Nghiên cứu tổng hợp znal2o4, znfe2o4 bằng phương pháp đốt cháy và định hướng ứng dụng ( Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN MẠNH HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZnAl2O4 , ZnFe2O4
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY VÀ ĐỊNH HƢỚNG
ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN MẠNH HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZnAl2O4 , ZnFe2O4
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY VÀ ĐỊNH HƢỚNG
ỨNG DỤNG

CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ
MÃ SỐ: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ TỐ LOAN

THÁI NGUYÊN - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

Luận văn đã được sửa chữa theo góp ý của hội đồng khoa học
Xác nhận

Xác nhận

của khoa chuyên môn

của ngƣời hƣớng dẫn khoa học

TS. NGUYỄN THỊ TỐ LOAN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014
Tác giả luận văn

NGUYỄN MẠNH HÀ

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm,
Đại học Thái Nguyên.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Tố Loan, đã
giao đề tài, hướng dẫn tận tình, chu đáo và giúp đỡ em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Ban Giám hiệu,
khoa Sau đại học, khoa Hóa học- trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái
Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên,
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn
thành luận văn.
Thái Nguyên, tháng 04 năm 2014
Tác giả

NGUYỄN MẠNH HÀ

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

MỤC LỤC
Trang

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn .......................................................................................................... i
Lời cam đoan ...................................................................................................... ii
Mục lục ..............................................................................................................iii
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ................................................................... iv
Danh mục các bảng ............................................................................................ v
Danh mục các hình ............................................................................................ vi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN ................................................................................ 2
1.1. Một số phương pháp điều chế oxit kim loại kích thước nanomet .......... 2
1.1.1. Phương pháp gốm truyền thống........................................................... 2
1.1.2. Phương pháp đồng kết tủa ................................................................... 2
1.1.3. Phương pháp đồng tạo phức ................................................................ 3
1.1.4. Phương pháp thủy nhiệt ....................................................................... 3
1.1.5. Phương pháp sol-gel ............................................................................ 3
1.1.6. Phương pháp tổng hợp đốt cháy .......................................................... 4
1.2. Giới thiệu về oxit nano ZnAl2O4, ZnFe2O4, PVA, phenol đỏ ................ 6
1.2.1. Oxit hỗn hợp kiểu spinel ...................................................................... 6
1.2.2. ZnAl2O4............................................................................................... 7
1.2.3. ZnFe2O4............................................................................................... 8
1.2.4. Giới thiệu về poli vinyl ancol .............................................................. 9
1.2.5. Phenol đỏ ........................................................................................... 10
1.3. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu .................................................. 11
1.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt ............................................................. 11
1.3.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ........................................................ 12
1.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) ....... 13

1.3.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng ............................................. 15
1.3.5. Phương pháp trắc quang .................................................................... 16
1.3.6. Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu .................... 18
iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................... 20
2.1. Dụng cụ, hóa chất ................................................................................. 20
2.1.1. Hóa chất ............................................................................................. 20
2.1.2. Dụng cụ, máy móc ............................................................................. 20
2.2. Xây dựng đường chuẩn xác định phenol đỏ ......................................... 20
2.3. Tổng hợp oxit nano ZnAl2O4, ZnFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy gel .... 21
2.4. Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnAl2O4 bằng phương pháp đốt cháy 22
2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung ............................................. 22
2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung ............................................ 24
2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol KL/PVA ..................................... 26
2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel ........................................... 27
2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của pH tạo gel ................................................... 29
2.4.6. Các đặc trưng của mẫu ZnAl2O4 tổng hợp ở điều kiện tối ưu ........... 30
2.5. Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy 31
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung ............................................. 31
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung ............................................ 34
2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol KL/PVA ..................................... 35
2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel ........................................... 36
2.5.5. Các đặc trưng của mẫu ZnFe2O4 tổng hợp ở điều kiện tối ưu ........... 37
2.6. Nghiên cứu khả năng xúc tác phân hủy phenol đỏ của oxit nano
ZnFe2O4 và ZnAl2O4 .................................................................................... 39

2.6.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ................................................... 39
2.6.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ...................................................... 41
2.6.3. Ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ.................................................... 43
2.6.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................................... 45
KẾT LUẬN .................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 50
PHỤ LỤC

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
NTC
CTAB

Tên đầy đủ
Hệ số nhiệt điện trở âm
Cetyl trimetyl amoni bromua

SDS

Natri dodecyl sunfat

PEG

Poli etylen glicol

EDA

Etylen diamin

CS
SHS

Combustion Synthesis
Self Propagating High Temperature Synthesis
Process

SSC

Solid State Combustion

SC

Solution Combustion

PGC

Polimer Gel Combustion

GPC

Gas Phase Combustion

PVA

Poli vinyl ancol

PAA

Poli acrylic axit

TFTs

Thin film transitors

DTA

Differential Thermal Analysis
(phân tích nhiệt vi sai)

TGA

Thermo Gravimetric Analysis-TGA
(Phân tích nhiệt trọng lượng)

XRD

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Ronghen)

SEM

Scanning Electron Microscopy
(Hiển vi điện tử quét)

KL

TEM

Kim loại
Transnission Electron Microscopy
(Hiển vi điện tử truyền qua)

BET

Brunauer- Emmett-Teller

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định phenol đỏ .........................21
Bảng 2.2 Kích thước hạt tinh thể ZnAl2O4 ở các nhiệt độ nung khác nhau. ....24
Bảng 2.3 Kích thước hạt tinh thể ZnAl2O4 ở các thời gian nung khác nhau. ...26
Bảng 2.4 Kích thước hạt tinh thể ZnAl2O4 ở các tỉ lệ mol KL/PVA khác
nhau. ...................................................................................................27
Bảng 2.5 Kích thước hạt tinh thể ZnAl2O4 ở các nhiệt độ tạo gel khác nhau. .28
Bảng 2.6: Kích thước hạt tinh thể ZnFe2O4 ở các nhiệt độ nung khác nhau. ...33
Bảng 2.7: Kích thước hạt tinh thể ZnFe2O4 ở các thời gian nung khác nhau. .34
Bảng 2.8: Kích thước hạt tinh thể ZnFe2O4 ở các tỉ lệ mol KL/PVA khác nhau. ...36
Bảng 2.9: Kích thước hạt tinh thể ZnAl2O4 ở các nhiệt độ tạo gel khác nhau. 37
Bảng 2.10:Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy phenol

đỏ của vật liệu ZnFe2O4 và vật liệu ZnAl2O4 ....................................40
Bảng 2.11a: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ZnFe2O4 đến hiệu suất phân
hủy phenol đỏ. ...................................................................................41
Bảng 2.11b: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ZnAl2O4 đến hiệu suất
phân hủy phenol đỏ. ...........................................................................42
Bảng 2.12: Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất phân hủy phenol đỏ của
vật liệu ZnFe2O4 và vật liệu ZnAl2O4. ...............................................44
Bảng 2.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy phenol đỏ của
vật liệu ZnFe2O4.................................................................................45
Bảng 2.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy phenol đỏ của
vật liệu ZnAl2O4.................................................................................46

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1.1: Các lỗ trống tứ diện và bát diện trong ferit spinel ........................... 7
Hình 1.2. Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ ...................... 10
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị hiển vi điện tử quét (SEM) ............... 14
Hình 2.1: Đường chuẩn xác định nồng độ phenol đỏ ..................................... 21
Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phương pháp đốt cháy gel PVA ............ 22
Hình 2.3: Giản đồ phân tích nhiệt của gel Zn2+-Al3+-PVA ............................. 23
Hình 2.4: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnAl2O4 nung ở các nhiệt độ
khác nhau ........................................................................................... 24
Hình 2.5: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnAl2O4 nung

khác nhau

ở các thời gian
25

Hình 2.6: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnAl2O4 với các tỉ lệ mol
KL/PVA khác nhau ........................................................................... 26
Hình 2.7: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnAl2O4 ở các nhiệt độ tạo
gel khác nhau .................................................................................... 28
Hình 2.8: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnAl 2O4 ở các pH tạo gel
khác nhau .......................................................................................... 29
Hình 2.10: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu ZnAl 2O4 được điều
chế ở điều kiện tối ưu ........................................................................ 31
2.11: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của ZnAl2O4 điều chế ở
điều kiện tối ưu ................................................................................ 31
Hình 2.12: Giản đồ phân tích nhiệt của gel Zn 2+-Fe3+ -PVA .......................... 32
Hình 2.13: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnFe 2O4 nung ở các nhiệt
độ khác nhau .................................................................................... 33
Hình 2.14: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnFe2O4 nung ở các thời
gian khác nhau .................................................................................. 34
Hình 2.16: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnFe 2O4 ở các nhiệt độ tạo
gel khác nhau .................................................................................... 36
vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

Hình 2.17: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ZnFe 2O4 được điều chế ở
điều kiện tối ưu ................................................................................. 38

Hình 2.18: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu ZnFe 2O4 được điều
chế ở điều kiện tối ưu ........................................................................ 38
2.19: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của ZnFe 2O4 điều chế ở
điều kiện tối ưu ................................................................................ 39
Hình 2.20:Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy phenol đỏ vào thời gian
phản ứng ............................................................................................ 40
Hình 2.21: Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy phenol đỏ vào khối lượng
vật liệu ............................................................................................... 42
Hình 2.22: Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy vào nồng độ phenol đỏ của
vật liệu ZnFe2O4 và vật liệu ZnAl2O4 ............................................... 44
Tử bảng 2.12 và hình 2.22 cho thấy khi nồng độ phenol đỏ tăng lên thì hiệu
suất phân hủy phenol đỏ cũng tăng và đạt cao nhất khi nồng độ
phenol đỏ khoảng 15 mg/l và sau đó thì giảm dần. .......................... 44
Hình 2.23: Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy phenol đỏ vào thời gian
phản ứng của vật liệu ZnFe2O4 ở các nhiệt độ khác nhau ................ 46
Hình 2.24: Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy phenol đỏ vào thời gian
phản ứng của vật liệu ZnAl2O4 ở các nhiệt độ khác nhau ................ 47

vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

MỞ ĐẦU
Vào những thập niên 60 của thế kỉ 20, thế giới đã xuất hiện những công
trình nghiên cứu sớm nhất về công nghệ nano. Trong vòng hơn 10 năm trở lại
đây, công nghệ nano đã phát triển rất nhanh chóng và tác động đến nhiều
ngành, lĩnh vực của xã hội, từ hóa học đến sinh học, từ khoa học vật liệu đến kỹ
thuật điện tử.

Với kích thước cỡ nanomet, vật liệu nano thể hiện những tính chất lý hoá
ưu việt như độ bền cơ học cao, tính siêu thuận từ, các tính chất quang học nổi
trội, có hoạt tính xúc tác và tạo ra các vùng hoạt tính mạnh trên bề mặt. Vì vậy,
vật liệu nano được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực như xúc tác,
huỳnh quang, bảo vệ môi trường, y dược …
Oxit nano ZnAl2O4 và ZnFe2O4 là một trong những vật liệu được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực. Oxit ZnAl2O4 và oxit ZnFe2O4 được sử dụng rộng rãi làm
chất xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học ... Một số phương pháp đã được ứng
dụng để tổng hợp oxit này như phương pháp đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt, vi
sóng …Tùy thuộc vào mỗi phương pháp tổng hợp mà oxit nano thu được có
những đặc tính khác nhau.
Với mong muốn đóng góp phần nhỏ vào hướng nghiên cứu chế tạo vật
liệu nano, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu tổng hợp ZnAl2O4 , ZnFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy
và định hướng ứng dụng.”

1


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Một số phƣơng pháp điều chế oxit kim loại kích thƣớc nanomet
1.1.1. Phƣơng pháp gốm truyền thống
Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở
nhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ
milimet. Từ sản phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình kết khối
thành vật liệu cụ thể. Các công đoạn theo phương pháp này như sau:
Chuẩn bị phối liệu

nghiền, trộn

ép viên

nung

sản phẩm.

Ưu điểm của phương pháp này là dùng ít hóa chất, hóa chất không đắt
tiền, các thao tác dễ tự động hóa nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với
lượng lớn.
Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, tính
đồng nhất của sản phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet) nên khi ép
tạo thành sản phẩm thường có độ rộng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra
chậm, sản phẩm thu được thường không theo mong muốn và phải nung đến vài
lần phản ứng mới kết thúc [4].
1.1.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa
Một trong các phương pháp quan trọng để điều chế oxit là phương pháp
đồng kết tủa. Theo phương pháp đồng kết tủa dung dịch các muối được chọn
đúng với tỉ lệ như trong sản phẩm, rồi thực hiện phản ứng đồng kết tủa (dưới
dạng hydroxit, cacbonat, oxalat…) sản phẩm rắn kết tủa thu được sẽ được tiến
hành nhiệt phân để thu được sản phẩm mong muốn.
Ưu điểm của phương pháp này là các chất tham gia phản ứng đã được phân
tán ở mức độ phân tử. Nếu sử dụng các tác nhân kết tủa trên cơ sở muối hữu cơ
còn cho sản phẩm có độ mịn, độ đồng nhất cao theo tỉ lệ hợp thức mong muốn.
Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là có nhiều yếu tố ảnh hưởng
đến khả năng kết tủa của các hiđroxit như nồng độ, pH của dung dịch, tỷ lệ các

2

chất tham gia phản ứng, nhiệt độ. Do đó cần phải xác định được pH của dung dịch
để sản phẩm sinh ra là lớn nhất cũng như tính toán được chính xác tỷ lệ muối các
kim loại cân bằng trong dung dịch để được sản phẩm kết tủa như mong muốn [4].
1.1.3. Phƣơng pháp đồng tạo phức
Bản chất của phương pháp đồng tạo phức là muối kim loại tạo phức cùng
nhau với phối tử trong dung dịch. Sau đó tiến hành phân hủy nhiệt phức chất có
thành phần hợp thức với hợp chất muốn điều chế. Phương pháp này đạt được
sự phân bố lý tưởng trong hệ phản ứng vì rằng trong mạng lưới tinh thể của
phức rắn đã có sự phân bố hoàn toàn có trật tự của các ion.
Ưu điểm của phương pháp này là trong hỗn hợp ban đầu đưa vào nung
(hỗn hợp các phức chất) đã bảo đảm tỉ lệ hợp thức của các cấu tử đúng như
trong vật liệu mong muốn.
Nhược điểm của phương pháp này là tìm các phức chất đa nhân không
phải dễ dàng và công việc tổng hợp phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều
phối tử đắt tiền. Do đó với các vật liệu đòi hỏi phải bảo đảm chính xác tỷ lệ hợp
thức thì mới cần thiết tổng hợp theo phương pháp này [4].
1.1.4. Phƣơng pháp thủy nhiệt
Phản ứng trong dung dịch nước xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao gọi là
phản ứng thủy nhiệt. Các oxit kim loại thường được tổng hợp bằng phương
pháp thủy nhiệt kết tủa và kết tinh. Tổng hợp thủy nhiệt kết tủa sử dụng dung
dịch muối tinh khiết của kim loại, còn tổng hợp thủy nhiệt kết tinh dùng
hidroxit, sol hoặc gel. Thành công của quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương
pháp thủy nhiệt phụ thuộc vào sự lựa chọn tiền chất, nhiệt độ, pH và nồng độ
của chất phản ứng [25]. Trong phương pháp này thường sử dụng một số chất
hữu cơ làm chất hoạt động bề mặt như cetyl trimetyl amoni bromua (CTAB),
natri dodecyl sunfat (SDS), poli etylen glicol (PEG), etylen diamin (EDA).
1.1.5. Phƣơng pháp sol-gel
Có thể tóm tắt phương pháp này theo sơ đồ sau:

3

Phân tán hoặc
thủy phân

Sol

Làm nóng
hoặc già hóa

Gel

Sản phẩm

Phương pháp sol-gel thường dựa vào sự thủy phân và ngưng tụ ancolat kim
loại hoặc ancolat precursor định hướng cho các hạt oxit phân tán vào trong sol.
Sau đó sol được làm khô và ngưng tụ thành mạng không gian ba chiều gọi là
gel. Gel là tập hợp gồm pha rắn được bao bọc bởi dung môi [27]. Nếu dung
môi là nước thì sol và gel tương ứng được gọi là aquasol và alcogel. Chất lỏng
được bao bọc trong gel có thể loại bỏ bằng cách làm bay hơi hoặc chiết siêu tới
hạn. Sản phẩm rắn thu được là xerogel và aerogel tương ứng.
Phương pháp sol-gel có một số ưu điểm sau:
- Tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao.
- Có thể điều chỉnh được các tính chất vật lí như sự phân bố kích thước mao
quản, số lượng mao quản của sản phẩm.
- Tạo ra sự đồng nhất trong pha ở mức độ phân tử.
- Có thể điều chế mẫu ở nhiệt độ thấp và bổ sung dễ dàng một số
thành phần.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ đồng nhất của sản phẩm là dung môi, nhiệt độ,
bản chất của precursor, pH, xúc tác, chất phụ gia. Dung môi có ảnh hưởng đến

động học quá trình, còn pH ảnh hưởng đến các quá trình thủy phân và ngưng
tụ. Có bốn bước quan trọng trong quá trình sol-gel: hình thành gel, làm già gel,
khử dung môi và cuối cùng là xử lí bằng nhiệt để thu được sản phẩm.
Phương pháp sol-gel rất đa dạng tùy thuộc vào tiền chất tạo gel và có thể qui
về ba hướng sau: thủy phân các muối, thủy phân các ancolat và sol-gel tạo
phức. Trong ba hướng này, thủy phân các muối được nghiên cứu sớm nhất,
phương pháp thủy phân các ancolat đã được nghiên cứu khá đầy đủ còn
phương pháp sol-gel tạo phức hiện đang được nghiên cứu nhiều và đã được đưa
vào thực tế sản xuất [27] .
1.1.6. Phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy
Trong những năm gần đây, phương pháp tổng hợp đốt cháy hay tổng
hợp bốc cháy (Combustion Synthesis-CS) trở thành một trong những kĩ thuật

4


quan trọng trong điều chế và xử lí các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức
năng), composit, vật liệu nano và chất xúc tác [37].
So với một số phương pháp hóa học khác, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra
oxit nano ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạt ngay sản
phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lí nhiệt thêm nên có thể hạn chế được sự
tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng [37]. Trong quá trình tổng hợp
đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim
loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính
hoặc phản ứng giữa hợp chất hay hỗn hợp oxi hóa khử… Những đặc tính này
làm cho tổng hợp đốt cháy trở thành một phương pháp hấp dẫn để sản xuất vật
liệu mới với chi phí thấp nhất so với các phương pháp truyền thống. Một số ưu
điểm của phương pháp đốt cháy là thiết bị công nghệ tương đối đơn giản, sản
phẩm có độ tinh khiết cao, có thể dễ dàng điều khiển được hình dạng và kích
thước của sản phẩm [37].

Phương pháp đốt cháy được biết như là quá trình tổng hợp tự lan truyền
nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình phản ứng (Self Propagating High
Temperature Synthesis Process) hay còn gọi là quá trình SHS. Tùy thuộc vào
trạng thái của các chất phản ứng, tổng hợp đốt cháy có thể chia thành: đốt cháy
trạng thái rắn (Solid State Combustion-SSC), đốt cháy dung dịch (Solution
Combustion-SC), đốt cháy gel polime (Polimer Gel Combustion-PGC) và đốt
cháy pha khí (Gas Phase Combustion-GPC).
* Phƣơng pháp đốt cháy gel polime
Để ngăn ngừa sự tách pha cũng như tạo ra sự đồng nhất cao cho sản
phẩm, phương pháp hóa học thường sử dụng các tác nhân tạo gel. Một số
polime hữu cơ được sử dụng làm tác nhân tạo gel như poli vinyl ancol (PVA),
poli etylen glycol (PEG), poli acrylic axit (PAA), với sự có mặt của một số
cacbohidrat (monosaccarit, disaccarit), hợp chất poli hydroxyl (sorbitol,
manitol) [14]. Một số polime còn đóng vai trò nhiên liệu như PVA, PAA,

5


gelatin nên phương pháp này còn được gọi là phương pháp đốt cháy gel
polime. Trong phương pháp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối
kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với polime hòa tan trong nước tạo
thành hỗn hợp nhớt. Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này và đem nung thu
được các oxit mịn.
Các polime đóng vai trò là môi trường phân tán cho cation trong dung dịch,
ngăn ngừa sự tách pha và là nhiên liệu cung cấp nhiệt cho quá trình đốt cháy
gel, làm giảm nhiệt độ tổng hợp mẫu. Pha, hình thái học của mẫu chịu ảnh
hưởng của các yếu tố như bản chất, hàm lượng polime sử dụng, pH, nhiệt độ
tạo gel, nhiệt độ và thời gian nung.
Phương pháp này chưa được nghiên cứu kĩ mặc dù có một số ưu việt rõ rệt
như công nghệ không phức tạp, dễ triển khai vì không đòi hỏi các thiết bị đặc

biệt, hoá chất dễ kiếm, rẻ tiền và thời gian phản ứng ngắn ở nhiệt độ thấp. Đây
là một công nghệ mới có nhiều hứa hẹn trong lĩnh vực chế tạo các oxit nano.
Tuy nhiên việc nghiên cứu, đánh giá và giải thích các yếu tố ảnh hưởng đến sự
tạo pha đồng nhất như pH, hàm lượng PVA cho vào mẫu, nhiệt độ tạo gel còn
hạn chế và mới được nghiên cứu cho một số vật liệu.
1.2. Giới thiệu về oxit nano ZnAl2O4, ZnFe2O4, PVA, phenol đỏ
1.2.1. Oxit hỗn hợp kiểu spinel
ZnFe2O4 và ZnAl2O4 là các oxit hỗn hợp kiểu spinel. Các spinel có công
thức tổng quát là AB2O4. Trong đó: A là ion kim loại hóa trị II như Zn2+, Mg2+,
Cu2+, Fe2+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cd2+… B là ion kim loại hóa trị III như
Al3+, Fe3+, Mn3+, Cr3+…
Cấu trúc spinel được đặc trưng ở sự phân bố của các cation giữa hai kiểu
lỗ trống tứ diện và bát diện. Nếu các ion A2+ phân bố trong các tứ diện, còn các
cation B3+ phân bố trong các bát diện thì spinel đó gọi là spinel chuẩn. Nếu
trong các tứ diện là các cation B3+ còn trong bát diện là các cation A2+ thì spinel
đó được gọi là spinel ngược.

6


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full