Do kích thƣớc siêu nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn, hạt Sắt nano rất dễ bị oxy hóa trong không khí. Chính vì vậy mà nhiều nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng chứa oxit hoặc lớp vỏ kim loại quý lên bề mặt vật liệu để tránh sự oxy hóa sắt.
Luận văn Thạc sĩ khoa học 52
Để nâng cao hiệu quả của phản ứng oxi-hóa khử, giảm bớt những tác động ảnh hƣởng đến kết quả, bổ xung một lƣợng nhỏ kim loại xúc tác thứ 2 nhƣ Pd, Pt, Ag, Cu, Ni
vào bề mặt để tăng tốc độ khử của Fe0 nano. Kim loại hóa trị 2 phủ trên bề mặt sắt giống
nhƣ một lớp bảo vệ để chống ăn mòn bề mặt, đồng thời tạo chất xúc tác kim loại đôi, có hiệu quả hơn trong xử lý chất ô nhiễm bởi tốc độ phản ứng nhanh hơn so với 1 mình Sắt nano. Ƣu điểm khi sử dụng nano lƣỡng kim:
+ Làm giảm năng lƣợng kích hoạt các chất ô nhiễm, tăng tốc độ phản ứng dechlorination và làm giảm sự hình thành các sản phẩm phụ [42];
+ Giảm các vấn đề hình thành các oxit trên bề mặt hạt sắt;
+ Nhanh chóng giải phóng electron từ Fe0 của Fe0 nano kim loại [23].
He và Zhao [30] đã sử dụng dung dịch tinh bột để ổn định vật liệu nano lƣỡng kim (Fe – Pb). Vật liệu nano đã đƣợc bọc tinh bột là những hạt riêng rẽ và ít bị kết dính hơn nhiều. Kết quả của họ cũng cho thấy vật liệu nano bọc tinh bột có hoạt tính mạnh hơn.
Theo Zhanqiang Fang và cộng sự (2010) [59] đã điều chế thành công nano lƣỡng kim Fe-Ni có kích thƣớc từ 20-50nm. Cùng với đó, họ cũng tiến hành thử nghiệm để kiểm tra sự ổn định, độ bền và sự rò rỉ Ni của các hạt nano lƣỡng kim Fe-Ni khi xử lý.
Nano lƣỡng kim (Fe-Ni) đƣợc chế tạo nhƣ sau: sử dụng Natri Borohydrit (NaBH4). Pha
0.1M FeSO4.7H2O pha trong 100mL cồn/nƣớc (tỷ lệ 30:70). Bổ sung thêm PVP
(polyvinyl pyrrolidone) với hạt nano tỷ lê 1:1 vào dung dịch FeSO4.7H2O. Cho 0,3M NaBH4 vào dung dịch FeSO4.7H2O và khuấy từ trong thời gian 5 phút và dừng lại khi dung dịch chuyển màu đen. Dùng nam châm thu đƣợc các sắt nano và rửa 3 lần với cồn 99%. Phản ứng này đƣợc mô tả nhƣ sau:
2Fe2+ +2H20 + BH4− → 2Fe0 +BO2− +4H− +2H2 (1)
Định mức dung dịch này bằng cồn lên 50ml. Để phủ một lớp kim loại tạo nano
lƣỡng kim, thêm một lƣợng muối NiCl2.6H2O trong dung dịch vừa tạo ở (1), đem khuấy
trong thời gian 30 phút. Quá trình này diễn ra: Fe(s) + Ni2+ → Fe2+ +Ni(s) (2)
Luận văn Thạc sĩ khoa học 53
Tách và rửa hạt nano lƣỡng kim nhƣ đối với sắt nano. Cuối cùng hạt nano lƣỡng
kim đƣợc sấy khô trong môi trƣờng chân không qua đêm ở nhiệt độ 500C trƣớc khi sử
dụng. Kết quả thu đƣợc cũng đƣợc phân tích tính chất và đặc điểm bằng chụp X-Ray, TEM, BET (Brunnaer–Emmett–Teller). Hàm lƣợng kim loại Fe và Ni của các hạt nano lƣỡng kim đƣợc xác định bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (TAS-986, Pgeneral, Trung Quốc) [53].
Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn Cu làm nguyên tố kim loại thứ hai bởi:
- Đồng có tính khử nhỏ hơn Fe, khi đồng đi vào bề mặt hạt Fe0
, sự khác nhau này giữa hai kim loại là nguyên nhân của sự giải phóng điện tử để làm tăng sự ăn mòn và khả
năng phản ứng của hạt Fe0
nano.
- Lắng đọng của Cu trên bề mặt sắt sẽ tạo ra nhiều tế bào điện gốc, thúc đẩy ăn mòn sắt
để tạo điều kiện giải phóng các điện tử [43] [40] và thuận lợi cho việc phản ứng nhiệt động lực học (∆E0 = +0,784 V)
- Theo Alowitz và cộng sự [46], động học của quá trình khử phụ thuộc vào một số yếu
tố nhƣ nồng độ chất ô nhiễm, pH dung dịch, diện tích bề mặt (hàm lƣợng Fe cho vào), thời gian tiếp xúc với chất ô nhiễm.