Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của vật liệu nano tổ hợp fe3o4 – GO

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO TỔ HỢP Fe
3
O
4
- GO 3

1.1 Tổng quan vật liệu nano từ tính Fe
3
O
4
3

1.1.1 Cấu trúc tinh thể magnetite Fe
3
O
4
3

1.1.2 Tính chất siêu thuận từ của vật liệu Fe
3
O
4
5

1.1.3 Tổng hợp hạt nano Fe
3
O
4
7

1.1.4 Một số ứng dụng điển hình của hạt nano từ tính Fe
3
O
4
17

1.2 Tổng quan về Graphene Oxide (GO) 19

1.2.1 Graphene Oxide (GO) 19

1.2.2 Các phương pháp tổng hợp GO 20

1.2.3 Một số tính chất của vật liệu GO 22

1.3 Tổng quan về vật liệu Fe
3
O
4
– GO 24

1.3.1 Các phương pháp tổng hợp Fe
3
O
4

– GO 24

1.3.2 Một số ứng dụng điển hình của vật liệu Fe
3
O
4
– GO 28

1.4 Lý thuyết hấp phụ [3, 7, 8] 31

1.4.1 Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ 32

1.4.2 Phương trình động học 34

1.4.3 Lý thuyết động học hấp phụ 35

1.4.4 Tìm hiểu Methylene Blue 36

Chương 2 –THỰC NGHIỆM 39

2.1 Chế tạo mẫu 39

2.1.1 Hóa chất 39

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 39

2.2 Quy trình thực nghiệm 40

2.2.1 Quy trình chế tạo hạt Fe
3

O
4
40

2.2.2 Quy trình chế tạo Fe
3
O
4
– GO 41

2.3 Các phương pháp khảo sát, đo lường tính chất vật liệu 42

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 42

Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ trên bề mặt tinh thể 42



2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua 44

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất từ bằng từ kế mẫu rung 46

2.3.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 47

2.3.5 Phương pháp quang phổ Raman 48

2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ màu Methylene Blue của vật liệu Fe
3
O
4

–
GO 49

2.4.1 Quy trình thử nghiệm khả năng hấp phụ màu MB của vật liệu Fe
3
O
4
–
GO……… 49

2.4.2 Phương pháp phân tích đo quang (UV-Vis) 50

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Các tính chất của hạt nano Fe
3
O
4
53

3.1.1 Cấu trúc và kích thước hạt nano Fe
3
O
4
54

3.1.2 Tính chất từ của hạt Fe
3
O
4

57

3.2 Các tính chất của vật liệu Fe
3
O
4
– GO 58

3.2.1 Cấu trúc và hình thái học của vật liệu Fe
3
O
4
– GO 58

3.2.2 Khảo sát tính chất từ của vật liệu Fe
3
O
4
– GO 63

3.3 So sánh các mẫu Fe
3
O
4
và Fe
3
O
4
– GO 64

3.3.1 Hình dạng, cấu trúc và tính chất từ của Fe
3
O
4
, Fe
3
O
4
- GO 64

3.3.2 Phân tích phổ FTIR 66

3.3.3 Phân tích phổ Raman 67

3.4 Khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB) 68

3.4.1 Phổ UV – Vis của mẫu 69

3.4.2 Dung lương hấp phụ theo thời gian 70

3.4.3 Động học quá trình hấp phụ 71

3.4.4 Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ và thời gian lên quá trình hấp
phụ 72

3.4.5 So sánh khả năng hấp phụ của Fe
3
O
4
– GO, Fe

3
O
4
, GO đối với MB. 73

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77





Các kí hiệu và từ viết tắt

G: Năng lượng tự do
As: Asen
BaNO
3
: Bari nitrat
CHĐBM: Chất hoạt động bề mặt
ClO
2
: chlorine dioxide
CR: Congo Red
Cr: Crom
FeCl
3
.6H
2

O: Muối sắt (III) clorua ngậm 6 phân tử nước
FeCl
2
.4H
2
O: Muối sắt (II) clorua ngậm 4 phân tử nước
Fe
3
O
4:
Magnetite
GO: Graphene oxide
HCl: Axit clohdric
H
2
O
2
: Hydrogen Peroxide
HNO
3
: Axit nitric
H
2
SO
4
: Axit sunfuric
KClO
3
: Kali clorat
KMnO

4
: Thuốc tím
Pb: Chì
RB5: Reactive Black 5
RGO: Graphene oxide bị giảm



Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1. Sản phẩm của phản ứng thuỷ phân 9
Bảng 1.2. Một số thông số của vật liệu Fe
3
O
4
tổng hợp theo các phương pháp khác
nhau………………………………………………………………………………………… 16
Bảng 1.3.Một số kết quả tổng hợp Fe
3
O
4
– GO bằng phương pháp đồng kết tủa…24
Bảng 1.4. Một số kết quả tổng hợp Fe
3
O
4
– GO bằng phương pháp thủy nhiệt……26
Bảng 1.5 Tính chất hóa lý của Methylene Blue [4, 10]…………………………… …36
Bảng 3.1. Điều kiện chế tạo hạt Fe
3
O

4
………………………………………………… 51
Bảng 3.2 Phổ chuẩn JCPDS 19-0629 của Fe
3
O
4
với các giá trị 2θ và cường độ
(a.u)[14] 53
Bảng 3.3. Hằng số mạng (a), kích thước tinh thể trung bình xác định từ phổ X – ray
(D
XRD
)……………………………………………………………………………………… 53
Bảng 3.4. Các số liệu về hạt Fe
3
O
4
…………………………………………………… 54
Bảng 3.5. Lực kháng từ (Hc), độ từ hóa bão hòa tại nhiệt độ phòng (Ms), độ từ dư
(Mr) của các mẫu M1, M2, M3, M4…………………………………………………… 55
Bảng 3.6. Các mẫu Fe
3
O
4
– GO…………………………………………………………56
Bảng 3.7. Kích thước tinh thể trung bình xác định từ phổ X – ray (D
XRD
), kích
thướchạt xác định từ ảnh TEM (D
TEM
)…………………………………………….58

Bảng 3.8. Đường kính hạt, lực kháng từ (Hc), độ từ hóa bào hòa tại nhiệt độ phòng
(Ms), độ từ dư (Mr) của các mẫu Fe
3
O
4
– GO …………………………………… 62
Bảng 3.9. Một số kết quả thu được của mẫu Fe
3
O
4
và các mẫu Fe
3
O
4
– GO… …63
Bảng 3.10. Khối lượng mẫu Fe
3
O
4
– GO (5:1) xử lý màu MB……………………….67
Bảng 3.11. Các thông số của phương trình động học bậc hai 70
Bảng 3.12. Hiệu suất hấp phụ cực đại (H (%)) MB của các mẫu M5, M6, M7,
M8…………………………………………………………………………………………….71



Danh mục hình vẽ
Hình 1.1. Cấu trúc spinel của Fe
3
O

4
…………………………………………………… 4
Hình 1.2.Cấu hình spin của Fe
3
O
4
……………………………………………………… 4
Hình 1.3. Đường cong từ hoá sắt từ (đường màu đen) và siêu thuận từ (đường màu
đỏ)…………………………………………………………………………………………… 6
Hình 1.4. Lực kháng từ H
c
phụ thuộc vào đường kính hạt………………………… …6
Hình 1.5. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch [6]………… 8
Hình 1.6. Phản ứng Olation tạo thành phức……………………………………………10
Hình 1.7. Phản ứng Oxolation tạo thành phức…………………………………………10
Hình 1.8. Sắp xếp ba điện cực trong quá trình lắng đọng điện hóa…………………15
Hình 1.9. Chu kì phóng/ nạp tại mật độ dòng điện 100 mA/g của vật liệu
Fe
3
O
4
/graphene [16]……………………………………………………………………….17
Hình 1.10.Ứng dụng của hạt Fe
3
O
4
trong chế tạo pin Lithium – Ion………………18
Hình 1.11.Mô hình cấu trúc Graphen oxide (GO) do Lerf-Klinowsk đề xuất.Sao
chép từ [H. He, J. Klinowski, M. Forster và A. Lerf, Chem. Phys. Lett.,1998, 287,
53-56]. Quyền tác giả: 1998 Elsevier Science Ltd…………………………………… 19

Hình 1.12. Phổ nhiễu xạ tia X của GO chế tạo bằng phương pháp Staudenmaier
(GO – ST), phương pháp Hofmann (GO – HO), phương pháp Hummer (GO – HU)
được so sánh với Graphite (than chì) [25]…………………………………………… 22
Hình 1.13. Ảnh TEM của các mẫu GO chế tạo bằng phương pháp Staudenmaier (G
– ST), phương pháp Hofmann (G – HO), phương pháp Hummer (G – HU). Thang
đo 500 nm (trên), 100 nm (dưới) [25]………………………………………………… 22


Hình 1.14. Phổ Raman của GO tổng hợp bằng phương pháp Staudenmaier (G –
ST), Hofmann (G – HO) và Hummer (G – HU) [25]……………………… ……… 23
Hình 1.15. Ảnh TEM của mẫu Fe
3
O
4
– RGO [30]……………………………….… …26
Hình 1.16. Sơ đồ biểu diễn GO kết hợp với Fe
3
O
4
và DXR [46]…………………….28
Hình 1.17. Minh họa các phản ứng giữa Fe
3
O
4
– GO và MB [18]……………….…29
Hình 1.18. Khả năng hấp phụ MB theo thời gian (a) Fe
3
O
4
– GO, (b) GO. Điều

kiện: GO 0,4 mg/mL, Fe
3
O
4
/GO 2,0 mg/mL, MB 0,4 mg/ml, nhiệt độ 20
o
C, pH 7
[18]……………………………………………………………………………………… …29
Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn quy trình tổng hợp hạt Fe
3
O
4
40
Hình 2.2.Sơ đồ biểu diễn quy trình tổng hợp Fe
3
O
4
– GO………………………… 40
Hình 2.3.Hiện tượng nhiễu xạ trên bề mặt tinh thể…………………………… ….…41
Hình 2.4. Thiết bị nhiễu xạ tia X D5005 tại trung tâm khoa học vật liệu ĐHKHTN –
ĐHQGHN……………………………………………………………………………………43
Hình 2.5.
Kính hiển vi điện tử truyềnqua J 1010 tại Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương.44

Hình 2.6.Thiết bị từ kế mẫu rung EV9 tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ
AIST, Đại học Bách khoa Hà Nội……………………………………………………… 45.
Hình 2.7. Máy đo phổ hồng ngoại (FTIR)………………………………………………47
Hình 2.8. Sơ đồ biểu diễn quy trình thử nghiệm màu MB…………………………….48
Hình 2.9. Máy đo UV – Vis tại Viện Kĩ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa Hà
Nội……………………………………………………………………………………………50

Hình 3.1. (a) Hỗn hợp dung dịch trước khi phản ứng, (b) Hỗn hợp dung dịch sau
khi phản ứng, (c) Mẫu bột Fe
3
O
4
51


Hình 3.2. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu M1, M2, M3, M4…………………………… 52
Hình 3.3. Phổ chuẩn JCPDS 19-0629 của Fe
3
O
4
[14] 52
Hình 3.4. Ảnh TEM của mẫu M4 với độ phóng đại 100000 (a) và 80000 (b)…… 54
Hình 3.5. Đường cong từ của mẫu M1, M2, M3, M4……………………………….…55
Hình 3.6. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Fe
3
O
4
– GO và mẫu GO…………… …57
Hình 3.7. (a), (b) Ảnh TEM của mẫu GO tại độ phóng đại 20000; ( c), (e) ,(g) ảnh
TEM của mẫu Fe
3
O
4
– GO (1:1) và (d), (f), (h) ảnh TEM của mẫu Fe
3
O
4

– GO (3:1)
tại độ phóng đại 20000, 50000 và 80000……………………………………………… 60
Hình 3.8. (a) Phân bố kích thước hạt của mẫu Fe
3
O
4
– GO1:1), (b) Phân bố kích
thước hạt của mẫu Fe
3
O
4
– GO (3:1)……………………………………………………61
Hình 3.9. Đường cong từ của các mẫu Fe
3
O
4
– GO…………………………….…….62
Hình 3.10. Phổ FTIR của các mẫu Fe
3
O
4
, Fe
3
O
4
– GO và GO…………………… 65
Hình 3.11. Phổ Raman của các mẫu Fe
3
O
4

, Fe
3
O
4
– GO và GO……………………66
Hình 3.12.
Dung dịch MB của các mẫu M5, M6, M7, M8 trước và sau khi xử lý màu.67
Hình 3.13. Độ hấp phụ quang theo bước sóng của mẫu M6………………………….68
Hình 3.14.
Dung lượng hấp phụ MB của các mẫu M5, M6, M7, M8 theo thời gian 69

Hình 3.15. Phương trình động học hấp phụ bậc hai……………………………… …70
Hình 3.16. Hiệu suất quá trình hấp phụ của mẫu M5, M6, M7, M8 theo thời gian.71
Hình 3.17. Hiệu suất hấp phụ của các mẫu Fe
3
O
4
– GO, Fe
3
O
4
, GO khối lượng 0,01
g…………………………………………………………………………………………….…72


1

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, vật liệu nano từ tính đã và đang thu hút được sự
quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước, bởi các tính chất đặc biệt với

các tiềm năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực: ghi từ, cảm biến sensor, xúc tác, y
sinh, xử lý kim loại nặng trong nước… [28, 38].Trong đó, vật liệu Fe
3
O
4
được biết
đến như là một trong ba loại oxit phổ biến của nguyên tố sắt.Vật liệu này có cấu
trúc tinh thể spinel đảo và có giá trị momen từ cao. Ở kích thước nhỏ, Fe
3
O
4
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 trong điều trị ung thư, chuẩn đoán bệnh sớm, và nhiệt trị ung thư…[9]. Các
phương pháp phổ biến để tổng hợp các hạt nano Fe
3
O
4
có thể kể đến như: phương
pháp đồng kết tủa, vi nhũ tương, hóa siêu âm, lắng đọng điện hóa…. Tuy nhiên,
một thách thức lớn gặp phải khi sử dụng các vật liệu oxit sắt từ này là chúng dễ kết
tụ và bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường như bị ôxy hóa, đặc biệt là trong môi
trường axít. Do đó, để bảo vệ các hạt nano sắt từ, chúng thường được phủ hay bọc
bởi silica, polymer hay cacbon. Ngoài chức năng bảo vệ hạt nano từ, các vật liệu
này có khả năng tương thích sinh học cao hoặc tăng khả năng hấp phụ của vật
liệu.Vì thế, vật liệu tổ hợp của hạt nano sắt từ với các vật liệu trên mở ra nhiều tiềm
năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống.
Gần đây, việc nghiên cứu chế tạo hạt nano Fe

3
O
4
trên nền hợp chất Graphene
Oxit (GO) cũng đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm các nhà khoa học ở
trong và ngoài nước do tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước nhiễm kim loại
nặng (As, Cr ) hoặc các chất màu hữu cơ (MB, RhB…). Trên cơ sở đó, chúng tôi
lựa chọn luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát các đặc tính của vật liệu nano tổ
hợp Fe
3
O
4
– GO.



2

Mục đích nghiên cứu:
Chế tạo được và nghiên cứu tính chất của vật liệu Fe
3
O
4
– GO.
Ứng dụng vật liệu nano tổ hợp Fe
3
O
4
– GO đã chế tạo để loại bỏ chất màu
hữu cơ Methylene Blue (MB) trong dung dịch nước.

Với các nội dung nghiên cứu chính:
Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo hạt nano từ tính Fe
3
O
4
và vật liệu
nano tổ hợp Fe
3
O
4
– GO bằng phương pháp đồng kết tủa cải tiến.
Nghiên cứu các tính chất của vật liệu thu được.
Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ chất màu MB của vật liệu nano tổ
hợp Fe
3
O
4
– GO.
Các kết quả chính đạt được của luận văn:
Chế tạo thành công hạt Fe
3
O
4
có cấu trúc spinel đảo, dạng hình cầu, đường
kính hạt từ 10 ÷ 12,6 nm, moomen từ bão hòa đạt 60,60 ÷ 64,65 emu/g, có tính siêu
thuận từ ở nhiệt độ phòng.
Chế tạo thành công vật liệu Fe
3
O
4

– GO có từ tính đạt 1,9 ÷ 23,67 emu/g, có
thể thu hồi bằng từ trường ngoài và tái sử dụng.
Vật liệu Fe
3
O
4
– GO với các khối lượng khác nhau đã cho thấy khả năng hấp
phụ cao đối với MB (trên 95 %) và đạt tới cân bằng hấp phụ chỉ trong khoảng thời
gian ngắn (dưới 5 phút).
Những đóng góp mới của luận văn:
Chế tạo vật liệu nano tổ hợp Fe
3
O
4
– GO kích thước nano có khả năng hấp
phụ tốt.Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB đạt kết quả tốt.
Luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1 - Tổng quan về vật liệu nano tổ hợp Fe
3
O
4
– GO
Chương 2 - Thực nghiêm
Chương 3 - Kết quả và thảo luận


3

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO TỔ HỢP Fe
3

O
4
- GO
1.1 Tổng quan vật liệu nano từ tính Fe
3
O
4
Oxit sắt từ có công thức Fe
3
O
4
(magnetite) là vật liệu từ tính đầu tiên mà con
người biết đến. Thế kỷ IV người Trung Quốc đã tìm ra Fe
3
O
4
trong các khoáng vật
tự nhiên, Fe
3
O
4
có khả năng định hướng dọc theo phương Bắc – Nam địa lý. Đến
thế kỷ thứ XII họ đã sử dụng vật liệu Fe
3
O
4
để làm la bàn, một công cụ giúp xác
định phương hướng [42]. Trong tự nhiên oxit sắt từ không những được tìm thấy
trong các khoáng vật mà còn được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật như: vi khuẩn
Aquaspirillum magnetotacticum, ong, mối, chim bồ câu.Chính sự có mặt của Fe

3
O
4

trong cơ thể các sinh vật này đã tạo nên khả năng xác định phương hướng mang
tính bản năng của chúng.
1.1.1 Cấu trúc tinh thể magnetite Fe
3
O
4

Trong phân loại vật liệu từ, Fe
3
O
4
được xếp vào nhóm vật liệu ferít từ là
nhóm vật liệu có công thức tổng quát MO.Fe
2
O
3
≡ MFe
2
O
4
và có cấu trúc spinel,
với M là kim loại hoá trị II như Mn
2+
, Fe
2+
, Co

2+
, Zn
2+
, Mg
2+
, Cu
2+
, Ni
2+
, Cd
2+
.
Trong vật liệu thuộc nhóm này, các ion O
2-
có bán kính khoảng 1,32Ǻ lớn hơn rất
nhiều bán kính ion kim loại (0,6

0,8Ǻ), do đó các ion O
2-
nằm rất sát nhau và sắp
xếp thành một mạng có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp chặt. Các ion kim loại
chiếm các vị trí bên trong và được phân thành hai loại: loại thứ nhất là lỗ hổng tứ
diện (nhóm A), mỗi ion kim loại được bao bởi 4 ion O
2-
, loại thứ hai là lỗ hổng bát
diện (nhóm B), mỗi ion kim loại được giới hạn bởi 6 ion O
2-
. Các ion kim loại M
2+

và Fe
3+
sẽ nằm ở các lỗ hổng và tạo nên hai dạng cấu trúc spinel của nhóm vật liệu
feri từ. Ở dạng thứ nhất, toàn bộ các ion M
2+
nằm ở các vị trí A và toàn bộ các ion
Fe
3+
nằm ở các vị trí B. Cấu trúc này đảm bảo hoá trị của các nguyên tử kim loại vì
số ion O
2-
bao quanh vị trí A và B có tỷ số 2/3 nên nó được gọi là cấu trúc spinel
thuận. Cấu trúc này được tìm thấy trong vật liệu ZnO.Fe
2
O
3
.Dạng thứ hai thường


4

gặp hơn được gọi là cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc spinel đảo một nửa số ion
Fe
3+
và toàn bộ số ion M
2+
nằm ở vị trí B, một nửa số ion Fe
3+
còn lại nằm ở vị trí A.
Oxit sắt từ Fe

3
O
4

FeO.Fe
2
O
3
là một ferít có cấu trúc spinel đảo điển hình [9]. Cấu
trúc spinel của Fe
3
O
4
được minh hoạ trên hình 1.1.



Hình 1.1. Cấu trúc spinel của Fe
3
O
4

↓ là phần spin tổng cộng
Hình 1.2.Cấu hình spin của Fe
3
O
4


Chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết định tính chất từ của Fe

3
O
4
. Mômen
từ của các ion kim loại trong hai phân mạng A và B phân bố phản song song, điều
này được giải thích nhờ sự phụ thuộc góc của tương tác siêu trao đổi: AÔB ≈ 125°,
AÔA ≈80°, BÔB ≈ 90°, do đó tương tác phản sắt từ giữa A và B là mạnh nhất.
Trong Fe
3
O
4,
ion Fe
3+
có mặt ở cả hai phân mạng với số lượng như nhau nên
mômen từ chỉ do Fe
2+
quyết định. Mỗi phân tử Fe
3
O
4
có mômen từ tổng cộng là 4μ
B

(μ
B
là magneton Bohr nguyên tử, trong hệ đơn vị chuẩn quốc tế SI thì μ
B
=
9,274.10
-24

J/T) [9]. Hình 1.2 là cấu hình spin của phân tử Fe
3
O
4
.
Vật liệu ferít từ có sự chuyển pha sang trạng thái thuận từ tại một nhiệt độ
gọi là nhiệt độ Curie (T
c
), nhiệt độ T
c
với Fe
3
O
4
là 850 K. Riêng đối với Fe
3
O
4
còn
có thêm một sự chuyển pha khác đó là chuyển pha cấu trúc tại nhiệt độ 118 K còn
gọi là nhiệt độ Verwey. Dưới nhiệt độ này Fe
3
O
4
chuyển sang cấu trúc tam tà làm


5

tăng điện trở suất của vật liệu vì vậy nhiệt độ Verwey thường được dùng để phân

biệt Fe
3
O
4
với các oxit sắt khác [9].
Khi khảo sát các tính chất và ứng dụng của các hạt nano từ thì các tính chất
vật lý và hoá học ở bề mặt có ý nghĩa rất lớn. Trong các dung dịch có nước các
nguyên tử Fe kết hợp với nước, các phân tử nước này dễ phân ly để tách nhóm OH
trên bề mặt oxit sắt. Các nhóm OH bề mặt là lưỡng tính và có thể phản ứng lại với
cả axit hoặc bazơ.
Oxit sắt từ có phạm vi ứng dụng rộng rãi như ghi từ, in ấn, sơn phủ, Các
ứng dụng này đều tập trung vào vật liệu Fe
3
O
4
dạng hạt.Hiện nay người ta đang đặc
biệt quan tâm nghiên cứu ứng dụng hạt Fe
3
O
4
có kích thước nano bởi vì vật liệu ở
kích thước nano thể hiện tính chất siêu thuận từ, là tính chất hoàn toàn khác khi vật
liệu ở dạng khối.
1.1.2 Tính chất siêu thuận từcủa vật liệu Fe
3
O
4

Tinh thể sắt từ được chia nhỏ dần thành các đômen với các phương từ độ
khác nhau thì trường khử từ bên trong tinh thể giảm dần.Có thể chứng minh rằng

khi tạo thành N đômen, năng lượng trường khử từ giảm đi N lần so với giá trị ban
đầu. Dưới tác dụng của năng lượng di hướng từ, trong mỗi đômen có véctơ từ độ
hướng theo các phương dễ từ hoá (trục dễ) [9]. Nếu năng lượng kích thích nhiệt (có
xu hướng phá vỡ sự định hướng mômen từ của các hạt) trở nên trội hơn năng lượng
dị hướng từ (có tác dụng định hướng mômen từ của các hạt) thì mômen từ của các
hạt sắt từ sẽ định hướng một cách hỗn loạn, do đó mômen từ tổng cộng bằng không.
Chỉ khi có từ trường ngoài tác dụng mới có sự định hướng của mômen từ và tạo ra
mômen từ tổng cộng khác không.Tính chất này đặc trưng cho các vật liệu thuận
từ.Mỗi hạt nano sắt từ có chứa hàng vạn nguyên tử nên cũng có mômen từ lớn hơn
hàng vạn lần mômen từ nguyên tử, vì vậy tính chất này được gọi là tính chất siêu
thuận từ. Đường cong từ hoá siêu thuận từ cũng tuân theo hàm Langevin như
trường hợp thuận từ. Đường cong này có hai đặc điểm: không phụ thuộc nhiệt độ và
lực kháng từ H
c
= 0, độ từ dư M
r
= 0 nghĩa là không có hiệu ứng trễ. Điều này là



hoàn toàn khác so vớ
i đư
thể hiện sự thay đổ
i đư
giảm.Trong giới hạ
n đơn
= 0, kích thước D
p
tại th
ờ

diễn sự thay đổi của H
c

khi đư
Hình 1.3. Đườ
ng cong t
(đườ
ng màu đen) và siêu thu
(đườ
ng màu đ
Lực kháng từ H
c
ph
được mô tả trong Hình
1.4 và theo công th

H
C
= H
Trong đó: D
s
:Kích thướ
c đơn đômen
D
p
: Kích thướ
c siêu thu
D: Kích thướchạt

H

Co
: Lực kháng t
ừ
Kích thước hạt gi
ả
nhiệt.
6
i đư
ờng cong từ trễ sắt từ khi hạt có kích thư
ớ
i đư
ờng cong từ hoá của vật liệu sắt từ
khi kích th
n đơn
đômen khi kích thước hạt giảm thì H
c
giả
m cho đ
ờ
i điểm H
c
= 0 chính là giới hạn siêu thuận t
ừ
khi đư
ờng kính hạt giảm.


ng cong t
ừ hoá sắt từ
ng màu đen) và siêu thu

ận từ
ng màu đ
ỏ)
Hình 1.4. Lự
c kháng t
vào đườ
ng kính h
ph
ụ thuộc nhiều vào kích thước của hạt.S
ự
1.4 và theo công th
ức 1.1 [19]:
= H
Co
[ 1 – (


)
3/2
]
(1.1)
c đơn đômen

c siêu thu
ận từ

ừ
khi nhiệt độ Tgần 0 K
ả
m xuống dưới D

s
thì lực kháng từ giả
m do có hi
ớ
c lớn. Hình 1.3
khi kích th
ước hạt
m cho đ
ến khi H
c

ừ
. Hình 1.4 biểu
c kháng t
ừ H
c
phụ thuộc
ng kính h
ạt
ự
phụ thuộc này
m do có hi
ệu ứng


7

Khi kích thước Dtiếp tục giảm xuống dưới đường kính giới hạn D
p
(D <

D
p
)thì lực kháng từ bằng không (H
c
= 0), vì lúc này hiệu ứng nhiệt đủ mạnh để tự
động khử từ của hạt, những hạt như vậy được gọi là siêu thuận từ.
1.1.3 Tổng hợp hạt nano Fe
3
O
4

Bên cạnh các phương pháp đã và đang được sử dụng để tổng hợp hạt nano
thì trong quá trình nghiên cứu các nhà khoa học vẫn không ngừng tìm kiếm các
phương pháp mới để nâng cao chất lượng của hạt nano. Với sự hỗ trợ của các
phương tiện kĩ thuật tiên tiến, hiện nay, nhiều phương pháp đã được đưa vào sử
dụng, tổng hợp ra những hạt nano có kích thước nhỏ, độ tinh khiết cao hơn rất
nhiều. Tùy theo từng yêu cầu sử dụng mà có thể tạo ra các hạt nano từ tính Fe
3
O
4

trong vùng kích thước nhỏ, hạt siêu thuận từ, vùng kích thước lớn hàng chục
nanomet bằng nhiều phương pháp vật lý, hóa học khác nhau.
Một số phương pháp hiện nay đang được sử dụng trong các phòng thí
nghiệm ở Việt Nam cũng như trên thế giới để tạo ra các hạt nano như: phương pháp
thủy nhiệt, phương pháp vi nhũ tương, phương pháp nghiền bi, phương pháp lắng
đọng điện hóa, phương pháp laze xung [5].
a. Phương pháp đồng kết tủa
Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một
trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ.

Các mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuyếch tán của vật chất từ
dung dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nanô (hình 1.5)
[6].


8


Hình 1.5. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch [6]

Có hai cách để tạo oxit sắt bằng phương pháp này đó là hydroxit sắt bị oxi
hóa một phần bằng một chất oxi hóa nào đó và già hóa hỗn hợp dung dịch có tỉ
phần hợp thức Fe
+2
và Fe
+3
trong dung môi nước. Cách thứ nhất có thể thu được hạt
nano có kích thước từ 30 nm – 100 nm. Cách thứ hai có thể tạo hạt nano có kích
thước từ 2 nm – 15 nm. Thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch có thể thuđược
hạt có kích thước như mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt của các
hạt đã được hình thành [6].
Bản chất của phương pháp là kết tủa đồng thời tất cả các ion có trong thành
phần của oxit phức hợp từ dung dịch mà thường dưới dạng hydroxit, cacbonat,
oxalate, citrate… bằng cách trộn các muối đã được hoà tan của các kim loại tương
ứng theo một tỷ phần xác định với một dung môi. Sau đó, hỗn hợp được để lắng
(kết tủa). Sau khi để lắng, tiến hành lọc tách ta thu được hạt có kích cỡ nhỏ.
* Cơ chế của phương pháp đồng kết tủa
Phương pháp đồng kết tủa chế tạo hạt Fe
3
O

4
dựa trên phản ứng hoá học:
Fe
2+
+ 2 Fe
3+
+ 8 OH
-
↔ Fe
3
O
4
↓ + 4 H
2
O (1.4)
Ở đây Fe
2+
dễ dàng bị oxi hoá vì vậy mà sản phẩm tạo ra có thể làm lệch tỷ
lệ mong muốn giữa Fe
2+
và Fe
3+
. Do đó, khi làm thí nghiệm ta nên làm trong môi


9

trường khí trơ để tránh sản phẩm phụ ảnh hưởng tới độ tinh khiết của sản phẩm.
Một số những phản ứng phụ và sản phẩm của chúng:
4Fe(OH)

2
+ O
2
+ 2H
2
O 4Fe(OH)
3
(1.5)
Fe
3
O
4
+ 0,5O
2
3Fe
2
O
3
(1.6)
Trong dung dịch muối Fe(II) và Fe(III) bị thuỷ phân và cung cấp những phân
tử sắt có cấu trúc đơn đômen. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra sự thuỷ phân của
ion Fe
2+
và Fe
3+
tạo ra những pha khác nhau của oxit và hidroxit sắt và sản phẩm
cuối cùng phụ thuộc vào quá trình biến đổi này. Muối Fe
2+
và Fe
3+

bị phân li và tạo
ra ion hexa-aq như sau:
FeCl
3
+ 6H
2
O = Fe(H
2
O)
6
3+
+ 3Cl
-
(1.7)
FeCl
2
+ 6H
2
O = Fe(H
2
O)
6
2+
+ 2Cl
-
(1.8)
Trong điều kiện thuận lợi: pH cao và nhiệt độ cao (trên 60
o
C), ion hexa-aq
thuỷ phân và tạo thành chuỗi mầm tinh thể liên kết với nhau. Phản ứng thuỷ phân

đơn giản được mô tả theo phương trình dưới đây, với z là hoá trị của ion kim loại, n
là số bậc của phản ứng thuỷ phân [7].
Fe(H
2
O)
6
Z+
+ H
2
O Fe(H
2
O)
6-n
(OH)
n
(z-n)
+ 3H
3
O
+
(1.9)
Những sản phẩm thu được từ phản ứng thuỷ phân của cả ion Fe
2+
và ion Fe
3+

được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 1.1. Sản phẩm của phản ứng thuỷ phân
Fe
2+

Fe
3+

Fe(OH)
+
Fe(OH)
2+

Fe(OH)
2
Fe(OH)
2
+

Fe(OH)
3
-
Fe(OH)
3
Fe(OH)
4
2-

Fe(OH)
4
-

Fe
2
(OH)

2
4+

Fe
3
(OH)
4
5+

Một phản ứng thuỷ phân nói chung được mô tả bằng phương trình phản ứng
(1.10) mà sự tạo thành các dime và trime được thể hiện như bảng 1.1.






mFe(H
2
O)
6
z+

Những sản phẩ
m c
những phức chất có nhiề
u ion trung tâm cùng lo
Oxolation sau đó chúng phát tri
những hạ
t oxit và hidroxit s

Trong những ph
ả
nhau bằng liên kết cầ
u b
phụ là nước. Cơ chế củ
a quá trình
Hình 1.6. Ph
Phản ứ
ng Oxolation đư
oxit kim loại nhỏ nhờ
quá trình k
Hình 1.7. Ph
Độ
pH đóng vai tr
Olation hay Oxolation x
pH tăng mức độ tạo ph
ứ
loại giảm  khả năng t
ạ
10

+ xH
2
O = Fe
m
(H
2
O)
y
(OH)

(mn-y)
(zm-y)+
+ xH
3
O
m c
ủa quá trình thủy phân tập hợ
p bên trong ph
u ion trung tâm cùng lo
ại) bằng những phả
n
Oxolation sau đó chúng phát tri
ển giống như những phản ứng ngư
ng t
t oxit và hidroxit s
ắt nhỏ.
ả
n ứng Olation, nguyên tử kim loại M đư
ợ
u b
ởi nhóm hidroxo để tạo thành phứ
c đa nhân và s
a quá trình
được mô tả như sau:
Hình 1.6. Ph
ản ứng Olation tạo thành phức
ng Oxolation đư
ợc thực hiện trong khoảng pH rộng, t
ạ
quá trình k

ết tủa và được thực hiện như sau:
Hình 1.7. Ph
ản ứng Oxolation tạo thành phức

pH đóng vai tr
ò chính trong việc xác định ưu thế của phả
n
Olation hay Oxolation x
ảy ra giữa những sản phẩm của phản ứ
ng thu
ứ
c hidroxo (OH
-
) của ion kim loại tăng  n
ồ
ạ
o phức giảm. Quá trình proton hóa phối t
ử
O
+
(1.10)
p bên trong ph
ức đa nhân (là
n
ứng Olation và
ng t
ụ để tạo thành
i M đư
ợc kết hợp với
c đa nhân và s

ản phẩm

ạ
o ra những hạt


ả
n ứng ngưng tụ
ng thu
ỷ phân. Khi
ồng độ ion kim
ử
giảm  nồng


11

độ phối tử tăng  khả năng tạo phức tăng. Khi pH giảm mức độ tạo phức hidroxo
(OH
-
) của ion kim loại giảm  nồng độ ion kim loại tăng  khả năng tạo phức
tăng. Quá trình proton hóa phối tử tăng  nồng độ phối tử giảm  khả năng tạo
phức giảm.
Khi bazơ được thêm vào dung dịch phức đa nhân màu đỏ đậm được tạo ra có
công thức [Fe(II)Fe(III)
2
O
x
(OH)
2(3-x)

]
m
2m+
và được mô tả bằng phản ứng sau:
mFe
2+
+ 2mFe
3+
+ 6mOH
-

[Fe(II)Fe(III)
2
O
x
(OH)
2(3-x)
]
m
2m+
+ mxH
2
O

(1.11)

Phức này có tỷ lệ Fe(III)/Fe(II) giống với tỷ lệ của oxit sắt từ. Sau đó phức
có màu đỏ đậm sẽ bắt đầu kết tủa tạo ra những hạt màu đen Fe
3
O

4
. Khi ion OH
-

được thêm vào thì pH của dung dịch đạt được ít nhất là 12 [7, 11].
Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay để điều chế hạt sắt từ.Bản chất
của phương pháp là tạo ra những oxit phức hợp thông qua các dạng kết tủa trung
gian. Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa ionkim
loại và ion tạo kết tủa, lực ion và độ pH của dung dịch Tính đồng nhất hóa học
của oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ dung dịch. Trong
phương pháp đồng kết tủa, nếu chọn được điều kiện tốt, quãng đường khuyếch tán
khi xảy ra phản ứng pha rắn chỉ khoảng 10 - 50 lần kích thước ô mạng cơ sở. Vì vậy
sản phẩm thu được có tính đồng nhất cao hơn, bề mặt riêng lớn hơn, độ tinh khiết
hoá học cao hơn, và tiết kiệm được nhiều năng lượng hơn [11].
* Đánh giá:
Ưu điểm: Phương pháp đồng kết tủa là một phương pháp được tiến hành đơn
giản cho kết quả nhanh chóng, chế tạo được khối lượng mẫu lớn trong khoảng thời
gian ngắn và chi phí thấp.
Nhược điểm: Khó kiểm soát kích thước hạt, hạt tạo ra có kích thước lớn.
b. Phương pháp thủy nhiệt
Thủy nhiệt là một quá trình đặc biệt dùng để chỉ một phản ứng hóa học mà
có sự tham gia của nước hay các dung môi khác dưới tác dụng của nhiệt độ và áp
suất cao. Trong quá trình chế tạo Fe
3
O
4
bằng phương pháp thủy nhiệt, dung môi


12

được sử dụng là 2 muối Fe
2+
, Fe
3+
và NaOH. Phương pháp thủy nhiệt khác với
phương pháp đồng kết tủa ở cơ chế kết tủa tạo thành Fe
3
O
4
.
Cả hai phương pháp lúc đầu đều tạo ra phức đa nhân màu đỏ đậm có công
thức [Fe(II)Fe(III)
2
O
x
(OH)
2(3-x)
]
m
2m+
và được mô tả bằng phản ứng sau:
mFe
2+
+ 2mFe
3+
+ 6mOH
-
= [Fe(II)Fe(III)
2

O
x
(OH)
2(3-x)
]
m
2m+
+ mxH
2
O (1.12)

Phương pháp thủy nhiệt dùng điều kiện nhiệt độ cao để bẻ gãy các phức đa
nhân màu đỏ tạo thành Fe
3
O
4
.Trong khi đó, phương pháp đồng kết tủa sử dụng yếu
tố pH.
* Đánh giá:
Ưu điểm: Phương pháp thủy nhiệt chế tạo hạt Fe
3
O
4
có kích thước nhỏ,
chống oxi hóa.
Nhược điểm: Chế tạo mẫu mất thời gian và khối lượng chế tạo không nhiều.
c. Phương pháp vi nhũ tương
 Định nghĩa:
Nhũ tương: là hệ phân bố pha lỏng này vào pha lỏng khác không hòa tan vào
nhau. Trong nhũ tương còn có chất hoạt động bề mặt (CHĐBM), có tác dụng làm

bền nhũ tương (chất nhũ hoá).
Nhũ tương gồm pha phân tán và môi trường phân tán. Môi trường phân tán
là chất lỏng liên tục chứa pha phân tán. Pha phân tán tồn tại dạng hạt nhỏ có đường
kính từ 10
-7
- 10
-5
m phân bố đều trong môi trường phân tán. Nhũ tương có hai thành
phần cơ bản: pha phân cực (pha nước) và pha không phân cực (pha dầu). Nhũ tương
là hệ đục.
Vi nhũ tương là hệ nhũ tương đặc biệt có ít nhất bốn cấu tử trong thành phần
của hệ: nước - dầu - CHĐBM ưa nước - CHĐBM ưa dầu. Vi nhũ tương pha phân
tán có kích thước 10
-9
- 10
-7
m. Vi nhũ tương là hệ trong có thể nhìn qua.


13

 Phân loại: Có hai loại nhũ tương
Nhũ tương thuận: là nhũ tương mà pha dầu được phân tán trong pha nước
(O/W).
Nhũ tương nghịch: là nhũ tương mà pha nước được phân tán trong pha dầu
(W/O).
Nhiệt động học của vi nhũ tương
Hệ vi nhũ tương sẽ không bền khi không có CHĐBM do lực hấp dẫn tỷ lệ
với sự khác nhau về tỷ trọng của pha phân tán và môi trường phân tán, tỷ lệ bình
phương với bán kính hạt phân tán và tỷ lệ nghịch với độ nhớt của môi trường phân

tán.
Để tạo được hệ vi nhũ tương bền thì lượng chất hoạt động bề mặt phải nhiều
hơn hệ nhũ tương. Vi nhũ tương rất bền về mặt nhiệt động, khi điều chế không cần
cung cấp nhiều năng lượng để pha trộn thành vi nhũ tương. Vi nhũ tương có thể tồn
tại độc lập cân bằng với pha nước hoặc pha dầu do sức căng bề mặt rất nhỏ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vi nhũ tương
 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi nhiệt độ tăng thì lực tương tác giữa các phân tử lớp bề mặt giảm nên sức
căng bề mặt cũng giảm, mối quan hệ giữa các đại lượng trên được thể hiện ở công
thức (1.13) sau:

(1.13)
Trong đó: a: Hệ số phụ thuộc bản chất chất lỏng.
d= -a. dT
T
- 
To
= -a. (T-T
0
)

T
=

To
- a. (T-T
0
)
(1.14)
Theo phương trình trên nếu nhiệt độ tăng thì sức căng bề mặt giảm.

 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt:Năm 1909 phương trình
Shicopxky ra đời:
dT
d
a




14


C
-

O
= - A. ln(1+ BC)
(1.15)
Trong đó:
C

: Sức căng bề mặt của CHĐBM ở nồng độ C (mol/l)
0

: Sức căng bề mặt của nước nguyên chất
A: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ
B: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo CHĐBM
C: Nồng độ CHĐBM trong dung dịch
Nguyên lý của phương pháp chế tạo hạt nano
Nguyên lý của phương pháp là trộn hai hệ vi nhũ tương nghịch của các chất

tham gia phản ứng với nhau, cơ chế phản ứng giống như trong phương pháp đồng
kết tủa chỉ khác là trong phương pháp vi nhũ tương nghịch (hay mixen đảo), hạt
nano được chế tạo trong điều kiện bị giới hạn về thể tích và được hình thành trong
những giọt dung dịch rất nhỏ nên sự phát triển về kích thước bị giới hạn. Khi hoà
trộn hai hệ vi nhũ tương của chất tham gia phản ứng vào với nhau, nếu có đủ lực tác
động thì hai hạt nhỏ của hai chất tham gia phản ứng có thể tạo thành hạt lớn hơn và
phản ứng hoá học xảy ra trong lòng hạt lớn hơn đó, sản phẩm mong muốn được tạo
thành. Các hạt sản phẩm sau khi hình thành sẽ bị bao phủ bởi CHĐBM ngăn cách
không cho phát triển thêm về kích thước.
Để cung cấp đủ động năng cho các hạt nhũ tương kết hợp lại với nhau, ta
phải tăng nhiệt độ và áp suất cho phản ứng (vi nhũ tương thuỷ nhiệt) hoặc dùng
máy đánh siêu âm cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Trong quá trình nghiên cứu chế tạo hạt nano oxit sắt từ, quá trình đánh siêu
âm oxi trong không khí có thể dễ dàng hoà tan vào dung môi và làm sản phẩm bị
oxi hoá vì vậy phản ứng phải thực hiện trong môi trường khí nitơ.
Vi nhũ tương chế tạo hạt nano nói chung
Tạo hệ vi nhũ tương nghịch nước trong dầu (W/O) của dung dịch tham gia
phản ứng. Bước đầu thí nghiệm khảo sát tỉ lệ thích hợp giữa nước-dầu-chất hoạt
động bề mặt để tạo được hệ vi nhũ tương trong có thể nhìn qua.


15

Tiến hành thực hiện phản ứng: Cho từ từ hệ vi nhũ tương của hai chất tham
gia phản ứng vào nhau ở nhiệt độ 60
o
C – 90
o
C trong điều kiện dùng máy đánh siêu
âm, môi trường khí nitơ.

Tiến hành thu hồi sản phẩm: Lọc rửa sản phẩm và sấy khô.
* Đánh giá:
Ưu điểm: Hạt nano chế tạo theo phương pháp này có kích thước nhỏ. Các hạt
đồng đều và không bị kết tụ. Điều chỉnh kích thước hạt bằng cách điều chỉnh hàm
lượng chất tham gia phản ứng, các loại dung môi, nồng độ chất hoạt hóa bề mặt
trong dung dịch.
Nhược điểm: Quá trình tạo hạt rất phức tạp, chế tạo ra một lượng nhỏ và tốn
thời gian. Hạt tạo ra có một lượng khá lớn CHĐBM bám trên bề mặt của hạt, hóa
chất sử dụng đòi hỏi độ tinh khiết cao và cần một lượng lớn hơn so với phương
pháp đồng kết tủa với cùng một mức độ sản xuất, điều kiện phản ứng cũng yêu cầu
khắt khe và phức tạp hơn nhiều so với phương pháp đồng kết tủa.
d. Phương pháp lắng đọng điện hóa
Lắng đọng điện hóa là quá trình mà trong đó dòng điện đi qua một chất điện
phân của các ion kim loại. Trong Hình 1.8, lắng đọng dung dịch được thực hiện bởi
ba điện cực gồm điện cực so sánh (Platinum electrode), điện cực làm việc (Working
electrode) và điện cực đếm (Reference electrode). Thông thường dung dịch sẽ được
sử dụng một số kim loại như điện cực làm việc và sử dụng dây Pt hay Ag / AgCl
như điện cực so sánh. Các ion trong kim loại trong dung dịch sẽ lắng đọng lên bề
mặt điện cực làm việc.



Hình 1.8. S
Phương pháp đi
ện hóa cũng đ
tính.Dung d
ịch điện hóa l
đư
ợc điều khiển bằng mật độ d
các CHĐBM dương [6]. Phương pháp này ch

nhiên sản phẩm thu đư
ợc không nhiều v
B
ảng 1.2 tổng hợp một số b
khác nhau.
Bảng 1.2.M
ột số thông số của vật liệu Fe
khác nhau
Phương pháp
tổng hợp
Đư
ờng kính hạt (nm)
D
XRD
Đồng kết tủa
12,6
13,4
14,2
13,8
Đồng kết tủa
15
Đồng kết tủa
18,4
Thủy nhiệt

16
Hình 1.8. S
ắp xếp ba điện cực trong quá trình lắng đọ
ng đi
ện hóa cũng đ

ược dùng đ
ể chế tạo hạt nano oxit sắt từ
ịch điện hóa l
à dung dịch hữu cơ.Kích thư
ớc của hạt nano từ 3
ợc điều khiển bằng mật độ d
òng điện phân.S
ự phân tán của các hạt nano nhờ v
các CHĐBM dương [6]. Phương pháp này chế tạo vật liệu rất nhanh chóng, tuy
ợc không nhiều v
à khó kiểm soát đư
ợc kích th
ảng 1.2 tổng hợp một số b
ài báo chế tạo hạt Fe
3
O
4
theo các phương phá
ột số thông số của vật liệu Fe
3
O
4
t
ổng hợp theo các ph
ờng kính hạt (nm)

Ms
(emu/g)

Ứng dụng

XRD
D
TEM

12,6

12 ÷15
50,61

13,4
61,36
14,2
56,05
13,8
55,43
15

Lo
ại bỏ Pb(II) v
Cr(III)
18,4
65

17,12 57,4
Kết hợp
chistosan

ng đi
ện hóa
ể chế tạo hạt nano oxit sắt từ

ớc của hạt nano từ 3
– 8 nm
ự phân tán của các hạt nano nhờ v
ào
ế tạo vật liệu rất nhanh chóng, tuy
ợc kích th
ước hạt.
theo các phương phá
p
ổng hợp theo các ph
ương pháp
Tài liệu
[ 48]

ại bỏ Pb(II) v
à
[43]
[22]
[23]


17

Thủy nhiệt 300 ÷ 400

37,8
Kết hợp với GO
để loại bỏ Cr
(VI)
[32]

1.1.4 Một số ứng dụng điển hình của hạt nano từ tính Fe
3
O
4

 Ứng dụng của hạt Fe
3
O
4
trong phân tách và chọn lọc tế bào:
Hiện nay, vật liệu Fe
3
O
4
được ứng dụng nhiều trong y sinh như phân tách,
chọn lọc tế bào.Các thực thể sinh học cần nghiên cứu sẽ được đánh dấu thông qua
các hạt nano sắt từ.Một từ trường bên ngoài sẽ tạo lực hút hút các tế bào được đánh
dấu mang hạt từ tính và giữ chúng lại, những tế bào không được đánh dấu sẽ thoát
ra ngoài [2]. Hạt Fe
3
O
4
được sử dụng để tách một loại thực thể sinh học nào đó ra
khỏi môi trường của chúng nhằm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích
khác. Các hạt Fe
3
O
4
được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học
như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA) Hóa chất bao phủ không những có thể

tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho
các hạt nano phân tán tốt trong dung môi. Đối với các tế bào lớn, kích thước của các
hạt Fe
3
O
4
đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nanomet.
 Ứng dụng của hạt Fe
3
O
4
trong chế tạo pin Lithium – Ion (LI)
Pin LI đang được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị di động, và các
phương tiện vận chuyển. Quy trình phóng / nạp của pin đang được các nhà khoa học
tích cực nghiên cứu. Các vật liệu mới làm điện cực đang được nghiên cứu sử dụng
để cải thiện hiệu suất của pin. Vật liệu Fe
3
O
4
với chi phí thấp, thân thiện với môi
trường và với nhiều tính chất đặc biệt đã được khảo sát như cực âm của pin LI. Khả
năng hồi phục cao 843,5 mA.h/g sau 50 chu kỳ, các thanh nano có khả năng vận
chuyển điện tử nhanh [50]. Tuy nhiên, diện tích bề mặt cao của vật liệu nano có thể
gây ra các phản ứng phụ như phân hủy giữa điện cực và chất điện phân, hình thành
lớp dày trên bề mặt điện cực. Để giải quyết những vấn đề này Fe
3
O
4
đã được tổng
hợp thành vật liệu lai Fe

3
O
4
@ C hay Fe
3
O
4
– GO. Khả năng hồi phục của pin đạt
được hơn 963 mA.h/ g sau 100 chu kỳ mà không giảm công suất dòng điện ở mật



độ d
òng 100 mA/g. Ngay c
mA/ g, pin vẫn duy trì
đư
Hình 1.9. Chu kì phóng/ n

Hình 1.10.
Ứng dụng của hạt Fe
 Ứng d
ụng của hạt Fe
Vật liệu oxit sắ
t t
trong xử lý nước. Hạ
t nano s
+ Trên bề mặt hạ
t có m
tích dương trong môi trư
18

òng 100 mA/g. Ngay cả sau 50 chu kỳ với các tỉ lệ khác nhau từ 100 ÷ 2500
đư
ợc công suất 979 mAh/g ở 100 mA/g [16].

Hình 1.9. Chu kì phóng/ n
ạp tại mật độ dòng đi
ện 100 mA/g của vật liệu
Fe
3
O
4
/graphene [16]

Ứng dụng của hạt Fe
3
O
4
trong ch
ế tạo pin Lit
ụng của hạt Fe
3
O
4
trong xử lý nư
ớc bị nhiễm kim loại nặng :
t t
ừ là một trong những dạng oxit sắt được
ứ
t nano s
ắt từ hấp phụ kim loại, xử

lý màu trong n
t có m
ột lớp điện tích bề mặt, lớp điệ
n tích này mang đi
tích dương trong môi trư
ờng pH < 6,8 và mang điệ
n tích âm trong môi trư
ả sau 50 chu kỳ với các tỉ lệ khác nhau từ 100 ÷ 2500


ện 100 mA/g của vật liệu
ế tạo pin Lit
hium – Ion
ớc bị nhiễm kim loại nặng :

ứ
ng dụng nhiều
lý màu trong n
ước là do:
n tích này mang đi
ện
n tích âm trong môi trư
ờng pH