Tương tự như với vật liệu Fe3O4, các phương pháp tổng hợp Fe3O4 – GO cũng thường được sử dụng như: đồng kết tủa, thủy nhiệt, lắng đọng điện hóa… trong đó GO là một tiền chất trong quá trình phản ứng [14, 21, 24, 25, 32, 43,…].
25
Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng nhiều để tổng hợp Fe3O4 – GOvới những ưu điểm như tổng hợp hạt Fe3O4 đã trình bày ở mục 1.1.3. Có hai cách thức đồng kết tủa để tạo Fe3O4– GO: Cách thứ nhất sử dụng Fe3O4 đã được chế tạo sẵn và GO là chất ban đầu [24, 48]. Cách thứ hai sử dụng các muối sắt (FeCl3, FeCl2) vàGO là chất ban đầu [21, 32, 35, 44, 49]. Cả hai cách trên đều có chung một quy trình tổng hợp đó là các chất ban đầu được phân tán vào nhau với các điều kiện khác nhau được thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3.Một số kết quả tổng hợp Fe3O4 – GO bằng phương pháp đồng kết tủa.
Thành phần chính Điều kiện chế tạo
Đường kính hạt (nm) Hc (Oe) Ms
(emu/g) Tài liệu
FeCl3.6H2O, FeCl2.4H2O, GO NaOH, N2, pH = 12 2 ÷ 4 4,62 4,62 [46] FeCl3, FeCl2, GO NH3,N2H4, pH = 10 11 12 22,3 [44] 12 19,6 59,0
FeCl3, GO NaOH, Diethylene glycol (DEG) 5,2 0,7 [24] 5,4 5,7 6,2 30,7 6,3 44,1 6,3 42,8 1,2 0,5 5,9 25 6,3 41 FeCl3, FeCl2, GO NH4NO3, pH = 10 30 [49] Fe3O4, GO 18,4 65 [22] Fe3O4, GO pH = 10 300 ÷ 37,8 [32]
26
400
Fe2+, Fe3+, GO pH = 10 20 [18]
Fe3O4, GO 20 [35]
Với cách thứ nhất có thể kiểm soát được kích thước hạt Fe3O4 trước khi đồng kết tủa với GO, cách này thường được sử dụng để nghiên cứu sự liên kết thông qua nhóm chức của GO và Fe3O4 [35] hoặc ứng dụng trong xử lý các chất màu và kim loại nặng như Reactive Black 5 (RB5) [22]. Với cách thứ hai kích thước hạt Fe3O4
khó được kiểm soát, cách này thường được dùng để nghiên cứu các tính chất của Fe3O4 – GO và khả năng xử lý Asen (III), Asen (V) [44],Cr (VI) [32], xử lý màu Methylene Blue (MB) và Conge Red (CR) [18, 49].
Phương pháp đồng kết tủa với các hóa chất thông dụng và quy trình chế tạo đơn giản đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm.
b. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là phương pháp sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao để tổng hợp vật liệu. Hỗn hợp dung dịch được chuẩn bị giống như phương pháp đồng kết tủa. Hỗn hợp sau đó được thủy nhiệt trong bình thủy nhiệt (bình Teflon). Sự tăng trưởng tinh thể được thực hiện trong bình. Nhiệt độ được duy trì ở hai đầu đối diện của bình, đầu nóng hòa tan các chất trong dung dịch và đầu lạnh hơn phát triển quá trình tạo hạt [13]. Thủy nhiệt Fe3O4 –GO cũng được chia thành hai loại phụ thuộc vào thành phần dung dịch: loại thứ nhất là Hydrothermal, loại thứ hai là Solvothermal. Hai loại này khác nhau trong thành phần dung môi để phân tán các chất tham gia phản ứng. Hydrothermal sử dụng dung môi là nước, Solvothermal sử dụng dung môi hữu cơ như ethylene glycol (EG), diethylenen glycol (DEG).
Bảng 1.4. Một số kết quả tổng hợp Fe3O4 – GO bằng phương pháp thủy nhiệt
27 chế tạo (nm) Fe3O4 –GO (3:1) 160oC, 4h 20 Làm điện cực trong pin LI [16] Fe3O4 –GO (3:2) 15
Fe3O4 - RGO 180oC, 8h >100 Loại bỏ Cr(VI) [30]
Hình 1.15. Ảnh TEM của mẫu Fe3O4– RGO[30]
Hiện nay, để tăng cường động học phản ứng hoặc tạo ra các vật liệu mới phương pháp thủy nhiệt được kết hợp với các phương pháp khác như: thủy nhiệt với bước sóng ngắn (microwave – hydrothermalprocessing), điện hóa(hydrothermal – electrochemical – synthesis), siêu âm (hydrothermal – sonochemical synthesis), hóa cơ học (mechano – chemical – hydrothermal synthesis), bức xạ quang học (hydrothermal – photochemical – synthesis), và ép nóng (hydrothermal hot pressing). Với các phương pháp này ta có thể tạo ra vật liệu có kích thước và hình dạng như mong muốn [13].
c. Một số phương pháp khác
Ngoài hai phương pháp đồng kết tủa và thủy nhiệt được trình bày như trên, tổng hợp Fe3O4 – GO còn được thực hiện bởi một số phương pháp khác như: phương pháp lắng đọng điện hóa, xử lý nhiệt, sol – gel …
28
Bằng phương pháp xử lý nhiệt sắt (III) acetyl – acetonate (Fe(acac)3), Jianfeng Shen và cộng sự đã tạo ra vật liệu Fe3O4 – GO, được ứng dụng như là một tác nhân tương phản cộng hưởng từ [26].
Sasmita Mohapatra bằng phương pháp sol - gel đã tạo ra vật liệu GO - Fe3O4-
- TiO2 có tính chất quang cao dưới ánh sáng mặt trời ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải để kiểm soát ô nhiễm nước [40].