Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái cấu trúc và tính chất đặc trưng của nano oxit sắt từ (Fe3O4) và nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––– LỤC THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, PHÂN TÍCH HÌNH THÁI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA NANO OXIT SẮT TỪ (Fe3O4) VÀ NANO OXIT KẼM (ZnO) ỨNG DỤNG CHẾ TẠO BỘT CHỮA CHÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––– LỤC THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, PHÂN TÍCH HÌNH THÁI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA NANO OXIT SẮT TỪ (Fe3O4) VÀ NANO OXIT KẼM (ZnO) ỨNG DỤNG CHẾ TẠO BỘT CHỮA CHÁY Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã ngành: 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Văn Tuyến THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi tới thầy giáo GS-TS Nguyễn Văn Tuyến lời biết ơn sâu sắc Thầy người trực tiếp giao đề tài tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn thầy chủ nhiệm tồn thể thầy, khoa Hóa học anh, chị ,em bạn phòng Vật liệu tiên tiến Viện hóa học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực đề tài Và xin trân thành cảm ơn đơn vị quan nơi công tác tạo điều kiện cho tơi học tập nghiên cứu hồn thành tốt luận văn Cuối cảm ơn người thân u gia đình ln động viên cổ vũ tơi hồn thành tốt luận văn Do mặt kiến thức nhiều hạn chế, luận văn nhiều khiếm khuyết Tơi mong đóng góp ý kiến q thầy, người để luận văn hồn thiện Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT a DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ .b MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Bột chữa cháy vô .3 1.2 Oxit Sắt từ 1.3 Oxit Kẽm 1.4 Phương pháp chế tạo nano oxit sắt nano oxit kẽm 1.4.1 Phương pháp chế tạo nano oxit sắt 1.4.2 Phương pháp chế tạo nano oxit sắt 1.5 Ứng dụng nano oxit sắt nano oxit zẽm 11 1.5.1 Ứng dụng nano oxit sắt .11 1.5.2 Ứng dụng nano oxit kẽm 12 CHƯƠNG MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Mục tiêu đề tài .17 2.2 Nội dung nghiên cứu 17 2.3 Hóa chất .17 2.4 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 17 2.4.1 Phương pháp chế tạo vật liệu 17 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái, cấu trúc : .19 2.5 Nghiên cứu khả hấp phụ khói khí độc vật liệu nano oxit sắt nano oxit kẽm 24 2.5.1 Thử nghiệm khả hấp phụ khói khí độc vật liệu nano oxit sắt .24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp nano oxit sắt .25 3.1.1 Ảnh hưởng pH 25 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ Fe2+/Fe3+ 26 3.1.3 Ảnh hưởng việc dùng chất hoạt động bề mặt PEG 27 3.1.4 Kết phân tích hình thái cấu trúc nano oxit sắt 28 3.1.5 Kết nghiên cứu diện tích bề mặt riêng nano oxit sắt (Fe3O4) 33 3.2 Kết phân tích hình thái cấu trúc nano oxit kẽm 34 3.2.1 Kết phân tích hình thái cấu trúc nano oxit kẽm 34 3.2.2 Kết nghiên cứu diện tích bề mặt riêng nano oxit kẽm .40 3.3 Kết nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu chống cháy nano .41 3.3.1 Khả hấp phụ khói khí độc vật liệu nano oxit sắt 41 3.3.2 Khả hấp phụ khói khí độc vật liệu nano oxit kẽm 48 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Fe3O4 Na no Oxit sắt từ ZnO Na no Oxit kẽm CO2 khí cacbonic PCCC Phòng cháy chữa cháy Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình: Hình 1: Nano oxit kẽm tổng hợp phương pháp sol-gel: (a) màng mỏng nano oxit kẽm; (b) bột nano oxit kẽm .9 Hình 2: Tiêu thụ kẽm oxit tồn giới 12 Hình 3: Sơ đồ biểu diễn tất ứng dụng ZnO đề cập 13 Hình 4: Ảnh hưởng giá trị pH kích thước hạt nano oxit sắt từ 25 Hình 5: Ảnh hưởng tỷ lệ Fe2+/Fe3+ kích thước hạt nano oxit sắt từ 26 Hình 6: Phổ XRD mẫu Fe3O4 không dùng chất hoạt động bề mặt (Fe3O4) sử dụng chất hoạt động bề mặt (Fe3O4/PEG 2% Fe3O4/PEG 4%) 28 Hình 7: Ảnh chụp hình thái bề mặt (SEM) mẫu (a) Fe3O4; (b) Fe3O4/PEG 2%; (c) Fe3O4/PEG 4%; (d) phân bố kích thước hạt mẫu Fe3O4/PEG 2% 29 Hình 8: Phổ hồng ngoại (FTIR) (a) mẫu oxit Fe 3O4;(b) phổ hồng ngoại Fe3O4/PEG 4% từ bước sóng 1000 – 1500 cm-1, phóng đại tương ứng với hình (a) 31 Hình 9: Đường thay đổi khối lượng nhiệt độ mẫu (a) Fe3O4/PEG 2% (b) Fe3O4/PEG 4% 33 Hình 10: a) Ảnh chụp hình thái bề mặt Fe3O4; b) Đường đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 Fe3O4 .34 Hình 11: Phổ XRD mẫu ZnO khơng dùng chất hoạt động bề mặt (ZnO) sử dụng chất hoạt động bề mặt (ZnO/PEG 400:1, ZnO/PEG 300:1, ZnO/PEG 200:1) .35 Hình 12: Phổ hồng ngoại (FTIR); (a) mẫu oxit kẽm không sử dụng PEG (ZnO); mẫu có sử dụng PEG, (b) mẫu ZnO/PEG 400:1, (c) ZnO/PEG 300:1, (d) ZnO/PEG 200:1 36 Hình 13: Ảnh chụp hình thái bề mặt (SEM) mẫu oxit kẽm (a) không sử dụng PEG (ZnO); mẫu có sử dụng PEG, (b) mẫu ZnO/PEG 400:1, (c) ZnO/PEG 300:1, (d) ZnO/PEG 200:1 38 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 14: Đường thay đổi khối lượng nhiệt độ mẫu (a) ZnO/PEG 400:1 (b) ZnO/PEG 300:1 39 Hình 15: a) Ảnh chụp hình thái bề mặt ZnO; b) Đường đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 ZnO 40 Hình 16: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ 120 phút khí NOx Fe3O4 42 Hình 17: Phổ IR mẫu Fe3O4 trước sau hấp phụ khí độc NOx 43 Hình 18: Lượng khí NOx hấp phụ lên bề mặt Fe3O4 thời điểm xác định 44 Hình 19: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí SO2 Fe3O4 45 Hình 20: Phổ IR mẫu Fe3O4 trước sau hấp phụ khí độc SO2 46 Hình 21: Lượng khí SO2 hấp phụ lên bề mặt Fe3O4 thời điểm xác định 46 Hình 22: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí HCN Fe3O4 47 Hình 23: Phổ IR mẫu Fe3O4 trước sau hấp phụ 48 Hình 24: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ 120 phút khí NOx ZnO 49 Hình 25: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc NOx 50 Hình 26: Lượng khí NOx hấp phụ lên bề mặt ZnO thời điểm xác định 51 Hình 27: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí SO2 ZnO 51 Hình 28: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc SO2 .52 Hình 29: Lượng khí SO2 hấp phụ lên bề mặt ZnO thời điểm xác định 53 Hình 30: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí HCN ZnO 54 Hình 31: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc HCN 55 Hình 32: Lượng khí HCN hấp phụ ZnO thời điểm xác định 55 Sơ đồ: Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp nano oxit sắt .18 Sơ đồ 2.2 Quy trình tổng hợp nano oxit kẽm 19 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ Nano bước đột phá ngành Khoa học kỹ thuật Đối tượng ngành công nghệ vật liệu nano, vật liệu có kích thước nhỏ (từ -100nm) Với kích thước nhỏ vậy, vật liệu nano thể nhiều đặc tính thú vị, ưu việt so với các vật liệu thông thường khác Với phát triển khoa học kinh tế phát triển dân số nhanh chóng đất nước, cơng trình xây dựng nhiều để đáp ứng nhu cầu dân sinh xã hội Tuy nhiên, vấn đề đặt đảm bảo cơng tác phòng cháy, chữa cháy đảm bảo cơng tác cứu nạn, cứu hộ Bột chữa cháy thân thiện với môi trường hiệu cao ngăn chặn đám cháy Một số kết sau: Hiệu ức chế cháy bột chữa cháy cao 40 lần so với nước, bọt, lần so với CO2 2,5 lần so với alkyl halogenua Bột chữa cháy có ứng dụng rộng rãi bình bột chữa cháy sản phẩm bắt buộc nhà máy, quan khu dân cư Hiện nay, việc sử dụng chất nano loại bột chữa cháy nghiên cứu phát triển độ trơn chảy bột chữa cháy sử dụng hạt nano cao hẳn so với bột chữa cháy thơng thường Ngồi ra, diện tích bề mặt cao giúp tăng khả hấp thu khói độc, khả dập tắt đám cháy nhanh chóng hấp thụ lượng nhiệt lớn Trong đó, nano oxit sắt từ (Fe3O4), nano oxit kẽm (ZnO) thu hút nhiều ý phương pháp chế tạo đơn giản, rẻ tiền có nhiều ứng dụng khoa học đời sống Do vậy, luận văn này, thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái, cấu trúc tính chất đặc trưng nano oxit sắt từ (Fe3O4) nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy” Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG TỔNG QUAN GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài Theo số liệu thống kê Tổng cục Cảnh sát quản lý hành trật tự, an tồn xã hội: Năm 2017, tình hình cháy, nổ nước có nhiều diễn biến phức tạp, khó lường Theo thống kê, nước xảy 4.114 vụ cháy nổ, làm chết 119 người, bị thương 270 người, thiệt hại tài sản trị giá ước tính 2000 tỷ đồng Qua phân tích, tình hình cháy, nổ gây thiệt hại nghiêm trọng người tài sản chủ yếu cháy nhà dân, nhà liền kề số loại hình sở kinh doanh khu công nghiệp, xăng, sở kinh doanh dịch vụ vui chơi giải trí karaoke, vũ trường, quán bar [1-3] Theo số liệu thống kê 80% người bị nạn hỏa hoạn bị tử vong khơng phải sức nóng lửa làm bỏng bị thương mà đa phần nhiễm khói độc ngạt khói [4,5] Thành phần khói lửa gây hại tới sức khỏe khí CO; gần đây, khí hydrogen cyanide (HCN) liệt vào danh sách khí độc khói vụ hỏa hoạn Ngồi ra, khói vụ hỏa hoạn chứa hợp chất độc hại khác như: hạt khói cacbon, khí CO2, HCl, NOx, SOx, H2S…[6,7] Khả loại bỏ khói khí độc bột chữa cháy hóa học truyền thống giải mối nguy hiểm hợp chất độc hại gây Do đó, cần phải có yêu cầu thực tế phương pháp làm khói, chữa cháy hấp thụ khói khí độc vụ hỏa hoạn Trong thời gian gần đây, việc sử dụng vật liệu cấu trúc nano loại bột chữa cháy nghiên cứu phát triển nhiều tính ưu việt loại vật liệu Các vật liệu nano sử dụng không để nâng cao độ trơn chảy mà mang lại khả hấp phụ khói khí độc bột chữa cháy [8] Trong đó, hạt nano tinh thể có diện tích bề mặt riêng lớn oxit sắt từ (Fe3O4) nano oxit kẽm (ZnO) thu hút nhiều ý phương pháp chế tạo đơn giản, rẻ tiền, thân thiện với mơi trường có nhiều ứng dụng đời sống nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn khối lượng mẫu hấp phụ khí độc theo thời gian Và kết thu thể khơng có thay đổi trước sau hấp phụ khí độc Do đó, chữa cháy, việc dùng Fe3O4 để làm giảm nồng độ khí độc HCN khơng khả thi Tuy nhiên, dùng Fe3O4 bột chữa cháy thông thường để dập tắt đám cháy Hình 23: Phổ IR mẫu Fe3O4 trước sau hấp phụ 3.3.2 Khả hấp phụ khói khí độc vật liệu nano oxit kẽm a Hấp phụ khí độc NOx Các mẫu nano ZnO trước sau hấp phụ 120 phút khí độc NOx tiến hành đo nhiễu xạ tia X xác định thay đổi pha mẫu sau hấp phụ khí độc NOx Như quan sát Hình 24, phổ nhiễu xạ tia X mẫu trước sau hấp phụ 120 phút khơng có khác biệt Tất kết thể đỉnh nhiễu xạ tương ứng với đỉnh nhiễu xạ phổ chuẩn kẽm oxit (01-0760704) Thể rằng, q trình hấp phụ khơng có q trình chuyển pha Tuy nhiên, có khả NOx hấp phụ lên bề mặt ZnO Do đó, để xác định hấp phụ NOx lên bề mặt ZnO, tiến hành đo phổ hồng ngoại (FTIR) xác định nhóm chức bề mặt ZnO Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 24: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ 120 phút khí NOx ZnO Như thể Hình 25, so sánh với mẫu trước hấp phụ khí độc NOx (NOx min) mẫu sau hấp phụ khí thể đỉnh liên kết Zn-O (ZnO) Ngồi ra, sau hấp phụ 15 phút, đỉnh liên kết tương ứng với NO2 bắt đầu xuất không rõ ràng Sự xuất rõ ràng bắt đầu sau khoảng thời gian 30 phút Cường độ đỉnh liên kết NO2 [62] xuất rõ ràng vị trí 1358 cm-1, đồng thời với lượng NO2 hấp phụ lên bề mặt tăng lên Để xác định lượng khí NOx hấp phụ lên bề mặt ZnO, khối lượng thay đổi mẫu ZnO khảo sát theo thời gian (Hình 26) Như thấy Hình 26, sau 15 phút, ZnO cho thấy khả hấp phụ cao khí độc NOx lên bề mặt, 24,16 mg g ZnO-1 Sau 60 phút, bề mặt TiO2 bắt đầu trở nên bão hòa, lượng khí NOx hấp phụ lên bề mặt bắt đầu giảm đi, tương ứng tốc độ hấp phụ giảm bão hòa Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 25: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc NOx Lượng khí hấp phụ bão hòa bề mặt ZnO sau 60 phút ~78,47 mg g ZnO-1 Với kết thu vượt kỳ vọng chúng tơi hấp phụ khí độc NOx, ZnO có diện tích bề mặt riêng khiêm tốn Hiệu suất hấp phụ cao ZnO tương thích bề mặt ZnO với khí độc có tính axit NO hấp phụ lớp Tuy nhiên, hấp phụ khí độc từ đám cháy, thời gian tính giây phút để đảm bảo tính mạng người Do vậy, khoảng thời gian đầu từ 0-15 phút quan trọng nhất, định khả hấp phụ ZnO hấp phụ khí độc từ đám cháy Nếu coi đường hấp phụ hàm tuyến tính từ phút đến 15 phút, ta tính tốn lượng khí NOx hấp phụ tương ứng 1,61 mg gZnO-1 phút (1610 ppm NOx hấp phụ) Thỏa mãn giá trị nồng độ NOx gây ảnh hưởng đến người > 200 ppm (khi tiếp xúc khoảng thời gian 10 phút), đề cập chuyên đề 2.1 (tổng quan hấp phụ khói khí độc) Do đó, việc sử dụng nano ZnO để hấp phụ khí độc NOx dập tắt đám cháy khả thi Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 26: Lượng khí NOx hấp phụ lên bề mặt ZnO thời điểm xác định b Hấp phụ khí độc SO2 Tương tự với hấp phụ khói độc NOx, mẫu bột nano ZnO xác định hình thái pha trước sau hấp phụ khí độc SO2 Từ Hình 27, ta thấy, khơng có khác biệt phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ 120 phút khí độc SO2 Tất kết thể đỉnh nhiễu xạ tương ứng với đỉnh nhiễu xạ phổ chuẩn kẽm oxit (01-076-0704) Thể rằng, q trình hấp phụ khơng có q trình chuyển pha Các hạt nano ZnO không phản ứng với khí SO2 để tạo pha lạ Do vậy, để xác định khí độc SO có hấp phụ lên bề mặt ZnO hay không, tiến hành đo phổ hồng ngoại để xác định nhóm chức tương ứng với SO2 (Hình 29) Hình 27: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí SO2 ZnO Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Như quan sát Hình 28, so sánh với mẫu trước hấp phụ khí độc SO2, mẫu sau hấp phụ khí độc thể đỉnh liên kết Zn-O (ZnO) vị trí 564 cm-1 Bên cạnh đó, xuất đỉnh liên kết tương ứng với SO2 vị trí 1016 cm-1 [63] đỉnh liên kết PEG dần Điều liên kết bề mặt ZnO PEG bị phá vỡ, thay vào có liên kết bề mặt ZnO SO2 Như vậy, kết luận SO2 hấp phụ lên bề mặt ZnO Lượng SO2 hấp phụ lên bề mặt nano ZnO xác định thay đổi khối lượng trước sau hấp phụ SO2 Lượng khí SO2 hấp phụ lên bề mặt ZnO theo thời gian thể Hình 29 Hình 28: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc SO2 Như Hình 30, lượng khí SO2 hấp phụ lên bề mặt ZnO sau 15, 30, 60, 120 phút tương ứng 13,1, 30,3, 35,7, 37,7 mg g ZnO-1 Tốc độ khí tăng dần theo thời gian từ phút đến 30 phút, sau tốc độ hấp phụ khí đạt bão hòa, lượng khí hấp phụ giảm Trong chữa cháy, việc dập tắt đám cháy hấp phụ khí nhanh tốt yếu tố quan trọng giúp giảm thương vong Do vậy, tốc độ hấp phụ 15 phút đầu quan trọng Nếu coi đường hấp phụ theo thời gian đường tuyến tính, tốc độ hấp phụ đạt khoảng 0,873 mg gZnO-1 (tương đương hấp phụ 873 ppm SO2) phút giai đoạn đầu từ 0-15 phút Giá trị thỏa mãn giá Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn trị 500 ppm (nồng độ tiếp xúc SO2 gây nguy hiểm cho người 10 phút) Do đó, bột nano ZnO phù hợp để hấp phụ khí độc SO2 đám cháy Hình 29: Lượng khí SO2 hấp phụ lên bề mặt ZnO thời điểm xác định c Hấp phụ khí độc HCN Các mẫu nano oxit kẽm tiếp tục thử nghiệm khả hấp phụ khí độc HCN Các mẫu bột nano ZnO xác định hình thái pha trước sau hấp phụ khí độc HCN Từ Hình 30, ta thấy khác biệt lớn phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ 120 phút khí độc HCN Phổ nhiễu xạ tia X mẫu sau hấp phụ 120 phút khí độc HCN ngồi thể đỉnh nhiễu xạ ZnO, xuất đỉnh nhiễu xạ Zn(CN)2 Zn(OH)2 Do vậy, có chuyển pha q trình hấp phụ khí HCN Sự chuyển pha giải thích phản ứng sau: ZnO + 2HCN  Zn(CN)2 +H2O ZnO + H2O  Zn(OH)2 Ngoài ra, kết từ phổ hồng ngoại mẫu sau hấp phụ khí độc HCN thể chuyển pha ZnO sang Zn(CN)2 Như thể Hình 31, đỉnh liên kết Zn-O (ZnO) dần thay đổi vị trí, ngồi đỉnh liên kết Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn –CN xuất vị trí 2200 cm-1 [64] Thêm nữa, đỉnh liên kết PEG ZnO dần đi, thay đổi pha bề mặt ZnO Cường độ đỉnh liên kết – CN tăng dần tăng thời gian hấp phụ, đồng nghĩa với hình thành pha Zn(CN) tăng dần Lượng HCN hấp phụ loại bỏ sử dụng ZnO xác định thay đổi khối lượng mẫu ZnO trước sau hấp phụ Lượng khí HCN hấp phụ loại bỏ ZnO theo thời gian thể Hình 32 Hình 30: Phổ nhiễu xạ tia X trước sau hấp phụ khí HCN ZnO Như Hình 33, giai đoạn đầu từ 0-15 phút, lượng HCN loại bỏ tăng nhanh Do tiếp xúc khí HCN bề mặt ZnO lớn, phản ứng xảy nhanh chóng Lượng khí HCN loại bỏ 15 phút đầu 76,3 mg g ZnO-1, tương ứng 5,086 mg gZnO-1 phút Sau tốc độ loại bỏ hấp phụ khí HCN giảm dần bề mặt ZnO hình thành pha Zn(CN)2, giảm tiếp xúc HCN ZnO Tuy nhiên, chữa cháy, tốc độ dập tắt hấp phụ khí độc nhanh cần thiết Với tốc độ 5,086 mg gZnO-1 phút (tương ứng hấp phụ 5086 ppm HCN) giảm nhanh nồng độ HCN đám cháy Đạt giá trị an toàn nồng độ HCN cho người 350 ppm (nồng độ tiếp xúc 10 phút gây tử vong) Do vậy, sử dụng ZnO đám cháy chứa HCN hiệu Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 31: Phổ IR mẫu ZnO trước sau hấp phụ khí độc HCN Hình 32: Lượng khí HCN hấp phụ ZnO thời điểm xác định Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài thu kết sau: - Đã tổng hợp vật liệu nano oxit sắt nano oxit kẽm phương pháp đồng kết tủa Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu khảo sát kỹ lưỡng - Đã phân tích hình thái cấu trúc diện tích bề mặt vật liệu phương pháp vật lý đại XRD, IR, SEM, BET, TGA Kết cho thấy sản phẩm nano oxit sắt thu có dạng hình cầu, nano oxit kẽm có dạng hình với kích thước đồng đều, diện tích bề mặt riêng lớn độ tinh khiết cao - Đã tiến hành thử nghiệm khả hấp phụ khói khí độc vật liệu Kết cho thấy cấu trúc nano Fe3O4 thích hợp để hấp phụ khói chứa khí độc NOx SO2 Dung lượng hấp phụ khí độc Nox đạt lượng bão hòa ~101,48 mg gFe3O4-1 Dung lượng hấp phụ khí độc SO2 đạt lượng bão hòa ~39,3 mg gFe3O4-1 Cấu trúc nano ZnO thích hợp để hấp phụ khói chứa khí độc NOx, SO2, đặc biệt HCN Dung lượng hấp phụ khí độc Nox đạt lượng bão hòa ~78,47 mg gZnO-1 Dung lượng hấp phụ khí độc SO2 đạt lượng bão ~30,3 mg gZnO-1 Đặc biệt hấp phụ HCN, ZnO thể khả loại bỏ hấp phụ khí độc tương đối nhanh Sau 15 phút hấp phụ khí độc HCN, lượng hấp phụ HCN đạt 76,3 mg gZnO-1, tương ứng 5,086 mg gZnO-1 phút Đề tài luận văn “Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái, cấu trúc tính chất đặc trưng nano oxit sắt từ (Fe3O4) nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy” dự kiến góp phần phát triển hướng nghiên cứu chế tạo bột chữa cháy khả dập tắt đám cháy có khả giảm khói, khí độc thân thiện với mơi trường Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO A V Kunin, S A Smirnov, D N Lapshin, A D Semenov, A P Il’in, Technology development for the production of ABCE fire extinguishing dry powders, February 2016, Volume 86, Issue 2, pp 450–459 Abuladze, M.K., Nameradze, M.A., Dzetsenidze, Z.G., Museridze, M.D., and Baratov, A.N., in Sb trudov “Goryuchest’ veshchestv i khimicheskie sredstva pozharotusheniya”(Coll of Works “Flammability of Substances and Chemical Extinguishing Agents”), Moscow: Vseross Nauchno-Issled Inst Protivopozh Obor., 1979, issue 6, pp 156–160 Makarov, V.E and Gorokhov, V.M., in Sb trudov “Goryuchest’ veshchestv i khimicheskie sredstva pozharotusheniya” (Coll of Works “Flammability of Substances and Chemical Extinguishing Agents”), Moscow: Vseross Nauchno-Issled Inst Protivopozh Obor., 1979, issue 6, pp 139–141 BS EN615:1995 Fire Protection–Fire Extinguishing Media–Specifications for Powders (Other than Class D Powders), BS Standard, London (United Kingdom): British Standards Institution, 1995 BS EN12416-1:2001 Fixed Firefighting Systems–Powder Systems, Part 1: Requirements and Test Methods for Components, BS Standard, London (United Kingdom): British Standards Institution, 2001 ISO 7201:1988: Fire Protection–Fire Extinguishing Media–Powder, ISO Standard, Geneva (Switzerland): International Organization for Standardization, 1988 A Kawai-Nakamura, T Sato, K Sue et al., “Rapid and continuous hydrothermal synthesis of metal and metal oxide nanoparticles with a microtube-reactor at 523 K and 30 MPa,” Materials Letters, 62 (2008) 3471– 3473 T Utaka, K Sekizawa, K Eguchi, CO removal by oxygen-assisted water gas shift reaction over supported Cu catalysts, Applied Catalysis A: General, 194195 (2000) 21-26 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn H.A Gasteiger, N Markovic, P.N Ross, E.J Cairns, Carbon monoxide electrooxidation on well-characterized platinum-ruthenium alloys, The Journal of Physical Chemistry, 98 (1994) 617-625 10 V.M Schmidt, P Bröckerhoff, B Höhlein, R Menzer, U Stimming, Utilization of methanol for polymer electrolyte fuel cells in mobile systems, Journal of Power Sources, 49 (1994) 299-313 11 Y Teng, H Sakurai, A Ueda, T Kobayashi, Oxidative removal of co contained in hydrogen by using metal oxide catalysts, International Journal of Hydrogen Energy, 24 (1999) 355-358 12 M Haruta, S Tsubota, T Kobayashi, H Kageyama, M.J Genet, B Delmon, Low-Temperature Oxidation of CO over Gold Supported on TiO2, α-Fe2O3, and Co3O4, Journal of Catalysis, 144 (1993) 175-192 13 A Erdo˝helyi, K Fodor, G Suru, Reaction of carbon monoxide with water on supported iridium catalysts, Applied Catalysis A: General, 139 (1996) 131-147 14 M.J.L Ginés, N Amadeo, M Laborde, C.R Apesteguía, Activity and structuresensitivity of the water-gas shift reaction over CuZnAl mixed oxide catalysts, Applied Catalysis A: General, 131 (1995) 283-296 15 S.H Oh, R.M Sinkevitch, Carbon Monoxide Removal from Hydrogen-Rich Fuel Cell Feedstreams by Selective Catalytic Oxidation, Journal of Catalysis, 142 (1993) 254-262 16 H Igarashi, H Uchida, M Suzuki, Y Sasaki, M Watanabe, Removal of carbon monoxide from hydrogen-rich fuels by selective oxidation over platinum catalyst supported on zeolite, Applied Catalysis A: General, 159 (1997) 159169 17 R.M Torres Sanchez, A Ueda, K Tanaka, M Haruta, Selective Oxidation of CO in Hydrogen over Gold Supported on Manganese Oxides, Journal of Catalysis, 168 (1997) 125-127 18 K Omata, T Takada, S Kasahara, M Yamada, Active site of substituted cobalt spinel oxide for selective oxidation of COH2 Part II, Applied Catalysis A: General, 146 (1996) 255-267 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 19 G Groppi, A Belloli, E Tronconi, P Forzatti, Catalytic combustion of CO H2 on Manganese-substituted hexaaluminates, Catalysis Today, 29 (1996) 403-407 20 K Sekizawa, S.-i Yano, K Eguchi, H Arai, Selective removal of CO in methanol reformed gas over Cu-supported mixed metal oxides, Applied Catalysis A: General, 169 (1998) 291-297 21 I Mochida, Y Korai, M Shirahama, S Kawano, T Hada, Y Seo, M Yoshikawa, A Yasutake, Removal of SOx and NOx over activated carbon fibers, Carbon, 38 (2000) 227-239 22 Raymond Friedman, “Principles of Fire Protection Chemistry and Physics.3rd revised ed Massachusetts: Joins and Bartlett Learning,” 2008 23 Makarov, V.E and Gorokhov, V.M., in Sb trudov “Goryuchest’ veshchestv i khimicheskie sredstva pozharotusheniya” (Coll of Works “Flammability of Substances and Chemical Extinguishing Agents)” Moscow: Vseross Nauchno-Issled Inst Protivopozh Obor., (1979) 139–141 24 USSR Inventor’s Certificate no 829119, 1981 25 USSR Inventor’s Certificate no 596251, 1978 26 J Chomoucka, J Drbohlavova, D Huska, V Adam, R Kizek, and J Hubalek, “Magnetic nanoparticles and targeted drug delivering,” Pharmacological Research, 62 (2010) 144–149, 27 P Majewski and B Thierry, “Functionalized magnetite nanoparticlessynthesis, properties, and bio applications,” Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 32 (2007) 203–215, 28 T Neuberger, B Schă opf, H Hofmann, M Hofmann, and B von Rechenberg, “Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications: possibilities and limitations of a new drug delivery system,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 293 (2005) 483–496 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 29 P Tartaj, M Del Puerto Morales, S Veintemillas-Verdaguer, T Gonz´ alez-Carre˜ no, and C J Serna, “The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine,” Journal of Physics D: Applied Physics, 36 (2003) R182-R197 30 A.S.Lă ubbe, C Bergemann, H Riess et al., “Clinical experiences with magnetic drug targeting: a phase I study with 4’-epidoxorubicin in 14 patients with advanced solid tumors,” Cancer Research, 56 (1996) 4686–4693 31 J S Kim, T.-J Yoon, K N Yu et al., “Toxicity and tissue distribution of magnetic nanoparticles in mice,” Toxicological Sciences, 89 (2006) 338–347 32 P.Tartaj, M.P.Morales, T.Gonz´ alez-Carre˜ no, S Veintemillas Verdaguer, and C J Serna, “Advances in magnetic nanoparticles for biotechnology applications,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 290-291(2005) 28–34 33 L Babes, B Denizot, G Tanguy, J J Le Jeune, and P Jallet, “Synthesis of iron oxide nanoparticles used as MRI contrast agents: a parametric study,” Journal of Colloid and Interface Science, 212 (1999) 474–482 34 T Ishikawa, A Yasukawa, K Kandori, R Orii, “Textures of tetradecahedron ϭ-FeOOH particles and their thermal decomposition products,” Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions, 90 (1994) 2567–2571 35 L Fu, V.P Dravid, D.L Johnson, “Self-assembled (SA) bilayer molecular coating on magnetic nanoparticles,” Applied Surface Science, 181 (2001) 173–178 36 H Heidari, H Razmi, A Jouyban, “Preparation and characterization of ceramic/carbon coated Fe3O4 magnetic nanoparticle nanocomposite as a solidphase microextraction adsorbent,” Journal of Chromatography A, 1245 (2012)1–7 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 37 “BS EN615:1995 Fire Protection–Fire Extinguishing Media– Specifications for Powders (Other than Class D Powders),” BS Standard, London (United Kingdom): British Standards Institution, 1995 38 “BS EN12416-1:2001 Fixed Firefighting Systems–Powder Systems, Part 1: Requirements and Test Methods for Components,” BS Standard, London (United Kingdom): British Standards Institution, 2001 39 “ISO 7201:1988: Fire Protection–Fire Extinguishing Media–Powder, ISO Standard,” Geneva (Switzerland): International Organization for Standardization, 1988 40 “NFPA-17 Standard for Dry Chemical Extinguishing Systems,” Quincy (Massachusetts): National Fire Protection Association, 1998 41 Baratov, A.N and Vogman, L.P., “Ognetushashchie poroshkovye sostavy (Extinguishing Powder Compositions),” Moscow: Stroiizdat, 1982 42 Baratov, A.N., Andrianov, R.A., Korol’chenko, A.Ya., et al., “Pozharnaya opasnost’ stroitel’nykh materialov (Fire Danger of Building Materials),” Moscow: Stroiizdat, 1988 43 J Iqbal, X Liu, H Zhu, Z.B Wu, Y Zhang, D Yu, R Yu, Raman and highly ultraviolet red-shifted near band-edge properties of LaCe-co-doped ZnO nanoparticles, Acta Materialia, 57 (2009) 4790-4796 44 Ş Türkyılmaz, N Güy, M Özacar, Photocatalytic efficiencies of Ni, Mn, Fe and Ag doped ZnO nanostructures synthesized by hydrothermal method: The synergistic/antagonistic effect between ZnO and metals, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 341 (2017) 39-50 45 G Thennarasu, A Sivasamy, Metal ion doped semiconductor metal oxide nanosphere particles prepared by soft chemical method and its visible light photocatalytic activity in degradation of phenol, Powder Technology, 250 (2013) 1-12 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 46 B.N Mavrin, L.N Demyanets, R.M Zakalukin, Raman spectroscopy and Fermi resonance in Mn-doped ZnO bulk single crystal, Physics Letters A, 374 (2010) 4054-4056 47 G.N Dar, A Umar, S.A Zaidi, A.A Ibrahim, M Abaker, S Baskoutas, M.S Al-Assiri, Ce-doped ZnO nanorods for the detection of hazardous chemical, Sensors and Actuators B: Chemical, 173 (2012) 72-78 48 R Ullah, J Dutta, Photocatalytic degradation of organic dyes with manganesedoped ZnO nanoparticles, Journal of Hazardous Materials, 156 (2008) 194200 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... (Fe3O4) oxit kẽm (ZnO) có cấu trúc nano - Phân tích hình thái, cấu trúc tính chất đặc trưng vật liệu nano oxit sắt từ nano oxit kẽm tổng hợp 2.2 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp nano Fe3O4,... thực đề tài: Nghiên cứu chế tạo, phân tích hình thái, cấu trúc tính chất đặc trưng nano oxit sắt từ (Fe3O4) nano oxit kẽm (ZnO) ứng dụng chế tạo bột chữa cháy 1.2 Bột chữa cháy vô Các tiêu... HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––– LỤC THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, PHÂN TÍCH HÌNH THÁI CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA NANO OXIT SẮT TỪ (Fe3O4) VÀ NANO OXIT KẼM