và hình dáng mao quản

Hình 2.2 Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ

Đường đẳng nhiệt kiểu I tương ứng với vật liệu vi mao quản hay không maoquản Kiểu II và III là của vật liệu có mao quản lớn (d > 50nm) Các vật liệu maoquản trung bình có các đường đẳng nhiệt kiểu IV và V Kiểu VI ít gặp, nó là của cácvật liệu có bề mặt tương đối lớn như muối cacbon grafit

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ : có rất nhiều phương trình mô tả quan hệgiữa thể tích chất hấp phụ và áp suất cân bằng của pha hơi Các dạng phương trìnhhay sử dụng là :

Mô hình BET được ứng dụng rất nhiều, phương trình BET được dựa trên bagiả thiết cơ bản sau:

1 Entalpy hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp hấp phụ thứ nhất bằngEntalpy hoá lỏng Ql.

2 Không có sự tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ

3 Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất hơi bão hoà

Việc ứng dụng phương trình BET để tính toán bề mặt riêng đã trở thành phươngpháp tiêu chuẩn trong nghiên cứu vật liệu mao quản

Áp dụng phương trình BET để đo bề mặt riêng : phương trình BET được viếtdưới dạng khác :

= + ∙ Xây dựng đồ thị P/[V(Po - P)] phụ thuộc vào P/Po sẽ nhận được một đườngthẳng trong khoảng giá trị áp suất tương đối từ 0,05 đến 0,3 Từ hệ số góc củađường thẳng ( tg = (C - 1)/(Vm.C) ) và điểm cắt ở tung độ ( OA = 1/(Vm.C) ) chophép xác định giá trị của Vm và C

P/[V(P - Po)]

tgα

A0

P/Po

Hình 2.3 Đồ thị sự phụ thuộc của P/[V(Po - P)] phụ thuộc vào P/Po

Trường hợp hay gặp nhất là hấp phụ nitơ (N2) ở 77oK có tiết diện ngang của

N2 = 0,162 m2 Nếu Vm được biểu diễn bằng đơn vị cm3/g và bề mặt riêng SBET là

m3/g thì ta có biểu thức : SBET = 4,35Vm.

Đường kính mao quản được xác định từ định luật Kelvin (với giả thiết ngưng

tụ mao quản hình trụ):

Dpore = -

xử lý toán học các dữ kiện Phương pháp được dựa trên cơ sở cho rằng cân bằngluôn đạt được giữa pha khí và lớp hấp phụ trong trường hợp lượng chất đưa vào hệvới lưu lượng bé Trong các thiết bị đo thương mại, người ta xác định thể tích hấpphụ theo các khoảng áp suất khác nhau Phương pháp này có thể đạt độ chính xáccao nếu có đầu dò áp suất nhạy và dễ dàng tự động hoá.

Phương pháp BET được sử dụng để đặc trưng cho cấu trúc vật liệu mao quản trungbình (MQTB) Đường đẳng nhiệt hấp phụ- nhả hấp phụ của vật liệu MQTB thuộc loại IV.Dựa vào các số liệu thu được trên phổ BET ta có thể xác định các thông số bề mặt của vậtliệu : bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích thước mao quản

II.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét là thiết bị dùng để chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt với độphóng đại hàng triệu lần phản ánh sự phân tích cao bề mặt mẫu Ảnh kính hiển viđiện tử quét SEM chụp trên máy JMS-5410 LV của Nhật Bản tại phòng hiển vi điện

tử, Viện vệ sinh dịch tễ trung ương

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Nguyên lý hoạt động: Chùm điện tử được tạo từ súng điện tử đi qua hai tầngthấu kính điện tử sẽ tạo được một chùm điện tử có kích thước rất nhỏ, do đó sẽ tậptrung được năng lượng rất lớn Chùm điện tử này tới đập vào bề mặt mẫu thì bề mặtmẫu sẽ phát ra nhiều loại tia như các điện tử phát xạ thứ cấp, tia X, điện tử Auger,điện tử tán xạ ngược Các bức xạ này tương ứng với nhiều tín hiệu, mỗi tín hiệu nóilên đặc điểm nào đó của mẫu ở chỗ điện tử chiếu đến Như vậy chùm tia điện tử đãtác động lên một phạm vi rất hẹp của mẫu Trong SEM chủ yếu dùng ảnh của cácđiện tử phát xạ thứ cấp Năng lượng của các electron này thấp nên chỉ ở vùng gần

bề mặt cỡ vài nm chúng mới thoát ra ngoài đợc Các điện tử này đến đầu thu quaphần biến đổi, một phần điện tử sẽ biến thành tín hiệu ánh sáng qua ống dẫn sángđến thiêt bị quang điện, tín hiệu sáng biến thành những xung điện Những xung điệnnày sẽ được bộ khuyếch đại tín hiệu khuyếch đại đưa vào lưới điều khiển của ốnghình và tạo thành độ sáng trên màn ảnh cho ta hình ảnh bề mặt mẫu Nếu đầu thuthu được tín hiệu mạnh thì điểm tương ứng trên màn sẽ sáng lên Vì mẫu để nghiêng

so với chùm tia tới nên không có sự đối xứng, do đó độ sáng của tín hiệu phụ thuộcvào cùng bề mặt mà các electron đầu tiên đập vào Nếu như bề mặt mẫu có những

lỗ nhỏ thì trên màn sẽ có những vệt đen, do điện tử thứ cấp phát ra từ lỗ đó đến bộ

thu tín hiệu rất ít và biến thành xung điện bé Ngược lại với bề mặt phẳng thì mànảnh sẽ sáng đều Từ đó chúng ta sẽ quan sát được bề mặt mẫu.

II.2 ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM

II.2.1 Điều kiện tổng hợp vật liệu

II.2.1.1 Dụng cụ, thiết bị

- Pipet 1ml, 5ml, 10ml, 20ml

- Cốc thủy tinh chịu nhiệt dung tích 50ml, 100ml, 500ml

- Máy ly tâm

- Máy khuấy từ (IKA, Đức)

- Máy đo pH và giấy đo pH

- Đĩa thủy tinh

- Cối nghiền thạch anh

- Nhiệt kế rượu, nhiệt kế thủy ngân

- Tinh thể NaOH (Merck, Đức)

- Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB, Aldrich-sigma)

- Axit HCl 63% (PA, Trung Quốc)

- Dung dịch AgCl 2M

- Nước cất 2 lần

II.2.1.3 Sơ đồ tổng hợp hạt nano MgO từ nguyên liệu ban đầu là dung dịch MgCl 2 (không thêm CTAB)

Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp hạt nano MgO không thêm CTAB

Dung dịch MgCl2

2M

Dung dịch NaOH 2M

Kết tủa

Khuấy trong

3-4h

Kết tủa đồng nhất

Kết tủa sau thuỷ nhiệt

Thuỷ nhiệt trong 24h

Bột trắng sau sấy

Rửa lọc ly tâm pH 7

Sấy ở nhiệt độ phòng

Bột MgO

Nung ở các nhiệt

độ khác nhau

Lấy một lượng chính xác 200 ml dung dịch MgCl2 2M vào cốc loại 500ml, rồiđặt lên máy khuấy Cho từ từ 200 ml dung dịch NaOH 2M vào cốc chứa dung dịchMgCl2 ở trên và hỗn hợp phản ứng được khuấy với tốc độ không đổi trong 4h, ởnhiệt độ 40oC

Huyền phù thu được sau đó là Mg(OH)2 được cho đưa ống teflon và đượcđậy kín rồi cho vào autoclave, đem thuỷ nhiệt ở nhiệt độ 140oC trong 24h

Huyền phù thu được sau đó được để nguội tự nhiên tới nhiệt độ phòng, kếttủa lấy ra sau thuỷ nhiệt được rửa, lọc ly tâm bằng nước cất cho tới khi hết ion Cl-

(sử dụng dung dịch AgCl để kiểm tra), và đạt được pH trung tính (dùng giấy đo pH

để kiểm tra) Sau đó được sấy khô ở nhiệt độ 60oC

Bột thu được sau khi để khô đem nghiền mịn, sau đó đem nung ở các nhiệt

độ và thời gian khác nhau để so sánh Ở đây, tiến hành nung các mẫu ở 200oC,

Các mẫu sau nung được đem đi phân tích X-ray diffractometer AXS), phân tích SEM, để kiểm tra sự tạo thành hạt nano MgO và các đặc tính cấutrúc của nó Sau đó bước đầu đem xử lý màu nước thải dệt nhuộm

(D8-Brucker-II.2.1.4 Tổng hợp hạt nano MgO từ nguyên liệu ban đầu là dung dịch MgCl 2 có thêm chất hoạt động bề mặt CTAB

Hình 2.6 Sơ đồ tổng hợp hạt nano MgO có thêm CTAB

Lấy một lượng chính xác 100 ml dung dịch MgCl2 2M vào cốc loại 500ml,

có chứa 1,5g ; 2,2g ;2,9g CTAB Cho từ từ 200 ml dung dịch NaOH 2M vào hỗnhợp trên Hỗn hợp phản ứng được khuấy trộn trong thời gian 4 giờ ở nhiệt độ 40oC

Dung dịch MgCl

22M + CTAB+

Dung dịch NaOH 2M

Huyền phù

Khuấy trong

3-4h

Kết tủa đồng nhất

Kết tủa sau thuỷ nhiệt

Thuỷ nhiệt trong 24h

Bột trắng sau sấy

Rửa với nước

cất tới pH 7

Sấy ở nhiệt độ phòng

Bột MgO

Nung ở nhiệt

độ cao

Kết quả huyền phù thu được được đưa vào ống teflon và đựơc đậy kín rồicho vào autoclave đem đi thuỷ nhiệt 180oC trong 24h.

Sau đó kết tủa được để nguội tự nhiên tới nhiệt độ phòng, rồi được rửa lọcbằng li tâm cho tới khi hết ion Cl- (sử dụng dung dịch AgCl để kiểm tra), và đạtđược pH trung tính (dùng giấy đo pH để kiểm tra) Sau đó được sấy khô ở 60oC

Chất màu trắng thu được sau khi sấy khô đem nghiền mịn, sau đó đem nung

ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau để so sánh Ở đây, tiến hành nung các mẫu ở

400oC trong 3h

Các mẫu sau nung được đem đi phân tích X-ray diffractometer AXS), phân tích SEM và BET để kiểm tra sự tạo thành hạt nano MgO và các đặctính cấu trúc của nó

(D8-Brucker-II.2.2 Các điều kiện xác định các đặc trưng vật liệu

II.2.2.1 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen XRD

Cấu trúc của các mẫu vật liệu bột được xác định bằng phương pháp XRD.Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của các mẫu vật liệu sau nung được ghi trên thiết bịnhiễu xạ kế D8 Advance (Brucker, Đức), với góc quét từ 20- 80o, góc một bướcquét là 0,03o, thời gian một bước quét là 0,3 s, ống phát tia X với anốt bằng Cu, với

= 0.15406 nm

II.2.2.2 Hiển vi điện tử quét SEM

Hình thái học của các mẫu bột được xác định bằng phương pháp hiển vi điện

tử quét Các ảnh SEM được đo trên thiết bị hiển vi điện tử (S4800, Hitachi, Nhậtbản) với nhiều độ phóng đại

Kích thước của các hạt (đường kính trung bình, chiều dài hay độ dày) được đo

từ các ảnh SEM, bằng cách sử dụng phần mềm ImageJ (National Institutes ofHealth)

II.2.2.3 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ nitơ

Các đường đẳng nhiệt hấp phụ nitơ của các mẫu bột được đo ở -196oC trên thiết

bị ASAP 2020 (Micromeritics, USA) Diện tích bề mặt riêng của các mẫu được xác