- Bình định mức các loại Cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh.
CHƯƠN G3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ các muối vô cơ.
Sau khi kết tủa riêng rẽ Ni(OH)2 từ dung dịch Ni(NO3)2 bằng dung dịch NH3 và NaOH chúng tôi nhận thấy pH tối thiểu để kết tủa hoàn toàn Ni(OH)2
là 8,5 do đó để đồng kết tủa Ni2+ và Fe3+ chúng tôi chọn pH cuối của quá trình đồng kết tủa ít nhất là 9. Về mặt lí thuyết, khi pH của quá trình kết tủa càng tăng thì tốc độ phản ứng tăng, do đó sản phẩm thu được sẽ có kích thước hạt tinh thể nhỏ nhưng chúng ta không thể tiến hành ở pH quá lớn được vì pH càng cao thì nồng độ ion Na+ còn lại trong dung dịch sau khi đồng kết tủa sẽ lớn gây khó khăn trong việc làm sạch sản phẩm và sẽ có ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu điều chế được. Vì vậy chúng tôi chọn pH của dung dịch sau khi thuỷ phân nằm trong khoảng 9 - 9,3.
Quá trình thực nghiệm được tiến hành như đã nêu ở mục 2.2.
Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chúng tôi chọn điều kiện phản ứng sau:
- Nhiệt độ của dung dịch khi đồng kết tủa là 60oC - Thời gian phản ứng 45 phút.
- Tỉ lệ rượu etylic là 10% so với tổng thể tích toàn dung dịch.
- Điều kiện tách và rửa kết tủa: Kết tủa được tách bằng li tâm và rửa bằng nước cất 2 lần đến pH nước lọc cuối bằng 7.
- Điều kiện sấy: 24h ở nhiệt độ 60oC trong tủ sấy chân không.
- Điều kiện nung: Tốc độ nâng nhiệt 10oC /phút , duy trì ở 700oC trong thời gian 2h, sau đó ngắt lò và để mẫu nguội cùng lò.
- pH của dung dịch sau khi thuỷ phân nằm trong khoảng 9 - 9,3. Nồng độ của Ni(NO3)2 thay đổi như bảng 3.1:
Bảng 3.1. Nồng độ của các mẫu Mi
Mẫu Mi M1 M2 M3 M4 M5
Nồng độ Ni2+ .10-3 1.25 2.5 3.75 5 6.25
Sau khi sấy khô kết tủa trong tủ sấy chân không, đem nghiền mịn và lấy mẫu phân tích nhiệt. Kết quả phân tích nhiệt được đưa ra trên hình 3.1.
Furnace temperature /°C 0 100 200 300 400 500 600 700 TG/% -20 -10 0 10 20 dTG/% /min -12 -9 -6 -3 0 HeatFlow/µV -60 -40 -20 0 20 Mass variation : -26.007 % Peak :117.6324 °C Peak :221.8235 °C Peak :297.3558 °C Figure: 04/10/2007 Mass (mg):37.04
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air
Experiment:Hang M2 21-3
Procedure:30 ----> 800C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Exo
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt
Từ giản đồ phân tích nhiệt chúng tôi thấy có 3 hiệu ứng mất khối lượng ở 117.6oC , 221.8oC và 297.3oC . Khối lượng tổng cộng hao hụt trên giản đồ phân tích nhiệt là 26.007%. Nếu giả thiết kết tủa thu được sau khi sấy khô có công thức NiFe2O4 .4H2O thì sau khi nung lên nhiệt độ cao sẽ mất đi 4 phân tử nước, tương đương 23,5% khối lượng ban đầu. Dựa vào đường DTG chúng tôi suy đoán ở 117.6oC có một hiệu ứng mất khối lượng khá lớn kèm theo hiệu ứng thu nhiệt mạnh trên đường DTA, nên có thể tương ứng với sự mất 2 phân tử nước, còn ở 221.8oC và ở 297.3oC có 2 hiệu ứng mất khối lượng bé hơn, kèm theo hiệu ứng thu nhiệt nhỏ trên đường DTA, nên có thể tương ứng với sự mất 1 phân tử nước ở mỗi pic trên giản đồ. Việc tổng khối lượng bị hao hụt trong quá trình nâng nhiệt lớn hơn 2.5% so với tính toán có thể là do mất nước ẩm của mẫu phân tích .Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt chúng ta có thể dự đoán rằng pha spinen có thể được hình thành ở nhiệt độ trên 500oC.
Các mẫu Mi sau khi đem nung ở nhiệt độ 700oC trong 2h, để mẫu nguội cùng lò, sau đó đem các sản phẩm bột chụp X – RAY chúng tôi thấy mẫu M2 là mẫu tốt nhất ứng với các tiêu chí đã đề ra. Mẫu M2 có kích thước hạt bé nhất và có cấu trúc đơn pha spinen. Kết quả chụp phân tích pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X của mẫu M2 thu được khi nồng độ của Ni(NO3)2 2.5.10-3
M và Fe(NO3)3 5.10-3 M được đưa ra ở hình dưới 3.2 :
Mau 14M2
00-044-1485 (D) - Trevorite, syn - NiFe2O4 - Y: 90.49 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.33930 - b 8.33930 - c 8.33930 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - 8 -
1)
File: Hang mau 10M2.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.7 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Creation: 5/14/2007 7:59:41 AM
Left Angle: 34.070 ° - Right Angle: 37.190 ° - Left Int.: 1.43 Cps - Right Int.: 1.43 Cps - Obs. Max: 35.760 ° - d (Obs. Max): 2.509 - Max Int.: 212 Cps - Net Height: 211 Cps - FWHM: 0.561 ° - Chord Mid.: 3
L in ( C o u n ts ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d = 1 .4 7 2 d = 1 .6 0 5 d = 1 .7 0 2 d = 2 .0 8 4 d = 2 .5 0 5 d = 2 .9 4 3
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu M2
Nhìn vào giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M2 chúng ta thấy mẫu niken ferit có cấu trúc đơn pha spinen, kích thước hạt nhỏ (14,71nm)
Hình 3.3 đưa ra giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Mi được tổng hợp ở các nồng độ khác nhau của Ni(NO3)2 và Fe(NO3)3
.
Nhìn vào phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Mi chúng tôi thấy rằng các mẫu Mi có cùng dạng cấu trúc spinen không bị lẫn các pha khác, không xuất hiện các pic đặc trưng của sắt oxit và niken oxit. Như vậy cấu trúc của sản phẩm là spinen thuần nhất.
Bảng 3.2 : Các pic đặc trưng và kích thước hạt của các mẫu Mi
Mẫu Mi M1 M2 M3 M4 M5 FWHM 0.555 0.561 0.532 0.500 0.493 2θ(độ) 35.727 35.760 35.752 35.743 35.740 Kích thước hạt (nm) 14.86 14.71 15.51 16.51 16.74 D311(A0) 2.507 2.505 2.510 2.510 2.504 a(A0) 8.314 8.308 8.324 8.324 8.304
Từ bảng 3.2 trên chúng tôi nhận thấy tất cả các mẫu đều có hằng số mạng gần với hằng số mạng của mẫu niken ferit chuẩn
Từ bảng số liệu trên chúng tôi lập đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc giữa kích thước hạt trung bình vào nồng độ như sau:
Hình 3.4. Kích thước hạt phụ thuộc vào nồng độ
Nhìn vào đồ thị hình 3.4 chúng ta thấy rằng khi nồng độ các chất đầu tăng lên thì kích thước hạt trung bình của sản phẩm có giảm xuống sau đó tăng lên, có giá trị cực tiểu ở nồng độ Ni(NO3)2 là 2.5.10-3 M và nồng độ của Fe(NO3)3 là 5.10-3 M . Điều này có thể giải thích được như sau: Khi nồng độ của chất đầu tăng lên, số mầm kết tủa cũng tăng theo nên kích thước hạt có hơi giảm. Tuy nhiên khi nồng độ Ni2+ đạt 2.5.10-3M thì với sự tăng nồng độ chất đầu, tốc độ phát triển mầm tăng làm cho kích thước hạt kết tủa cũng tăng lên. Vì vậy nồng độ chất đầu ứng với Ni2+ bằng 2.5.10-3M và Fe3+ bằng 5.10-3
M là thích hợp. Chụp ảnh SEM mẫu M2 cho ta kết quả như hình 3.5
Dựa nào ảnh SEM ta thấy rằng hạt niken ferit điều chế được có kích thước vào khoảng 12 – 15 nm, khá đồng đều. Kết quả ghi vòng từ trễ của mẫu M2
được đưa ra ở hình 3.6
Từ kết quả đo vòng từ trễ chúng tôi nhận thấy rằng vật liệu điều chế được là vật liệu từ mềm có độ bão hoà từ tương đối cao và lực kháng từ nhỏ ( Mr = 28 emu/g, Hc = 105.9 Oe).
Kết luận: Từ các kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi thấy rằng nồng độ của
Ni(NO3)2 và Fe(NO3)3 khi điều chế niken ferit theo phương pháp đồng kết tủa
tương ứng là: 2.5.10-3 M và 5.10-3M.