Tổng hợp các phương pháp điều chế hạt nano oxit sắt từ ứng dụng trong khoa học, y sinh học. Sử dụng các phương pháp đồng kết tủa, vi nhũ tương, phân hủy nhiệt tạo hạt nano đạt kích thước dưới 100 nm. Hạt nano từ tính có kích thước 1015nm được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa ion Fe3+, Fe2+ và OH tại nhiệt độ phòng môi trường khí N2 để tránh hạt nano bị oxi hóa
QUY TRÌNH TỔNG HỢP NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4 PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA CÁCH 1.1 Hóa chất sử dụng: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, khí N2, NH4OH 25% 1.2 Dụng cụ: bình thủy tinh, nhiệt kế, thiết bị khuấy, máy sục N 2, máy khuấy từ, giấy lọc định lượng, thiết bị nhỏ giọt 1.3 Quy trình Hạt nano từ tính có kích thước 10-15nm chế tạo phương pháp đồng kết tủa ion Fe3+, Fe2+ OH- nhiệt độ phòng mơi trường khí N để tránh hạt nano bị oxi hóa Quy trình chế tạo tiến hành sau: Lấy 2,33g FeCl3.6H2O 0,86g FeCl2.4H2O (tỉ lệ mol 2:1) hòa 80ml dung dịch nước cất lần (nồng độ Fe 2+ 0.1M) máy khuấy từ Sau lọc dung dịch thu giấy lọc định lượng để loại bỏ hết tạp chất không mong muốn, dung dich sau lọc đựng bình 250ml 13,4ml NH 4OH 25% NH3 pha lỗng thành 50ml đổ vào bình triết Nhỏ dung dịch NH4OH từ từ vào hỗn hợp muối sắt với tốt độ giọt/s, điều kiện có sử dụng máy khuấy từ để khuấy hỗn hợp muối sắt đồng thời nhỏ giọt NH 4OH Sau dung dịch NH4OH nhỏ hết tiếp tục khuấy vòng 10 đến 15 phút để phản ứng xảy triệt để Tồn q trình xảy nhiệt độ phòng Ngồi để giảm thiểu tác nhân bên ngồi mẫu chế tạo mơi trường N 2, tồn quy trình khác phản ứng xảy môi trường khí N2 mẫu sau phản ứng bảo quản môi trường N2 Sau phản ứng xảy hoàn toàn tiến hành lọc rửa mẫu đến lần nước cất, khuấy hỗn hợp sau phản ứng đặt miếng nam châm đáy cốc, hạt Fe 3O4 bị từ tính hút lắng đọng xuống dưới, sau thời gian loại bỏ phần dung dịch phía để loai bỏ tạp chất đồng thời giữ lại hạt Fe 3O4 Sau lặp lại cho đủ 4-5 lần Kết cuối ta thu hạt Fe3O4 phân tán nước Phản ứng hóa học: 2FeCl3 + FeCl2 + 8NH3 + H2O Fe3O4 + 8NH4OH CÁCH 2.1 Hóa chất sử dụng: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, khí N2, NaOH 2.2 Dụng cụ: bình thủy tinh, nhiệt kế, thiết bị khuấy, máy sục N2, bể điều nhiệt, tủ sấy 2.3 Quy trình Cho hỗn hợp muối sắt FeCl2.4H2O FeCl3.6H2O theo tỉ lệ mol 1:2 vào bình cầu chứa 50ml nước khử ion Khuấy hỗn hợp máy với tốc độ 1000 vòng/phút, q trình khuấy ta nâng nhiệt độ dung dịch muối lên 80 oC liên tục sục khí N2 kết thúc trình tạo hạt Khi đạt nhiệt độ (80oC), cho dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp với tỉ lệ mol 8OH- : 1Fe2+ : Fe3+ đến có chuyển màu từ cam sang nâu cuối màu đen Để phản ứng xảy hoàn toàn cần tiếp tục giữ nhiệt độ 80 oC khuấy hỗn hợp khoảng Các hạt nano siêu thuận từ thu cách đổ dung dịch vào cốc đặt nam châm vĩnh cữu, có tác dụng giữ hạt lại rửa mẫu Sau tiếp tục cho nước khử ion vào khấy phút đặt lên nam châm vĩnh cửu, thao tác lặp lại cũ, tiếp tục rửa khoảng lần với nước khử ion để loại bỏ hết dung dịch muối Việc loại bỏ dung dịch muối khỏi hạt nano siêu thuận từ quan trọng, khơng, muối bám lên hạt cản trở trình phủ lớp vỏ sinh học Suốt trình chế tạo, phải ln sụt khí N2 để chống ơxy hóa Q trình tạo hạt nano từ biểu diễn theo phương trình phản ứng sau: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- → Fe(OH)3 + Fe(OH)2 2Fe(OH)3 + Fe(OH)2 → Fe3O4 + 4H2O Sấy mẫu 80oC ta thu hạt từ Fe3O4 Để có mẫu tốt nhất, tổng hợp thực 50 mẫu hạt từ Fe3O4 theo nồng độ dung dịch NaOH biến thiên từ 1M đến 5M Qua khảo sát định tính cho thấy, mẫu hạt nano từ tổng hợp với dung dịch NaOH nồng độ 2M có chất lượng tốt PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT 3.1 Hóa chất: FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, NaOH HCl 3.2 Dụng cụ: bình Teflon, bình autoclave, máy khuấy từ, máy rung siêu âm, máy ly tâm tủ sấy mẫu 3.3 Quy trình Cho 2ml dung dịch Fe2+ (1M), 2ml dung dịch Fe3+ (2M) vào bình phản ứng Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ, kết hợp với sục khí N khoảng 30 phút ta thu hỗn hợp đồng 80 ml dung dịch NaOH 2M nhỏ giọt từ từ vào bình phản ứng, pH đạt giá trị từ 10 - 11 dung dịch xuất mầm tinh thể Fe3O4 Tồn dung dịch chuyển vào bình teflon cố định bình autoclave Bình phản ứng đưa vào tủ sấy giữ cố định khoảng thời gian nhiệt độ theo điều kiện thực nghiệm suốt trình phản ứng theo phương trình sau: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O Quy trình tổng hợp hạt nano Fe3O4 trình bày ngắn gọn hình: Dựa vào yêu cầu phương pháp thủy nhiệt, hai tham số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến trình hình thành pha, kích thước hạt tính chất từ thời gian phản ứng nhiệt độ phản ứng tiến hành khảo sát Hai loạt mẫu ký hiệu sau: - Với hệ mẫu thứ chế tạo theo thời gian phản ứng ký hiệu từ M1 đến M5 tương ứng với thời gian phản ứng tăng dần từ 0,5 - nhiệt - độ phản ứng 140oC Với hệ mẫu thứ hai chế tạo theo nhiệt độ phản ứng ký hiệu từ M6 đến M10 tương ứng với nhiệt độ tăng dần từ 100 - 180 oC thời gian phản ứng PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY NHIỆT 4.1 Hóa chất: Fe(acac) 3, Oleylamine (OLA), axit Oleic (OA), Dibenzyl ether nHexan 4.2 Dụng cụ: máy khuấy từ gia nhiệt, nguồn điều khiển nhiệt độ, máy rung siêu âm, máy ly tâm tủ sấy mẫu 4.3 Quy trình Có thể mơ tả quy trình chế tạo hạt Fe 3O4 phương pháp phân hủy nhiệt sau: Các hóa chất ban đầu bao gồm: Fe(acac) 3: (4 mmol), OA: (20 mmol - 6,35 ml) OLA: (20 mmol - 6,58 ml) nạp vào bình phản ứng có chứa 40 ml dung mơi dibenzyl ether Hỗn hợp khuấy thời gian 30 phút trước tăng nhiệt tới thời gian nhiệt độ phản ứng khác Tốc độ tăng nhiệt cho giai đoạn từ: 25 - 100oC 5oC/phút, giai đoạn từ: 100 - 200oC 7oC/phút tốc độ tăng nhiệt từ 200 - 300oC 7oC/phút Sau đó, dung dịch làm nguội tự nhiên đến nhiệt độ phòng rửa etanol kết hợp ly tâm trước phân tán dung môi n-hexan Các mẫu sấy khô trước khảo sát đặc trưng cấu trúc, kích thước hạt tính chất từ Quy trình chế tạo hạt Fe 3O4 phương pháp phân hủy nhiệt miêu tả hình: Dựa vào yêu cầu phương pháp phân hủy nhiệt, số yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình hình thành pha kích thước hạt nồng độ tiền chất, thời gian phản ứng nhiệt độ phản ứng tiến hành khảo sát Ba loại mẫu ký hiệu sau: - Với hệ mẫu thứ chế tạo theo nồng độ tiền chất ký hiệu: S1, S2, S3 S4 tương ứng với nồng độ tiền chất tăng dần từ: mM, mM, mM - mM thời gian phản ứng giờ, nhiệt độ phản ứng 298oC Với hệ mẫu thứ hai chế tạo theo thời gian phản ứng ký hiệu: S5, S6, S7 S8 tương ứng với thời gian tăng dần từ: 0,5 giờ, giờ, 1,5 - nhiệt độ phản ứng 298oC Với hệ mẫu thứ ba chế tạo theo nhiệt độ phản ứng ký hiệu: S9, S10, S11 S12 tương ứng với nhiệt độ tăng dần từ: 265 oC, 285oC, 298oC 330oC thời gian phản ứng PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG 5.1 Hóa chất: Span 80, Heptane, FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, NH4OH 5.2 Dụng cụ: cốc thủy tinh, máy khuấy từ, bếp điện 5.3 Quy trình Chuẩn bị cốc thủy tinh 250ml rửa trán nước cất, cồn aceton Cốc 1: cho 4,28g Span 80 100ml Heptane vào khuấy máy khuấy từ 10 phút Tiếp cho 2ml dd hỗn hợp 85,88 mg FeCl 2.4H2O 235,5 mg FeCl3.6H2O, khuấy tiếp 10 phút Cốc 2: cho 4,28g Span 80 100ml Heptane vào khuấy máy khuấy từ 10 phút Tiếp cho 2ml nước 2ml NH4OH vào, khuấy tiếp 10 phút Sau đổ toàn dung dịch cốc vào cốc khuấy thêm thời gian Tiếp theo tiến hành nung thủy nhiệt 180 oC vòng 3-5h tồn dung dịch hỗn hợp vừa khuấy Kết thu sau thí nghiệm dung dịch có màu nâu đỏ với hạt lắng đáy cốc, nhiên hạt có từ tính yếu? PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 6.1 Hóa chất: Fe(C2H3O2)2 6.2 Dụng cụ: cốc thủy tinh, máy chiếu siêu âm 6.3 Quy trình Đây phương pháp đơn giản để tạo hạt nano từ tính với độ bảo hòa cao Muối iron (II) acetate cho vào nước cất lần cho chiếu xạ siêu âm với công suất khoảng 200W trong mơi trường bảo vệ Sóng siêu âm tác dụng dạng xung để tránh tượng nhiệt siêu âm tạo Khi tác dụng siêu âm dung dịch xuất chất có tính khử tính oxi hóa H H2O2 Các sản phẩm trung gian lượng cao HO 2, hidro nguyên tử, hydroxyl điện từ Các chất oxi hóa muối sắt biến chúng thành magnetite Fe3O4 Sau pahnr úng ta thu hạt nano Fe 3O4 với từ độ bão hòa đến 80 emu/g, cao gần giá trị Fe3O4 dạng khối