Khảo sát khả năng phân hủy chất màu reactive blue 198 của hạt nano composite NiZnO-Fe3O4




 !
"#$%$&$'() 
$*+, /
0

1
Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN VĂN CƯỜNG


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG PHÂN HỦY
CHẤT MÀU REACTIVE BLUE 198 CỦA
HẠT NANOPARTICLE NiZnO/Fe
3
O
4
Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN VĂN CƯỜNG
        


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
23456789:7;,<6<=3
%>
Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
Tên khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát khả năng phân hủy chất màu reactive
blue 198 của hạt nano composite NiZnO/Fe
3

O
4
.
Nhiệm vụ của khóa luận:
1. Tổng quan về hạt nano ZnO.
2. Tổng quan về hạt nano ZnO pha tạp với kim loại Niken.
3. Tổng quan về hạt nano composite NiZnO/Fe
3
O
4
.
4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy thuốc nhuộm
Blue 196 của hạt nano composite NiZnO/Fe
3
O
4
:
- Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ dung dịch thuốc nhuộm ban
đầu
- Ảnh hưởng của pH.
- Ảnh hưởng của lượng xúc tác.
- Tái sử dụng của hạt nano composite NiZnO/Fe
3
O
4
.
Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Cường.
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành cuốn khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi,
nghiên cứu của bản thân, tôi còn nhận được sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân

và tập thể. Trước hết, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới:
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Cường-
Thầy hướng dẫn luận văn của tôi. Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã
kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều. Sự hiểu biết sâu sắc
về khoa học, cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được
những thành tựu và có được kinh nghiệm quý báu. Sau này, khi lần dở lại
cuốn luận văn này, tôi sẽ nhớ những ngày thầy hướng dẫn tôi làm thí nghiệm,
đi đo mẫu,viết báo cáo. Tôi sẽ nhớ những giảng viên sẽ không nề hà gì khi
cung cấp cho tôi những số liệu, những quyển sách quý…
Tôi dành lời cảm ơn tiếp theo đến các thầy cô ở trong trường Đại học
Công Nghiệp Tp. Hồ chí Minh- những người đã đồng hành cùng tôi trên con
đường tri thức, những người đã hướng dẫn tôi, hổ trợ tôi suốt ba năm học cao
đẳng.
Rồi tôi cảm ơn bạn bè mình, những người bạn thân, cả những đối
thủ cạnh tranh nữa. Ba năm sinh viên của tôi thật tẻ nhạt và có lẽ sẽ chẳng
đạt được kết quả như bây giờ nếu không có các bạn. những người đã cùng
tôi trải qua những cuộc vui bất tận, những lần đi hội trại cùng nhau là
những kỷ niệm đẹp mà mình sẽ không thể quên, rồi cả những đợt tình
nguyện đầy ý nghĩa nữa. Cuối cùng, tôi cảm ơn gia đình tôi đã tạo điều kiên
cho tôi tới trường như bao bạn bè khác, tôi cảm ơn gia đình tôi vì gia đình
tôi là người cuối cùng tôi bước đi trên con đường sắp tới.
Tôi rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý chân thành của quý thày
cô, bạn bè để tôi có thể sửa chữa những thiếu sót và củng cố được kiến thức,
rút ra những bài học kinh nghiệm cho bản thân.
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

<?,@A,<B*AC
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN












Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:

• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC VIẾT TẮT
DMS: Chất bán dẫn từ pha loãng.
TFTs: Thin film transitors.
TM: Kim loại chuyển tiếp.
XRD: X-ray Diffraction
IR: Infrared
LỜI NÓI ĐẦU
Dệt nhuộm hiện nay là một ngành sản xuất quan trọng, là một trong
những ngành có kim ngạch xuất khẩu lớn, thu hút được nhiều lao động,
nhất là lao động nữ. Nhưng hiện nay, rất nhiều cơ sở vẫn đang hoạt động
nằm xen kẽ trong khu dân cư, khả năng ô nhiễm rất lớn đối với môi trường
xung quanh. Hệ thống xử lý nước thải của các cơ sở này hầu hết đều chưa
đạt yêu cầu. Song về tổng thể, ngành dệt nhuộm hoàn tất vải ở nước ta vẫn
còn đang áp dụng các công nghệ và máy móc thiết bị truyền thống. Do vậy
năng suất chưa cao, chất lượng chưa thật tốt và sử dụng nhiều hóa chất,
thuốc nhuộm, tốn nhiều nước và năng lượng. Đặc trưng của nước thải dệt
nhuộm là mức độ ô nhiễm lớn, yêu cầu đặt ra cho công tác nghiên cứu là
phải thiết lập được các hệ thống xử lí hiệu quả đối với tác nhân chính gây ô
nhiễm như tính kiềm, hàm lượng kim loại nặng, các chất hoạt động bề mặt
khó phân giải vi sinh, các hợp chất halogen hữu cơ, các muối trung tính vào
trong nước thải. Ngoài ra, ở TP. HCM đã hình thành và phát triển các cơ sở
nhuộm loại nhỏ với công nghệ gián đoạn nhằm phục vụ cho các cơ sở dệt
kim, dệt thoi ngoài quốc doanh. Những cơ sở này nằm rải rác trong các khu
dân cư với dây chuyền thiếu đồng bộ và lượng nước thải ra không được

kiểm soát một cách chặt chẽ. Đây là nguồn gây ô nhiễm môi trường đáng kể
mà thành phố muốn di dời ra khu công nghiệp mới.Gần đây, việc sử dụng
phản ứng xúc tác quang của các chất bán dẫn như TiO
2
, ZnO, CdS và
Fe
2
O
3
cấu trúc nano để tạo ra các gốc có tính oxy hóa mạnh đang thu hút
sự quan tâm trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng.
Do tính chất trên nếu không xử lý triệt để thì về lâu dài lượng nước
thải này sẽ tích tụ, gây ô nhiễm dến các nguồn nước xung quanh và ảnh
hường đến sức khoẻ cuả cộng đồng.
Tình hình trên cho thấy, hướng nghiên cứu điều chế và khảo sát
hoạt tính xúc tác quang của vật liệu nano composite ZnO nhằm ứng dụng
trong lĩnh vực xử lý môi trường là rất cần thiết, rất có ý nghĩa về mặt khoa
học và thực tiễn. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài: “Khảo sát khả năng phân
hủy chất màu reactive blue 198 của hạt nano composite NiZnO/Fe
3
O
4
D
Với mục đích đó, trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu những nội
dung chính sau:
− Tổng hợp hạt nano NiZnO.
− Tổng hợp hat nano composite NiZnO/Fe
3
O
4

.
− Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy của hạt nano
composite NiZnO/Fe
3
O
4
đối với thuốc nhuộm reactive Blue 198 ở
bước sóng 625nm trong môi trường nước.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1. 1.Tổng quan về ZnO
'''E,BF*
Oxit kẽm là một hợp chất vô cơ với công thức ZnO. ZnO là một loại
bột trắng không tan trong nước, được sử dụng rộng rãi như một chất phụ
gia trong rất nhiều vật liệu và sản phẩm bao gồm cả nhựa, gốm sứ, thủy
tinh, xi măng, dầu bôi trơn, sơn, thuốc mỡ, chất kết dính, chất bịt kín, bột
màu, thực phẩm, pin, chất chống cháy, băng cứu thương,…Trước đây hạt
nano oxit kẽm được dùng để làm chất màu màu trắng nên được gọi là kẽm
trắng, hay kẽm hoa (là chất bột mịn sau khi ngưng tụ kẽm ở trạng thái hơi).
Hiện nay là kẽm trắng là thuật ngữ để chỉ ZnO điều chế bằng cách đốt cháy
kẽm kim loại.
''GH3<IJ
Từ lâu, người ta đã biết ZnO là một sản phẩm phụ trong quá trình
luyện đồng. Người La Mã dùng nó để luyện đồng thau, làm thuốc mỡ. Các
nhà giả kim còn nghĩ rằng có thể biến kẽm oxit thành vàng.
Giữa thế kỷ XIII, nhà hóa học Đức Cramer mới khám phá ra rằng
đốt cháy kẽ kim loại sẽ thu được kẽm oxit. Năm 1781, tại Pháp, Courtois mới
bắt đầu điều chế ZnO, nhưng mãi đến năm 1840 người ta mới áp dụng
phương pháp này để sản xuất ZnO và càng ngày càng áp dụng rộng rãi do
nhu cầu cầu sử dụng ZnO ngày càng cao. Đó là vì người ta đã dùng kẽm oxit
thay thế cho chì trắng (tên gọi của chì oxit). Kẽm oxit có ưu điểm là không

độc, không bị sẫm màu trong môi trường khí SO
3
.
Năm 1850, S.Wetherill (New Jersey) hoàn thành một lò nung. Trong
đó có một lưới lọc được phủ bởi một hỗn hợp quặng kẽm và than. Khi đốt
than, kẽm bị oxi hóa thành ZnO ở cửa ra của lò. Những lò nung này càng
được cải tiến nhưng bây giờ người ta không còn dùng nữa. Trong suốt nửa
sau thế kỷ 19, người ta dùng ZnO trong sản xuất cao su để giảm bớt thời
gian cần thiết trong quá trình lưu hóa cao su. Năm 1906, các nhà hóa học
điều chế ra chất xúc tác hữu cơ đầu tiên cho phản ứng lưu hóa cao su. Phát
hiện này góp phần là tăng thêm tầm quan trọng của kẽm oxit, vì nó là một
trong những hóa chất để điều chế chất xúc tác này.
1.3. Cấu trúc của vật liệu ZnO
'0'KLMN=3+,
ZnO là bán dẫn loại n, thuộc nhóm bán dẫn II-VI, có độ rộng vùng
cấm khoảng 3.4 eV với 3 dạng cấu trúc: hexagonal wurtzite, zin blende,
rocksalt. Trong đó cấu trúc hexagonal wurtzite (hình 1.1) là cấu trúc bền,
ổn định nhiệt nên là cấu trúc phổ biến nhất. Với cấu trúc này, mỗi nguyên
tử Oxi liên kết với 4 nguyên tử kẽm và ngược lại.
Hình 1.1: Cấu trúc wurtzite của ZnO
Trong cấu trúc wurtzite, mỗi ô đơn vị của ZnO chứa 2 nguyên
tử Oxi và 2 nguyên tử kẽm.
Bảng 1.1: Một vài thông số của ZnO cấu trúc wurtzite
Cấu trúc tinh thể ZnO Wurtzite
Khối lượng mol phân tử 81.38 g/mol
Hằng số mạng a = 3.246A
o
; c = 5.207A
o
Mật độ

5.67 g/cm
3
hay 4.21 x 1019
phân tử ZnO/ mm
3
Nhiệt độ nóng chảy
T
m
= 2250
o
K (dưới điều kiện
áp suất)
E
g
ở nhiệt độ phòng 3.37 eV
Năng lượng bờ exciton E
b
= 60meV
Hai cấu trúc còn lại của ZnO là Rocksalt và Zn blende được minh họa
trên (hình 2), trong đó cấu trúc Rocksalt chỉ tồn tại dưới điều kiện áp suất cao
và cấu trúc Zn blende chỉ kết tinh được trên đế lập phương.
Rocksalt Zn blende
Hình 1.2: Cấu trúc Rocksalt và Zn Blende của ZnO
''0GA39;,B<O,<M<A*<F33PQ+,3KLMN=3,Q,:
ZnO ở cấu trúc nano có thể tồn tại ở một số dạng hình học như
màng mỏng, sợi nano, dây nano, thanh nano, ống nano hay tồn tại ở
dạng lá, dạng lò xo, dạng ZnO tetrapods…như minh họa trên (hình 3).
(a) (b)
(c)
(d) (e) (f)

(a) dây nano ZnO,(b) ZnO dạng lò xo, (c) ZnO dạng lá kim, (d)
ZnO nano tetrapods, (e) sợi nano ZnO, (f) ống nano ZnO.
Hình 1.3: Một số dạng hình học của ZnO cấu trúc nano
Tùy vào ứng dụng mà người ta sẽ tìm điều kiện để tổng hợp ZnO
cấu trúc nano dưới những dạng hình học khác nhau. Ví dụ transitor màng
mỏng ZnO (thin film transitors – TFTs) được dùng rộng rãi trong ứng dụng
sản xuất màng ảnh do màng mỏng ZnO có độ linh động điện tử cao. Tuy
nhiên để ứng dụng cho các hệ cảm biến khí, sợi nano ZnO được lựa chọn vì
khi tồn tại ở dạng sợi sẽ giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu ZnO với
khí, làm tăng đáng kể độ nhạy so với cảm biến dùng màng mỏng ZnO…
''0R,<3<KM3PQS5M4*TL+,3KLMN=3,Q,:
Với các tính chất thú vị về quang, điện, hóa học, tính áp điện…của
ZnO nên ứng dụng của loại vật liệu này cũng rất đa dạng và phong phú.
ZnO cấu trúc nano có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong
khoa học - kỹ thuật (hình 1.4):
- Chất phát quang (Phosphors).
- Hạt nano ZnO dùng trong mỹ phẩm.
- ZnO cấu trúc màng mỏng hay cấu trúc sợi nano ứng dụng trong điện
trở
biến
đổi (varistor), thiết bị áp điện (piezoelectric devices), pin mặt trời, cảm
biến khí, bộ dẫn sóng quang học phẳng (planar optical waveguides), màng
dẫn điện trong suốt, transitor hiệu ứng trường, photodetector

Hình 1.4: Các ứng dụng chính của ZnO
Riêng đối với ZnO cấu trúc nano ở dạng sợi, do có một số tính chất
đặc biệt liên quan đến hiệu ứng lượng tử nên ngày nay, cấu trúc này được
nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực: quang - điện
tử, cảm biến, y học …
''12MIU6<VW,B6<A63<XM;:YZ,B[S5M4*TL,Q,:+,

''1'<VW,B6<A66<=,\;N]YQB,/MN:,
Cơ sở vật lý của các phương pháp phún xạ dựa trên hiện tượng va
chạm của các hạt có năng lượng cao (các iôn khí trơ như Ar, Xe, He,…) với
các nguyên tử vật liệu trên bia gốm, và làm bật các nguyên tử này. Quá
trình phún xạ thực chất là một quá trình chuyển hóa xung lượng. Khi các
ion bắn phá bề mặt của bia, tương tác giữa các iôn khí với nguyên tử của
bia coi như quá trình va chạm. Thông thường, các nguyên tử bị phún xạ khi
đến đế mẫu, cao hơn năng lượng của quá trình bốc bay khoảng hai bậc.
Năng lượng này đủ lớn giúp cho các nguyên tử lắng đọng sẽ tự động sắp
xếp và bám vào đế mẫu chắc hơn.
''1G<VW,B6<A6^U3^Q_,<*TM@W,B*`,3aIJ9b,Bc<RYQ,B
Để tạo ra các cấu trúc nano của vật liệu, người ta có thể đi theo con
đường top-down (chia nhỏ khối vật liệu tinh thể dạng khối thành các phần rất
nhỏ) hoặc bottom-up (tạo ra vật liệu nano từ các phân tử hoặc nguyên tử riêng
rẽ). Thực tế, người ta thường chọn phương thức thứ hai vì giá thành hạ hơn.
Bản chất của việc hình thành các cấu trúc nano theo phương pháp bottom - up
chính là quá trình tinh thể hóa thông qua hai bước cơ bản: tạo mầm và phát
triển. Khi nồng độ của các khối vật chất (nguyên tử, ion hoặc phân tử) đủ cao,
chúng sẽ liên tục kết hợp lại thành mầm. Sau đó các mầm này sẽ đóng vai trò
làm hạt nhân cho các quá trình phát triển tiếp theo để hình thành các cấu trúc
lớn hơn. Trong trường hợp vật liệu nano ZnO, phương pháp hiện nay được áp
dụng nhiều nhất là phương pháp nhiệt cacbon, sử dụng bột ZnO được trộn với
bột C để làm vật liệu nguồn. Ưu điểm của phương pháp này là sự xuất hiện
của C làm giảm đáng kể nhiệt độ phân hủy của ZnO. Bằng quá trình khử C,
đầu tiên hơi ZnO
1-x
được tạo ra bằng phản ứng khử ZnO của C, sau đó hơi này
sẽ được chuyển đến vùng phát triển trong buồng phản ứng, đó là vùng có nhiệt
độ nhỏ hơn nhiệt độ nguồn và cuối cùng các sản phẩm nano ZnO
1-x

sẽ được
oxy hóa thành ZnO.
''10<VW,B6<A6S*Ia,B
Vi sóng là dạng năng lượng của điện từ trường với tần số trong
khoảng 300MHz đến 300GHz. Tần số thường được sử dụng là vào khoảng
2,45 GHz. Tương tác giữa vật liệu và trường vi sóng là dựa vào 2 cơ chế:
tương tác lưỡng cực và độ dẫn ion. Cả 2 cơ chế đều yêu cầu các thành phần
của vật liệu nguồn phải được liên kết tương đối chặt chẽ với sự dao động
rất nhanh của vectơ cường độ điện trường trong trường vi sóng. Tương tác
lưỡng cực xuất hiện với các phân tử phân cực. Các đầu của lưỡng cực của
một phân tử sẽ có xu hướng tái định hướng với nhau và dao động cùng với
sự dao động của điện trường. Nhiệt do đó được tạo ra do sự va chạm giữa
các phân tử và do ma sát. Chính do quá trình này, các phân tử trong vật liệu
được trộn đều tạo nên tính chất đồng nhất của sản phẩm. So với phương
pháp gia nhiệt truyền thống phương pháp vi sóng có rất nhiều ưu điểm như:
trực tiếp làm nóng vật liệu ở bên trong dung dịch, gradient nhiệt đồng đều,
các xung nhiệt được bật tắt tức thì, thời gian phản ứng ngắn nên hạt tạo ra
nhỏ và đồng đều.
''11<VW,B6<A6:47B/4
Phương pháp Sol-gel đã được biết từ 50 năm nay và ngày càng phát
triển, nhất là trong lĩnh vực chế tạo các oxide kim loại tinh khiết hoặc pha tạp
có các hình dạng khác nhau như: các vật liệu dạng khối, dạng màng mỏng
hoặc dạng bột rất mịn.
Phương pháp Sol-gel là một kỹ thuật tổng hợp hóa keo để tạo ra các
vật liệu có hình dạng mong muốn ở nhiệt độ thấp. Nó được hình thành trên cơ
sở phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ từ các chất gốc
(alkoxideprecursor). Những nghiên cứu của phương pháp sol-gel chủ yếu là
chế tạo gel khối SiO
2
(silica) và sau đó mở rộng chế tạo các oxide kim loại

chuyển tiếp khác như TiO
2
(titania), ZrO
2
(zirconia)…Hiện nay, phương pháp
sol-gel đã thành công trong việc chế tạo vật liệu oxide đa thành phần
(multicomponent oxide: SiO
2
:TiO
2
, TiO
2
:SnO
2
…) và chế tạo vật liệu lai hữu
cơ-vô cơ (hybrid materials).
''de,B9b,B3PQcfY:\*M+,
− Kẽm oxit có nhiều ứng dụng quan trọng nhất là trong công
nghiệp sản xuất cao su. Khoảng một nửa lượng ZnO trên thế giới
được dùng để làm chất hoạt hóa trong quá trình lưu hóa cao su
tự nhiên và nhân tạo. Kẽm oxit làm tăng độ đàn hồi và sức chịu
nhiệt của cao su. Lượng kẽm trong cao su từ 2 – 5%.
− Trong hội họa, mặc dù ZnO có một màu trắng đẹp nhưng nó
không còn giữ vai trò chủ đạo nữa. Người ta dùng nó để làm
chất bảo quản giấy, gỗ.
− Trong công nghiệp chế biến dược phẩm và mỹ phẩm: do ZnO hấp
thụ tia cực tím và có tính kháng khuẩn nên nó là một trong
những nguyên liệu để làm kem chống nắng, làm chất chống
khuẩn trong các thuốc dạng mỡ. Người ta dùng ZnO phản ứng
với eugenol

để làm chất trám răng tạm thời.
− Trong lĩnh vực sản xuất thủy tinh, men, đồ gốm : kẽm oxit có khả
năng làm giảm sự giãn nở vì nhiệt, hạ nhiệt độ nóng chảy, tăng
độ bền hóa học cho sản phẩm. Nó được dùng để tạo độ bóng
hoặc độ mờ.
− Ngoài ra, kẽm oxit là nguyên liệu để sản xuất các chất các muối
stearat, photphat, cromat, bromat, dithiophotphat. Nó là nguồn
cung cấp kẽm trong thức ăn động vật và công nghiệp xi mạ.
Người ta còn dùng nó để xử lý sự cố rò rỉ khí sunfuro. Kẽm oxit,
kết hợp với các oxit khác, là chất xúc tác trong các phản ứng hữu
cơ.
Hình 1.5: Sản phẩm kem chống nắng chứa hạt nano kẽm oxix.
Hình 1.6: Sản phẩm trám răng tạm thời chứa nano kẽm oxit
1.2. Tổng quan về Fe
3
O
4
'G'KLMN=3
Sắt từ (Fe
3
O
4
) là vật liệu lâu đời nhất được biết đến. Tại nhiệt độ
phòng. Chúng có cấu trúc tinh thể spinen ngược. Trong mỗi ô, đơn vị cấu
trúc của spinen thường, những ion hóa trị 3 chiếm vị trí bát diện, những ion
hóa trị 2 chiếm các vị trí tứ diện. Cấu trúc spinen ngược được sắp xếp sao
cho một nữa ion Fe
3+
ở dạng tứ diện, một nữa số ion Fe

3+
còn lại và tất cả số
ion Fe
2+
ở dạng bát diện. Mỗi vị trí bát diện có 6 ion O
2-
lân cận gần nhất sắp
xếp trên các góc của khối bát diện. Trong khi đó ở vị trí tứ diện có 4 ion O
2-
lân cận gần nhất sắp xếp trên các góc của khối tứ diện.
Oxit sắt từ có cấu trúc Fe
3
O
4
có cấu trúc spinen nghịch với ô đơn vị
lập phương tâm mặt. Ô đơn vị gồm 56 nguyên tử 32 nguyên tử O
2-
, 16 caiton
Fe
3+
và 8 cation Fe
2+
, dựa vào cấu trúc Fe
3
O
4
, các spin của 8 ion Fe
3+
chiếm các
vị trí tứ diện, sắp xếp ngược chiều và khác nhau về độ lớn so với các spin của

8 ion Fe
3+
và 8 ion của Fe
2+
ở vị trí bát diện. Các ion Fe
3+
ở vị trí bát diện này
ngược chiều với ion Fe
3+
ở vị trí tứ diện nên chúng triệt tiêu nhau. Do đó
momen từ tổng cộng là tổng mômen từ của ion Fe
2+
ở vị trí bát diện gây ra.
Vậy mỗi phân tử Fe
3
O
4
có mômen từ trong các spin trong ion Fe
2+
ở vị trí bát
diện ion gây ra và có độ lớn là 4
b
µ
. Vì vậy tinh thể Fe
3
O
4
tồn tại tính dị
hướng vật liệu thể hiện tính siêu thuận từ khi ở kích thước nano đủ nhỏ và ta
xem mỗi hạt Fe

3
O
4
như hạt đơn đômen. Tinh thể Fe
3
O
4
có cấu trúc lập
phương, có độ từ hóa bão hòa 92 A.m
2
.kg
-1
và nhiệt độ curie khoảng 580
0
C.
'GG<VW,B6<A6@*gL3<X
Phương pháp điều chế dung dịch nano từ được điều chế theo hai
bước: tổng hợp hạt có kích thước nano, tiếp theo là sự phân tán ổn định các
hạt nano trong các dung dịch phân cực và không phân cực. Dung dịch từ
tổng hợp được phụ thuộc vào lượng Fe
3
O
4
từ tính, dầu khoáng và các dung
môi hữu cơ trong phương pháp đồng kết tủa từ dung dịch muối Fe(II) và
Fe(III).
Dung dịch Fe(II) và Fe(III) được sử dụng như là cung cấp ion trong
dung dịch. Dung dịch NH
4
OH 25% được sử dụng với chức năng tạo tủa.

Nước cất hai lần. Dung dịch FeCl
3
và FeCl
2
được trộn lẫn vào nhau với tỉ lệ
mol thích hợp Fe
3+
: Fe
2+
là 2:1 vào becher có máy khuấy từ. Dung dịch NaOH
25% được nhỏ từ từ vào trong hỗn hợp. Điều chỉnh môi trường của dung
dịch với pH = 12, tốc độ khuấy là 3000 vòng/ phút, khuấy liên tục trong một
giờ tại 90
0
C.
'G0e,B9b,BMN:,BI*,<<F3
'G0'<h,MA3<SZ3<F,4F3MX^Z:
Trong y sinh học người ta thường tách một thực thể tế bào sinh học
nào đó ra khỏi môi trường của chúng. Phân tách tế bào sử dụng các hạt
nano từ tính là một trong những phương pháp được sử dụng. Các hạt này
được bao phủ bởi một loại axit có tính tương hợp sinh học cao. Hóa chất
bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt
mà còn giúp cho hạt nano phân tán tốt trong dung moui tăng tính ổn định
của chất lỏng từ. Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu được trộn với nhau để
liên kết hóa học giữa chất đánh đánh dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng môi
trường ngoài là một thanh nam châm vĩnh cửu để tạo ra một radient từ
trường giữ các hạt tế bào được đánh dấu lại.
'G0Gij,MNL_g,M<LU3
Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung
nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì

thế việc dung các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên
cơ thể. Việc dẫn truyền thuốc đến các u não rất khó khan vì thuốc cần phải
vượt qua hang rào ngăn cách giữa não và máu, nhờ có sự trợ giúp của hạt
nano mà việc dẫn truyền thuốc hiệu quả hơn nhiều.
'G00k,BM<h,,<*TM3b3^2
Đây là một trong những ứng dụng quan trọng của hạt nano từ tính.
Nguyên tắc hoạt động là các hạt nano từ tính có kích thước từ 20-100 nm được
phân tán trong mô mong muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều bên
ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt nano hưởng ứng mà tạo
ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh.
1.3. Tổng quan về hạt nano NiZnO
'0'*l*M<*TL
Trong những năm gần đây, vật liệu nano bán dẫn đã thu hút nhiều sự
chú ý do những ứng dụng công nghệ của chúng như các thiết bị lưu trữ, quang
điện tử, điện tử nano và các thiệt bị quang tử. Chất bán dẫn từ pha loãng
(DMS) được bán dẫn hợp kim với các chuyển động xoay quanh ở ngoài để
nạp đầy như để tăng độ tự do của đơn chất để chuẩn bị cho sự thay thế bởi sự
yếu đi của các ion kim loại chuyển tiếp (TM) trong các vật liệu bán dẫn. DMS
đã được tập trung vào công nghệ thực tiễn mới có tên gọi là spin-điện tử hoặc
điện tử học spin. Những lợi thế của spin dựa trên các thiết bị điện tử bao gồm
cung cấp tức thời trên máy tính, tốc độ xử lý dữ liệu cao hơn, làm tăng mật độ
liên hợp, tiêu thụ điện năng rất thấp. Đã có một cuộc tìm kiếm mạnh mẽ cho
những khe oxit tự nhiên dựa trên hệ thống DMS kể từ khi những dự đoán lý
thuyết về sắt từ ở nhiệt độ phòng ở TM pha tạp ZnO dựa trên DMS. TM pha
tạp ZnO có đặc tính đa chức năng như từ, bán dẫn, tính chất quang cùng tồn
tại trong vật chất duy nhất. Cũng có, sự pha tạp TM vào ZnO cung cấp một
biện pháp có thể điều chỉnh khoảng cách khe hở để sử dụng trong các ứng
dụng quang điện tử như ánh sáng và máy dò tia UV.
Một oxit căn cứ vào DMS sử dụng vật liệu oxit bán dẫn không có từ
tính như ZnO hoặc TiO

2
như mong muốn khi được pha tạp với TM. ZnO là
một vật liệu bán dẫn II – VI có hiệu quả kết tinh trong cấu trúc wurtzite với
hằng số mạng a = 3.24 Å và c = 5.20 Å có độ rộng vùng cấm khoảng 3.37 eV.
ZnO là vật liệu quang trong suốt với năng lượng liên kết lớn cỡ 60 MeV.
Trong những năm gần đây, ZnO pha tạp với TM đã là chủ đề của nhiều sự
chú ý bởi vì tiềm năng của nó cho các ứng dụng quan trọng như dây dẫn
trong suốt, các tế bào dị dùng năng lượng mặt trời, cảm biến khí, sóng âm
bề mặt, thiết bị áp điện, lớp phủ chống phản xạ, …. Cả 2 nghiên cứu thực
nghiệm và lý thuyết đang được tiến hành và đã có rất nhiều tập trung vào
TM pha tạp ZnO dựa trên DMS cho các ứng dụng tiềm năng của chúng trong
các thiết bị điện tử học spin.
Lý thuyết tính toán tiên đoán rằng ổn định sắt từ có thể đạt được
trong TM (Ni-, V-, Mn, Fe-, Cr- or Co-) pha tạp ZnO, ngay cả khi không cần
pha thêm chất phụ gia. Li và những thứ khác… Báo cáo rằng bột Zn
1-x
Ni
x
O
được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, Ni thay thế cho Zn chỉ đạt đến
10%. Được biết trong TM pha tạp ZnO, sự xuất hiện của giai đoạn thứ 2
xuất hiện vật liệu kích tạp cùng với các pha Zn
1-x
TM
x
O có liên quan mật thiết
đến nhiệt độ sinh trưởng và nồng độ pha chất phụ gia. Trong bài này, quá
trình tổng hợp các hạt nano ZnO pha tạp Ni sử dụng phương pháp sol-gel
và những đặc điểm về cấu trúc và tính chất quang học đặc trưng của chúng
được thảo luận chi tiết.

'0GA3@m3MR,<
'0G'm3MR,<3KLMN=3
Cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết như giai đoạn chuẩn bị không pha
tạp ZnO và thành phần khác nhau của hạt nano Ni pha tạp ZnO được được
đặc trưng sử dụng nhiễu xạ tia X. Quang phổ nhiễu xạ tia X điển hình của
hạt nano ZnO tinh khiết và Zn
1-x
Ni
x
O (x= 0.02, 0.04, 0.06, 0.08). Mẫu XRD cho
thấy rằng các đỉnh nhiễu xạ của hạt nano không pha tạp giữa ZnO và Ni, sự
pha tạp ZnO và Ni có thể được liệt kê để cấu trúc lục giác wrutzite là phù
hợp tốt với các hồ sơ tiêu chuẩn JCPDS cho ZnO. Khi hàm lượng Ni (x) =0.02,
không có dấu vết của kim loại niken, oxit, hoặc bất kỳ pha nhị phân của
niken kẽm được quan sát. Cường độ của cực NiO tăng với nồng độ tăng lên
cho biết tách rời pha đã xảy ra và giới hạn khả năng hòa tan thấp hơn Ni
trong hạt nano Zn
1-x
Ni
x
O là (x\0.04). Một suy biến cấu trúc mạng tinh thể
ZnO có thể là do sự mở đầu của tạp chất lạ xảy ra sau ủ. Kích thước tinh thể
trung bình củ bột Ni doped ZnO được ước tính từ dòng X-quang mở rộng sử
dụng phương trình Debye – Scherer của D
h,k.l
= 0.9λ/(∆θ cosθ) (1)
D - đường kính trung bình tinh thể, λ là bước sóng của bức xạ tia X,
∆θ chiều rộng tối đa (FWHM) và θ là góc Bragg. Kích thước tinh thể tăng
lên cùng với sự tăng hàm lượng Ni, tuy nhiên 1 sự tăng đột ngột về kích
thước tinh thể mẫu pha tạp Ni ủ từ đó chuẩn bị cho ZnO tinh khiết có thể là

do điều kiện ủ mẫu ở 800
0
C. Các thông số mạng a và c được tính bằng cách
sử dụng công thức:
là góc nhiễu xạ, λ là bước sóng sự cố (λ = 0.15406) và h, k, l là tất cả
chỉ số Miller. Các hằng số mạng a, c của hạt nano Ni pha tạp ZnO lớn hơn so
với ZnO tinh khiết vì bán khính ion của Ni
2+
(0.68 Å) lớn hơn Zn
2+
(0.60 Å).