Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ ion cd2+của vật liệu nano yo 7sro 3feo3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA  KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cd2+CỦA VẬT LIỆU NANO Y0.7Sr0.3FeO3 SVTH: QUÃNG THỊ THANH THẢO GVHD: TS NGUYỄN ANH TIẾN TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC LỜI CẢM ƠN  Qua bốn năm học tập nghiên cứu khoa học Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh em trau dồi cho lượng kiến thức, hành trang để em vững bước tương lai Đặc biệt môi trường sư phạm giúp em hồn thiện Dưới dìu dắt thầy ngồi Khoa mà qua năm em học hỏi thêm nhiều kiến thức quý báu từ môn đại cương môn chuyên ngành Để rồi, làm Luận văn tốt nghiệp, em tự tin Vì thế, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người mà em yêu quý trân trọng giúp đỡ cho em hoàn thành tốt Luận văn Lời em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt Luận văn Trong trình nghiên cứu hoàn thành đề tài luận văn em xin cảm ơn tồn thể q thầy Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ trình làm đề tài Cảm ơn ba mẹ, bạn bè, người thân kịp thời ủng hộ động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn Do thời gian khả cịn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận đóng góp dẫn chân thành thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, tháng năm 2013 SVTH Quãng Thị Thanh Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .6 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .9 1.1 CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ứng dụng 12 1.1.3 Điều chế vật liệu nano oxit phương pháp đồng kết tủa 15 1.2 VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO 16 1.2.1 ABO 16 1.2.2 ABO biến tính 17 1.2.3 YFeO .18 1.3 TỔNG QUAN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA Fe, Y, Sr, Cd VÀ CÁC HỢP CHẤT 18 1.3.1 Sắt .19 Sắt (III) oxit 20 Sắt (III) hydroxit 23 1.3.2 Yttri 24 Yttri oxit 25 1.3.3 Stronti .26 Stronti oxit 27 1.3.4 Cadmi .28 Khả gây độc Cadmi .29 1.4 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 30 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 30 1.4.2 Hấp phụ môi trường nước .31 1.4.3 Động học hấp phụ 31 1.4.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 32 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 1.5.1 Phương pháp phân tích DTA/ TGA 32 1.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 33 1.5.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 1.5.4 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDXS) .35 1.5.5 Phương pháp đo độ từ hóa 36 1.5.6 Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử 37 Phương pháp nguyên tử hóa lửa 39 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .40 2.1 HÓA CHẤT – THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ 40 2.2 TỔNG HỢP BỘT NANO Y 0.7 Sr 0.3 FeO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 40 2.3 KẾT QUẢ 42 2.3.1 Kết phân tích DTA/TGA vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 42 2.3.2 Kết XRD vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 43 2.3.3 Kết SEM vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 46 2.3.4 Kết EDXS vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO .48 2.3.5 Từ tính vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 48 2.3.6 Khả hấp phụ ion Cd2+ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 50 2.3.6.1 Các điều kiện đo phổ hấp phụ nguyên tử phát xạ lửa Cd2+ 50 2.3.6.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp hấp thụ nguyên tử .50 2.3.6.3 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Y 0.7 Sr 0.3 FeO Cd2+ 51 CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 53 3.1 Kết luận 53 3.2 Đề xuất .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Danh mục hình vẽ Hình Phân loại vật liệu nano theo kích thước 12 Hình Điện thoại Morph 12 Hình Mơ hình tách tế bào từ trường 13 Hình Mơ hình dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính 14 Hình Biểu đồ thử nghiệm đốt nhiệt từ thỏ 14 Hình Máy lọc nước nano 15 Hình (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO , (b) Sự xếp bát diện cấu trúc lý tưởng 17 Hình Tế bào đơn vị YFeO 18 Hình Kim loại sắt 19 Hình 10 Dạng bột mạng không gian sắt (III) oxit 21 Hình 11 Cấu trúc ε-Fe O 22 Hình 12 Kim loại yttrium 24 Hình 13 Y O dạng bột 26 Hình 14 Ảnh TEM Y O 26 Hình 15 Kim loại strontium 27 Hình 16 Cấu trúc tinh thể SrO 28 Hình 17 Kim loại cadmi 29 Hình 18 Mơ tả thí nghiệm 41 Hình 19 (a) Giản đồ phân tích TGA/DTG mẫu bột điều chế phương pháp 1,(b) Giản đồ phân tích DTG mẫu bột điều chế phương pháp 43 Hình 20 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 650oC 44 Hình 21 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 750oC 45 Hình 22 Phổ XRD mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp sau nung 750°C (t = 1giờ) (a, b, c tương ứng với số thứ tự phương pháp điều chế) 46 Hình 23 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 47 Hình 24 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 48 Hình 25 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 48 Hình 26 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp 49 Hình 27 Đường cong từ trễ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp 50 Hình 28 Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 52 Hình 29 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd 2+ 53 Hình 30 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian 53 Danh mục bảng Bảng Một vài số vật lý quan trọng sắt 20 Bảng Một vài số vật lý quan trọng yttrium 25 Bảng Một vài số vật lý quan trọng oxit sronti 28 Bảng Một vài số vật lý quan trọng cadmi 29 Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y 0,7 Sr 0,3 FeO điều chế theo phương pháp 47 Bảng Thông số từ tính vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp 50 Bảng Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cd2+ 52 Bảng Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd2+ 53 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển khoa học kĩ thuật vài thập niên trở lại đây, việc tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano thu hút ý nhiều nhà nghiên cứu nước Điều xảy vật liệu nano có tổ hợp tính chất khác với vật liệu khối thông thường thành phần hố học Trong oxit bán dẫn có kích thước hạt nhỏ ferrite kim loại đất chiếm vị trí đặc biệt thể tính chất từ Các hạt ferrite nano có từ tính mà chúng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật đại điện tử nano, cơng nghệ sản xuất điện thoại di động, máy tính, dụng cụ y tế, chế tạo hợp kim chống ăn mòn, vật liệu chịu nhiệt làm lò phản ứng hạt nhân, vật liệu laze, chất siêu dẫn v.v Các ferrite loại ABO với cấu trúc lệch perovskite (A kim loại đất La, Y; B kim loại chuyển tiếp họ d Mn, Fe, Co, Ni) nghiên cứu nhiều lĩnh vực xúc tác Phương pháp thông thường dễ để điều chế ferrite ABO nung oxit, hydroxit, cacbonat hay nitrat kim loại tương ứng nhiệt độ cao Nhược điểm phương pháp yêu cầu nhiệt độ cao (T > 1200oC) để thu pha đơn tinh thể, dẫn đến ferrite thu có kích thước hạt lớn khơng đồng hình dạng, diện tích bề mặt thấp kết tụ hạt Ngày nay, để điều chế vật liệu oxit phức hợp người ta thường sử dụng phương pháp sol- gel (trong trường hợp riêng, đồng kết tủa cấu tử từ dung dịch lỏng), phương pháp đảm bảo tính đồng hố học hoạt tính cao vật liệu bột thu Thực nghiệm cho thấy rằng, thay phần kim loại La hay Y ABO kim loại hoá trị II Ca, Sr làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite, dẫn đến thay đổi tính chất hố lý vật liệu điều chế từ chúng Vì thế, nghiên cứu tổng hợp vật liệu bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO phương pháp khác nhau, nghiên cứu số đặc trưng cấu trúc, từ tính khả hấp phụ ion Cd2+ chúng CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1 Khái niệm Hàng ngàn năm trước đây, kể từ nhà bác học cổ Hy Lạp xác lập nguyên tắc khoa học (đúng siêu hình học), ngành khoa học tập trung thành mơn triết học, người ta gọi họ nhà bác học họ biết hầu hết vấn đề khoa học Đối tượng khoa học lúc vật thể vĩ mô Cùng với thời gian, hiểu biết người tăng lên, đó, độ phức tạp gia tăng, khoa học phân theo ngành khác tốn học, vật lí, hóa học, sinh học, để nghiên cứu vật thể cấp độ lớn micro mét Sự phân chia kết thúc khoa học lần lại tích hợp với nghiên cứu vật thể cấp độ nano mét Nếu ta gọi phân chia theo ngành tốn, lí, hóa, sinh phân chia theo chiều dọc, việc phân chia thành ngành khoa học nano, công nghệ nano, khoa học vật liệu mới, phân chia theo chiều ngang Điều thấy thơng qua tạp chí khoa học có liên quan Ví dụ tạp chí tiếng vật lí Physical Review có số từ năm 1901, tạp chí hóa học Journal of the American Chemical Society có số từ năm 1879, tạp chí có mặt lâu truyền tải nghiên cứu khoa học sôi kỷ trước Trong thời gian gần đây, người ta thấy xuất loạt tạp chí khơng theo ngành cụ thể mà tích hợp nhiều ngành khác tạp chí uy tín Nano Letters có số từ năm 2001, tạp chí Nanotoday có số từ năm 2003 Chúng thể xu hướng khoa học phân chia lại theo chiều ngang tương tự khoa học hàng ngàn năm trước Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị ước giảm tỷ lần (10-9) Ví dụ: nanogam = phần tỷ gam; nanomet = phần tỷ mét hay 1nm = 10-9 m Khoa học nano ngành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mơ đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mơ lớn Loại vật liệu CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1 HÓA CHẤT – THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ - Muối YCl 6H O, Sr(NO ) , Fe(NO ) 9H O - Dung dịch (NH ) CO 5% - Nước cất - Cốc thủy tinh loại 50 ml, 100 ml, 500 ml - Pipet loại ml, ml, ml, 10 ml, 25 ml - Đũa thủy tinh, nhiệt kế thủy ngân, - Cân phân tích Fartorius - Máy khuấy từ - Bếp điện, tủ sấy, lị nung - Ống đong, bình hút ẩm - Chén sứ, chày sứ - Chén nung Niken Hình 18 Mơ tả thí nghiệm 2.2 TỔNG HỢP BỘT NANO Y0.7Sr0.3FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Vật liệu bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp cách đehiđrat hoá đecacboxyl hoá đồng thời kết tủa cacbonat hydroxit ytri, stronti sắt (III) Như biết, bột tổng hợp phương pháp đồng kết tủa đặc trưng kết tụ cao, gây ảnh hưởng tới tính chất vật liệu sản xuất từ chúng Do sử dụng phương pháp khác trình đồng kết tủa cacbonat hydroxit Y3+, Sr2+ Fe3+, phân tích ảnh hưởng phương pháp lên cấu trúc tính chất bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO tạo thành Các chất ban đầu sử dụng Fe(NO ) 9H O, Sr(NO ) , YCl 6H O Các dung dịch muối trộn lẫn theo tỉ lệ mol Y3+ : Sr2+ : Fe3+ = : : 10 (theo tính tốn lý thuyết) trước tiến hành kết tủa Tác nhân kêt tủa sử dụng dung dịch muối amoni cacbonat Phương pháp 1: Nhỏ từ từ dung dịch hỗn hợp muối Y3+, Sr2+ Fe3+ (nồng độ muối ban đầu 0,25M) vào cốc đựng 500 ml nước sôi máy khuấy từ Sau cho hết dung dịch hỗn hợp muối, tiếp tục đun sôi khuấy thêm khoảng 15 phút Để nguội dung dịch thu đến nhiệt độ phòng cho từ từ dung dịch (NH ) CO 5% vào ta thấy xuất kết tủa keo có màu đỏ gạch, sau cho hết (NH ) CO tiếp tục khuấy thêm 15 phút Phương pháp tiến hành giống phương pháp 1, khác phương pháp thí nghiệm thực nhiệt độ phòng (t° = 25 – 27°C), phương pháp thay cốc nước sôi cốc nước lạnh (t° nước < 10°C) Trong phương pháp thí nghiệm trên, kết tủa lọc rửa nước cất vài lần phơi khô nhiệt độ phịng đến khối lượng khơng đổi Hỗn hợp bột thu được nghiền nhỏ đem nung từ nhiệt độ phòng đến 650°C, 750°C (thời gian nung giờ) Các trình hình thành hạt perovskite Y 0.7 Sr 0.3 FeO : - Giai đoạn 1: Quá trình kết tủa muối cacbonat Y (CO ) , SrCO hydroxit Fe(OH) tác nhân dung dịch (NH ) CO 5% 2Y3+ + 3CO 2- → Y (CO ) ↓ Sr2+ + CO 2- → SrCO ↓ 2Fe3+ + 3CO 2- + 3H O - → 2Fe(OH) ↓ + 3CO ↑ Giai đoạn 2: Quá trình phân hủy muối cacbonat hydroxit nung mẫu nhiệt độ cao thành oxit tương ứng Đồng thời xảy trình kết hợp oxit lại với tạo thành tinh thể perovskite Y 0.7 Sr 0.3 FeO 0.7Y O + 2.0.3SrO + Fe O → 2Y 0.7 Sr 0.3 FeO - z 2.3 KẾT QUẢ 2.3.1 Kết phân tích DTA/TGA vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 Hình 19 a) Giản đồ phân tích DTA/TGA mẫu bột điều chế phương pháp b) Giản đồ phân tích DTG mẫu bột điều chế phương pháp Giản đồ phân tích DTA/TGA mẫu bột điều chế phương pháp 1(Hình 19a) cho ta thấy tổng % khối lượng 30,199% (8,09/26,8 mg), tương ứng cho nước hóa học, giải hấp phụ, nước trình phân hủy Fe(OH) CO trình nhiệt phân muối cacbonat Y (CO ) SrCO Để lựa chọn khoảng nhiệt độ nung thích hợp cho hình thành hạt perovskite Y 0.7 Sr 0.3 FeO , dựa vào đường cong DTG (hình 19b) thể tốc độ thay đổi khối lượng mẫu bột Tôi thấy khoảng nhiệt độ từ 600oC trở đường vi phân khối lượng mẫu bột khơng có thay đổi khối lượng Vì thế, tơi chọn nhiệt độ nung 650oC 750oC (trong giờ) để khảo sát nhiệt độ nung cho hình thành pha Y 0.7 Sr 0.3 FeO 2.3.2 Kết XRD vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 Sau nung mẫu mốc nhiệt độ 650, 750o C giờ, bắt đầu khảo sát hình thái cấu trúc pha phương pháp nhiễu xạ tia X Hình 20 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 650oC Hình 21 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp 1, sau nung 750oC Thông qua việc nghiên cứu giản đồ nhiễu xạ X mẫu điều chế khoảng nhiệt độ khác hình 20 21 cho thấy: - Kết nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ 650°C (t = 1h) hình 20 cho thấy hình thành peak ferit YFeO rõ ràng lẫn tạp chất Y Fe O 12 , peak Y Fe O 12 thể rõ ràng (d = 3.100; 2.538; 1.658) Có thể nhiệt độ nung chưa đủ để phản ứng xảy hoàn toàn nhằm tạo thành YFeO với nguyên tử Sr xen phủ vào mạng tinh thể cho Y 0.7 Sr 0.3 FeO Như vậy, nhiệt độ cho độ tinh khiết không cao không đạt yêu cầu, nên tiếp tục nâng nhiệt độ nung lên 750°C - Kết nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ 750°C (t = 1h) hình 21 cho thấy hầu hết peak so sánh trùng với peak chất chuẩn YFeO Ngoài ra, giản đồ XRD không quan sát thấy phase khác Y O , Fe O , SrO Ở nhiệt độ hồn tồn hình thành pha Y 0.7 Sr 0.3 FeO cần điều chế, khơng cịn tạp chất tinh thể oxit riêng rẽ, cấu trúc mạng tinh thể bị khuyết tật không thay đổi dạng ban đầu độ tinh khiết cao Dựa vào giản đồ phân tích DTA/TGA XRD mẫu bột Y Sr FeO điều chế theo phương pháp đồng kết tủa nước sôi (phương pháp 1), nên chọn nhiệt độ nung cho mẫu bột điều chế phương pháp 750oC Hình 22 Phổ XRD mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp sau nung 750°C (t = giờ) (a, b, c tương ứng với số thứ tự phương pháp điều chế) Kết phân tích nhiễu xạ tia X (hình 22) cho thấy khơng phụ thuộc vào phương pháp điều chế, sau nung mẫu 750°C sản phẩm thu tương ứng với thành phần phase hoá học YFeO dạng Orthorombic Tuy nhiên, khoảng cách mạng (d) thu lớn so với khoảng cách mạng phase Orthorombic YFeO chuẩn phiếu ASTM (bảng 5) Điều giải thích bán kính ion Sr2+ lớn bán kính ion Y3+ (Y3+ = 0.104 nm; cịn Sr2+ = 0.126 nm) nên xâm nhập vào mạng YFeO làm tăng khoảng cách mạng d Ngoài ra, phổ XRD không quan sát thấy phase Y O , Fe O , SrO, Y (CO ) hay YOCl chứng tỏ đơn pha đồng Điều cách gián tiếp khẳng định pha tạp kim loại Sr mạng YFeO hoàn thiện nhiệt độ nung Cấu trúc mạng tinh thể bị khuyết tật không thay đổi dạng ban đầu độ tinh khiết cao Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế theo phương pháp № peak hình 21 d; [Å] YFeO 3,4096 2,6915 1,7073 1,5345 Y 0.7 Sr 0.3 FeO 3,4250 2,7015 1,7083 1,5414 Chú ý: Bảng trích số peak mẫu điều chế theo phương pháp để minh hoạ 2.3.3 Kết SEM vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 Kiểm tra thực nghiệm tác giả thấy đồng kết tủa ion Y3+, Sr2+ Fe3+ nhiệt độ khác ảnh hưởng trực tiếp lên kích thước hình thái học hạt nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO tạo thành, nguyên nhân mức độ thuỷ phân cation Fe3+ Y3+ nước sôi, nước lạnh hay nước nhiệt độ phòng khác Các kết kiểm tra kính hiển vi điện tử qt Hình 23 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp Phương pháp SEM cho phép xác định kích thước hạt trung bình hình dạng vật liệu có cấu trúc tinh thể Hình 23 ảnh SEM mẫu vật liệu Y Sr FeO phóng đại 80000 lần Các hạt perovskite có cấu tạo gồm hạt hình cầu gần đồng với kích thước từ 30 – 50 nm Hình 24 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp Hình 24 ảnh SEM mẫu bột điều chế phương pháp sau nung 750°C Các hạt tạo thành phân cạnh rõ nét, hình dạng hạt khác nhau, kích thước hạt vào khoảng 30 – 50 nm, ngồi phương pháp đồng kết tủa có kết tụ cao, hạt liên kết với tạo thành khối hạt nano Hình 25 Ảnh SEM mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp Nếu phương pháp (đồng kết tủa nước sơi), hạt hình cầu gần đồng (hình 23), phương pháp (đồng kết tủa nhiệt độ thấp) hạt tạo thành khơng đa dạng hình thái, mà kích thước hạt khác (hình 25) Từ hình 25 ta thấy phần lớn hạt tạo thành có dạng hình trụ kéo dài với chiều cao > 100 nm, đường kính khoảng 40 – 50 nm Qua kết phân tích DTA/TGA, XRD SEM, thấy mẫu bột điều chế theo phương pháp cho kết tối ưu kích thước đồng hình thái hạt so với phương pháp Vì thế, gian đoạn chọn mẫu bột điều chế từ phương pháp để tiếp tục khảo sát thành phần hóa học, đặc trưng từ tính khả hấp phụ ion Cd2+ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO 2.3.4 Kết EDXS vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 Thành phần hóa học pha Y Sr 0.3 FeO xác định phổ tán sắc lượng tia X (EDXS) Kết hình 26 Hình 26 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO điều chế phương pháp Các số liệu thu từ phương pháp phổ tán sắc lượng tia X cho biết thành phần nguyên tố Y, Sr, Fe, O 33.26%, 13.52%, 28.85%, 24.37% Kết tương đối phù hợp với lý thuyết kết XRD vật liệu (sự sai lệch khoảng 5%) Hàm lượng phần trăm (%) nguyên tố tương ứng với tỷ lệ mol Y:Sr:Fe:O = 0.71:0.29:0.99:2.93 tương đối phù hợp với tỉ lệ hợp phức Y 0.7 Sr 0.3 FeO 2.3.5 Từ tính vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 Bảng Thơng số từ tính vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp1 Y 0.7 Sr 0.3 FeO Từ dư Độ từ hóa bão hịa Lực kháng từ Tích lượng từ cực đại M r (emu/g) M s (emu/g) H c (Oe) BH max (MGsOe) 0.33 0.92 2114.69 0.002 0.24 25.25 YFeO [1] Hình 27 Đường cong từ trễ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp Nghiên cứu đặc trưng từ tính mẫu bột Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo điều kiện tối ưu sau nung 7500C 1h (hình 26) ta thấy hợp kim hóa yttri stronti ảnh hưởng lên từ tính chúng: thứ độ nhiễm từ mẫu vật liệu hợp kim hóa Y 0.7 Sr 0.3 FeO lớn độ nhiễm từ YFeO tinh khiết; thứ hai lực kháng từ mẫu Y 0.7 Sr 0.3 FeO (H c = 2114.69 Oe) lớn nhiều so với lực kháng từ YFeO tinh khiết tổng hợp điều kiện, H c = 25.25 Oe YFeO Sự tăng độ từ hóa lực kháng từ mẫu ferrite pha tạp Y 0.7 Sr 0.3 FeO so với YFeO tinh khiết giải thích hợp kim hóa Sr vào mạng tinh thể YFeO làm tăng tương tác trao đổi ion Y3+ Sr2+ chí với Fe3+ dẫn đến định hướng lại spin (tức làm tăng tính dị hướng từ tinh thể) Sự định hướng lại spin làm tăng momen từ kết tăng độ từ hóa hạt lực kháng từ chúng Lực kháng từ độ từ hóa lớn bột nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp cho phép ứng dụng làm vật liệu để sản xuất nam châm vĩnh cữu cho động điện cực nhỏ dùng kỹ thuật tần số cao Một điểm quan trọng độ nhiễm từ bão hòa cao vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO cho phép ứng dụng để chế tạo thiết bị từ làm việc từ trường cao 2.3.6 Khả hấp phụ ion Cd2+ vật liệu Y0.7Sr0.3FeO3 2.3.6.1 Các điều kiện đo phổ hấp phụ nguyên tử phát xạ lửa Cd2+ - Cd : Nguyên tử lượng: 112.4000 Thế Ion hoá I: 6.12 eV - Chế độ đo phổ: F-AAS - Vạch phổ đo AAS: - Khe đo: 0.7 – 0.5 nm - Cường độ đèn HCL: 50 - 80% I max - Loại Burner: 10 cm - Chiều cao Burner: - mm - Khí lửa: (Khơng khí + C H ) với tỷ lệ 5.2/1.2 L/ph (V/V) - Độ nhạy LOD vạch Nol: 0.025 μg/mL (ppm) - Vùng tuyến tính: 0.1 – 2.5 μg/mL 2.3.6.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp hấp phụ nguyên tử Pha dung dịch ion kim loại nặng Cd2+ với nồng độ khác từ dung dịch chuẩn nồng độ 1000 ppm Tiến hành đo mật độ quang (A) dung dịch Dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ ion kim loại Kết thu thể bảng Bảng Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cd2+ Tên mẫu C(mg/l) A 0.05 0.0178 0.1 0.0336 0.2 0.0650 0.4 0.1173 0.8 0.2375 0.3086 Hình 28 Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+ Phương trình tuyến tính phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cd2+ y = 0.303x + 0.002 R2 =0.999 > 0.95 chấp nhận 2.3.6.3 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Y0.7Sr0.3FeO3 Cd2+ Để xác định thời gian đạt cân vật liệu, tiến hành lấy 50 ml dung dịch Cd2+ có nồng độ 30 ppm khuấy trộn liên tục với 0,03g Y 0.7 Sr 0.3 FeO máy khuấy từ khoảng thời gian khác ( = 15 phút), thu lấy dung dịch phân tích nồng độ Cd2+ cịn lại dung dịch Để phân tích nồng độ Cd2+ dùng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử lửa F-AAS Xác định nồng độ Cd2+ lại (C cb ) dung dịch Dung lượng hấp phụ q (mg/g) Y 0.7 Sr 0.3 FeO xác định theo công thức : Bảng Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd 2+ Thời Nồng độ Dung lượng gian lại (C cb ) hấp phụ (phút) (mg/l) (mg/g) 29.84 0.00 15 16.92 21.53 30 15.88 23.27 45 14.87 24.95 60 12.93 28.18 75 12.74 28.50 Hình 29 Ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ Cd 2+ Hình 30 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian Qua số liệu thực nghiệm cho thấy, thời gian khuấy (thời gian tiếp xúc vật liệu với ion kim loại) lâu, nồng độ ion kim loại lại dung dịch giảm đến khoảng thời gian khuấy định nồng độ ion lại dung dịch gần khơng đổi, ta nói hệ đạt cân hấp phụ Từ bảng số liệu (bảng 8) hình 28 29, ta thấy từ phút 60 trở dung lượng hấp phụ tăng chậm tương đối ổn định Chứng tỏ khoảng thời gian hấp phụ ion Cd2+ vật liệu nano Y 0.7 Sr 0.3 FeO đạt cân Ta thấy dung lượng hấp phụ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO ion Cd2+ khảo sát 28.18 mg/g đạt cân 60 phút lớn so với dung lượng hấp phụ cực đại vỏ lạc [4] 6.56mg/g CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 3.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu đề tài, rút kết luận sau đây: - Tổng hợp thành công vật liệu perovskite Y 0.7 Sr 0.3 FeO phương pháp (đồng kết tủa cation Fe3+, Sr2+ Y3+ nước đun sôi, nước lạnh nước nhiệt độ phòng) với tác nhân kết tủa dung dịch amoni cacbonat - Kết cho thấy vật liệu thu có kích thước trung bình < 100 nm, đồng kết tủa nước sơi cho kích thước hạt nhỏ hình thái hạt đồng so với phương pháp cịn lại - Q trình tổng hợp vật liệu phương pháp đề xuất đề tài tương đối đơn giản, tốn nhiều thời gian, điều kiện nhiệt độ nung thích hợp 750oC thời gian nung 1h - Khả hấp phụ ion Cd2+ vật liệu Y 0.7 Sr 0.3 FeO tổng hợp theo phương pháp có dung lượng hấp phụ cân 28.18 mg/g 60 phút - Từ số liệu đặc trưng từ tính vật liệu (M s , M r H c ) cho thấy vật liệu tổng hợp thuộc loại vật liệu từ cứng 3.2 Đề xuất Vì thời gian điều kiện hạn chế nên kết nghiên cứu liên quan đến đề tài chưa thể đầy đủ, có hội tiếp tục nghiên cứu em phát triển đề tài theo hướng sau: - Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion kim loại Cd2+ đến khả hấp phụ vật liệu để tính dung lượng hấp phụ cực đại - Nghiên cứu khả giải hấp phụ ion kim loại Cd2+ vật liệu để tái sử dụng - Tổng hợp vật liệu perovskite Y 1-x Sr x FeO với tỉ lệ hợp thức khác (x = 0.1; 0.2; 0.4 ) để khảo sát thay đổi từ tính vào lượng Sr pha tạp TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Triệu Ngọc (2011), Khảo sát điều kiện tổng hợp bột nano Perovskit YFeO , Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư Phạm TP HCM TS Phan Thị Hoàng Oanh (2012), Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa - Trường Đại học Sư Phạm TP HCM Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Thị Thu Giang, Hoàng Thị Phương, Đỗ Công Hoan (2010), Hấp phụ giải hấp số ion kim loại nặng dung dịch nước hydrogel poly (axit acrylic), Viện hóa học, viện khoa học công nghệ Việt Nam Nguyễn Thùy Dương, Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dị xử lý mơi trường, Luận án thạc sĩ Đại học Thái Nguyên – Trường đại học Sư phạm Phạm Văn Tường (1997), Vật liệu vô cơ, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội PGS TS Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt nano kim loại”, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội PGS TS Nguyễn Hoàng Hải, Ứng dụng hạt nano từ tính oxit sắt, Khoa Vật Lý – Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyen Anh Tien, O V Almjasheva, I Ya Mittova, O V Stognei and S A Soldatenko (2009), Synthesis and Magnetic Properties of YFeO Nanocrystals, Inorganic Materials 41, pp 1304–1308 Nguyen Anh Tien, I Ya Mittova, and O V Al’myasheva (2009), Influence of the Synthesis Conditions on the Particle Size and Morphology of Yttri Orthoferrite Obtained from Aqueous Solutions, Russian Journal of Applied Chemistry 82, pp 1915−1918 10 P Vaqueiro and M A Lo´pez-Quintela (1997), Influence of Complexing Agents and pH on Yttri-Iron Garnet Synthesized by the Sol-Gel Method, Chem Mater 9, pp.2836-2841 ... mặt chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ khơng lớn 1.4.1.2 Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học... mặt, xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ; cịn chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ Ngược với trình hấp phụ trình giải hấp phụ Đó q trình chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Hiện... Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 1.4.1.1 Hấp phụ vật lý Các