Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hoà tới hạn, trong dung dịch sẽ đột ngột xuất hiện các mầm kết tụ. Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho tới khi trở thành hạt nano (hình 3.6). Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới [9]. Các phương pháp sau đây là phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt,…
Quá trình tổng hợp hạt nano oxit sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa đã được thực hiện bởi Ts. H.Asnaashari Ewari và các cộng sự của ông (2004). Phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt oxit sắt. Có hai cách để tạo oxit sắt bằng phương pháp này đó là hydroxide sắt bị oxi hoá một phần bằng một chất oxi hoá nào đó và già hoá hỗn hợp dung dịch có tỷ phần hợp thức Fe2+ và Fe3+ trong dung môi nước. Từ kết quả thực nghiệm của Ts. H.Asnaashari Ewari và các cộng sự của ông ta thấy rằng phương pháp thứ nhất có thể thu được hạt nano có kích thước từ 30 nm -100 nm. Phương pháp thứ hai có thể tạo hạt nano có kích thước từ 2 nm – 15 nm. Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà người ta có thể có được kích thước hạt như mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt của hạt đã được hình thành [21,28].
Hình 3.5.Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch
Cơ chế tổng hợp hạt nano Fe3O4 như sau: với tỷ phần mol hợp lí Fe3+/Fe2+= 2 trong môi trường kiềm có pH=9 -14 và trong điều kiện thiếu oxi. Fe3+ +H2O -> Fe(OH)x 3-x (thông qua quá trình mất proton).
Fe2+ +H2O -> Fe(OH)y 2-y (thông qua quá trình mất proton).
Fe(OH)x 3-x +Fe(OH)y 2-y -> Fe3O4 ( thông qua quá trình oxi hoá và dehydride hoá, pH > 9, nhiệt độ 600C). Tổng hợp các phản ứng trên chúng ta có phương trình sau:
Fe2+ +2Fe3++ 8OH- -> Fe3O4 + 4H2O
Nếu có oxi thì magnetite bị oxi hoá thành hydroxide theo phản ừng: Fe3O4 + 0,25O2 + 4,5H2O -> 3Fe(OH)3
Mặc dù đồng kết tủa là phương pháp đơn giản nhưng khi các hạt nano hình thành chúng kết tụ rất mạnh. Các hạt kết tụ này làm hạn chế khả năng ừng dụng tiếp theo, do đó đòi hỏi phải có sự biến đổi bề mặt. sự cải biến này cho phép tổng hợp các hạt với sự có mặt của các chất tương thích sinh học.