KHẢ NĂNG HẤP THỤ ĐIỆN TỪ CỦA OXIT SẮT GẮN OXIT SẮT VÀO MWCNTS QUA NHÓM CHỨC

Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
KHẢ NĂNG HẤP THỤ ĐIỆN TỪ CỦA OXIT SẮT
GẮN OXIT SẮT VÀO MWCNTS QUA NHÓM CHỨC
1. Oxit sắt
1.1. Khái niệm
1.2. Phân loại
1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ
1.4. Cơ chế
2. Gắn oxit sắt vào MWCNTs
2.1. Nhóm chức
2.2. Công nghệ
2.3. Qui trình
1
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
1. Oxit sắt
1.1. Khái niệm
Oxit sắt là hợp chất giữa sắt Fe và oxi O. Trong oxit sắt, Fe có thể có hóa trị II, III
hoặc cả 2 (Fe
3
O
4
)
1.2. Phân loại Gồm 3 loại:
1.2.1. FeO: Fe hóa trị II, khối lượng mol 71,8g/mol, nhiệt độ nóng chảy 1420°C.
Có thể lấy từ nguồn ôxít sắt màu đen hoặc tạo ra bằng phản ứng hóa học trong môi trường
khử; Fe
2
O
3

dễ dàng bị khử thành FeO theo phản ứng ở 900 °C:
Fe
2
O
3
+ CO → 2FeO + CO
2
1.2.2. Fe
2
O
3
: hóa trị III, khối lượng mol 160 g/mol, hệ số giãn nở nhiệt 12,5.10
-
6
/°C, nhiệt độ nóng chảy 1565°C. Oxit sắt cũng thuộc nhóm oxit lưỡng tính như nhôm
oxit. Fe
2
O
3
là dạng oxit sắt tự nhiên phổ biến nhất.
1.2.3. Fe
3
O
4
( oxit sắt từ): là hỗn hợp của Fe
2
O
3
và FeO, kết quả của phản ứng
chuyển đổi không hoàn toàn hay có thể là dạng khoáng vật kết tinh tự nhiên, có màu nâu.

Sắt từ là hợp chất rất quan trọng trong kỹ thuật, ứng dụng để chế tạo vật liệu từ, xúc
tác, chất phụ gia, phẩm màu. Sắt từ kích thước nano còn có tính hấp phụ mạnh và có khả
năng tách ion kim loại nặng trong nước, nhất là asen3 Ở kích thước nhỏ, Fe3O4 thể hiện
một số tính chất ưu việt và khả năng ứng dụng rộng rãi trong một số lĩnh vực khoa học kỹ
thuật và y sinh như: mực từ để in trên tiền giấy hay các tấm séc, chất làm tăng cường độ
tương phản trong chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, chất dẫn thuốc hướng đích trong điều
trị ung thư, chẩn đoán bệnh sớm, và nhiệt trị ung thư…
Tổng hợp các hạt nanô ôxit sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa các ion Fe
2+
và
Fe
3+
(với tỉ số phân tử là 1:2) từ các dung dịch muối FeCl
2
và FeCl
3
bằng cách thêm dung
dịch amôniac NH
4
OH 25 %. Kích thước và hình dạng của các hạt tạo ra phụ thuộc vào tỉ
lệ Fe
2+
/Fe
3+
, độ pH và lực ion của môi truờng. Phản ứng tạo thành kết tủa được thể hiện
bằng phương trình:
Fe
2+
+ Fe
3+

+ 8OH
-
→ Fe
3
O
4
↓ + 4H
2
O [2]
1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ
1.3.1. Fe
2
O
3
Fe
2
O
3
có một chỉ số khúc xạ cao, cũng như hấp thụ cao tại vùng có bước sóng ngắn
so với các vật liệu thông thường chỉ số khúc xạ cao [1].
2
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
Hình 1. Tỉ số truyền qua (T) và phản xạ (R) quang phổ của tấm mỏng Fe
2
O
3
[1]
1.3.2. Fe
3

O
4
Hầu hết các phiến Fe
3
O
4
siêu mỏng có tính chất siêu thuận từ [4]. Những hiệu ứng
lượng tử do giảm kích thước và diện tích bề mặt lớn của các hạt nanô từ đã làm thay đổi
một vài đặc tính từ đặc trưng của vật liệu, biểu lộ hiện tượng siêu thuận từ [2]. Fe
3
O
4
có
cấu trúc tinh thể spinel đảo và có giá trị momen từ cao
Hình 2. Các mẫu nồng độ khác nhau thể hiện tính chất siêu thuận từ
ở nhiệt độ phòng [3]
3
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
1.4. Cơ chế Tập trung ở oxit sắt từ Fe
3
O
4
Từ tính của Fe
3
O
4
bị chi phối bởi nhiều yếu tố:
1.4.1. Kích thước hạt Fe
3

O
4
nano
Hình 3. Đường cong từ hóa bão hòa của các mẫu hạt nano Fe
3
O
4
kích thước
khác nhau[6]
1.4.2. Môi trường – xúc tác
Hình 4. Đường cong từ hóa bão hòa của hạt nano Fe
3
O
4
có bổ sung chất phản ứng:
(a) ở 60 ° C thêm ammoniac và đun đến 80 ° C thêm axit oleic;
(b) ở 60 ° C thêm axit oleic tiếp theo thêm amoniac và đun đến 80 ° C;
(c) ở 60 ° C thêm amoniac tiếp theo thêm oleic axit và đun đến 80 ° C [6]
4
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
1.4.3. Thời gian lão hóa
Hình 5. Đường cong từ hóa bão hòa do tác dụng của thời gian lão
hóa của các hạt nano Fe
3
O
4
[6]
1.4.4. Tốc độ khuấy
Hình 6. Đường cong từ hóa bão hòa do tác dụng của tốc độ khuấy của các

hạt nano Fe
3
O
4
[6]
2. Gắn oxit sắt vào MWCNTs
5
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
Chức hóa bề mặt bằng hạt nano oxit sắt từ tạo ra loại vật liệu chức năng mới có ứng
dụng rộng rãi [5]. Sự chức hóa các ống nano carbon đa vách có thể làm tăng sự phân tán
của chúng trong nước.
2.1. Nhóm chức
Các hợp chất hữu cơ thường được sự dụng để bị động hóa bề mặt hạt nano oxit sắt
từ do hạt nano có bề mặt kỵ nước, tương tác kỵ nước giữa các hạt làm tổng hợp và hình
thành các cụm lớn, tăng kích thước hạt, giảm hoặc thay đổi từ tính [5]. Nhóm chức
cacboxyl được khuyên dùng. Các nghiên cứu khác có thể chức hóa MWCNTs với nhóm
khác (vd: anilin monomer [7])
2.2. Công nghệ
Chức hóa MWCNTs, hòa tan vào dung môi. Tổng hợp Fe
3
O
4
bằng phương pháp
đồng kết tủa các ion Fe
2+
và Fe
3+
từ các dung dịch muối FeCl
2

và FeCl
3
bằng cách thêm
NH
4
OH trong môi trường N
2
và dung môi có hòa tan MWCNTs đã chức hóa.
2.3. Qui trình
2.3.1. Chức hóa MWCNTs
MWCNTs (20 mg) pha với 60 ml dung dịch H2SO4/ HNO3 (3/1, v / v) đậm
đặc . Hỗn hợp được khuấy trong 15 phút và sau đó chiếu xạ siêu âm (43 kHz) trong 3 giờ ở
50° C. Hỗn hợp này thu được bằng cách lọc qua màng lọc Millipore 0,22
micrometpolyvinylidene fluoride và rửa sạch với DIW cho đến khi pH của nó là khoảng
7. Phần chất rắn lọc được sấy chân không trong 24 giờ để loại bỏ các vật liệu dễ bay
hơi, và thu được MWCNTCOOH . Các sản phẩm được phân tích bằng cách sử dụng
quang phổ FT-IR [9].
c-MWCNTs là MWCNTs đã chức hóa với nhóm cacboxyl
2.3.2. Gắn hạt nano Fe
3
O
4
lên bề mặt MWCNTs đã chức hóa
Thứ nhất, 0,265 g (NH4)
2
Fe (SO4)
2
.6 H
2
O và 0,059 g NH

4
Fe (SO4)
2
,6 H
2
O bị hòa
tan vào 200 ml nước cất. Sau đó là 1.0 mg c-MWCNTs đã được chiếu xạ siêu âm
khoảng 10 phút. Tiếp theo, 0,4 mol L-1 sodium hydrate được thêm vào dung dịch đến
khi pH của nó đạt 7,0. Sau khi khuấy 30 phút và lắng đọng ở 50 ° C trong 2 giờ, một nam
châm được sử dụng để tách các sản phẩm từ hỗn hợp. Sau đó, kết tủa đen được rửa sạch
bằng nước cất nhiều lần cho đến khi pH đạt 7,0. Vật liệu tổng hợp Fe3O4/c-MWCNTs
đã rửa sạch được xử lý bằng methanol tinh khiết và sau đó sấy khô ở 50 ° C trong 6
giờ. Việc kết hợp Fe3O4NP và c-MWCNT quyết định bởi kỹ thuật nhiễu xạ X-quang [8].
2.3.3. Phương pháp khác
Anilin monomer được chưng cất, giảm áp suất và lưu trữ dưới 0 ° C. MWNTs và
anilin monomer được thêm vào trong một hỗn hợp axit nitric đậm đặc và axit sulfuric và
chiếu xạ siêu âm hơn 8 giờ, sau đó thêm nước cất vào hỗn hợp. Sau đó quay ly tâm, rửa
sạch với nước cất cho đến khi sự phát tán biến trung tính, cuối cùng làm khô ở 50 ° C qua
đêm [7].
MWNTs đã phức hóa được hòa tan trong nước cất bằng cách chiếu
xạ siêu âm trong 20 phút. Sau đó, FeCl
3
· 6H
2
O được thêm vào và khuấy. Sau khi hỗn
hợp được khuấy mạnh trong 30 phút , bổ sung FeCl
2
· 4H
2
O và tiếp tục khuấy trong 30

6
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
phút. Thêm NH
3
H
2
O pha loãng vào hỗn hợp. Thêm tiếp NH
3
· H
2
O vào dung dịch hoàn
thành sau 1 giờ và đun nóng đến 60 °C và lưu trong 2 giờ. Toàn bộ quá trình phải thực
hiện trong môi trường N
2
. Hỗn hợp phản ứng sau đó được quay ly tâm, rửa sạch với nước
cất và sấy khô ở 50 ° C trong 24 giờ [7].
7
Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt
Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức
REFERENCES:
1. Y. J. Park, K.M.A. Sobahan, C. K. Hwangbo, “ Optical and structural
properties of Fe2O3 thin films prepared by ion-beam assisted
deposition”, Surface & Coatings Technology 203 (2009) 2646–
2650
2. Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung, “ Chế tạo và nghiên cứu tính
chất từ của các hạt Nano Fe
3
O
4

ứng dụng trong y sinh học”, Tạp chí Khoa học
ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237
3. TS. Nguyễn Hoàng Hải, Cấn Văn Thạch, “ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của các
hạt nano oxit sắt từ tính dùng trong sinh học và môi trường”
4. M. Zajac, D. Aernout, K. Freindl, K. Matlak,N. Spiridis, M. Slezak, T. Slezak, J.
Korecki, “ Magnetic Properties of Fe3O4 Films on Fe(001)”, ACTA PHYSICA
POLONICA A Vol. 112 (2007)
5. Wei Wu, Quanguo He, Changzhong Jiang, “ Magnetic Iron Oxide Nanoparticles:
Synthesis and Surface Functionalization Strategies”, Spinger Link
6. L. J. Ling, L. D. Cai, Z. S. Lan, C. H. Chao, W. Cui, “ Analysis of the factors
affecting the magnetic characteristics of nano-Fe3O4 particles”, Spinger Link
7. L. Kong, X. Lu, W. Zhang, “ Facile synthesis of multifunctional multiwalled
carbonnanotubes/ Fe
3
O
4
nanoparticles/ polyaniline composite nanotubes”, Science
Direct
8. N. Chauhan, C. S. Pundir, “ An amperometric biosensor based on
acetylcholinesterase immobilized onto iron oxide nanoparticles/multiwalled carbon
nanotubes modified gold electrode for measurement of organophosphorus
insecticides”, Science Direct
9. M. Y. Hua, Y. C. Lin, R. Y. Tsai, H. C. Chen, Y. C. Liu, “A hydrogen peroxide
sensor based on a horseradish peroxidase/polyaniline/carboxy-
functionalized multiwalled carbon nanotube modified gold electrode”, Science
Direct
8