Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật liệu sắt polysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC
------------

NGUYỄN ĐÌNH VINH

TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA
MỘT SỐ VẬT LIỆU SẮT-POLYSACCARIT, HƯỚNG
ĐẾN ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM CHỨC NĂNG
VÀ DƯỢC PHẨM
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 62.44.01.13

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2016
1


Công trình được hoàn thành tại: Phòng Hoá Vô cơ – Viện Hóa học – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đào Quốc Hương
PGS.TS. Phan Thị Ngọc Bích

Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Trọng Uyển
.................... ..................... .

Phản biện 2: PGS.TS. Ngô Sỹ Lương
.................... ..................... ..

Phản biện 3: PGS.TS. Trần Đại Lâm
.................... ..................... ..

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: . . .
................ ..................... ...............
....... ..................... ..................... ...
vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm

Có thế tìm hiểu luận án tại thư viện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ghi tên các thư viện nộp luận án)

2


GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của luận án
Sắt là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho mọi sinh vật. Trong cơ thể người,
sắt tham gia vào nhiều quá trình sinh hóa như vận chuyển oxi, vận chuyển electron và
tổng hợp DNA. Thiếu sắt sẽ gây ra nhiều biến đổi tiêu cực đối với sức khỏe của con

người. Đặc biệt, thiếu sắt (Iron deficiency, ID) sẽ dẫn đến hội chứng thiếu máu do
thiếu sắt (Iron Deficiency Anemea, IDA).
IDA là nguyên nhân thường gặp nhất trong các nguyên nhân gây bệnh thiếu
máu, nhất là ở các nước đang phát triển. Hội chứng này có thể gây ra nhiều hậu quả
nghiêm trọng, như làm chậm sự phát triển nhận thức ở trẻ nhỏ, làm giảm khả năng làm
việc, suy giảm sức đề kháng và ảnh hưởng lớn đến phụ nữ mang thai.
Để giải quyết vấn đề trên, ngoài việc cung cấp dinh dưỡng đầy đủ, cân đối cho
cơ thể bằng các thức ăn tự nhiên, xu hướng chung trên thế giới hiện nay là dùng thực
phẩm chức năng và các dược phẩm bổ sung sắt.
Các hợp chất chứa sắt được sử dụng cho mục đích trên bao gồm các dạng sắt(II)
và sắt(III). Các hợp chất chứa sắt(III) như sắt-dextran, sắt-polymaltose, sắtpolysaccarit có nhiều ưu điểm như khả năng tương thích sinh học cao, không độc, ổn
định nên chúng đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong điều trị IDA.
Việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) và các
polysaccarit khác nhau đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam
quan tâm. Tuy nhiên, các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp các vật liệu chứa sắt
và trạng thái của sắt bao gồm dạng hợp chất, sự phân bố, hình dạng và kích thước của
nhân sắt trong vật liệu chưa được khảo sát một cách hệ thống. Việc nghiên cứu ảnh
hưởng của sóng siêu âm và vi sóng đến quá trình tổng hợp các vật liệu sắt-polysaccarit
cũng ít được đề cập đến.
Do đó, đề tài của luận án “Tổng hợp và xác định các đặc trưng của một số vật
liệu sắt-polysaccarit, hướng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm”
có nhiều ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
2.1. Mục tiêu của luận án
- Tìm ra điều kiện thuận lợi cho sự hình thành pha akaganeite (β-FeOOH) và xác
đinh các đặc trưng của nó;
- Nghiên cứu quy trình tổng hợp bốn loại vật liệu sắt-TBS, sắt-TBT, sắt-DEX và
sắt-MDEX;
- Xác định các đặc trưng như dạng tồn tại của sắt, kích thước hạt, thành phần
nguyên tố, cấu trúc... của bốn vật liệu trên;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm và vi sóng đến sự hình thành vật liệu
sắt-MDEX.
2.2. Nội dung của luận án
- Khảo sát sựa ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng, loại anion, giá trị pH và tác nhân
kiềm đến sự hình thành pha akaganeite. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của sóng siêu âm và
vi sóng cũng được nghiên cứu;
- Xác định một số đặc trưng của akaganeite bằng các phương pháp XRD, FT-IR, ,
SEM, TEM , TGA-DTA, EDX;
1


- Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố như giá trị pH, nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ
sắt/polysaccarit và thời gian phản ứng đến sự hình thành vật liệu sắt-TBS, sắt-TBT,
sắt-DEX, sắt-MDEX;
- Xác định một số các đặc trưng của các vật liệu trên bằng các phương pháp XRD,
FT-IR, SEM, TEM, UV-Vis, DTA-TGA, EDX, AAS.. ;
- Khảo sát sự ảnh hưởng của sóng siêu âm và vi sóng đến sự hình thành của vật
liệu sắt-MDEX.
3. Những điểm mới của luận án

- Luận án đã nghiên cứu một cách chi tiết và có hệ thống về sự hình thành
các vật liệu sắt-polysaccarit từ tinh bột sắn (TBS), tinh bột tan (TBT), dextrin
(DEX) và maltodextrin (MDEX). Đáng chú ý là TBS và MDEX đều là những
nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam;
- Sự có mặt của polysaccarit trong dung dịch phản ứng đã mở rộng khoảng pH cho
việc hình thành pha akaganeite từ FeCl3. Trong môi trường không có mặt polysaccarit
và ở các điều kiện tương tự, pha akaganeite hình thành ở khoảng pH 2,0. Khi có mặt
của polysaccarit, pha akaganeite hình thành trong khoảng pH từ 3,0 đến 11,0. Các
polysaccarit cũng làm giảm đáng kể lượng ion Cl- đi vào cấu trúc của pha akaganeite;
- Các nghiên cứu trước đây đều cho rằng vật liệu sắt-polysaccarit có cấu trúc lõivỏ nhưng hầu như chưa chứng minh được cụ thể điều này bằng phương pháp hiển vi

điện tử truyền qua (TEM). Trong luận án này, các ảnh TEM của hai vật liệu sắt-DEX
và sắt-MDEX đã thể hiện rõ cấu trúc lõi-vỏ phức, trong đó phần nhân akaganeite được
bao bọc bởi lớp vỏ polysaccarit;
- Chỉ số DE của các polysaccarit có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng hợp,
hàm lượng sắt và kích thước hạt của các vật liệu. Giá trị DE của các polysaccarit càng
nhỏ thì càng thuận lợi cho sự hình thành vật liệu;

- Luận án đã sử dụng những kỹ thuật hiện đại như vi sóng và siêu âm để hỗ
trợ quá trình điều chế vật liệu. Vi sóng và sóng siêu âm đều có tác dụng làm tăng
hiệu suất tổng hợp và hàm lượng sắt, đồng thời rút ngắn thời gian phản ứng hình
thành vật liệu sắt-MDEX.
4. Bố cục của luận án
Luận án bao gồm 109 trang với 21 bảng, 57 hình bao gồm các phần: Mở đầu (2
trang); Tổng quan (29 trang); Thực nghiệm (15 trang); Kết quả và thảo luận (63
trang); Kết luận (2 trang); Danh mục 10 công trình đã công bố của tác giả; 128 tài liệu
tham khảo; Phần phụ lục.
NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Oxi-hiđroxit sắt
1.2. Tổng quan về polysaccarit
1.3. Vật liệu sắt-polysaccarit (iron polysaccharide complex)
1.4. Vai trò của sắt và hội chứng thiếu máu do thiếu sắt
1.5. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng và vi khuẩn đến sức khỏe
1.6. Ứng dụng của vi sóng và sóng siêu âm trong tổng hợp vật liệu
1.7. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
2


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất

2.2. Nghiên cứu quy trình tổng hợp akaganeite
2.3. Xác định giá trị DE của polysaccarit
2.4. Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu sắt-polysaccarit từ muối sắt(III) clorua và
các polysaccarit
2.5. Các phương pháp xác định đặc trưng

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu sự hình thành pha akaganeite
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Giản đồ XRD của các mẫu hình thành ở 70 và 90oC được đưa ra trên Hình 3.1.
70oC

90oC

Hình 3.1. Giản đồ XRD của các mẫu ở các nhiệt độ khác nhau
Kết quả này cho thấy, sản phẩm là pha akganeite với độ tinh khiết cao và độ
tinh thể lớn. Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình dạng và kích thước của
các hạt β-FeOOH, hai mẫu trên được khảo sát bằng phương pháp SEM. Kết quả được
đưa ra ở Hình 3.2.

Hình 3.2. Ảnh SEM của mẫu hình thành ở các nhiệt độ 70oC (trái) và 90oC (phải)
Qua các kết quả trên có thể kết luận, nhiệt độ cao thúc đẩy sự hình thành pha
akaganeite với độ tinh thể cao và kích thước hạt lớn. Nhiệt độ 70oC được lựa chọn cho
các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2. Ảnh hưởng của loại anion
Trên giản đồ XRD của mẫu hình thành trong môi trường NO3- xuất hiện các đặc
trưng cho pha goethite, α-FeOOH (JCPDS 29-07313). Ảnh SEM của mẫu hình thành
với sự có mặt của ion NO3- (Hình 3.4 a) cho thấy các hạt tinh thể goethite có hình dạng

3

khá đồng đều với cấu
u trúc llớp. Kích thước của các hạt tinh thể khá lớ
ớn, khoảng 300
nm.

Hình 3.3. Giản đồ XRD của
c các mẫu với sự có mặt củaa các anion khác nhau
Đối với mẫu
u hình thành ttừ dung dịch chứa ion SO42-, trên giảnn đđồ XRD xuất
hiện các vạch nhiễu xạ đặcc trưng cho pha hydronium jarosite, (H3O)Fe3(SO4)4(OH)6
(JCPDS 31-0650 và pha iron sulphate hydroxide, Fe4(OH)10SO4 (JCPDS 21
21-0429).
Ảnh SEM của mẫu này (Hình
ình 3.4 b) cho thấy sản phẩm có chứa các hạtt vvới nhiều hình
dạng khác nhau.

(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 3.4. Ảnh
nh SEM của
c mẫu hình thành từ dung dịch muối sắắt(III)
chứa

a anion NO3- (a), SO42- (b), Cl- (c), NO3-/Cl- (d)
Giản đồ XRD của mẫu
u hình thành từ
t dung dịch chứa anion Cl- cho th
thấy sản phẩm
chỉ chứa pha akaganeite. Trong
rong khi đó,
đó giản đồ XRD của sản phẩm
m hình thành trong
dung dịch chứa đồng thờii ion Cl- và NO3- xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc
đ trưng cho cả
pha akaganeite
neite và pha goethite.
Như vậy có thể thấy, các anion có vai trò rrất quan trọng đối với sự hình thành pha
FeOOH. Nếu như ion NO3- tạo môi trường thuận lợi cho việcc hình thành pha αFeOOH thì ion Cl- lạii thúc đ
đẩy sự hình thành pha β-FeOOH.
Kết quả EDX chứng tỏ Cl- là một thành phần thiết yếu của cấuu trúc akaganite vvới
hàm lượng khoảng
ng 7,45 % về
v khối lượng. Các kết quả nghiên cứuu này cũng phù hợp
với các tài liệu đã công bố [7, 12].
Từ các kết quả trên có thể
th cho dự đoán, pha akaganeite đượcc hình thành ttừ dung
dịch sắt(III)
t(III) clorua theo phương tr
trình sau:
[Fe(H2O)6]3+ + xCl-  FeO(OH)1-xClx + (3-x)H3O+ + 2xH2O
4

Hình 3.5. Phổ EDX của mẫu hình thành từ dung dịch FeCl3
3.1.3. Ảnh hưởng của giá trị pH và tác nhân kiềm
Hình 3.6 là giản đồ XRD của các mẫu hình thành ở các giá trị pH khác nhau với
các tác nhân kiềm khác nhau là các dung dịch NaOH, NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3.
NH3 pH 3,0

(NH4)2CO3 pH 3,0

NH3 pH 5,0

(NH4)2CO3 pH 5,0

NaHCO3 pH 3,0

NaOH pH 3,0

NH3 pH 7,0

(NH4)2CO3 pH 7,0

NaHCO3 pH 5,0

NaHCO3 pH 7,0

NaOH pH 5,0

NaOH pH 7,0

Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu với các tác nhân kiềm
và giá trị pH khác nhau

Các tác nhân kiềm NH3, (NH4)2CO3 và NaHCO3 đều thuận lợi cho việc hình
thành akaganeite ở các giá trị pH khác nhau. Riêng NaOH không thuận lợi cho việc
5


hình thành akaganeite. Để khảo sát ảnh hưởng của tác nhân kiềm đến hình dạng và
kích thước của các hạt akaganeite, các mẫu hình thành bởi các tác nhân kiềm NH3,
(NH4)2CO3 và NaHCO3 ở pH 3,0 được phân tích bằng phương pháp SEM. Kết quả
được trình bày trên Hình 3.7.
Tinh thể akaganeite hình thành từ NH3 và NaHCO3 có kích thước đồng đều hơn
so với tinh thể hình thành từ (NH4)2CO3.

NH3

(NH4)2CO3

NaHCO3

Hình 3.7. Ảnh SEM của các mẫu có tác nhân kiềm khác nhau ở pH 3,0
3.1.4. Một số đặc trưng của akaganeite
3.1.4.1. Phổ hồng ngoại
Kết quả phổ FT-IR cho thấy, mẫu thu được là pha akaganeite và một lượng nhỏ
các phân tử H2O.

Hình 3.8. Phổ FT-IR của mẫu akaganeite
3.1.4.2. Giản đồ phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của akaganeite hình thành ở pH 1,7 và 70oC được đưa
ra ở Hình 3.9.

Hình 3.9. Giản đồ TGA-DTA của mẫu akaganeite

6


Kết quả phân tích nhiệt
nhi cho thấy, pha akaganeite bền
n trong kho
khoảng nhiệt độ
phòng đến 150oC. Trên nhi
nhiệt độ này, akaganeite sẽ bị chuyểnn hóa qua các giai đo
đoạn
o
khác nhau và cuối cùng
g chuy
chuyển hoàn toàn thành pha hematite ở khoảng
ng 650 C.
3.1.4.3. Ảnh TEM

Hình 3.10.
3.10 Ảnh TEM của mẫu akaganeite
Các hạt akaganeite
ite có d
dạng hình thoi khá giống
ng nhau nhưng có chi
chiều dài biến
đổi trong một khoảng lớn từ
ừ 50 đến 300 nm.
3.1.5. Tổng
ổng hợp akaganeite với sự hỗ trợ của vi sóng
Trên giản đồ XRD của
c mẫu đều xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễễu xạ đặc trưng

cho pha akaganeite.

Hình 3.11. Giản đồ XRD
của mẫu hình thành với sự
hỗ trợ của vi sóng

Hình 3.12. Ảnh SEM của
mẫu hình thành với sự hỗ
trợ của vi sóng

Hình 3.13. Ph
Phổ EDX của
mẫu
u hình thành vvới sự có
mặt củ
ủa vi sóng

Mẫu hình thành dưới
ới tác dụng hỗ trợ của vi sóng cũng chứa các hạt akaganeite
dạng hình thoi.Thành phần
ần nguy
nguyên tố của mẫu cũng được
ợc phân tích bằng ph
phương pháp
EDX. Hàm lượng
ợng Cl cũng không có
c sự sai khác nhiều so với hai trường
ờng hợp tr
trên. Vi
sóng không ảnh hưởng

ởng đến sự hình
h
thành pha nhưng nó ảnh hưởng
ởng đáng kể đến hhình
dạng và kích thước
ớc của các hạt akaganeite.
3.1.6. Tổng
ổng hợp akaganeite với sự hỗ trợ của sóng siêu
si âm
Trên giản đồ XRD ccủa mẫu này, xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễễu xạ đặc trưng
cho pha akaganeite. Sóng siêu âm gần
g như không ảnh hưởng đến sự hình thành pha
cũng như thành phần
n nguyên tố
t của akaganeite. Tuy nhiên, nó làm giảm
m đáng kể
k kích
thước hạt của β-FeOOH.

7


Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu
hình thành với sự hỗ trợ của sóng
siêu âm

Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu
hình thành dưới điều kiện
sóng siêu âm

Hình 3.16. Phổ EDX của
mẫu hình thành với sự có
mặt của sóng siêu âm

3.1.7. Kết luận về sự hình thành pha akaganeite
Nhiệt độ càng cao, sự hình thành pha akaganeite càng thuận lợi và kích thước hạt
tinh thể càng lớn. Ion có kích thước nhỏ như Cl- có tác dụng làm bền tinh thể βFeOOH, dung dịch sắt(III) clorua thích hợp cho việc tổng hợp akaganeite đơn pha. Giá
trị pH càng thấp, các tinh thể akaganeite thu được càng lớn và độ kết tinh càng cao.
Các kỹ thuật vi sóng và sóng siêu âm không ảnh hưởng đến sự hình thành pha
akaganeite mà chỉ có tác dụng làm giảm kích thước của các hạt tinh thể.
3.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-TBS
3.2.1. Ảnh hưởng của giá trị pH
Trên giản đồ XRD của các mẫu đều xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễu xạ đặc trưng
cho pha akaganeite. Như vậy, pha β-FeOOH dễ dàng hình thành với sự có mặt của các
phân tử TBS trong cả môi trường axit cũng như môi trường kiềm.

Hình 3.17. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-TBS ở các pH khác nhau
Hàm lượng sắt tăng từ 22,45 đến 24,89 % khi giá trị pH tăng từ 3,0 đến 9,0. Đồng
thời theo Hình 3.19, hiệu suất tổng hợp cũng tăng từ 65,66 đến 72,49 % trong khoảng
pH này. Khi pH bằng 11,0 hai giá trị này giảm xuống. Từ kết quả này, giá trị pH 9,0
phù hợp cho việc tổng hợp vật liệu từ TBS.

8


Hiệu suất tổng hợp

Hàm lượng sắt

26.00

24,89
24,80
24,67
23,84

25.00
24.00

22,45

23.00
22.00
0

5
10
Giá trị pH

15

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn sự phụ
thuộc của hàm lượng sắt vào giá trị pH

74

72.4971.56
70.02

72

70

67.31
65.66

68
66
64
0

5 Giá trị pH 10

15

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của hiệu suất tổng hợp vào giá trị pH

3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Trong khoảng nhiệt độ từ 70 đến 90oC, vật liệu sắt-TBS đều chứa sắt ở dạng
akaganeite. Để lựa chọn nhiệt độ thích hợp, các mẫu này được phân tích hàm lượng sắt
và hiệu suất tổng hợp. Kết quả được đưa ra ở Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt –TBS
ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (oC)
70
80
90

Hàm lượng sắt (%)

23,48
24,92
24,89

Hiệu suất tổng hợp (%)
63,25
72,51
72,57

Để thu được vật liệu sắt-TBS có chứa sắt ở dạng β-FeOOH với hàm lượng sắt
và hiệu suất tổng hợp cao thì nhiệt độ phản ứng phải đạt khoảng 80 đến 90oC. Trong
những nghiên cứu tiếp theo, các phản ứng sẽ được thực hiện ở 80oC.
3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/TBS
Kết quả phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu có tỉ lệ
sắt/TBS khác nhau được đưa ra ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-TBS
với tỉ lệ khối lượng sắt/TBS khác nhau
Tỉ lệ khối lượng sắt/TBS
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất tổng hợp (%)
1/1
27,29
40,23
1/2
27,25
65,62
1/3
27,21
73,71
1/4

25,56
73,82
1/5
23,43
73,45
1/6
20,71
73,32
9


Khi tỉ lệ khối lượng sắt/TBS bằng 1/3, TBS và akaganeite phản ứng vừa đủ với
nhau nên hiệu suất tổng hợp cao, khoảng 73,7 % và hàm lượng sắt tương đối lớn,
khoảng 27 %. Từ đó, giá trị này sẽ được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian
Thời gian phản ứng ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng sắt trong vật liệu sắt-TBS.
Để thu được sản phẩm có chứa hàm lượng sắt cao, khoảng 27%, phản ứng tổng hợp
cần được tiến hành trong khoảng thời gian là 2 giờ.
Bảng 3.3. Hàm lượng sắt của vật liệu sắt-TBS với thời gian phản ứng khác nhau
1
2
4
8
16
24
Thời gian phản ứng (giờ)
23,56
27,22
27,31
27,28

27,33
27,37
Hàm lượng sắt (%)
3.2.5. Kết luận về sự hình thành vật liệu sắt-TBS
- Giá trị pH phù hợp cho quá trình điều chế vật liệu có hàm lượng sắt cao và hiệu suất
tổng hợp lớn là 9,0;
- Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến sự hình thành pha akaganeite trong vật liệu. Để tổng
hợp vật liệu có hàm lượng sắt cao và hiệu suất lớn, nhiệt độ thích hợp là 80oC;
- Tỉ lệ khối lượng sắt/TBS bằng 1/3 sẽ cho hiệu suất tổng hợp và hàm lượng sắt cao;
- Thời gian thích hợp cho việc điều chế vật liệu sắt-TBS là 2 giờ.
3.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-TBT
3.3.1. Ảnh hưởng của giá trị pH
Trên giản đồ của các mẫu đều xuất hiện đầy đủ các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho
pha akaganeite. Điều đó cho thấy, vật liệu ở các pH khác nhau đều chứa sắt ở dạng
akaganeite.

Hình 3.21. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-TBT ở các pH khác nhau

26.5
26
25.5
25
24.5
24
23.5

25.94

Hiệu suất tổng hợp

Hàm lượng sắt

Để xác định giá trị pH thích hợp, các mẫu được phân tích hàm lượng sắt và hiệu
suất tổng hợp. Kết quả được đưa ra ở Hình 3.22 và 3.23.
25.51
24.83

25.12

23.67

76

74.45
74.36

74

72.16

72

69.73

70
67.42

68
66

0

5 Giá trị pH 10

15

Hình 3.22. Sự phụ thuộc của hàm lượng sắt
vào giá trị pH

10

0

5 Giá trị pH10

15

Hình 3.23. Sự phụ thuộc của hiệu suất
tổng hợp vào giá trị pH


Cả hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp đều đạt giá trị lớn nhất, lần lượt là 25,94
và 74,45 % ở pH 9,0. Từ đó, giá trị pH 9,0 sẽ được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp
theo.
3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Giản đồ XRD của các mẫu ở các nhiệt độ khác nhau được đưa ra trên Hình 3.24.
Để thu được vật liệu chứa akaganeite có độ tinh thể lớn, các phản ứng cần được tiến
hành ở nhiệt độ từ 70oC trở lên. Để lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình tổng hợp,
các mẫu hình thành ở 70, 80 và 90oC được phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng
hợp. Kết quả được đưa ra trên Bảng 3.4.

Hình 3.24. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-TBT ở các nhiệt độ khác nhau
Bảng 3.4. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-TBT
ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (oC)
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất tổng hợp (%)
70
25,93
74,42
80
26,79
75,36
90
26,81
75,37
o
Nhiệt độ 80 và 90 C cho sản phẩm có hàm lượng sắt cao và hiệu suất tổng hợp lớn,
thích hợp cho quá trình tổng hợp vật liệu sắt-TBT. Nhiệt độ 80oC được lựa chọn cho
các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/TBT
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/TBT các thí nghiệm được tiến hành
ở 80oC, thời gian 4 giờ, giá trị pH 9,0 và tỉ lệ sắt/TBT thay đổi từ 1/1 đến 1/6. Kết quả
phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp được đưa ra ở Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-TBT
với tỉ lệ khối lượng sắt/TBT khác nhau
Tỉ lệ sắt/TBT
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất tổng hợp (%)
1/1

27,89
50,65
1/2
27,82
65,72
1/3
27,80
75,41
1/4
26,85
75,43
1/5
25,97
75,44
1/6
20,34
75,46

11


Như vậy với tỉ lệ sắt/TBT là 1/3, hàm lượng sắt thu được tương đối lớn và hiệu
suất tổng hợp cũng khá cao. Từ đó có thể kết luận, tỉ lệ này thích hợp cho quá trình
tổng hợp vật liệu từ TBT.
3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Hàm lượng sắt của các mẫu có thời gian phản ứng khác nhau được đưa ra ở bảng
3.6.
Bảng 3.6. Hàm lượng sắt của vật liệu sắt-TBT với thời gian phản ứng khác nhau
Thời gian (giờ)
Hàm lượng sắt (%)

1
18,36
2
24,27
4
27,83
8
27,85
16
27,85
24
27,87
Khi thời gian phản ứng là 1 giờ, vật liệu thu được có hàm lượng sắt khá thấp,
chỉ bằng 18,36 %. Khi thời gian phản ứng tăng lên 2 giờ, giá trị này tăng khá nhanh,
lên 24,27 %. Hàm lượng sắt đạt 27,83 % khi phản ứng được thực hiện trong 4 giờ. Tuy
nhiên, nếu tiếp tục tăng thời gian phản ứng lên 8, 16 và 24 giờ, giá trị này biến đổi rất
ít. Như vậy, thời gian phản ứng bằng 4 giờ là phù hợp cho quá trình điều chế vật liệu
từ TBT.
3.3.5. Kết luận về sự hình thành vật liệu sắt- TBT
pH thích hợp cho sự hình thành vật liệu sắt-TBT có hàm lượng sắt và hiệu suất
tổng hợp cao là 9,0. Nhiệt độ cao thuận lợi cho hình thành pha akaganeite trong vật
liệu và nhiệt độ thích hợp cho quá trình này là 80oC. Tỉ lệ sắt/TBT thích hợp cho quá
trình tổng hợp vật liệu là 1/3. Thời gian phản ứng 4 giờ phù hợp cho quá trình điều chế
vật liệu sắt-TBT. Vật liệu sắt-TBT hình thành ở điều kiện thuận lợi như trên có chứa
khoảng 27,8 % sắt và hiệu suất của quá trình đạt khoảng 74,5 %.
3.4. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-DEX
3.4.1. Ảnh hưởng của giá trị pH
Để khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH đến sự hình thành vật liệu từ DEX các
mẫu được tổng hợp ở 80oC, thời gian 4 giờ, tỉ lệ sắt/DEX bằng 1/3 với giá trị pH được
thay đổi từ 3,0 đến 11,0.

Hình 3.25. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-DEX ở các pH khác nhau
Như vậy, vật liệu sắt-DEX hình thành thuận lợi trong môi trường trung tính
hoặc kiềm. Để lựa chọn giá trị pH phù hợp cho quá trình điều chế, các mẫu hình thành
12


ở giá trị pH 7,0, 9,0 và 11,0 được phân tích hàm lượng sắt cũng như hiệu suất tổng
hợp. Kết kết quả được đưa ra ở Bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp
của vật liệu sắt-DEX ở các pH khác nhau
Giá trị pH
7,0
9,0
11,0

Hàm lượng sắt (%)
27,84
26,51
25,55

Hiệu suất tổng hợp (%)
76,42
75,67
75,84

Hàm lượng sắt trong vật liệu giảm từ 27,84 % xuống 25,55 % khi giá trị pH
tăng từ 7,0 lên 11,0. Tương tự, hiệu suất tổng hợp vật liệu cũng giảm từ 76,42 %
xuống 75,84 %. Từ kết quả này, có thể kết luận, giá trị pH 7,0 thích hợp cho quá trình
tổng hợp vật liệu sắt-DEX. Do đó, pH 7,0 được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Giản đồ XRD của các mẫu ở các nhiệt độ khác nhau được đưa ra trên Hình
3.26. Các mẫu hình thành ở các nhiệt độ 50, 60 và 70oC đều tồn tại ở dạng gần như vô
định hình. Ở 80 và 90oC, vật liệu có chứa pha akaganeite được thể hiện bởi các vạch
nhiễu xạ ở các vị trí 2θ: 11,9; 26,9; 35,0; 39,2; 46,4; 55.9.

Hình 3.26. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-DEX ở các nhiệt độ khác nhau
Để lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình tổng hợp, vật liệu sắt-DEX hình
thành ở 80 và 90oC được phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp. Kết quả được
đưa ra ở Bảng 3.8.
Bảng 3.8. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-DEX ở 80 và 90oC
Nhiệt độ (oC)
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất tổng hợp (%)
80
27,79
76,46
90
27,91
76,50
Khi nhiệt độ tăng từ 80 lên 90oC, hàm lượng sắt và hiệu suất phản ứng có tăng
lên, tuy nhiên sự thay đổi là không đáng kể. Như vậy để tổng hợp vật liệu sắt-DEX, có
thể thực hiện ở nhiệt độ trong khoảng từ 80 đến 90oC. Nhiệt độ 80oC được lựa chọn
cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/DEX
Để khảo sát hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/DEX, các thí nghiệm được tiến hành
ở 80oC, thời gian 4 giờ, giá trị pH 7,0 và tỉ lệ sắt/DEX thay đổi từ 1/1 đến 1/6. Kết quả
phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp được đưa ra ở Bảng 3.9.
Với tỉ lệ sắt/DEX là 1/3, hàm lượng sắt thu được tương đối lớn và hiệu suất
tổng hợp cũng khá cao. Từ đó, có thể kết luận, tỉ lệ này thích hợp cho quá trình tổng

hợp vật liệu từ DEX.
13


Bảng 3.9. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-DEX
với tỉ lệ khối lượng sắt/DEX khác nhau
Tỉ lệ sắt/DEX
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất tổng hợp (%)
1/1
27,91
49,72
1/2
27,92
64,86
1/3
27,90
76,45
1/4
25,85
76,47
1/5
24,97
76,48
1/6
20,34
76,49
3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian
Kết quả phân tích hàm lượng sắt trong vật liệu với thời gian phản ứng khác
nhau được đưa ở Bảng 3.10.

Bảng 3.10. Hàm lượng sắt của vật liệu sắt-DEX với thời gian phản ứng khác nhau
Thời gian (giờ)
Hàm lượng sắt (%)
1
17,63
2
24,21
4
27,98
8
28,05
16
28,11
24
28,10
Khi phản ứng tạo vật liệu được thực hiện 4 giờ, sản phẩm thu được có hàm
lượng sắt khá cao, khoảng 28 % nên thích hợp cho quá trình điều chế vật liệu sắtDEX.
3.4.5. Kết luận về sự hình thành vật liệu sắt-DEX
pH có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành pha akaganeite trong vật liệu và
giá trị pH thích hợp cho quá trình điều chế vật liệu sắt-DEX là 7,0. Nhiệt độ cao thuận
lợi cho hình thành pha akaganeite trong vật liệu và nhiệt độ thích hợp cho quá trình
điều chế là 80oC. Tỉ lệ sắt/DEX phù hợp cho quá trình quá trình điều vật liệu sắt-DEX
là 1/3. Thời gian phù hợp cho quá trình quá trình điều vật liệu là 4 giờ. Vật liệu sắtDEX hình thành trong điều kiện thích hợp như trên có chứa khoảng 28 % sắt và hiệu
suất của quá trình đạt khoảng 76 %.
3.5. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt-MDEX
3.5.1. Ảnh hưởng của giá trị pH
Giản đồ XRD của các mẫu được đưa ra ở Hình 3.27. Vật liệu sắt-MDEX chứa
nhân akaganeite có thể hình thành trong một khoảng giá trị pH lớn. Để xác định giá trị
pH thích hợp, các mẫu được phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp. Kết quả
được đưa ra ở Hình 3.28 và 3.29.

Sự phụ thuộc của hiệu suất tổng hợp vật liệu vào giá trị pH cũng tương tự như
hàm lượng sắt. Giá trị này tăng 68,12 lên đến 78,95 % khi pH thay đổi từ 3,0 đến 9,0
và giảm xuống còn 78,22 % khi pH bằng 11,0. Từ những kết quả này có thể thấy, giá
trị pH 9,0 thích hợp cho quá trình tổng hợp vật liệu sắt-MDEX. Do vậy, giá trị pH 9,0
sẽ được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.

14


Hình 3.27. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX ở các pH khác nhau
28.7228.15
27.49

28

Hiệu suất tổng hợp

Hàm lượng sắt

29

27
25.62

26
25

24.28

24

0

5 Giá trị pH 10

15

80
78
76
74
72
70
68
66

78.9578.22
75.11
72.26
68.12

0

5 Giá trị pH 10

15

Hình 3.28. Sự phụ thuộc của hàm lượng sắt
Hình 3.29. Sự phụ thuộc của hiệu
vào giá trị pH
suất tổng hợp vào giá trị pH

3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Giản đồ XRD của các mẫu thu được ở các nhiệt độ khác nhau được đưa ra trên
Hình 3.30.

Hình 3.30. Giản đồ XRD của vật liệu sắt-MDEX ở các nhiệt độ khác nhau
15


Để lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình tổng hợp vật liệu sắt-MDEX, mẫu
hình thành ở 80 và 90oC được phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp. Kết quả
được đưa ra ở Bảng 3.11.
Bảng 3.11. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp
của vật liệu sắt-MDEX ở 80 và 90oC
Nhiệt độ (oC)
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất (%)
80
28,75
78,96
90
28,77
78,94
Từ bảng 3.11 có thể thấy, khi nhiệt độ tăng từ 80 lên 90oC, hàm lượng sắt và
hiệu suất phản ứng có sự thay đổi là không đáng kể. Như vậy, để tổng hợp vật liệu từ
MDEX, nhiệt độ thích hợp là 80 hoặc 90oC. Nhiệt độ 80oC được lựa chọn cho các thí
nghiệm tiếp theo.
3.5.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX
Để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX, các thí nghiệm được
tiến hành ở 80oC, thời gian 4 giờ, giá trị pH 9,0 với tỉ lệ sắt/MDEX thay đổi từ 1/1 đến
1/6. Kết quả phân tích hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp được đưa ra ở bảng 3.12.

Bảng 3.12. Hàm lượng sắt và hiệu suất tổng hợp của vật liệu sắt-MDEX
với tỉ lệ khối lượng sắt/MDEX khác nhau
Tỉ lệ sắt/DEX
Hàm lượng sắt (%)
Hiệu suất (%)
1/1
28,89
48,13
1/2
28,90
65,37
1/3
28,88
78,95
1/4
26,75
78,97
1/5
24,53
78,96
1/6
20,19
78,95
Khi tỉ lệ sắt/MDEX là 1/3, hàm lượng sắt thu được tương đối lớn và hiệu suất
tổng hợp cũng khá cao. Từ đó có thể kết luận, tỉ lệ này thích hợp cho quá trình tổng
hợp vật liệu sắt-MDEX.
3.5.4. Ảnh hưởng của thời gian
Kết quả phân tích hàm lượng sắt trong vật liệu có thời gian phản ứng khác nhau
được đưa ở Bảng 3.13.
Bảng 3.13. Hàm lượng sắt trong vật liệu sắt-MDEX

với thời gian phản ứng khác nhau
Thời gian (giờ)

Hàm lượng sắt (%)

1

22,63

2

28,86

4

28,88

8

28,89

16

28,90

24

28,91

16

Hàm lượng
ợng sắt trong vật liệu khá ổn định, xấp xỉ 29 %, khi thời gian phản ứng từ 2
giờ trở đi.
3.5.5. Kết luận về sự hình
ình thành vật liệu sắt-MDEX
- Giá trị pH ảnh hưởng
ng đáng k
kể đến hàm lượng sắt và hiệu suất tổng
ng hhợp của vật liệu
sắt-MDEX. pH thích hợp
p cho quá trình tổng
t
hợp là 9,0;
- Nhiệt độ cao thuận lợii cho hình thành pha akaganeite trong vật liệu và nhi
nhiệt độ phù
o
hợp cho quá trình tổng hợp
p là 80 C;
- Tỉ lệ sắt/DEX phù hợp
p cho quá trình tổng
t
hợp vật liệu là 1/3;
- Khi thời gian phản ứng
ng tăng, hàm lượng sắt trong vật liệu tăng và đến
n 2 giờ,
gi gần như
không biến đổi. Do đó, 2 giờ
ờ là thời gian phù hợp cho quá trình tổng hợ

ợp vật liệu;
- Vật liệu sắt-MDEX
MDEX hình thành ở điều kiện thích hợp như trên có chứ
ứa khoảng 29 %
sắt và hiệu suất củaa quá trình đạt khoảng 79 %.
3.6. Một số đặc trưng của
ủa các vật liệu sắt-TBS, sắt-TBT, sắt-DEX
DEX và ssắt-MDEX
3.6.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR)
(FTPhổ hồng ngoại củaa các vật liệu hình thành từ TBS, TBT, DEX và MDEX được
đưa ra ở Hình 3.31.

Hình 3.31.
3
Phổ hổng ngoại của các vật liệu
Trên phổ của các vậật liệu đều xuất hiện một dải hấp thụ mạnh
nh và rrộng nằm
trong khoảng từ 3100 đến 3700 cm-1 với cực đại hấp thụ ở khoảng
ng 3400 cm-1 đặc trưng
cho dao động hóa trị củaa nhóm OH tro
trong
ng polysaccarit, FeOOH và H2O. Dải phổ có
cường độ thấp với cực đạii ở khoảng 2900 cm-1 được gán cho dao độ
ộng kéo dài của
-1
nhóm CH và CH2. Dải phổ với cường độ thấp từ 800 đến 900 cm đặcc trưng cho dao
17


động hóa trị C-O trong liên kết 1,4-glicozit. Trên phổ của các mẫu còn xuất hiện cực

đại hấp thụ ở khoảng 700 cm-1 được gán cho dao động biến dạng của nhóm Fe-O-H
trong akaganeite. Dao động kéo dài của liên kết Fe-O-Fe được xác định bằng sự xuất
hiện cực đại hấp thụ ở khoảng 460 cm-1. Như vậy qua kết quả phân tích phổ hồng
ngoại có thể thấy, các vật liệu chứa sắt ở dạng akaganeite và các phân tử polysaccarit.
3.6.2. Hiển vi điện tử quét (SEM)
Ảnh SEM của các polysaccarit và các vật liệu được đưa ra ở Hình 3.32.Có thể
thấy, khi không tạo vật liệu, các polysaccarit đều gồm các phiến có kích thước lớn.
Ngược lại khi tạo thành vật liệu, trên ảnh SEM không quan sát thấy các tinh thể
akaganeite và khối polysaccarit riêng rẽ, mà chỉ thấy các hạt có dạng hình cầu hoặc
gần cầu với đường kính từ 20 đến 50 nm.
TBS

Sắt-TBS

TBT

Sắt-TBT

DEX

MDEX

Sắt-

Sắt-MDEX

Hình 3.32. Ảnh SEM của các polysaccarit và các vật liệu
Tuy nhiên, nếu các hạt akaganeite được tạo ra trước sau đó được khuấy trộn với
dung dịch polysaccarit thì không có sự tương tác này. Điều này có thể quan sát rõ trên
Hình 3.33.

18


Hình 3.33. Ảnh
nh SEM của
c mẫu thu được bằng phương pháp khu
khuấy trộn
akaganeite với
v dung dịch MDEX
Như vậy có thể kếtt lu
luận, cả bốn vật liệu đều có chứa các hạt dạng
ng ccầu. Vật liệu
sắt-TBS và sắt-MDEX
MDEX có các hạt
h với hình dạng và kích thước khá đồ
ồng đều. Trong
đó, MDEX cho sản phẩm
m có chứa
ch các hạt với kích thước nhỏ nhất.
3.6.3. Hiển
ển vi điện tử truyền qua ( TEM)
Để nghiên cứu cấu
u trúc lõi-vỏ,
lõi
các vật liệu sắt-MDEX và sắt-DEX
DEX đư
được khảo
sát bằng
ng phương pháp TEM, kết

k quả được đưa ra ở Hình 3.34. Cấu
u trúc lõi-vỏ
lõi
của vật
liệu được thể hiện mộtt cách rõ ràng trong vật
v liệu sắt-DEX
DEX khi phân tán trong etanol
(Hình 3.34 a và b). Các hạtt akaganeite (hình con thoi, tối
t màu) có hiềuu dài kho
khoảng 50
nm và chiều rộng khoảng
ng 10 nm được
đư bao bọc bởi các phân tử DEX. Ảnh TEM của
vật liệu sắt-MDEX
MDEX trong etanol (Hình 3.34c) cho thấy,
th hạt vật liệu cũng
ũng có ccấu trúc lõi
vỏ. Trong đó, phần
n lõi là các hạt
h akaganeite có màu tối hơn, có đường
ng kính kho
khoảng 10
nm và phần vỏ là các phân tử
t MDEX được thể hiện bởii vùng sáng màu hơn.
a

c

b

d

Hình 3.34. Ảnh
nh TEM của
c vật liệu sắt-DEX (a, b) và sắt-MDEX
MDEX (c, d)
Khi vật liệu Fe-MDEX
MDEX được
đư hòa tan trong nước, trên ảnh
nh TEM ch
chỉ quan sát
thấy các hạtt akaganite có kích thước
thư khoảng 5 nm.
Như vậy, ảnh
nh TEM trong lu
luận án này đã khẳng định hai vậtt liệu
li sắt-DEX và
sắt-MDEX đều có cấu
u trúc lõi-vỏ.
lõi
Đây là một kết quả rấtt đáng chú ý, bbởi vì cho đến
19


nay có rất ít các tài liệu
u đưa ra kết
k quả dưới dạng ảnh TEM để chứng
ng minh ccấu trúc lõi
vỏ của loại vật liệu này.
3.6.4. Phân tích nhiệt (TGA-DTA)

(TGA
Giản đồ phân tích nhiệt
nhi của các vật liệu được đưa ra ở Hình
ình 3.35.
3.35 Có thể thấy,
o
khi được gia nhiệt từ nhiệtt đ
độ phòng đến 800 C trong môi trường
ng không khí, sự biến
đổi của các vật liệu là tương tự
t nhau.

Sắt-TBS

Sắt-TBT

Sắt-DEX

Sắt-MDEX
MDEX

Hình 3.35.
3.35 Giản đồ TGA-DTA của các vật liệu
Từ kết quả trên có thể
th kết luận, các vật liệu bền trong khoảng từ nhiệt độ phòng
đến 150oC.
3.6.5. Phổ hấp
ấp thụ tử ngoại-khả
ngoại
kiến (UV-Vis)

Phổ UV-Vis củaa các vật liệu đều khá tương tự nhau. Cụ thể,, trên các phổ
ph đều
xuất hiện các vùng hấp thụ
ụ ở vùng tử ngoại có bước sóng khoảng
ng 250 - 290 nm với
cường độ rất mạnh. Bên cạạnh đó, cũng xuất hiện vai phổ với cường
ng đđộ thấp ứng với
bước sóng 490 nm củaa vùng khả
kh kiến.
20


Theo các nghiên cứu [4], vùng phổ ở bước sóng 250 và 290 nm thể hiện sự phối
trí của nguyên tử oxi và nguyên tử sắt được sinh ra bởi sự chuyển dịch điện tích oxi –
sắt.
Sắt-TBT

Sắt-TBS

Sắt-DEX

Sắt-MDEX

Hình 3.36. Phổ UV-Vis của các dung dịch vật liệu
Các tài liệu [4, 77] cho rằng, vùng phổ với cường độ thấp ở bước sóng khoảng
480 đến 500 nm là do chuyển dịch điện tích d – d giữa hai nguyên tử sắt với cấu hình
electron d5 nằm trong các bát diện chung cạnh hoặc chung đỉnh. Ngoài ra theo nghiên
cứu [36], sự xuất hiện của dải phổ này còn bởi sự xen phủ bởi các obitan p của oxi và
obitan d của sắt.
3.6.6. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

Các mẫu vật liệu được phân tích thành phần nguyên tố bằng phương pháp EDX.
Kết quả được đưa ra ở Hình 3.37 và Bảng 3.14. Theo đó, oxi là nguyên tố có thành
phần khối lượng lớn nhất, từ 37 đến 39 %. Nguyên tố với thành phần lớn thứ hai trong
các mẫu vật liệu là cacbon, nằm trong khoảng từ 33 đến 34,5 %.
Sắt-TBS

Sắt-TBT

Sắt-DEX

Sắt-MDEX
Hình 3.37. Phổ EDX của các vật liệu
21


Bảng 3.14. Thành phần nguyên tố của các mẫu vật liệu
Vật liệu
Nguyên tố
C (%)
O (%)
Na (%)
Cl (%)
Fe (%)

Sắt-TBS

Sắt-TBT

Sắt-DEX

Sắt-MDEX

34.51
39.83
0.02
0.37
25,27

33.59
38.98
0.04
0.43
26,9

33.81
38.38
0.03
0.44
27.34

33.12
37.47
0.03
0.53
28.85

Như vậy, kết quả EDX cho thấy các vật liệu có thành phần chính là O, C, Fe và
một lượng nhỏ Cl. Tỉ lệ Fe/Cl nhỏ hơn nhiều so với của akaganeite.
3.6.7. Độ dẫn điện
Để khảo sát khả năng phân li của các vật liệu trong nước, dung dịch vật liệu có

chứa 5 % sắt được đo độ dẫn điện và so sánh với độ dẫn điện của một số dung dịch
khác. Kết quả được đưa ra ở Hình 3.38 và Bảng 3.15.
Sắt-TBS

Sắt-TBT
Sắt-DEX

Sắt-MDEX
Hình 3.38. Độ dẫn điện của các vật liệu
Theo các kết quả khảo sát, độ dẫn điện các vật liệu trong nước khá ổn định theo
thời gian, chỉ dao động trong khoảng 0,6 µS/cm. Điều này cho thấy, các vật liệu khá
bền và không bị biến đổi nhiều khi tan trong nước.
Bảng 3.15. Độ dẫn điện của một số dung dịch
Dung dịch
Độ dẫn điện (µS/cm)
Nước cất
7,0
CH3COOH (0,1 M)
520
KCl (0,1 M)
15000
FeCl3 (0,1 M)
23760
Sắt-TBS (5 % Fe)
44,9
Sắt-TBT (5 % Fe)
51,6
Sắt-DEX (5 % Fe)
57,9
Sắt-MDEX (5 % Fe)

27,3
Như vậy, kết quả đo độ dẫn điện chứng tỏ các vật liệu khá bền trong dung dịch
nước và gần như không phân li thành các ion.
22


3.6.8. Một số đặc trưng khác hướng đến ứng dụng của vật liệu sắt-MDEX
3.6.8.1. Độ bền nhiệt và độ bền theo thời gian của vật liệu
* Độ bền theo nhiệt độ
150oC

600oC

Hình 3.39. Giản đồ XRD của mẫu được gia nhiệt ở 150 và 600oC
Nhiệt độ phòng

600oC

150oC

Hình 3.40. Ảnh SEM của mẫu ở các nhiệt độ khác nhau
Vật liệu sắt-DEX có thể bền đến 150oC và phù hợp với quá trình khử trùng
(thường ở 120oC) trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng.
* Độ bền theo thời gian
Để xác định độ bền theo thời gian, vật liệu sắt-MDEX được điều chế và bảo
quản trong lọ kín ở nhiệt độ phòng. Sau 12 tháng, mẫu được phân tích bằng XRD. Kết
quả được đưa ra trên Hình 3.45.

Hình 3.41. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu sau khi tổng hợp 12 tháng
Vật liệu không có sự biến đổi về thành phần pha, vẫn chứa sắt ở dạng

akaganeite. Điều này cho thấy, vật liệu khá bền theo thời gian và có thể được bảo quản
trong bình kín, ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài.
3.6.8.2. Độ tan của vật liệu
Độ tan của vật liệu cũng là một chỉ tiêu quan trọng để hướng đến ứng dụng. Độ
tan của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau được đưa ra ở Bảng 3.16
Bảng 3.16. Độ tan của vật liệu trong nước
30
50
70
90
100
Nhiệt độ
20
60
90
150
200
Độ tan (mg/ml)
Vật liệu sắt-MDEX dễ dàng tan trong nước đặc biệt là trong nước nóng.
23