TỔNG hợp OXIT sắt

TỔNG HỢP OXIT SẮT(III) Fe2O3 CẤP HẠT NANO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL, THỬ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SVTT: Thái Thị Hạnh GVHD: ThS Phan Thị Minh Huyền Trường Đại học Vinh TÓM TẮT Bột nano oxit sắt(III) tổng hợp phương pháp sol-gel Cấu trúc oxit sắt nghiên cứu phương pháp hóa lý bao gồm: hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy bột oxit sắt thu có kích thước nano chủ yếu tồn dạng Fe 2O3 Với kích thước hạt oxit sắt cỡ nanomet sử dụng để tiến hành tách loại ion kim loại nặng nước uống nước sinh hoạt I.MỞ ĐẦU Với phát triển vũ bão khoa học công nghệ, hệ vật liệu nhà khoa học quan tâm, vật liệu có kích thước nanomet (1÷100 nm) với nhiều tính chất đặc biệt Dạng vật liệu mở lĩnh vực công nghệ khả ứng dụng Việc tổng hợp vật liệu nano vài năm trở lại ý Hiện phương pháp sol–gel phương pháp sử dụng thành công tổng hợp vật liệu nano có ưu điểm bật: cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, tính đồng lớn, nhiệt độ tổng hợp thấp, điều khiển thông số vật liệu thông qua điều khiển yếu tố phản ứng Oxit sắt với kích thước nanomet mở triển vọng việc ứng dụng vào công nghệ sinh học, lượng, điện tử… Đặc biệt công nghệ xử lý nước uống y học tìm tế bào ung thư Việc xử lý kim loại nặng nước uống hấp phụ hạt nano oxit sắt nhà khoa học quan tâm nhiều Vì chọn đề tài : “Tổng hợp oxit sắt(III) Fe2O3 cấp hạt nano phương pháp sol – gel, thử khả hấp phụ ion Pb2+ môi trường nước” II THỰC NGHIỆM Các loại hóa chất bao gồm: FeNO3.9H2O, HNO3 đặc, Rượu etylic, MgSO4.7H2O, EDTA, Nước cất, Amoniac đặc , Poly vinyl ancol, Axit sunfosalisilic, Eriocrom đen T (ET- OO) Tổng hợp vật liệu hạt nano sắt (III) oxit: Các mẫu Ni có tỉ lệ pha trộn hóa chất giống nhau, tổng hợp theo bước sau: Bước 1: Chuẩn bị dung dịch ban đầu: Từ dung dịch Fe(NO3)3 poli vinylancol pha chế, lấy thể tích xác, phù hợp với công thức mẫu vật liệu cần tổng hợp Tỉ lệ số mol kim loại Fe số mol poli vinylancol 1: Cho từ từ dung dịch NH đặc vào hỗn hợp dung dịch pH đạt 3.9 ÷ (dung dịch bắt đầu chuyển từ màu đỏ sang màu xanh rêu) Thêm nước cất lần đến thể tích phù hợp dung dịch Xi (sol) Bước 2: Hình thành già hóa gel: Các dung dịch Xi khuấy máy khuấy từ nhiệt độ 600C �900 C, khoảng thời gian từ 60 phút �180 phút đến thu gel sánh, có màu xanh rêu Các mẫu chuyển thành xerogel làm già gel nhiệt độ phòng thời gian 22h Bước 3: Tạo xerogel: Các mẫu gel sấy tủ sấy nhiệt độ 900C Trong thời gian từ 120 phút đến 240 phút thu xerogel Bước 4: Nung xerogel nhiệt độ cao tạo mẫu vật liệu: Các mẫu Ni nung nhiệt độ từ 4000C � 9000C 2h Các mẫu có tốc độ nâng nhiệt trung bình 10 0C/ phút làm nguội từ từ lị 2 Xác định hàm lượng chì nước trước sau hấp phụ hạt nano oxit sắt: a Chuẩn bị dung dịch mẫu:  Lấy mẫu: Lấy mẫu khu vực sau: Mẫu (M1): lấy nước sông lam vào 17h15 ngày 26/4/2011 điểm sau: hai bên bờ dịng sau trộn lẫn mẫu nước để lấy mẫu trung bình M1 Mẫu (M2): lấy nước ngầm khối 12 Bến Thủy vào 17h45 ngày 26/4/2011 Mẫu (M3): lấy nước hồ công viên Nguyễn Tất Thành vào 10h30 ngày 27/4/2011 điểm sau: hồ, đầu nguồn đưa nước vào cuối nguồn xả nước sau trộn lẫn mẫu để lấy mẫu trung bình M3 Các mẫu nước lấy bảo quản bình nhựa đậy kín tránh tiếp xúc với oxi khơng khí tạo kết tủa hợp chất bay hơi, ion kim loại ảnh hưởng suốt trình bảo quản xử lí mẫu  Bảo quản mẫu: Mẫu bảo quản sau ta lấy mẫu cách axit hóa mẫu phân tích dung dịch HNO3 đậm đặc đến pH < mục đích để hịa tan hợp chất khó tan mẫu dạng tan thuận tiện trình bảo quản mẫu  Xử lý mẫu: Do mẫu có chứa phần tử lơ lửng hợp chất hữu cần phải xử lý mẫu trước phân tích gồm: lọc mẫu, axit hóa HNO3 đến pH < 2, đem đo phép đo AAS Nếu mẫu chứa hợp chất khó tan kim loại cần phân tích ta cần phá mẫu trước lọc nhằm đảm bảo kết phân tích b Xác định chì nước: Hàm lượng chì nước trước hấp thụ vật liệu nano phân tích AAS cho kết bảng sau: Bảng 1: Nồng độ chì nước trước hấp phụ vật liệu Mẫu nước M1 M2 M3  CPb (ppb) 13,57 10,12 17,80 CPb (mg/l) 0,01357 0,01012 0,01780 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ ion Pb2+: Cân xác 0,1 gam hạt nano sắt (III) mẫu nung 500 0C cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml Hút 100 ml nước mẫu M cho vào cốc thủy tinh Đặt máy khuấy từ, khuấy nhẹ với tốc độ 100 vòng/ phút để yên thời gian khác Sau lọc lần giấy lọc Nước lọc phân tích phương pháp AAS Bảng 2: Khảo sát khoảng thời gian hấp phụ ion Pb Thời gian khuấy (phút) Thời gian để yên (phút) 20 40 80 90 40 80 160 180 2+ Nồng độ trước hấp phụ (mg/l) 0,0178 0,0178 0,0178 0,0178 Nồng độ sau hấp phụ (mg/l) 0,00422 0,00382 0,00281 0,00281 Hiệu suất (%) 76,29 78,54 84,21 84,21 Nhận xét: 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 80 phút nồng độ Pb2+ cịn lại dung dịch không đổi Chứng tỏ khoảng thời gian hấp phụ đạt cân Vì vậy, chúng tơi chọn khoảng thời gian để nghiên cứu thí nghiệm III KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu Bảng 3: Nhiệt độ nung mẫu vật liệu Mẫu Ni N1 N2 N3 N4 N5 N6 Nhiệt độ nung 4000C 5000C 6000C 7000C 8000C 9000C Phổ nhiễu xạ tia X mẫu Ni thu sau nung cho thấy: tăng nhiệt độ nung, đỉnh phổ pha tinh thể tăng dần cường độ Nguyên nhân tăng nhiệt độ, hạt có nhiều lượng để kết tinh hơn, độ tinh thể tốt Mẫu N1 nung 4000C mẫu N2 nung 5000C bắt đầu hình thành pha tinh thể hematite pha lẫn với tinh thể khác, Các mẫu nung nhiệt độ 6000C, 7000C cho pic sắc nét có cường độ lớn đặc trưng cho pha tinh thể hematite Điều chứng tỏ mẫu vật liệu thu có độ tinh khiết cao, khơng lẫn pha tinh thể khác Phổ nhiễu xạ tia X mẫu N1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu N2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu N3 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu N4 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM): Ảnh SEM mẫu nung 5000C Ảnh SEM mẫu nung 7000C Hình ảnh SEM nung 5000C 7000C cho thấy hình ảnh bề mặt chúng Mẫu nung 5000C cho thấy cấu trúc hạt đồng đều, kích thước hạt nhỏ, độ kết dính lớn Mẫu nung 700 0C, cấu trúc hạt đồng kích thước hạt lớn độ kết dính 3.3.Xác định hàm lượng chì nước sau hấp phụ mẫu vật liệu oxit săt Fe2O3 Bảng Kết xác định hàm lượng chì cịn lại sau hấp phụ 0,1gam Fe2O3 mẫu M3 Mẫu hấp phụ V(ml) Fe2O3 Nung 4000C 100 Fe2O3 Nung 5000C 100 Fe2O3 Nung 6000C CPb (mg/l) trước hấp phụ 0,0178 CPb (mg/l) sau hấp phụ Hiệu suất (%) 0,00296 83,37 0,0178 0,00281 84,21 100 0,0178 0,00156 91,23 Fe2O3 Nung 7000C 100 0,0178 0,00125 92,96 Fe2O3 Nung 8000C 100 0,0178 0,00125 92,96 Từ kết phân tích, ta nhận thấy mẫu vật liệu nung 400 0C, 5000C hình thành tinh thể khả hấp phụ Còn vật liệu oxit sắt nung nhiệt độ khác (600 0C ,7000C , 8000C) hiệu suất hấp phụ chì cao giảm hàm lượng chì nước xuống tới mức cho phép đạt tiêu chuẩn Việt Nam chất lượng nước sinh hoạt nước sinh ăn uống (giới hạn cho tối đa cho phép chì nước ăn uống 0,01 mg/l) Bảng 7: Kết xác định hàm lượng chì cịn lại sau hấp phụ 0,1 gam mẫu vật liệu nung 7000C Mẫu nước M1 M2 M3 CPb trước hấp phụ (mg/l) 0,01357 0,01012 0,0178 CPb sau hấp phụ (mg/l) 0,00126 0,00082 0,00125 Hiệu suất (%) 90,71 91,90 92,96 KẾT LUẬN Từ trình thực nghiệm tổng hợp thành công oxit sắt Fe2O3 cấp hạt nano phương pháp sol – gel phòng thí nghiệm Các thơng số cấu trúc tinh thể, kích thước hạt xác định qua phép đo X – Ray, SEM Qua kết luận nhiệt độ nung có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc kích thước hạt tinh thể, kết khối phát triển hạt tăng nhiệt độ nung mẫu Bề mặt vật liệu điều chế mẫu vật liệu hematite có kích cỡ hạt nằm khoảng 14,75 ÷ 36,11 nm Chúng tơi sử dụng mẫu vật liệu điều chế để tiến hành tách loại ion kim loại Pb2+ môi trường nước Với mẫu vật liệu nung 7000C có khả hấp phụ lớn, đạt hiệu suất cao tách loại chì mơi trường nước đạt tiêu chuẩn Việt Nam chất lượng nước sinh hoạt nước ăn uống năm 2009 Từ kết phân tích chúng tơi thấy, nghiên cứu theo hướng áp dụng quy trình vào thực tế để tách loại kim loại nặng nước sinh hoạt nước ăn uống TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Tuấn Anh, “Tổng hợp coban ferit cấp hạt nano phương pháp đồng kết tủa nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ chúng”, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Đại học Vinh – 2007 Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi, sở lý thuyết hóa học phân tích, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Hồng Tinh Dung (2002), hóa học phân tích, phần III, Nhà xuất GD, hà Nội Lưu Minh Đại, Nguyễn Xuân Dũng, “Nghiên cứu tổng hợp peroskite LaMn0,5Cu0,5O3 có kích thước nanomet phương pháp bốc cháy gel poli vinyl ancol muối nitrat nhiệt độ thấp”, tạp chí hóa học, T(44) (3), Tr 350 – 355, 2007 Lưu Minh Đại, Nguyễn Gia Hưng, Nguyễn Thị Tố Loan, Đào Ngọc Nhiệm “Tổng hợp nhiệt độ thấp oxit đất Nd 2O3 Eu2O3 sử dụng poli vinyl ancol làm chất polime”, Tạp chí hóa học, T(44) (4), Tr 471 – 474, 2006 Phan Thị Minh Huyền, “Tổng hợp perovskite La1-xCaxMnO3 cấp hạt nano phương pháp sol – gel, nghiên cứu cấu trúc tính chất từ ”, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Đại học vinh – 2006 Đing Quang Khiếu, Phạm thị Oanh, Trần Quang Việt, Trần Thái Hà, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; Nguyễn Đức Cường, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; Phạm Tứ Quý, Đại học Tây Nguyên, “Nghiên cứu tổng hợp nano oxit sắt phương pháp thủy nhiệt”,Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 50, 2009 Hồng Nhâm, hóa học vơ cơ, tập 2, tập 3, Nhà xuất GD Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thường, “Nghiên cứu khả tách loại ion Pb2+ nước nano sắt kim loại”, viện địa chất, viện Khoa học Công nghệ Việt nam 10 Hồ Viết Q, sở hóa học phân tích đại, tập 2: phương pháp phân tích Lý – Hóa , Nhà xuất Đại học Sư phạm 11 Hồ Viết Quý, phương pháp phân tích đại ứng dụng hóa học, nhà xuất Hà Nội 12 Lê Mậu Quyền, sở lý thuyết hóa học phần tập, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 13 Phạm Thị Thủy, Nghiên cứu khả tách loại chì nước theo phương pháp hấp phụ than hoạt tính, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Vinh – 2007 14 GS – TS Phan Văn Tường, hóa học vật liệu, Nhà xuất Đại học Quốc Gia – Trường Đại học khoa học tự nhiên 15 Phan Văn Tường (1998), vật liệu vô cơ, Nhà xuất Đại học KHTN – Đại học Quốc gia Hà Nội 16 Phan Văn Tường (2004), phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, Nhà xuất Đại học KHTN – Đại học Quốc gia Hà Nội ... ancol, Axit sunfosalisilic, Eriocrom đen T (ET- OO) Tổng hợp vật liệu hạt nano sắt (III) oxit: Các mẫu Ni có tỉ lệ pha trộn hóa chất giống nhau, tổng hợp theo bước sau: Bước 1: Chuẩn bị dung dịch ban... Đào Ngọc Nhiệm ? ?Tổng hợp nhiệt độ thấp oxit đất Nd 2O3 Eu2O3 sử dụng poli vinyl ancol làm chất polime”, Tạp chí hóa học, T(44) (4), Tr 471 – 474, 2006 Phan Thị Minh Huyền, ? ?Tổng hợp perovskite... pha chế, lấy thể tích xác, phù hợp với công thức mẫu vật liệu cần tổng hợp Tỉ lệ số mol kim loại Fe số mol poli vinylancol 1: Cho từ từ dung dịch NH đặc vào hỗn hợp dung dịch pH đạt 3.9 ÷ (dung