Tính chất từ của các hạt nano Fe3O4, Bentonit/Fe3O4 (1:5),
Bentonit/Fe3O4 (1:2), Bentonit/Fe3O4 (2:1) trong vùng từ trường ngồi từ -11 kOe đến 11 kOe thể hiện trên Hình 3.5.
Hình 3.6. Đường cong từ trễ của vật liệu Fe3O4, Bentonit/Fe3O4 (1:5), Bentonit/Fe3O4 (1:2), Bentonit/Fe3O4 (2:1)
Kết quả cho thấy, các mẫu đều gần đạt tới trạng thái bão hịa, giá trị từ hĩa bão hịa Ms tại 300K của các mẫu lần lượt là 51,39 emu/g; 36,77 emu/g; 23,27 emu/g và 15,37 emu/g (Hình 3.5). Khi tăng tỉ lệ Fe3O4 trong hỗn hợp Bentonit/Fe3O4 thì từ độ bão hịa ngày càng tăng, điều này phù hợp với lí thuyết. Tuy nhiên, với kích thước hạt đồng đều và cĩ giá trị từ độ bão hịa cao, Bentonit/Fe3O4 (2:1) tương ứng với BFC chế tạo được cĩ tính chất đáp ứng cho mục tiêu thu hồi dùng từ trường ngồi trong ứng dụng trong hấp phụ mặc dù từ độ bão hịa khơng quá cao.
Từ các kết quả trên cĩ thể cho rằng các phân tử Fe3O4 đã tương tác với bentonit hình thành vật liệu tổ hợp BFC cĩ diện tích bề mặt riêng tăng lên dẫn đến tăng khả năng hấp phụ các ion kim loại, các chất hữu cơ, các chất màu, v.v, mặt khác nhờ các hạt Fe3O4 này lại rất dễ dàng thu hồi tái sử dụng lại sau quá trình hấp phụ nhờ từ trường ngồi. -10000 -5000 0 5000 10000 -60 -40 -20 0 20 40 60 M ( e m u /g ) B (Oe) Fe3O4 Bentonite/Fe 3O 4 (1:5) Bentonite/Fe 3O 4 (1:2) Bentonite/Fe 3O 4 (2:1)
Cơ chế phản ứng sự hình thành BFC cĩ thể được đề xuất trong Hình 3.6.
Hình 3.7. Mơ hình mơ tả cơ chế hình thành vật liệu BFC
Dựa vào các kết quả khảo sát đặc điểm và cấu trúc của vật liệu. Chúng tơi đưa ra giải thích về cơ chế hình thành vật liệu Bentonit/Fe3O4 (BFC) được chế tạo bằng phương pháp hoạt hĩa siêu âm như sau:
(i) Bentonit tự nhiên ban đầu là một khống sét cĩ thành phần chủ yếu là montmorillonite, tập hợp các ơ mạng cơ sở dạng tấm cĩ cấu trúc tinh thể 2:1;
dạng các lớp song song với nhau, được liên kết với nhau và chứa các phân tử nước xem kẽ giữa các lớp. Ngồi ra, giữa các lớp bentonit được xen kẽ bởi các cation trao đổi hydrat hĩa như Na+, Ca2+, v.v. Khi tồn tại trong nước, nĩ bị trương nở làm giảm lực liên kết giữa các lớp. Thêm vào đĩ, khi bentonit được trộn đều với dung dịch KOH thì các ion K+ di chuyển đan xen vào giữa các lớp bentonit.
(ii) Dưới tác động của sĩng siêu âm dung dịch chịu sức căng động học bởi chu trình kéo - nén diễn ra liên tục do hiệu ứng hốc cộng hưởng của siêu âm. Trong chu trình nén các lớp bentonit ở gần nhau nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa điều này tạo nên những bọt khí nhỏ đan xen vào giữa tách các lớp bentonit ban đầu ra xa nhau. Do đĩ, bentonit dạng khối dễ dàng bị tách ra dạng mảnh nhỏ cĩ kích thước nano. Do đĩ, làm diện tích bề mặt của bentonit sau khi hoạt hĩa tăng lên đáng kể (Hình 3.4) [58].
(iii) Các hạt Fe3O4 tạo ra dựa trên phản ứng hố học: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O
Dưới sự tác động của siêu âm và mơi trường pH-12 của thí nghiệm, các hạt Fe3O4 được hình thành bề mặt các tấm bentonit cĩ chứa các nhĩm chức chứa oxy (kết quả FTIR) do đĩ sẽ hình thành liên kết Fe-O-C giữa Fe3O4 với bentonit tạo thành vật liệu tổ hợp Bentonit/Fe3O4 (BFC).