Ngoài ảnh hưởng của nhiệt độ và loại anion, ảnh hưởng của giá trị pH cùng với tác nhân kiềm cũng cần được xem xét vì sự hình thành pha akaganeite phụ thuộc nhiều vào tốc độ thủy phân của ion [Fe(H2O)6]3+. Hình 3.6 là giản đồ XRD của các mẫu hình thành ở các giá trị pH khác nhau với các tác nhân kiềm khác nhau là các dung dịch NaOH, NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3.
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu với các tác nhân kiềm và giá trị pH khác nhau
Ở pH 3,0 với các tác nhân kiềm NH3, (NH4)2CO3, NaHCO3, giản đồ XRD của các mẫu đều xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễu xạ ở các vị trí 2θ: 11,9; 26,9; 35,0; 39,2; 46,4; 55,9... có cường độ mạnh, đặc trưng cho pha akaganeite -FeOOH (JCPDS 34-
(NH4)2CO3 pH 3,0 NaHCO3 pH 3,0 NaHCO3 pH 5,0 (NH4)2CO3 pH 5,0 NaOH pH 5,0 (NH4)2CO3 pH 7,0 NaHCO3 pH 7,0 NaOH pH 7,0 NH3 pH 3,0 NH3 pH 5,0 NH3 pH 7,0 NaOH pH 3,0
53
1266). Ngoài các vạch này, không tồn tại các vạch nhiễu xạ của các pha khác, chứng tỏ sản phẩm là akaganeite đơn pha. Riêng mẫu với tác nhân kiềm là NaOH, giản đồ XRD có đồng thời các vạch nhiễu xạ đặc trưng của hematite Fe2O3 (JCPDS 33-0664) ở các vị trí 2θ: 33,2; 35,7; 54,2… và các vạch đặc trưng cho maghemite Fe2O3 (JCPDS 39-1346) tại các vị trí 2θ: 35,7; 57,3; 63,8… với cường độ yếu. Ngoài ra, còn xuất hiện các vạch nhiễu xạ của NaCl (JCPDS 5-0628) ở các vị trí 2θ: 31,8; 45,5… với cường độ mạnh.
Trong các mẫu ở pH 5,0 với tác nhân kiềm là NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3, đều xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho akaganeite. Tuy nhiên, các vạch này có cường độ thấp và rộng hơn. Điều này cho thấy, mức độ kết tinh của tinh thể akaganeite ở pH 5,0 kém hơn ở pH 3,0. Với việc kiềm hóa bằng NaOH ở giá trị pH này, không thấy có pha akaganeite mà chỉ có các vạch đặc trưng cho pha hematite Fe2O3 và NaCl.
Khi pH của các dung dịch phản ứng được nâng lên 7,0, các mẫu có tác nhân kiềm là NH3 và (NH4)2CO3 vẫn xuất hiện các vạch đặc trưng của pha akaganeite. Tuy vậy, các vạch của các mẫu này có cường độ thấp và rộng hơn các mẫu ở pH 3,0 và 5,0. Đối với mẫu được kiềm hóa bằng NaHCO3, ngoài việc xuất hiện các vạch đặc trưng cho akaganeite có cường độ thấp, còn có các vạch đặc trưng cho pha hematite với cường độ trung bình. Riêng với mẫu được kiềm hóa bằng NaOH, chỉ thấy xuất hiện các vạch đặc trưng cho hai pha là hematite và NaCl.
Như vậy, các tác nhân kiềm NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3 đều thuận lợi cho việc hình thành akaganeite ở các giá trị pH khác nhau. Riêng NaOH không thuận lợi cho việc hình thành akaganeite. Điều này có thể được giải thích là do các dung dịch NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3 đều là các dung dịch đệm, khi phản ứng với dung dịch muối sắt, chúng sẽ làm cho tốc độ thay đổi giá trị pH chậm, dẫn đến sự hình thành akaganeite được thuận lợi. Trong khi đó, NaOH không phải là dung dịch đệm nên khi phản ứng giá trị pH sẽ thay đổi nhanh thuận lợi cho sự hình thành của pha hematite.
Để khảo sát ảnh hưởng của tác nhân kiềm đến hình dạng và kích thước của các hạt akaganeite, các mẫu hình thành bởi các tác nhân kiềm NH3, (NH4)2CO3 và
54
NaHCO3 ở pH 3,0 được phân tích bằng phương pháp SEM. Kết quả được trình bày trên Hình 3.7.
NH3 (NH4)2CO3 NaHCO3
Hình 3.7. Ảnh SEM của các mẫu có tác nhân kiềm khác nhau ở pH 3,0
Ở mẫu với tác nhân kiềm NH3, các tinh thể akaganeite có dạng hình thoi với chiều dài nằm trong khoảng từ 150 đến 250 nm và chiều rộng biến đổi từ 50 đến 75 nm, biên giữa các hạt rõ nét.
Đối với mẫu có tác nhân kiềm (NH4)2CO3, các tinh thể vẫn có dạng hạt hình thoi, biên rõ nét nhưng kích thước không đồng đều, độ dài biến đổi trong khoảng 100- 300 nm, chiều rộng từ 50 đến 90 nm.
Các tinh thể akaganeite hình thành trong môi trường NaHCO3 cũng có hình dạng như hai mẫu trên. Chúng có kích thước tương đối đồng đều với chiều dài từ 200 đến 300 nm và chiều rộng từ 50 đến 75 nm.
Như vậy, tinh thể akaganeite hình thành từ NH3 và NaHCO3 có kích thước đồng đều hơn so với tinh thể hình thành từ (NH4)2CO3.