Hạt nano Fe3O4 được chế tạo bằng phương phỏp đồng kết tủa theo cỏch tiến hành thực nghiệm của của Massart [131] với húa chất và thiết bị như sau:
FeCl2.4H2O FeCl3.6H2O NH4OH HCl Khớ N2 Nước cất và nước khử ion Mỏy khuấy từ
Mỏy rung siờu õm
Mỏy ly tõm
Bếp khuấy từ Mụ hỡnh bố trớ thớ nghiệm:
Hỡnh 2.5. Mụ hỡnh phản ứng tổng hợp Fe3O4 theo phương phỏp đồng kết tủa.
Cú thể mụ tả quỏ trỡnh chế tạo hạt Fe3O4 theo hai bước như sau:
Bước 1. Phản ứng tạo kết tủa: Cỏc muối FeCl3.6H2O và FeCl2.4H2O được hũa tan trong dung dịch HCl 2M. Sau đú hỗn hợp dung dịch Fe2+ và Fe3+ được khuấy đều trong một bỡnh cầu 2 cổ sao cho tỷ lệ ion Fe2+/Fe3+ : ẵ. Tiến hành phản ứng tạo hạt bằng cỏch nhỏ giọt từ từ dung dịch NH4OH xuống hỗn hợp hai muối trong mụi trường cú khớ N2, dung dịch chuyển từ màu nõu đỏ dần sang màu đen cho tới khi pH = 10 ta thu được sản phẩm kết tủa đen là hạt nano Fe3O4. Tốc độ khuấy từ và nhiệt độ phản ứng được giữ cố định trong suốt quỏ trỡnh phản ứng theo phương trỡnh sau:
2FeCl3 + FeCl2 + 8NH4OH t0
Fe3O4 + 4H2O (2. 5) Ở đõy Fe2+ dễ dàng bị ụxi hoỏ vỡ vậy mà sản phẩm tạo ra cú thể làm lệch tỷ lệ mong muốn giữa Fe2+ và Fe3+. Do đú thớ nghiệm phải được tiến hành
Chỳ thớch:
1- Khớ N2.
2- Dung dịch NH3
3- Bỡnh cầu chứa 50ml dung
dịch đầu.
4- Mỏy khuấy từ.
trong mụi trường khớ bảo vệ để trỏnh sản phẩm phụ ảnh hưởng tới độ tinh khiết của sản phẩm. Một số những phản ứng phụ và sản phẩm của chỳng:
Fe3O4 + 0,25O2 + 4,5H2O 3Fe(OH)3 (2. 6) Fe3O4 + 0,5O2 3Fe2O3 (2. 7) Bản chất của phương phỏp là tạo ra những oxit phức hợp thụng qua cỏc dạng kết tủa trung gian. Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tớch số tan, khả năng tạo phức giữa ion kim loại và ion tạo kết tủa, lực ion và độ pH của dung dịch... Tớnh đồng nhất húa học của ụxớt phức hợp tựy thuộc vào tớnh đồng nhất của kết tủa từ dung dịch.
Bước 2. Lọc rửa và thu hồi: Dựng nam chõm đất hiếm lắng cỏc hạt Fe3O4 xuống dưới đỏy, và rửa bằng nước cất 5-7 lần sao cho pH = 7. Sau đú tiếp tục rửa bằng axeton 2 đến 3 lần. Hạt Fe3O4 thu được đem sấy trong tủ sấy chõn khụng ở 400C. Quy trỡnh tổng hợp tổng hợp hạt nano Fe3O4 được trỡnh bày ngắn gọn trong hỡnh 2.6.
Hỡnh 2.6. Quy trỡnh tổng hợp hạt nano Fe3O4.
Dựa vào cỏc yờu cầu của phương phỏp đồng kết tủa, trong phạm vi luận ỏn này chỳng tụi tiến hành khảo sỏt một số điều kiện cụng nghệ ảnh hưởng đến quỏ trỡnh hỡnh thành pha và kớch thước hạt nano Fe3O4 như: nhiệt độ phản ứng, nồng độ chất tham gian phản ứng, tốc độ khuấy từ. Cỏc mẫu chế tạo
được ký hiệu từ T1 đến T5 với hệ thứ nhất và M1 đến M6 với hệ mẫu thứ 2. Mẫu và cỏc điều kiện phản ứng được đưa ra trong bảng 2.2 và bảng 2.3.
Bảng 2. 2.Cỏc mẫu chế tạo với sự thay đổi của nhiệt độ phản ứng.
Bảng 2. 3. Cỏc mẫu chế tạo mẫu ở nhiệt độ phũng với sự thay đổi của nồng độ
muối tham gia phản ứng, tốc độ khuấy từ.
Tờn mẫu Nồng độ dd FeCl2, FeCl3 Nồng độ dung dịch NH4OH T/độ quay của
mỏy khuấy từ
(vũng/phỳt) Nhiệt độ (oC) M1 0,02 M:0,01 M 1,5M 1300 Nhiệt độ phũng M2 0,02 M:0,01 M 1,5M 950 Nhiệt độ phũng M3 0,02 M:0,01 M 1,5M 350 Nhiệt độ phũng M4 0,2M:0,1 M 1,5M 350 Nhiệt độ phũng M5 2 M:1 M 1,5M 350 Nhiệt độ phũng