Tất cả các mẫu đều được phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc, kích thước, tạp chất... so với mẫu tinh thể hồn hảo. Sau đó chọn mẫu tốt nhất để phân tích dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) và khảo sát khả năng phân huỷ Methylene Blue.
34 Quy trình thực nghiệm được thể hiện bằng sơ đồ sau:
Hình 3.5. Mẫu sau khi NiFe2O4 sau khi nung
Ni(NO3)2 Ethylene Glycol Fe(NO3)3 Acid citric Sol Gel Sấy pH=8 100oC 4h 90-95oC Nghiền thô Nung Nghiền ướt NiFe2O4 80oC 2h 650oC, 750oC, 850oC 2h, 3h, 4h 4h Đo DTA Chụp XRD, SEM, MB Ethanol
35
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ cho 4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ cho
Cho 12,6084 gam Acid citric vào cốc, thêm 60 ml dung dịch Fe(NO3)3 1M. Sau đó cho thêm 3,7242 gam Etylen Glycol vào 30 ml dung dịch Ni(NO3)2 1M, thêm nước cất đến vạch 100ml. Khuấy từ gia nhiệt ở 800C, tốc độ quay 200 vòng một phút cho đến khi tạo gel nhớt. Sau đó sấy khơ ở 1200C sau đó đem nung trong 4 giờ ở 650oC. Ta thu được mẫu NF21 (Tỉ lệ mol Acid citric/ Etylen Glycol = 2:1).
Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu điều chế với tỷ lệ mol Acid citric/ Etylen Glycol = 2:1
Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu R21
Trên giản đồ ta nhận thấy rằng bên cạnh những peak đặc trưng của mẫu thì cịn tồn tại khá nhiều peak nhiễu điều này chứng tỏ tác chất vẫn chưa phản ứng hết. Vì vậy, giải pháp đặt ra ở đây là tăng tỷ lệ chất hữu cơ cho vào để đảm bảo tác chất phản ứng hoàn toàn. Tỷ lệ được khảo sát tiếp theo là số mol Acid citric/ Etylen Glycol = 6:3
Thực hiện tương tự: Cân chính xác 126,084 gam Acid citric vào cốc, thêm 200 ml dung dịch Fe(NO3)3 1M. Sau đó cho thêm 18,621 gam Etylen Glycol vào 100 ml
36 dung dịch Ni(NO3)2 1M, thêm nước cất đến vạch 400ml. Khuấy từ gia nhiệt ở 800C, tốc độ quay 200 vòng một phút cho đến khi tạo gel nhớt. Làm già qua đêm rồi sấy khô ở 1200C sau đó đem nung trong 4 giờ ở 650oC. Ta thu được mẫu NF63.
Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NF63
Ở giản đồ này, ta thấy các tín hiệu mẫu khá rõ ràng, không nhiễu nhiều như mẫu NF21. Vì vậy tỷ lệ chất hữu cơ có ảnh hưởng đến q trình tổng hợp mẫu cũng như khả năng phản ứng hoàn toàn.
Đây là yếu tố phát sinh trong quá trình thực nghiệm, quá trình tổng hợp sẽ trở nên hoàn thiện hơn khi yếu tố này được khảo sát một cách chi tiết, luận văn này sẽ tập trung khảo sát hai yếu tốt nhiệt độ nung và thời gian nung với tỷ lệ mol Acid citric/ Etylen Glycol = 6:3.
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Các mẫu được điều theo tỷ lệ mol Ni(NO3)2/Fe(NO3)3 = 1:2, nhiệt độ tạo gel 800C và được nung ở các nhiệt độ khác nhau 650, 750 và 8500C.
37
Hình 4.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X ở 2h
Tại 2h, khi tăng nhiệt độ, cường độ xuất hiện của các peak chưa rõ ràng, độ rộng chân các peak to, chứng tỏ kích thước hạt rất lớn.
38 Tại 3h cho thấy càng tăng nhiệt độ nung thì các peak càng hồn thiện và xuất hiện rõ nét. Xét về mặt năng lượng, ta chọn mẫu 750oC, 3h là hợp lý.
Hình 4.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X ở 2h
Hình 4.4 cho thấy với thời gian nung khá lâu, ở nhiệt độ thấp các peak nhiễu rất nhiều, khi tăng nhiệt độ các peak hoàn thiện và xuất hiện rõ rệt, các oxit trung gian cũng khơng cịn.
39
4.3. Ảnh hưởng của thời gian nung
Cố định nhiệt độ, thay đổi thời gian nung, ta được kết quả như sau:
Hình 4.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X ở 650oC
Mẫu nung ở 6500C đã xuất hiện các pic tương ứng với pha tinh thể spinel NiFe2O4, càng tăng thời gian nung, cường độ peak càng tăng tuy nhiên ở nhiệt độ này pha tinh thể chưa hoàn thiện (các pic chưa rõ ràng).
40 Hình 4.6 cho ta thấy Mẫu nung ở 750oC pha tinh thể đã hoàn thiện. Xuất hiện các peak đặc trưng của mẫu ở 3h, 4h. Nhưng kích thước hạt ở 3h nhỏ hơn so với 2h và 4h. Điều đó chứng tỏ thời gian nung khơng tỷ lệ thuận với kích thước hạt nano.
Hình 4.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X ở 850oC
Ở nhiệt độ nung 850oC, tại 3h pha tinh thể tạo thành tốt hơn (đỉnh nhọn và cao hơn) hai mẫu còn lại. Với thời gian nung là 2h ta thấy vẫn còn khá nhiều các oxit trung gian.
41
4.4. Kết quả SEM
Kết quả phân tích dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu NiFe2O4 750oC, 3h:
Hình 4.8. Ảnh SEM của mẫu điều chế ở điều kiện tối ưu.
Kích thước hạt và hình thái của các hạt nano NiFe2O4 được xác định bởi SEM. Hình ảnh SEM của các hạt được chỉ ra ở hình 4.8. Các hạt thu được là hình cầu và bị kết tụ. Những hạt này có kích thước khá đồng nhất và nằm trong vùng kích thước nano. Từ hình ảnh SEM cho thấy kích thước hạt nằm trong khoảng 100-120 nm.
4.5. Khảo sát năng xúc tác quang hóa của vật liệu
4.5.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Metylen blue
Chuẩn bị 5 dung dịch metylen blue có nồng độ khác nhau 10; 20; 30; 40 và 50 ppm. Tiến hành đo độ hấp thụ quang của các dung dịch ở bước sóng 665 nm, các kết được chỉ ra ở bảng 3.3.