Luận văn thạc sĩ hóa học: Nghiên cứu các phương pháp chế tạo hạt Nano Fe3 O4 ứng dụng trong sinh học bằng phương pháp hoá học ướt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------

BÙI DOÃN HUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT
NANO Fe3O4 ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC ƯỚT

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA LÝ THUYẾT & HÓA LÝ

HÀ NỘI - 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------

BÙI DOÃN HUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT
NANO Fe3O4 ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC ƯỚT
NGÀNH: HÓA LÝ THUYẾT & HÓA LÝ
MÃ SỐ: 62 44 31 01

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA LÝ THUYẾT & HÓA LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. HUỲNH ĐĂNG CHÍNH

HÀ NỘI – 2008


MỤC LỤC
13B

Lời cảm ơn
Các ký hiệu và các chữ viết tắt
Tóm tắt luận văn
Trang
1
0B

MỞ ĐẦU
B
4
1

Chương 1 - TỔNG QUAN
B
5
1

1.1. Cấu trúc và tính chất của Fe3O4
3B

4
4

1.1.1. Cấu trúc tinh thể Fe3O4

4

1.1.2. Tính chất vật lý

6

4B

1.1.2.1. Vật liệu nghịch từ

6

1.1.2.2. Vật liệu thuận từ

6

1.1.2.3. Vật liệu phản sắt từ

7

1.1.2.4. Vật liệu feri từ

7

1.1.2.5. Vật liệu sắt từ

7

7B

8B

9B

10B

1.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất

9

1.3. Ứng dụng

11

1.3.1 Phân tách và chọn lọc tế bào

13

1.3.2. Dẫn truyền thuốc

14

1.3.3. Tăng thân nhiệt cục bộ

16

1.3.4. Hạt nano oxit sắt từ được ứng dụng để xử lý nước

17

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
B
7
1

19

2.1. Phương pháp đồng kết tủa - Cơ chế phản ứng

20

2.2. Phương pháp thủy nhiệt

24

2.2.1. Sơ lược về thuỷ nhiệt

25

2.2.2. Khái niệm

26


2.2.3. Phân loại

27

2.2.4. Dụng cụ

27

2.3. Phương pháp vi nhũ tương

29

2.3.1. Các khái niệm

29

2.3.2. Nhiệt động học của vi nhũ tương

30

2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vi nhũ tương

31

2.3.4. Phương pháp vi nhũ tương chế tạo hạt nano

32

2.3.4.1. Nguyên lý của phương pháp

32

2.3.4.2. Vi nhũ tương chế tạo hạt nano nói chung

33

2.3.4.3. Các công trình về vi nhũ tương chế tạo hạt nano

33

Chương 3 - THỰC NGHIỆM
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Chế tạo mẫu

35
35

3.1.1. Phương pháp đồng kết tủa

35

3.1.2. Phương pháp thuỷ nhiệt

35

3.1.3. Phương pháp vi nhũ tương

36

3.1.3.1. Vi nhũ tương thường

37

3.1.3.2. Vi nhũ tương thủy nhiệt

37

3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành hệ
vi nhũ tương sắt

37

3.1.4.1. Thành phần

37

3.1.4.2. Nhiệt độ

39

3.1.4.3. Môi trường

40

3.1.5. Chế tạo chất lỏng từ

42

3.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc và thành phấn mẫu

42

3.2.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)

42

3.2.2. Các phép đo đường cong từ hóa, đường cong ZFC

44


3.2.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại FT_IR

46

3.2.4. Hiển vi điện tử quét (SEM)

47

3.2.5. Kính hiển vi điển tử truyền qua (TEM)

48

3.4.6. Phương pháp UV-Vis

49

12B

Chương 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

51

4.1. Ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo đến sự hình thành
pha tinh thể và hạt nano Fe3O4

51

1B

4.2. Ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo đến tính chất từ
2B

hạt nano Fe3O4 với kích thước hạt khác nhau
4.3. Kết quả bọc SiO2

62
62

4.3.1. Ảnh SEM của các mẫu hạt nano Fe3O4 và Fe3O4 bọc SiO2
chế tạo bằng các phương pháp ĐKT, TN & VNT

62

4.3.2. Kết quả ảnh TEM của chất lỏng từ

63

4.3.3. Kết quả phổ hồng ngoại

65

4.3.4. Kết quả VSM hạt nano Fe3O4 bọc SiO2

67

5B

4.4. Kết quả nhiệt trị ( SAR )

68

KẾT LUẬN

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO

71


1
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ nano đang đi vào cuộc sống với tốc độ ngày
càng nhanh là nhờ những tính chất đặc biệt của vật liệu nano. Các đặc tính
của vật liệu nano có thể được chia thành hai loại: các đặc tính có liên quan
đến hiệu ứng bề mặt và các hiệu ứng có liên quan đến kích thước. Hiệu ứng
bề mặt có thể xảy ra ở bất kì kích thước nào, tuy nhiên, tại kích thước nano thì
hiệu ứng bề mặt trở nên đáng kể. Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã
làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống.
Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc

trưng. Độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào
kích thước nm [18, 19]. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần
độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích
thước của vật liệu có thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có
liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột.
Oxit sắt từ là vật liệu từ tính quen thuộc khá phổ biến trong công
nghiệp cũng như trong đời sống thường ngày. Oxit sắt từ dạng hạt (cỡ µm )
được ứng dụng nhiều trong công nghệ sơn, chất màu, chất độn… Ngày nay,
công nghệ nano là lĩnh vực nghiên cứu mới thu hút sự quan tâm của các nhà
khoa học trên thế giới. Khi giảm kích thước hạt oxit sắt từ xuống kích thước
nano (<100nm) từ đó chế tạo chất lỏng từ mở ra triển vọng ứng dụng trong
công nghệ sinh học, bôi trơn, in ấn, môi trường…
Hiện nay, oxit sắt từ kích thước nano ứng dụng trong sinh học đang là
chủ đề nóng bỏng thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trong và
ngoài nước bởi khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng. Khả năng ứng dụng
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


2
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

phong phú của các hạt nano từ tính trong sinh học là do một số nguyên nhân.
Thư nhất, đó là kích thước các hạt nano rất gần với kích thước của các thực
thể sinh học, điều này làm chúng có thể dễ dàng tiếp cận mà không gây ra
những thay đổi lớn trong hoạt động của các thực thể sinh học. Thứ hai, là các
hạt nano có diện tích bề mặt lớn do đó làm tăng khả năng liên kết giữa chúng
với các thực thể sinh học. Thứ ba, là các hạt nano có từ tính nên chúng ta có
thể dùng từ trường mà tác động lên các thực thể sinh học thông qua “cầu nối”

là các hạt nano từ tính. Trên thế giới, lĩnh vực ứng dụng từ học nano trong
sinh học đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay và thu được nhiều kết quả.
Các công trình chủ yếu nghiên cứu các ứng dụng của hạt nano từ tính như:
dẫn truyền thuốc, tăng thân nhiệt cục bộ điều trị bệnh ung thư, phân tách tế
bào, tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ [12]…
Để tạo ra hạt oxit sắt từ kích thước nano có nhiều phương pháp
- Phương pháp nghiền
- Phương pháp Sol-gel
- Phương pháp đồng kết tủa
- Phương pháp thủy nhiệt
- Phương pháp vi nhũ tương...
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng các hạt nanô từ tính trong sinh
học mới được tiến hành tại một số phòng thí nghiệm và đang ở những bước đi
ban đầu. Trên cơ sở thấy rõ khả năng ứng dụng to lớn của lĩnh vực mới này
và sự phù hợp của nó với điều kiện trong nước, tôi nghiên cứu đề
tài : ‘‘Nghiên cứu các phương pháp chế tạo hạt nano Fe3O4 ứng dụng
trong sinh học bằng phương pháp hóa học ướt ’’

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


3
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

Luận văn này được chia làm 4 chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Các phương pháp chế tạo hạt nano
Chương 3: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả và thảo luận

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


4
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA Fe3O4
1.1.1. Cấu trúc tinh thể Fe3O4
Oxít sắt từ có công thức Fe3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người
biết đến. Từ thế kỷ thứ tư người trung Quốc đã khám phá ra rằng Fe3O4 tìm
thấy trong các khoáng vật tự nhiên có khả năng định hướng dọc theo phương
Bắc – Nam địa lý. Đến thế kỷ thứ mười hai họ đã sử dụng vật liệu Fe3O4 để
làm la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng có ích[12]. Trong tự
nhiên oxít 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[5]... Chính sự có mặt của Fe3O4
trong cơ thể các sinh vật này đã tạo nên khẳ năng xác định phương hướng
mang tính bản năng của chúng.
Oxit sắt từ có công thức phân tử Fe3O4 được xếp vào nhóm vật liệu ferit
có công thức tổng quát MO.Fe2O3 và có cấu trúc spinel, trong đó M là ion hoá
trị 2 của kim loại như: Fe, Ni, Co, Mn, Mg hoặc Cu.
Trong loại vật liệu ferit các ion oxy có bán kính khoảng 1,32A0 lớn

hơn rất nhiều bán kính ion kim loại (0,6 ÷ 0,8A0) nên chúng nằm rất sát nhau
và sắp xếp thành một mạng lưới có cấu trúc lập phương tâm mặt xếp chặt [1].
Trong mạng ferit có 2 loại lỗ hổng: loại thứ nhất là lỗ hổng tứ diện
(nhóm A) được giới hạn bởi bốn ion oxy, loại thứ hai là lỗ hổng bát diện
(nhóm B) được giới hạn bởi sáu ion oxy. Các ion kim loại M2+ và Fe3+ sẽ nằm
ở các lỗ hổng này và tạo nên hai dạng cấu trúc spinel của nhóm vật liệu ferit.
Trong dạng thứ nhất, toàn bộ các ion M2+ nằm ở vị trí A còn toàn bộ các ion
Fe3+ nằm ở các vị trí B. Cấu trúc này đảm bảo hoá trị của các nguyên tử kim
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


5
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

loại vì số ion oxy bao quanh các ion Fe3+ và M2+ có tỷ số 3/2 nên nó được gọi
là spinel thuận. Cấu trúc này được tìm thấy trong ferit ZnO.Fe2O3. Dạng thứ
hai thường gặp hơn được gọi là cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc spinel đảo
một nửa ion Fe3+ cùng toàn bộ ion M2+ nằm ở các vị trí B, số ion Fe3+ còn lại
nằm ở các vị trí A. Oxít sắt từ Fe3O4 ≡ FeO.Fe2O3 là một ferit có cấu trúc
spinel đảo điển hình. Cấu trúc spinel của Fe3O4 được minh hoạ trên hình1.1
Chính cấu trúc spinel đảo này đã quyết định tính chất từ của Fe3O4, đó
là tính chất feri từ. Mô men 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: góc AOB = 12509′, góc AOA = 79038′, góc BOB =
900 do đó tương tác phản sắt từ giữa A và B là mạnh nhất [1-4].

Fe3+
Fe2,5+

O2-

Hình 1.1: Cấu trúc spinel của Fe3O4
(Fe2,5+ là Fe2+ và Fe3+ ở vị trí B)

Hình 1.2: Cấu hình spin của Fe3O4
( là phần spin tổng cộng)

Trong Fe3O4 bởi vì ion Fe3+ có mặt ở cả hai phân mạng với số lượng
như nhau nên mô men từ chỉ do Fe2+ quyết định. Mỗi phân tử Fe3O4 có mô
men từ tổng cộng là 4µB (µB là magneton Bohr nguyên tử, µB = 9,274.10-24
J/T trong hệ SI). Hình 1.2 là cấu hình spin của phân tử Fe3O4. Giống như các
vật liệu sắt từ thì vật liệu feri từ cũng có sự chuyển pha sang trạng thái thuận
từ tại nhiệt độ Curie (Tc) với Fe3O4 là 8500K. Riêng đối với Fe3O4 còn có có
thêm sự chuyển pha khác đó là chuyển pha cấu trúc tại nhiệt độ 1180K còn
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


6
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

gọi là nhiệt độ Verwey. Dưới nhiệt độ này Fe3O4 chuyển sang cấu trúc tam tà
làm tăng điện trở suất của vật liệu này vì vậy nhiệt độ Verwey thường dùng
để phân biệt Fe3O4 với các oxit sắt khác [5].
1.1.2. Tính chất vật lý
Dựa vào cấu trúc từ mà các vật liệu từ được phân ra một số loại như
sau: nghịch từ, thuận từ, phản sắt từ, feri từ, sắt từ... Trong đó các vật liệu
nghịch từ, thuận từ với độ cảm từ nhỏ thuộc loại từ tính yếu, còn các loại feri

từ và sắt từ thuộc loại từ tính mạnh với độ cảm từ lớn.
1.1.2.1. Vật liệu nghịch từ
Vật liệu nghịch từ có độ cảm từ tương đối χ có giá trị âm và độ lớn rất
nhỏ, chỉ vào cỡ 10-5. Bình thường các nguyên tử trong vật liệu nghịch từ
không có momen từ, nguồn gốc của tính nghịch từ là sự thay đổi chuyển động
quỹ đạo của điện tử quanh hạt nhân do cảm ứng với từ trường ngoài. Theo
định luật Lenz về cảm ứng điện từ thì dòng cảm ứng sinh ra từ thông ngược
với sự biến đổi từ thông của từ trường bên ngoài, điều này giải thích vì sao
vật liệu nghịch từ có χ âm.
Tính chất nghịch từ xuất hiện trong tất cả các loại vật liệu (vì nguồn
gốc của nó là hiện tượng cảm ứng điện từ) nhưng do χ rất nhỏ nên đóng góp
của nó chỉ được thấy rõ trong các trường hợp mà momen từ quỹ đạo và
momen từ spin (momen từ sinh ra do chuyển động tự quay) của các điện tử
trong lớp vỏ nguyên tử là bù trừ [1].
1.1.2.2. Vật liệu thuận từ
Các vật liệu thuận từ có độ cảm từ tương đối χ dương và rất nhỏ
( 10-3 - 10-5) . Trong loại vật liệu này ngay khi không có từ trường ngoài tác
dụng thì mỗi nguyên tử đã có một momen từ, các momen từ này độc lập,
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


7
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

không tương tác và định hướng hỗn loạn do tác dụng nhiệt (lý thuyết
Langevin). Vì vậy khi không có từ trường ngoài thì momen từ tổng cộng của
vật liệu thuận từ bằng 0. Dưới tác dụng của từ trường ngoài các momen
nguyên tử có sự định hướng theo phương từ trường làm cho momen từ tổng

cộng của vật liệu khác 0 và tăng theo sự tăng của từ trường [1].
1.1.2.3. Vật liệu phản sắt từ
Các vật liệu phản sắt từ cũng thuộc loại từ tính yếu như vật liệu thuận
từ nhưng trong loại vật liệu này các momen từ sắp xếp thành hai phân mạng
phản song song có độ lớn bằng nhau. Tuy nhiên trật tự này chỉ tồn tại ở dưới
một nhiệt độ xác định gọi là nhiệt độ Néel(TN). Trên nhiệt độ này các momen
từ lại sắp xếp một cách hỗn loạn do tác dụng nhiệt và vật liệu thể hiện tính
chất thuận từ. Vì vậy nhiệt độ TN là nhiệt độ chuyển pha phản sắt từ – thuận
từ của các vật liệu phản sắt từ.
1.1.2.4. Vật liệu feri từ
Trong vật liệu feri từ các momen từ cũng sắp xếp thành hai phân mạng
phản song song nhưng độ lớn momen từ trong hai phân mạng không bằng
nhau. Do đó từ độ tổng cộng của vật liệu này khác 0 ngay cả khi từ trường
ngoài bằng 0. Từ độ tổng cộng này được gọi là từ độ tự phát và có thể nói
trong vật liệu feri từ có sự từ hoá tự phát. Tuy nhiên trật tự sắp xếp này cũng
lại bị phá vỡ khi nhiệt độ cao hơn một giới hạn xác định gọi là nhiệt độ Curie
(TC). Trên nhiệt độ này vật liệu thể hiện tính chất thuận từ.
1.1.2.5. Vật liệu sắt từ
Vật liệu sắt từ là các vật liệu trong đó các momen từ sắp xếp song song
với nhau, vì vậy trạng thái sắt từ cũng là trạng thái từ hoá tự phát. Theo lý
thuyết Weiss thì ngay cả khi không có từ trường ngoài, trong vật liệu sắt từ đã
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


8
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

có sự từ hoá tự phát đến bão hoà. Nguyên nhân của sự từ hoá tự phát đó là do

các momen từ tương tác với nhau rất mạnh mẽ, tương tác này tương đương
với tác dụng của từ trường ngoài cỡ 107 Oe làm cho các momen từ có su
hướng sắp xếp song song với nhau ngay cả khi có tác dụng của kích thích
nhiệt hay ở nhiệt độ phòng. Để giải thích sự khử từ của vật liệu sắt từ ở từ
trường bằng 0, Weiss cho rằng sự từ hoá tự phát đến bão hoà trong loại vật
liệu này chỉ xảy ra trong từng domain (mỗi domain là một vùng từ hoá vi mô)
còn giữa các domain với nhau thì các momen từ lại sắp xếp một cách hỗn loạn
làm cho từ độ tổng cộng của vật bằng 0 khi không có từ trường ngoài.
Với các vật liệu sắt từ tồn tại nhiệt độ tại đó xảy ra sự chuyển pha
sắt từ – thuận từ, nhiệt độ này gọi là nhiệt độ Curie sắt từ (TC). Dưới nhiệt độ
TC tương tác giữa các momen từ thắng được kích thích nhiệt do đó vật liệu thể
hiện tính sắt từ. Trên nhiệt độ TC năng lượng kích thích nhiệt đủ lớn để phá vỡ
trạng thái liên kết sắt từ giữa các momen từ làm cho phân bố các momen từ
trở nên hỗn loạn và vật liệu thể hiện tính chất thuận từ. Đường cong từ hoá
với hiệu ứng trễ là một đặc trưng của các vật liệu sắt từ.

Hình 1.3. Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


9
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

Trên hình 1.3 đường cong ab mô tả quá trình từ hoá vật liệu từ trạng
thái ban đầu cho đến khi vật liệu đạt giá trị từ độ bão hòa Ms, từ trường tại
điểm vật đạt từ độ bão hòa là H0. Nếu sau đó ta giảm từ trường kích thích về 0
thì từ độ của vật không còn trở lại trạng thái ban đầu mà có giá trị từ độ là Mr
được gọi là từ dư.

Tại điểm d, từ độ của vật bằng 0 và giá trị từ trường tại d có độ lớn là
Hc được gọi là lực kháng từ.
1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT ĐẾN TÍNH CHẤT
Đối với vật liệu sắt từ khi ở kích thước lớn các hạt có xu hướng phân
chia thành các domain từ để giảm năng lượng dị hướng từ hình dạng (có hạt
đa domain). Khi kích thước hạt giảm đến một giá trị nào đó (tùy loại vật liệu
kích thước hạt có thể từ vài chục nano mét đến vài micro mét) thì mỗi hạt là
một domain từ (có hạt đơn domain). Hạt đơn domain từ có momen từ sắp xếp
theo các phương dễ từ hoá dưới tác dụng của năng lượng dị hướng từ. Tiếp
tục giảm kích thước hạt qua một giới hạn tiếp theo (thông thường giới hạn
này cỡ 20 nano đối với Fe3O4) sẽ xảy ra tình huống trong đó năng lượng kích
thích nhiệt có xu hướng phá vỡ sự định hướng momen từ của các hạt. Khi đó
monen từ tổng cộng của hệ các hạt bằng 0. Chỉ khi có từ trường ngoài tác
dụng vào thì mới có sự định hướng momen từ các hạt và tạo ra momen từ
tổng cộng khác 0.
Tính chất này là tính chất đặc trưng cho vật liệu thuận từ nhưng ở đây
mỗi hạt nano có chứa hàng vạn nguyên tử nên có momen từ lớn hơn hàng
vạn lần momen 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 đặc điểm đó là: Lực kháng từ Hc
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


10
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

cũng như từ độ Mr không đáng kể nghĩa là không có hiệu ứng trễ. Điều này

hoàn toàn khác so với đường cong từ trễ sắt từ khi các hạt có kích thước lớn
hơn. Hình 1.3 diễn tả sự thay đổi đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ khi
kích thước hạt giảm. Trong giới hạn đơn domain khi kích thước hạt giảm thì
Hc giảm cho đến khi Hc = 0, kích thước tại đó Hc = 0 chính là giới hạn siêu
thuận từ. Hình 1.4 biểu diễn sự thay đổi của Hc khi đường kính hạt giảm[5].

Hc

Đơn domạin

Đa domain

Siêu thuận

dp

Hình 1.4: Đường cong từ hoá
sắt từ (---) và siờu thuận từ (---

ds

dm

Hình 1.5. Hc phụ thuộc
vào đường kính hạt

Do sự cạnh tranh giữa năng lượng dị hướng và năng lượng kích thích
nhiệt mà các hạt thể hiện tính chất siêu thuận từ khi kích thước hạt thỏa mãn
điều kiện [5]:

V≤
Với V là thể tích hạt,

25k B T
K

(1.1)

kB là hằng số Boltzman,
T là nhiệt độ của mẫu,
K là hằng số dị hướng từ.
Dựa vào điều kiện (1.1) ta có thể đánh giá giới hạn kích thước để hạt
thể hiện tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng khi biết giá trị của K.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


11
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

Ngược lại với kích thước hạt xác định (có V xác định) tồn tại nhiệt độ
chuyển pha sắt từ – siêu thuận từ còn gọi là nhiệt độ Blocking (TB) xác định
theo công thức :

TB =

KV
25k B

(1.2)

Trên nhiệt độ TB điều kiện (1.2) được thoả mãn và hạt thể hiện tính
chất siêu thuận từ, dưới nhiệt độ này điều kiện đó không được thoả mãn và
hạt thể hiện tính chất sắt từ. Trong thực nghiệm có thể xác định TB bằng cách
đo đường cong từ hoá ZFC (Zero Field Cooling) của mẫu [5].
Việc nghiên cứu ứng dụng các hạt nano siêu thuận từ đang được tiến
hành rất rộng rãi đặc biệt là ứng dụng trong y sinh học và môi trường. Trong
lĩnh vực y sinh học thì các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 được sử dụng nhiều
hơn cả vì đây là một vật liệu dễ chế tạo, từ tính mạnh (từ độ bão hoà có thể
đạt tới 90 emu/g), tương đối bền trong môi trường cơ thể và quan trọng hơn là
có tính tương hợp sinh học nghĩa là không độc đối với cơ thể sinh vật.
1.3. ỨNG DỤNG
Công nghệ nano đang thay làm thay đổi cuộc sống của chúng ta nhờ
vào khả năng can thiệp của con người tại kích thước nano mét, tại đó vật liệu
nano thể hiện rất nhiều tính chất đặc biệt và lý thú . Các cấu trúc nano có tiềm
năng và khả năng ứng dụng rất cao trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống như
y dược, hóa chất, vật liệu, công nghệ thông tin, viễn thông, năng lượng, tự
động hóa, hàng không, vũ trụ…Trong đó y dược là thị trường lớn nhất tiêu
thụ vật liệu nano, các ứng dụng hạt nano để dẫn truyền thuốc đến một vị trí
nào đó trên cơ thể là một trong những ví dụ về ứng dụng của hạt nano. Trong
ứng dụng này, thuốc được liên kết với hạt nano có tính chất từ, bằng cách

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


12
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

điều khiển từ trường để hạt nano cố định ở một vị trí trong một thời gian đủ
dài để thuốc có thể khuyếch tán vào các cơ quan mong muốn.
+ Y dược : Hạt nano.
+ Hóa chất và vật liệu cao cấp : Ống nano.
+ Công nghệ thông tin, viễn thông : Vật liệu xốp nano.
+ Năng lượng : Lồng nano.
+ Tự động hóa : Chấm lượng tử.
+ Hàng không vũ trụ : Vật liệu cấu trúc nano.
+ Dệt : Sợi nano.
+ Nông nghiệp : Hạt chứa hạt nano (capsule).
Một nhánh quan trọng của công nghệ nano, đó là lý sinh học nano,
trong đó, vật liệu nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh. Lý sinh
học nano đã và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào khả năng ứng
dụng rất linh hoạt và hiệu quả của vật liệu nano [6]. Dưới đây tôi xin trình bày
tổng quan một số ứng dụng y sinh học của các hạt nano từ tính. Các hạt nano
từ tính có kích thước tương ứng với kích thước của các phân tử nhỏ (1-10 nm)
hoặc kích thước của các virus (10-100 nm). Chính vì thế mà hạt nano có thể
thâm nhập vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng ta có thể
thao tác ở qui mô phân tử và tế bào [ 12]. Từ trường không có hại đối với con
người nên các hạt nano từ tính được quan tâm sử dụng rất nhiều vào mục đích
chẩn đoán và chữa bệnh.
Các ứng dụng của hạt nano từ được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài
cơ thể và trong cơ thể. Chúng tôi chỉ trình bày một số ứng dụng tiêu biểu
trong rất nhiều ứng dụng đã và đang được nghiên cứu. Phân tách và chọn lọc
tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu ra
khỏi các tế bào khác. Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, đốt nóng
cục bộ và tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ [6,19].
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


13
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

1.3.1. Phân tách và chọn lọc tế bào
Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể
sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân
tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ
tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng.
Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn:
- Đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu
- Tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường
Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nano từ tính. Hạt nano
thường dùng là hạt oxyt sắt. Các hạt này được bao phủ bề mặt màng có tính
tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA),... Màng bao phủ
được chức năng hóa để có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế
bào hoặc phân tử và còn giúp cho các hạt nano phân tán tốt trong dung môi,
tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên
kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác
như các hormone, acid folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng
nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ
tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn
dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi,
vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi [19]. Đối với các tế bào
lớn, kích thước của các hạt từ tính đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích
thước vài trăm nano mét.
Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài.
Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh

dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài.
Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi phương trình sau:

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


14
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

F = 6 pi n R Dn

(1.3)
Trong đó n là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R là
bán kính của hạt từ tính, Dn là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước.
Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản nhất được trình bày ở hình 1.6

Hình 1.6. Sơ đồ phân tách tế bào
Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp chất
hoạt hóa bề mặt) được trộn với nhau để các lên kết hóa học giữa chất đánh
dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng một từ trường ngoài là một thanh nam châm
vĩnh cửu để tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tế bào được đánh
dấu lại.
1.3.2. Dẫn truyền thuốc
Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính
không đặc hiệu. 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 dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần
thiết trên cơ thể (thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được

nghiên cứu từ những năm 1970, những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền
thuốc bằng hạt từ tính.
Phương pháp này có hai lợi ích cơ bản là:
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


15
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

- Thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác
dụng phụ của thuốc.
- Giảm lượng thuốc điều trị.
Hạt nano từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc
điều trị. Lúc này hạt nano có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ
thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi
các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất
mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Một khi hệ
thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn
ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính chất sinh lý học
do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay
đổi của nhiệt độ. Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng
tương tự như trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung
hệ thuốc/hạt.
Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường,
gradient từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nano.
Nguồn từ trường thường là nam châm NdFeB có thể tạo ra một từ
trường khoảng 0,2 T và gradient từ trường khoảng 8 T/m với động mạch đùi
và khoảng 100 T/m với động mạch cổ. Điều này cho thấy quá trình dẫn thuốc

bằng hạt nano từ tính có hiệu quả ở những vùng máu chảy chậm và gần nguồn
từ trường. Tuy nhiên, khi các hạt nano chuyển động ở gần thành mạch máu thì
chuyển động của chúng không tuân theo định luật Stoke nên với một gradient
từ trường nhỏ hơn quá trình dẫn thuốc vẫn có tác dụng.
Nghiên cứu dẫn truyền thuốc đã được thử nghiệm rất thành công trên
động vật, đặc biệt nhất là dùng để điều trị u não. Việc dẫn truyền thuốc đến
các u não rất khó khăn vì thuốc cần phải vượt qua hàng rào ngăng cách giữa
não và máu, nhờ có trợ giúp của hạt nano từ có kích thước 10-20 nm, việc dẫn
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


16
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

truyền thuốc có hiệu quả hơn rất nhiều. Việc áp dụng phương pháp này đối
với người tuy đã có một số thành công, nhưng còn rất khiêm tốn[6].
1.3.3. Tăng thân nhiệt cục bộ
Phương pháp tăng thân nhiệt cục bộ các tế bào ung thư mà không ảnh
hưởng đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng
khác 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 các 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. Nhiệt độ khoảng 42 °C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các
tế bào ung thư. Nghiên cứu về kĩ thuật tăng thân nhiệt cục bộ được phát triển
từ rất lâu và có rất nhiều công trình đề cập đến kĩ thuật này nhưng chưa có
công bố nào thành công trên người. Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền
lượng hạt nano phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng khi có sự có mặt của từ

trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép. Các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố của các mô.
Thực nghiệm và tính toán cho biết tỉ số phát nhiệt vào khoảng
100 mW/cm3 là đủ trong hầu hết các trường hợp thực nghiệm.
Tần số và biên độ của từ trường thường dùng dao động trong khoảng
f = 0,05-1,2 MHz, H < 0,02 T.
Mật độ hạt nano cần thiết vào khoảng 5-10 mg/cm3.
Vật liệu dùng để làm hạt nano thường là magnetite và maghemite và
có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ.
Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ. Vì vậy, ở
đây chúng tôi chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu thuận từ. Với hạt siêu
thuận từ, khi áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


17
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

dụng của từ trường đó. Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển động quay
vật lý và quay mô men từ của hạt. Hai quá trình quay này được đặc trưng bởi
hai thông số là thời gian hồi phục Brown ( tB) và thời gian hồi phục Néel (tN ).
Lượng nhiệt thoát ra được cho bởi phương trình sau:

P = mo pi f c H2

(1.4)

Trong đó mo là từ thẩm của môi trường, f là tần số từ trường xoay

chiều, c là thành phần lệch pha của độ cảm từ phức (độ hấp thụ), H là cường
độ từ trường. Nếu chuyển động của hạt nano từ tính lệch pha so với từ trường
thì một phần năng lượng từ chuyển thành nội năng của hệ. Một chất lỏng từ
được đặc trưng bởi tốc độ hấp thụ. Với chất lỏng từ tốt giá trị này có thể đạt
giá trị 45 W/g tại từ trường cỡ 0,01 T [19 ].
1.3.4. Hạt nano oxit sắt từ được ứng dụng để xử lý nước

ngång ®é asen (mg/l)

0.12
0.1
0.08
Series1

0.06
0.04
0.02
0
0

20

40

60

80

thêi gian (phót)

Hình 1.7 Nồng độ Asen bị hấp thụ theo thời gian
Trong một số nguồn nước tồn tại một số chất độc hại đối với con người
cần phải loại bỏ trong đó có asen (III) và asen (V). Để loại bỏ asen có nhiều
cách trong đó có thể sử dụng hạt nano oxit sắt từ để hấp phụ asen loại chúng
ra khỏi nước. Bằng thực nghiệm cho thấy khi cho hạt nano oxit sắt từ với
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


18
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

nồng độ 1g/l vào mẫu nước có chứa nồng độ asen là 0.1mg/l chỉ sau một phút
thì nồng độ asen đã giảm chỉ còn 0.0081mg/l dưới tiêu chuẩn của Bộ y tế cho
phép nồng độ asenic tối đa là 0.01mg/l đây là điều chúng ta mong muốn.
Mới đây một nhà khoa học Nhật Bản đã có sáng kiến sử dụng hạt nanô
từ tính lọc nước bằng cách cho một loại vi khuẩn chuyên ăn các chất bẩn lơ
lửng trong nước vào nước bẩn đã được hoà thêm các hạt nanô từ tính. Bình
thường các vi khuẩn có tác dụng “thu gom” chất bẩn. Khi đã ăn no chúng tự
chìm xuống đáy (do trọng lực) và mang theo các chất bẩn đã thu gom được do
đó làm cho nước trở nên trong. Nếu trong nước có hạt nanô từ tính thì các vi
khuẩn sẽ gom vào mình cả các chất bẩn thông thường lẫn các hạt nanô. Khi
đó chỉ cần sử dụng một nam châm mạnh là ta có thể hút các vi khuẩn này làm
cho chúng chìm xuống nhanh hơn do đó cũng làm nước trong nhanh hơn.
Xuất phát từ ý tưởng đó các nhà khoa học nước ta đã cải tiến phương
pháp này theo cách riêng của mình đó là sử dụng kết hợp hạt nanô từ tính với
muối nhôm sulfat để lọc nước. Kết quả hết sức mới mẻ và thú vị các nhà khoa
học đã sử dụng kết hợp hạt nanô từ tính Fe3O4 với (Al2(SO4)3 để lọc nước,
Al2(SO4)3 khi tan trong nước sẽ thuỷ phân tạo thành Al(OH)3 kết tủa dạng

keo. Kết tủa keo này có tác dụng như một tấm lưới khi nó lắng đọng thì các
chất bẩn mắc vào nó cũng bị kéo xuống theo kết quả là làm lắng đọng chất
bẩn và làm cho nước trong hơn.
Khi đã kết hợp hạt nanô từ tính Fe3O4 với Al2(SO4)3 dưới tác dụng của
từ trường ngoài các hạt nanô từ tính bị hút xuống dưới, các hạt này đi xuống
chúng kéo tấm lưới nhôm hyđrôxít chuyển động theo. Kết quả là nhôm
hyđrôxít lắng đọng nhanh hơn hàng chục lần so với khi không dùng hạt nanô
từ tính.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


19
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
Phương pháp hóa học để chế tạo các hạt nanô từ cũng được phát triển
từ lâu. Phương pháp hóa học có thể tạo ra các hạt nanô với độ đồng nhất khá
cao, rất thích hợp cho phần lớn các ứng dụng sinh học.
Nguyên tắc tạo hạt nanô bằng phương pháp hóa học là kết tủa từ một
dung dịch đồng nhất dưới các điều kiện nhất định hoặc phát triển hạt từ thể
hơi khi một hóa chất ban đầu bị phân rã [12].
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 tinh. Các mầm kết tinh 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. Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách
hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển

mầm, cần hạn chế sự hình thành của những mầm mới. Các phương pháp sau
đây là những phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, vi nhũ tương,
thủy nhiệt... Phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp
thường được dùng để tạo các hạt ôxít sắt. Hydroxide sắt bị ôxi hóa một phần
bằng một chất ôxi hóa khác hoặc tạo hạt từ Fe2+ và Fe3+ trong dung môi nước.
Kích thước hạt (4 - 15 nm) và điện tích bề mặt được điều khiển bằng độ pH
và ion trong dung dịch. Nhũ tương (microemulsion) cũng là một phương pháp
được dùng khá phổ biến để tạo hạt nanô. Các hạt dung dịch nước bị bẫy bởi
các phân tử CHHBM trong dầu (các mixen). Do sự giới hạn về không gian
của các phân tử CHHBM, sự hình thành, phát triển các hạt nanô bị hạn chế và
tạo nên các hạt nanô rất đồng nhất. Kích thước hạt có thể từ 4 - 12 nm với độ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BÙI DOÃN HUẤN


20
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO Fe3O4

sai khác khoảng 0,2 – 0,3 nm [19]. Một phương pháp khác nữa là thủy nhiệt.
Sự thủy nhiệt của các hợp chất chứa sắt ở nhiệt độ cao cải thiện đáng kể chất
lượng của các hạt nanô.
2.1. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA & CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
Phương pháp đồng kết tủa dựa trên phản ứng hoá học:
2Fe3+ + Fe2+ + 8OH- → Fe3O4 + 4H2O

(2.1)

Ở đây Fe2+ dễ dàng bị ôxi hoá vì vậy mà sản phẩm tạo ra có thể làm
lệch tỷ lệ mong muốn giữa Fe2+ và Fe3+. Do đó mà khi làm thí nghiệm nên

làm trong môi trường khí bảo vệ( khí N2) 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:
Fe3O4 + 0,25O2 + 4,5H2O → 3Fe(OH)3

(2.2)

Fe3O4 + 0,5O2 → 3Fe2O3

(2.3)

Trong dung dịch muối Fe(II) và Fe(III) bị thuỷ phân và cung cấp
những phân tử sắt có cấu trúc đơn domain. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ
ra sự thuỷ phân của ion Fe2+ và Fe3+ 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 Fe2+ và Fe3+ bị phân li và tạo ra ion hexa-aq như sau:
Fe(NO3)3 + 6H2O → Fe(H2O)63+ + 3NO3-

(2.4)

FeCl2 + 6H2O → Fe(H2O)62+ + 2Cl-

(2.5)

Trong điều kiện thuận lợi: pH cao và nhiệt độ cao( ≥ 60 0 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 mà ở đó z là hoá trị của
ion kim loại còn n là số bậc của phản ứng thuỷ phân.
Fe(H2O)6Z+ + H2O → Fe(H2O)6-n(OH)n(z-n) + 3H3O+

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

(2.6)

BÙI DOÃN HUẤN