CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.5. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu từ tính TiO2@Fe3O4
1.5.1. Phương pháp tẩm
Chất mang ở thể rắn hoặc huyền phù, được tẩm lên bởi các dung dịch muối hay phức kim loại; sau đó trộn đều, sấy khô rồi đem nung. Dung dịch muối kim loại thường là những hợp chất dễ bị phân hủy. Dạng hoạt động trên chất mang sau khi nung có thể là oxit kim loại.
Phương pháp này thực hiện tương đối đơn giản, có thể thu được vật liệu đơn lớp hay đa lớp trên chất mang. Tuy nhiên TiO2 khó có thể phân bố đồng đều lên chất mang. Phương pháp tẩm cũng có thể được ứng dụng để tổng hợp TiO2 pha tạp kim loại bằng cách tẩm dung dịch chứa ion cần pha tạp lên TiO2 sau đó xử lý nhiệt [42].
1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa
Nguyên tắc của phương pháp đồng kết tủa là trộn dung dịch đầu lại với nhau, sau đó tiến hành thủy phân ở pH thích hợp nhằm thu được kết tủa. Tiến hành lọc rửa, đồng thời nung nóng sẽ thu được vật liệu kích thước nanomet.
Phương pháp này có nhiều thuận lợi trong q trình điều chế có thể tạo ra các vật liệu rất tinh khiết, độ đồng đều cao do được trộn lẫn ở cấp độ phân tử. Tuy nhiên hạn chế của nó là địi hỏi phải chuẩn bị được hỗn hợp theo tỷ lệ hợp thức, đồng thời cần phải khống chế các điều kiện tổng hợp khá nghiêm ngặt. Để thu được kết tủa có thành phần hóa học như mong muốn, các tác nhân kết tủa cần thỏa mãn điều kiện: sản phẩm kết tủa khơng hịa tan trong dung môi và kết tủa phải xảy ra nhanh.
1.5.3. Phương pháp sol – gel [3,5]
Phương pháp sol –gel hiện nay là phương pháp hữu hiệu nhất để điều chế nhiều loại vật liệu kích thước nano dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc thành phần mong muốn. Trong đó, sol là một hệ keo chứa các cấu tử có kích thước từ 1 – 1000 nm trong môi trường phân tán rất đồng đều về mặt hóa học. Gel là một hệ bán cứng
chứa dung môi trong mạng lưới sau khi gel hóa tức là ngưng tụ sol đến khi độ nhớt của hệ tăng lên một cách đột ngột.
Quá trình sol-gel xảy ra hai giai đoạn chủ yếu:
- Giai đoạn 1: Thủy phân tạo sol. Đây là qua trình phản ứng giữa các ankoxit kim loại M(OR)n với nước để hình thành nên dung dịch sol. Phản ứng chung như sau: M(OR)n + xH2O M(OH)x(OR)n-x + xROH
- Giai đoạn 2: Ngưng tụ tạo gel. Quá trình hình thành gel là quá trình trùng ngưng để loại nước và ROH, đồng thời ngưng tụ các ancolat bị thủy phân để tạo thành các liên kết kim loại – oxi. Có thể biểu diễn q trình gel hóa qua ba giai đoạn như sau: • Ngưng tụ các monome ancolat để hình thành các hạt polime.
• Các hạt polime phát triển dần lên về kích thước.
• Các hạt nhỏ liên kết thành mạch, sau đó hình thành mạng khơng gian, đến một lúc nào đó độ nhớt tăng lên đột ngột và tồn bộ hệ biến thành gel. Dung môi sẽ nằm trong các lỗ trống của gel.
Ưu điểm của phương pháp:
• Duy trì độ tinh khiết của hóa chất ban đầu.
• Có khả năng thay đổi tính chất vật lý như sự phân bố kích thước mao quản và số lượng mao quản.
• Tạo ra sự đồng nhất trong các pha ở mức độ phân tử.
• Tiến hành dễ dàng và điều chế được các mẫu ở nhiệt độ thấp.
1.5.4. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là phương pháp sử dụng nước dưới áp suất cao và nhiệt độ cao hơn điểm sơi bình thường. Khi đó nước thực hiện hai chức năng, thứ nhất vì ở trạng thái hơi nên nước đóng vai trị là mơi trường truyền áp suất, thứ hai nó đóng vai trị như một dung mơi có thể hịa tan một phần chất phản ứng dưới áp suất cao. Do đó phản ứng được thực hiện trong pha lỏng hoặc có sự tham gia một phần của pha lỏng hoặc pha hơi.
Thủy nhiệt là một trong những phương pháp tốt để điều chế vật liệu nano TiO2 tinh khiết. Phương pháp này có một số ưu điểm so với các phương pháp khác [30], đó là:
• Phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ tương đối thấp, khơng gây hại mơi trường vì phản ứng được tiến hành trong một hệ kín.
• Bột sản phẩm được hình thành trực tiếp từ dung dịch, sản phẩm có thể thu theo từng mẻ hoặc trong các q trình liên tục.
• Có thể điều chỉnh được kích thước, hình dáng, thành phần hóa học của hạt bằng cách điều chỉnh nhiệt độ, hóa chất ban đầu, cách thức thực hiện phản ứng.