a. Phương pháp Brunaur – Emmett – Teller (BET)
Lý thuyết BET dùng để giải thích hấp thụ vật lý của phân tử khí trên bề mặt chất rắn và được dùng như một kỹ thuật phân tích quan trọng để đo đạc diện tích bề mặt vật liệu.
Phương pháp BET là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định diện tích bề mặt của vật liệu thông qua phương trình BET:
0 0 1 1 1 ( / 1) m m C P V P P V C P V C ⎛ ⎞ − = ⎜ ⎟+ − ⎝ ⎠ Trong đó:
P là áp suất chất bị hấp thụở pha khí, P0 là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp thụở trạng thái lỏng tinh khiết cùng nhiệt độ.
V là thể tích chất bị hấp thụở áp suất P/P0 tình bằng cm3.
Vm là thể tích lớp hấp thụ đơn phân tử trên toàn bộ bề mặt S tính bằng cm3.
C là hằng số liên quan đến năng lượng hấp thụ đối với lớp bị hấp thụ đầu tiên hay liên quan đến cường độ tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ. C được xác định bằng công thức sau:
1 exp E EL C RT − ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
E1 là nhiệt độ hấp thụ của lớp đầu tiên, và EL là nhiệt độ hấp thụ của lớp thứ 2 và các lớp cao hơn và bằng nhiệt lượng hóa lỏng.
Phương trình (4.1) là hấp thụ đẳng nhiệt và có thể vẽ đường thẳng tuyến tính từ sự phụ thuộc của 1 / [v(P0 / P) − 1] vào P / P0. Mối quan hệ tuyến tính này chỉ duy trì trong khoảng 0.05<P/P0<0.35. Giá trị hệ số góc A và hệ số tự do I được sử dụng để tính lượng khí hấp thụ trong 1 lớp Vm và hằng số BET C:
(4.1)
1 m V A I = + 1 A C I = +
Phương pháp BET được sử dụng rất nhiều để tính toán diện tích bề mặt của chất rắn bằng cách hấp thụ phân tử khí. Tổng diện tích bề mặt Stotal và diện tích bề mặt đặc trưng S được tính như sau:
, m BET total V Ns S V = total BET S S a = Trong đó: N: Số Avogadro
s: Tiết diện hấp thụ của chất hấp thụ
V: Thể tích phân tử gam của khí hấp thụ
a: Khối lượng chất hấp thụ
b. Diện tích bề mặt
Tiến hành đo BET đối với hạt nano Fe2O3 vô định hình và hạt nano Fe2O3 ở dạng tinh thể ta vẽ được đồ thị sự phụ thuộc của 1 / [v(P0 / P) − 1] vào P / P0.
Đối với hạt nano Fe2O3 tinh thể ta có đồ thị sự phụ thuộc của 1 / [v(P0 /
P) − 1] vào P / P0 như sau:
(4.3)
(4.4)
(4.5)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.00 0.02 0.04 0.06 1 / [ v (P 0 / P ) - 1 ] P / P 0
Hình 4.1. Đồ thị sự phụ thuộc 1 / [v(P0 / P) − 1] vào P / P0 của hạt nano Fe2O3 tinh thể
Dựa vào đồ thị tính đươc A= 0.16 và I= 3.57 x 10-4, từ đó tính được diện tích bề mặt của vật liệu nano Fe2O3 tinh thể là: 27.41 ± 0.25 m²/g.
Làm tương tự với dữ liệu đo BET của hạt nano Fe2O3 vô định hình ta tính được diện tích bề mặt của vật liệu Fe2O3 vô định hình là: 81.77 ± 0.48 m²/g.
Kết quả đo BET cho thấy, diện tích bề mặt của hạt nano Fe2O3 vô định hình lớn gấp 3 lần hạt nano Fe2O3 ở dạng tinh thể. Đây chính là nguyên nhân làm cho khả năng hấp thụ Asen của hạt nano Fe2O3 vô định hình tốt hơn hẳn so với hạt nano Fe2O3 dạng tinh thể.
KẾT LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, chúng tôi đã thu được một số kết quả sau:
Hạt nano Fe2O3 vô định hình với kích thước khoảng 3-8 nm đã được chế tạo thành công bằng phương pháp vi sóng.
Chi tiết quá trình kết tinh hạt nano Fe2O3 vô định hình đã được làm rõ: quá trình kết tinh tạo thành γ-Fe2O3 xảy ra ở khoảng 300 °C và chuyển pha từ γ sang pha α ở khoảng 370 °C. Năng lượng kích hoạt cỡ 0.31 eV và 0.71 eV ứng với hai quá trình trên.
Lý giải được tính chất sắt từ của vật liệu phản sắt từ α-Fe2O3. Nguyên nhân là do sự mất trật tự của vật liệu ở thang nano, điều này đã được xác nhận khi nghiên cứu phổ Raman và phổ hồng ngoại.
Nghiên cứu ban đầu về lọc Asen cho thấy hạt nano oxit sắt vô định hình có khả năng hấp phụ asen tốt, và tốt hơn hạt nano oxit sắt ở dạng tinh thể do có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, The
Royal Society & The Royal Academy of Engineering, London (2004).
[2] Murday, J. S., AMPTIAC Newsletter 6 (1), 5 (2002).
[3] Derek Craik, Magnetism: Principles and Applications, John Wiley & Sons
(1995). ISBN 0 471 92959 X.
[4] Yoon Chunga, Sung K. Lima, C.K. Kima, Young-Ho Kima, C.S. Yoona,
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272–276, 2004. pp. 1167– 1168.
[5] Yang Ding & colab.Adv., Funct Matter.17,2007. pp.1172-1178.
[6] M. Chirita, I. Grozescu, “Fe2O3 – Nanoparticles, Physical Properties and
Their Photochemical And Photoelectrochemical Applications”, Chem.
Bull. "POLITEHNICA" Univ., Vol.54(68) (2009).
[7] Allan H. Morrish, Canted antiferromagnetism: hematite, World Scientific
Publishing Co. Pte. Ltd. (1994), pp.15-17.
[8] Boschloo G.K., Goossens A. and Schoonman J., J. Electroanal. Chem. 428, 1997. p. 25.
[9] You Qiang &colab., Journal of nanoparticle Research (2006), pp. 489-
496.
[10] J. D. Bernal, Scott, Proc. Roy Soc. London, A 20 (1964) 339
[11] S R Elliott, Physics of amorphous materials, Longman Group Ltd.
(1984), pp.6.
[12] Pelle Lidstrom, Jason Tierney, Bernard Wathey, Jacob Westman,
Microwave assisted organic synthesis – a review, Tetrahedron, Vol.57 (2001), pp.9225-9283.
[13] Jiping Cheng and Ruyan Guo, Qing-Ming Wang, “Zinc oxide single – crystal microtubes”, Applied physics letters, Vol 85, No 22 (2007), pp.231-243.
[14] A. Hsiao, M. E. McHenry, D. E. Laughlin, M. J. Kramer, C. Ashe, and T. Ohkubo, “The Thermal, Magnetic, and Structural Characterization of the Crystallization Kinetics of Fe88Zr7B4Cu1, An Amorphous Soft Magnetic
Ribbon”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol 38, No 5 (2002). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[15] Trần Đông Hải, “Chế tạo và nghiên cứu vật liệu nano ZnO và ZnO:Co bằng phương pháp hóa sử dụng sóng vi ba làm xúc tác”, Khóa luận tốt nghiệp, Trường đại học sư phạm Hà Nội (2008).
[16] Xuehong Liao, Junjie Zhu, Wei Zhong, Hong-Yuan Chen, “Synthesis of amorphous Fe2O3 nanoparticles by microwave irradiation”, Materials
Letters 50 (2001) 341–346.
[17] N Mehta and A Kumar (2005), J. Optoelect. Adv. Mater. 7 1473.
[18] H Kissinger (1957), Anal. Chem. 29 1702.
[19] M Avrami (1939), J. Phys. Chem. 7 1103.
[20] W A Johnson and R F Mehl (1939), Trans. Am. Inst. Min. (Metall.) Eng.
135 416.
[21] J Wu, S Mao, Z-G Ye, Z Xie and L Zheng (2010) Appl. Mater. Interfaces
2 1561.
[22] E Darezereshki (2011), Mater. Lett. 65 642.
[23] J H Bang and K S Suslick (2007), J. Am. Chem. Soc. 129 2242.
[25] K V P M Shafi, A Ulman, X Yan, N-L Yang, C Estournes, H White and
M Rafailovich (2001), Langmuir 17 5093.
[26] I V Chernyshova, M F Hochella Jr and A S Madden (2007), Phys. Chem.
Chem. Phys. 9 1736.
[27] S H Shim and T S Duffy (2001), Am. Mineral. 87 318.
[29] M J Massey, U Baier, R Merlin and W H Weber (1990), Phys. Rev. B 41
7822.
[30] M V Reddy, T Yu, C H Sow, Z X Shen, C T Lim, G V S Rao and B V R
Chowdari (2007), Adv.Func. Mater. 17 2792.
[31] Nguyen Manh Khai, Ngo Duc Minh, Le An Nguyen, Rupert Lloyd Hough, Nguyen Cong Vinh, Ingrid Öborn, “Potential public health risks due to intake of Arsenic (As) from rice in a metal recycling village in the
Red River Delta, Vietnam”, The First International conference on
environmental pollution, restoration and management. March 1-5, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2010, 124-125.
[32] Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh, “Một số đặc điểm phân bố Asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm Asen trong mỗi trường Việt Nam”, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm Asen: Hiện trạng, Tác động đến sức khỏe cộng đồng và các giải pháp phòng ngừa, Hà Nội, 2010, 21-32 [33] B. N. Pal, Granular ferric hydroxide for elimination of Arsenic from
drinking water, M/S Pal Trockner[P] Ltd. 25/1B Ibrahimpur Road,
Calcutta-700 032.
[34] A. Gomez-Caminero, P. Howe, M. Hughes, E. Kenyon, D.R. Lewis, M.
Moore, “Arsenic and arsenic compounds”, Inorganic chemistry (2001).
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});