Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol gel

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐỖ THỊ THANH THÚY

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
YFeO3
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. VÕ VĂN TÂN

Thừa Thiên Huế, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và
kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho
phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả

Đỗ Thị Thanh Thúy


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới Thầy giáo PGS.TS. Võ Văn

Tân lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Thầy là người đã giao đề
tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Hóa Vô
cơ và quý Thầy Cô trong Khoa Hóa đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi tiến hành thực nghiệm
tại Khoa Hóa
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên vật chất và tinh thần của
những người thân yêu trong gia đình, bạn bè để tôi hoàn thành luận
văn này.
Huế, tháng 9 năm 2017
Học viên

Đỗ Thị Thanh Thúy


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

Độ hấp thụ quang

IR

Phổ hồng ngoại

MB

Xanh Metylen

PVA

Polivinylancol

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-VIS

Phương pháp phổ hấp thụ electron

XRD

Nhiễu xạ tia X

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT. ................................................ 2
1.1. Giới thiệu về vật liệu perovskite, tính chất và ứng dụng ................ 2
1.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite ..................................................... 2
1.1.2. Các phương pháp hóa học điều chế perovskit ...................................... 3
1.1.3. Tính chất và ứng dụng vật liệu peroskite .............................................. 3

1.2. Vật liệu nano ............................................................................................. 5
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano .................................................................... 5
1.2.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano ....................................................... 6
1.3. Phƣơng pháp sol-gel điều chế vật liệu ..................................................... 7
1.3.1. Giới thiệu về phương pháp sol-gel ....................................................... 7
1.3.2. Các quá trình xảy ra trong quá trình sol-gel. ....................................... 8
1.4. Giới thiệu về yttri....................................................................................... 9
1.4.1. Lịch sử ................................................................................................. 9
1.4.2. Đặc trưng ............................................................................................ 10
1.4.3. Ứng dụng ............................................................................................ 10
1.5. Crom – Hợp chất của Crom và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng........................ 12
1.5.1. Tính chất lý hóa của Crom (Cr) .......................................................... 12
1.5.2 Ảnh hưởng của crom (VI) đối với sức khỏe và môi trường. ............... 12
1.5.3. Các nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm .............................................. 12
1.5.4. Ứng dụng của crom............................................................................. 13
1.6. Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ xử lý môi trƣờng ............................. 14
1.6.1. Khái niệm chung ................................................................................. 14
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.................................................... 14
1.7. Quá trình quang xúc tác ........................................................................ 14
1.7.1. Nguyên lý xúc tác quang hóa .............................................................. 14
1.7.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể ............................................... 15
1.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính xúc tác của vật liệu ........................... 15
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... 15
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................. 16
2.2. Hóa chất – Dụng cụ thí nghiệm .............................................................. 16

ii


2.2.1. Hóa chất .............................................................................................. 16

2.2.2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh ........................................................ 16
2.2.3. Chất chỉ thị điphenylamin ................................................................... 17
2.2.4. Dụng cụ thí nghiệm............................................................................. 17
2.2.5. Pha chế các loại hóa chất .................................................................... 18
2.2.6. Thiết bị ................................................................................................ 19
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 19
2.3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 ................................................. 19
2.3.2. Một số đặc trưng của vật liệu YFeO3 ................................................. 20
2.3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 đã tổng hợp được ................................ 20
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 21
2.4.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu YFeO3 ............................................... 21
2.4.2. Các phương pháp kiểm tra đánh giá mẫu ........................................... 23
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................32
3.1. Phân tích nhiệt mẫu vật liệu YFeO3 ..................................................... 32
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu YFeO 3 .... 33
3.1.2. Ảnh hưởng của PVA đến quá trình hình thành vật liệu YFeO 3 ......... 35
3.1.3. Ảnh hưởng của axit citric đến quá trình hình thành vật liệu YFeO 3 .. 37
3.2. Đặc trƣng của mẫu vật liệu YFeO3 đã đƣợc tổng hợp ....................... 40
3.2.1. Phổ hồng ngoại của vật liệu YFeO3 .................................................... 40
3.2.2. Hình thái của vật liệu YFeO3 .............................................................. 41
3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 ................................................................. 42
3.3.1. Khả năng hấp phụ dung dịch Cr (VI) bằng vật liệu YFeO 3................ 42
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB ................................... 43
3.3.3. Khả năng hấp phụ dung dịch MB bằng vật liệu YFeO3 theo thời gian44
3.3.4. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB bằng vật
liệu YFeO3 theo thời gian ............................................................................. 45
3.3.5. So sánh khả năng quang xúc tác và khả năng hấp phụ MB của vật liệu
YFeO3. .......................................................................................................... 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................48

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye - Scherrer của vật
liệu YFeO 3 ở các nhiệt độ nung ...................................................34
Bảng 3.2. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO 3 ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau. ......................35
Bảng 3.3. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO 3 ở các tỉ lệ mol axit citric/(Y3+ +Fe 3+) khác nhau .................38
Bảng 3.4. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB ...................43

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Cấu trúc của tinh thể Perovskite lý tưởng ....................................... 2
Hình 1.2. Sơ đồ điều chế vật liệu bằng phương pháp sol – gel [15]. ............... 8
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng oxi hóa điphenylamin ..........................................17
Hình 2.2. Gel ướt vật liệu YFeO 3 ..............................................................22
Hình 2.3. Gel khô vật liệu YFeO 3................................................................22
Hình 2.4. Vật liệu YFeO 3 thu được sau nung ...............................................22
Hình 2.5. Sơ đồ chế tạo vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol – gel.............23
Hình 2.6. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể. .............................25
Hình 2.7.Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng ........................................27
Hình 2.8. Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C. ...............28
Hình 2.9. Tổng các độ hấp thụ quang thành phần .........................................28
Hình 2.10. Phân tử xanh metylen (MB) .......................................................29
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu YFeO 3 .......................................32

Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau ............33
Hình 3.3. Phổ UV –VIS của sản phẩm quang xúc tác phân hủy dung dịch MB
bằng YFeO 3 tổng hợp ở các nhiệt độ nung khác nhau. .................34
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau. ...... 36
Hình 3.5. Phổ UV –Vis của sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc
tác YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3++Fe3+) khác nhau ............ 37
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol axit citric / (Y3++Fe3+)
khác nhau ...................................................................................38
Hình 3.7. Phổ UV –Vis sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc tác
YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol axit citric/ (Y3++Fe3+) khác nhau........... 39
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu YFeO 3 ....................................40
Hình 3.9. Ảnh SEM của vật liệu YFeO3.......................................................41
Hình 3.10. Ảnh TEM của vật liệu YFeO 3 ....................................................41
Hình 3.11. Khối lượng K2Cr2O7 hấp phụ của vật liệu YFeO 3 theo thời gian. .42
Hình 3.12. Hiệu suất hấp phụ Cr (VI) của YFeO 3 theo thời gian. ..................43
Hình 3.13. Đường chuẩn xác định nồng độ MB ...........................................44
Hình 3.14. Hiệu suất hấp phụ dung dịch MB của YFeO 3 theo thời gian ........44

v


Hình 3.15. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy dung dịch MB dưới ánh sáng
mặt trời của YFeO 3 theo thời gian ...............................................45
Hình 3.16. Hiệu suất hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh
metylen trong bóng tối và dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) của
YFeO 3 theo thời gian. .................................................................46

vi

MỞ ĐẦU
Vật liệu perovskite (ABO3 ) có nhiều tính chất hết sức lí thú như hoạt tính
oxi hóa – khử cao nên được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xử lý môi trường dựa
trên phản ứng oxi hóa – khử, để khử NOx, SOx; oxi hóa COx, CxHy…, và khả
năng hấp phụ tốt các kim loại nặng như asen, sắt, mangan để xử lý asen, amoni
trong nước sinh hoạt. Vật liệu mới này nhằm thay thế vật liệu TiO2 truyền thống
với vùng cấm cở 3,2eV[1], [37].
Sắt oxit, xeri oxit là những oxit phổ biến, chúng có những đặc tính rất tốt
như khả năng hấp phụ xử lý môi trường, khả năng xúc tác xử lý khí thải; hỗn hợp
các oxit: Sắt và xeri oxit, bitmut oxit [1-4] có các đặc tính đó tốt hơn so với đơn
oxit và được ứng dụng để làm chất xúc tác quang hóa xử lý nước. Trong đó các
oxit hỗn hợp dạng Perovskite ABO3 (A = La, Y; B = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) được
đặc biệt chú trọng, không những có thể thay thế cho các kim loại quý để làm xúc
tác cho các phản ứng hoá học, mà còn có khả năng hấp phụ rất tốt các ion kim
loại nặng. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ABO3 ứng dụng trong lĩnh
vực xúc tác và hấp phụ các hợp chất độc hại là cần thiết, có tính khoa học và tính
thực tiễn cao [31], [37].
Ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng, các nguồn nước bị ô
nhiễm do nước thải của các nhà máy sản xuất vật liệu hóa chất, ngày càng tăng.
Riêng năm 2016 công ty Formosa Hà Tĩnh đã thải các chất độc ra sông, biển đã
làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, gây hậu quả nặng nề cho sức khỏe và cuộc sống
con người. Đây là vấn đề cấp bách cần phải được giải quyết. Hiện nay, vật liệu
quang xúc tác với khả năng xử lí môi trường là lĩnh vực được các nhà khoa học
trên thế giới quan tâm và nghiên cứu. Đặc biệt vật liệu oxit perovskite này có
khả năng hấp phụ các kim loại nặng như: asen, sắt, mangan, amoni trong nước
sinh hoạt rất tốt mà không làm ô nhiễm môi trường, vì vật liệu này được tái chế
để sử dụng lại[2], [36].
Thấy được những ứng dụng to lớn của vật liệu oxit perovskite kể trên
thông qua việc tìm hiểu và tham khảo một số công trình nghiên cứu gần đây nên
tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phƣơng pháp

sol-gel” làm đề tài luận văn tốt nghiệp.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT.
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
1.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite
Các oxit hỗn hợp dạng perovskite là tên gọi chung của các vật liệu gốm có
công thức tổng quát là ABO3. Chúng có cấu trúc tương tự như CaTiO3.
Parravano là người có những công trình nghiên cứu sớm nhất về perovskit (thực
hiện năm 1952, 1953).
Công thức phân tử chung của hợp chất ABO3 perovskite trong đó A là các
nguyên tố đất hiếm thuộc họ lantanide (A = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd) và B là các
kim loại chuyển tiếp (Mn, Co, Fe,...) có cấu trúc tinh thể ở dạng perovskite.
Trường hợp chung, bán kính của cation A lớn hơn bán kính của cation B.
Cấu trúc perovskite ABO3 lý tưởng có dạng lập phương (hình 1.1a), với
các thông số của ô mạng cơ sở thỏa mãn: a = b = c và α = β = γ = 900. Các ion
đất hiếm A nằm tại các đỉnh, anion O2- nằm tại vị trí tâm của các mặt của hình
lập phương, còn tâm hình lập phương là vị trí của cation kim loại chuyển tiếp B.

Hình 1.1.Cấu trúc của tinh thể Perovskite lý tưởng
Ngoài ra, có thể mô tả cấu trúc tinh thể Perovskite lý tưởng dưới dạng sắp
xếp các bát diện tạo bởi các anion oxi (hình 1.1b). Trong trường hợp này cation
B nằm tại vị trí các hốc bát diện, tâm của hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân
cận là vị trí của cation A. Từ hình 3b có thể thấy góc liên kết giữa B - O - B là
1800 và độ dài liên kết B - O bằng nhau theo mọi phương. Dưới tác dụng của các
điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, tạp chất, từ trường, áp suất,... cấu trúc
perovskite lý tưởng sẽ bị biến dạng. Cấu trúc perovskite không còn dạng lập
2

phương lý tưởng dẫn tới góc liên kết B - O - B là khác 1800, đồng thời độ dài liên
kết B - O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau.
Chính sự thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite mà các tính chất đối
xứng, tính chất điện và từ của vật liệu bị thay đổi. Đặc biệt khi có lẫn các loại
cation kim loại khác với các tỉ lệ hợp thức khác nhau sẽ tạo ra những loại hợp
chất có tính chất riêng biệt và có những ứng dụng khác nhau trong sản xuất và
đời sống, đây cũng là hướng nghiên cứu mới đang thu hút nhiều sự quan tâm
[15], [38].
1.1.2. Các phƣơng pháp hóa học điều chếperovskit
Các phương pháp hóa học tổng hợp perovskit rất phong phú: Perovskit có
thể được tổng hợp từ pha rắn, pha khí, từ dung dịch hay tổng hợp trên chất mang.
Do perovskit là 1 vật liệu gốm nên chế tạo perovskit phổ biến nhất là kỹ thuật
gốm, hay còn gọi là kỹ thuật phản ứng rắn. Các nguyên liệu ban đầu là các oxit
của các kim loại được nghiền trộn trong thời gian dài để tạo sự đồng nhất, sau đó
được ép thành viên và nung thiêu kiết ở nhiệt độ cao để tạo ra phản ứng
perovskite hóa (phản ứng pha rắn). Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, đơn
giản dễ dàng tạo ra vật liệu với khối lượng lớn [38].
Perovskite còn có thể được chế tạo bằng các phuơng pháp phản ứng hóa
học khác nhau như phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa,với ưu điểm
là cho vật liệu có với độ đồng đều cao nhưng lại hạn chế khả năng tạo vật liệu
với khối lượng lượng lớn.Ngoài ra còn có các phương pháp khác như phương
pháp gốm, bốc hơi nhiệt và làm nguội nhanh [12].
1.1.3. Tính chất và ứng dụng vật liệu peroskite
1.1.3.1. Tính chất dẫn điện
Cấu trúc điện tử của hệ vật liệu perovskite đất hiếm kim loại chuyển tiếp
(LnMO3) phụ thuộc chính vào tương tác ion kim loại chuyển tiếp 3d (M) và ion
O2-. Độ dẫn điện được điều khiển: một là, lựa chọn kim loại chuyển tiếp 3d (M)
khác nhau để thay đổi cấu hình điện tử dn (n thay đổi)của ion kim loại; hai là, pha

tạp (ví dụ, thay thế một phần kim loại hóa trị 2 vào ví trí Ln hoặc M) dẫn đến
thay đổi hóa trị ion kim loại chuyển tiếp 3d.Nhờ sự pha tạp, tính chất dẫn điện
của perovskite có thể thay đổi từ tính chất điện môi sang tính dẫn kiểu bán

3


dẫn,hoặc thậm chí mang tính dẫn kiểu kim loại, hoặc tính chất điện đặc biệt
là trật tự điện tích, trạng thái mà ở đó các hạt tải dẫn bị cô lập bởi các iôn từ tính.
Ngoài ra, nhiều perovskite có thể mang tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao [1],
[38].
1.1.3.2. Tính chất hấp thụ khí
Vật liệu perovskite thể hiện tính hấp thụ khí trên bề mặt, ví dụ như một số
khí CO, NOx và O2. Tính chất hấp thụ khí O2 của vật liệu oxit perovskite là quan
trọng vì liên quan đến tính chất xúc tác và tính chất nhạy khí. Vật liệu LaMO3 (M
= Cr, Mn, Fe, Co, Ni) có tính chất hấp thụ khí oxy cực đại với vật liệu có Mn và
Co. LaFeO3 có tính hấp thụ thuận nghịch tốt hơn so với các hợp chất của kim loại
chuyển tiếp 3d khác. HệLnFeO3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd và Dy) nhận thấy rằng
oxy hấp thụ có xu hướng tăng theo số hiệu nguyên tửđất hiếm và có giá trị cực
đại ở mẫu SmFeO3[30].
1.1.3.3. Tính ổn định
Hệ vật liệu LaMO3 (M = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) trong môi trường khí
khửở vùng nhiệt độ cao nhận thấy rằng tính ổn của hệ vật liệu này tuân theo trật
tự LaNiO3LaNiO3hệLnFeO3độổn định giảm theo sự giảm bán ion đất hiếm Ln[30].
1.1.3.4. Tính chất xúc tác
Tính xúc tác của các oxit Perovskite chủ yếu dựa vào bản chất của các ion
và các trạng thái hóa trị của chúng.Trong hệ vật liệu đất hiếm-kim loại chuyển tiếp
3d, LnMO3, tính oxy hóa khử ít phụ thuộc vào nguyên tốđất hiếm (Ln) mà phụ
thuộc chính vào kim loại chuyển tiếp 3d (M). Hệ LaMO3 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni)

tính chất xúc tác khí thể hiện đa dạng và phức tạp. Mức độ mạnh yếu của hoạt tính
xúc tác tuân theo quy luật là phụ thuộc vào mức độ linh hoạt trong việc chuyển các
trạng thái hóa trị của ion kim loại 3d, diện tích bề mặt chất xúc tác [ 26].
1.1.3.5. Cảm biến khí
Cảm biến khí trên cơ sở vật liệu oxit Perovskite tập trung vào một số loại
sau: cảm biến dạng điện hóa; cảm biến dạng độ dẫn và cảm biến dạng nhiệt xúc
tác. Cảm biến bán dẫn sử dụng các vật liệu perovskite như: cảm biến hơi cồn,
cảm biến CO, NOx, v.v. Có rất nhiều vật liệu Perovskite có tính nhạy khí tốt

4


nhưng chỉ ít trong số chúng được lựa chọn để thiết kế cảm biến. Hệ LnMO 3 (Ln
là kim loại đất hiếm như La, Nd, Sm, Gd, v.v.; M là kim loại 3d như V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni) thì LnFeO3 được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất [38 ].
1.1.3.6. Tính chất từ
Thông thường, perovskite mang tính chất phản sắt từ nhưng tính chất này
có thể bị biến đổi thành sắt từ nhờ sự pha tạp các nguyên tố khác nhau. Sự pha
tạp các nguyên tố dẫn đến việc tạo ra các iôn mang hóa trị khác nhau ở vị trí , tạo
ra cơ chế tương tác trao đổi gián tiếp sinh ra tính sắt từ. Điều đặc biệt là tính chất
từ có thể thay đổi trong nhiều trạng thái khác nhau ở cùng một vật liệu . Khi ở
trạng thái sắt từ, perovskite có thể tồn tại hiệu ứng từ điện trở siêu khổng lồ,
hoặc hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ hoặc trạng thái thủy tinh - spin ở nhiệt độ thấp,
trạng thái mà các spin bị tồn tại trong trạng thái hỗn độn và bị đóng băng bởi quá
trình làm lạnh [5].
1.1.3.7. Ứng dụng
Do có nhiều đặc tính điện - từ - hóa khác nhau nên perovskite có mặt
trong rất nhiều ứng dụng và được coi là một trong những vật liệu rất lý thú. Nhà
vật lý người Ấn Độ C. N. R. Rao từng phát biểu rằng perovskite là trái tim của
vật lý chất rắn . Với tính chất từ điện trở siêu khổng lồ, perovskite rất hứa hẹn

cho các linh kiện spintronics và các cảm biến từ siêu nhạy. Với nhiều tính chất
đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện... perovskite rất hữu ích cho nhiều
linh kiện điện tử. Ngoài ra, perovskite với các tính chất hấp phụ và xúc tác còn
được sử dụng trong các pin nhiên liệu[18], [38].
1.2. VẬT LIỆU NANO
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano
Vật liệu nano là loại vật liệu có kích cỡ nanomet [2]. Điểm khác biệt giữa
vật liệu nano và vật liệu thông thường là vật liệu nano có kích thước vô cùng
nhỏ, nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình khi
tương tác với môi trường xung quanh. Trong khi vật liệu thông thường, do kích
thước lớn nên chỉ một số nguyên tử nằm trên bề mặt tham gia tương tác với môi
trường, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu bên trong thể tích của vật liệu, do đó
bị chắn nên không tham gia tương tác [8]. Đặc điểm này làm cho vật liệu nano có

5


những tính chất khác thường mà các vật liệu thông thường khác không có được
như [13]:
- Có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng làm xúc tác cho nhiều quá
trình hóa học.
- Có thể thay đổi tính chất của vật liệu bằng các thay đổi cấu hình mà
không cần thay đổi thành phần hóa học của vật liệu.
- Do khoảng cách giữa phần tử là rất nhỏ, nên tốc độ tương tác giữa
các cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so với các cấu trúc khác trong vật liệu
thông thường.
- Nói chung công nghệ nano có ý nghĩa kĩ thuật sử dụng kích thước từ
0,1nm đến 100nm để tạo sự biến đổi hoàn toàn lý tính 1 cách sâu sắc do hiệu ứng
kích thước lượng tử [8].
1.2.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano

Vật liệu nano có nhiều ứng dụng trong công nghệ, điện tử, năng lượng và
môi trường như:
- Trong lĩnh vực điện, điện tử và thông tin [24]: giảm kích thước, tăng
dung lượng thiết bị điện tử.
- Điện tử dân dụng và máy tính là những lĩnh vực sớm biết tận dụng ưu
điểm của vật liệu nano vào sản phẩm, nỗi bật có thể kể đến là nâng cao màn hình
và khả năng dẫn điện. Ngoài ra, vật liệu nano đã tạo ra các linh kiện hoàn toàn
mới, rẻ tiền hơn mà tính năng hơn nhiều lần so với các linh kiện cũ.
- Trong lĩnh vực sinh học và y học: vật liệu nano đã tạo ra các thiết bị
cực nhỏ đưa vào cơ thể để diệt một số loại vi rút và tế bào ung thư, tạo ra các loại
thuốc mới có tính năng đặc biệt, tạo ra cac mô hình phỏng vấn các quá trình xây
dựng thực tế trong cơ thể người...
Khi kích thước của hệ sinh vật sống từ micromet giảm xuống tới nanomet,
sẽ có khả năng kết hợp các đơn vị sinh học như enzym với các cấu trúc nano
nhân tạo. Bằng cách kết hợp các enzim và chip sillic, người ta có thể chế tạo các
cảm biến sinh học. Cảm biến này có thể truyền vào người hoặc động vật để giám
sát, theo dõi sức khỏe và phóng thích liều thuốc chính xác [13].
- Trong vấn đề bảo vệ môi trường: tạo năng lượng xanh, môi trường sạch.

6


- Vật kiệu nano được ứng dụng trong việc xúc tác cho quá trình xử lí khí
thải thông qua khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng như asen, sắt, mangan để
xử lý asen, amoni trong nước thải và nước sinh hoạt [35].
1.3. PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU
1.3.1. Giới thiệu về phƣơng pháp sol-gel
Sol –gel là một phương pháp hóa học ước tổng hợp các phân tử huyền phù
dạng keo rắn trong chất lỏng và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ
khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển

tiếp sol – gel [2].
Từ những năm 1950 - 1960, kĩ thuật sol-gel đã được áp dụng trong các
nghiên cứu cân bằng pha, phát triển ngành gốm sứ và từ đó được mở rộng sang
nhiều lĩnh vực khác.
Phương pháp sol-gel có thể kiểm soát được tính chất của gel tạo thành và
như vậy kiểm soát được tính chất của sản phẩm nhờ sự kiểm soát các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình như kiểu tiền chất, dung môi, hàm lượng nước, nồng độ tiền
chất, pH, nhiệt độ.
Ƣu điểm:
- Trong việc điều chế xúc tác nhiều thành phần với độ đồng nhất cao và
giá thành sản xuất rẻ.
- Không những tổng hợp được các oxit hỗn hợp siêu mịn (kích thước hạt
từ 0,1 đến 1µm) có tính đồng nhất, độ tinh khiết hoá học cao, bề mặt riêng lớn,
mà còn cho phép tổng hợp được các tinh thể cỡ nanomet, các sản phẩm ở dạng
màng mỏng, sợi… Chính vì vậy, trong những năm gần đây phương pháp sol-gel
phát triển rất mạnh và trở thành một trong những phương pháp được ứng dụng
rộng rãi trong tổng hợp vật liệu vô cơ [ 2], [ 8].

7


1.3.2. Cỏc quỏ trỡnh xy ra trong quỏ trỡnh sol-gel.

Hoà tan tiền chất
(muối kim loại hoặc
ankolat) trong dung môi

Hình thành

Bắt đầu với dạng sol

đ-ợc biến tính

Thêm n-ớc và axit
hoặc bazo để thuỷ phân
và ng-ng tụ

Khử dạng sol bằng điều
chỉnh pH hoặc nồng độ

Tạo gel tự mang
(self-supporting gel)

Tạo gel trên chất nền

Làm già

Làm già Gel

Làm khô Gel để
xử lý dung môi
Khử dung môi

Làm khô bay hơi
( evaperative drying)

Làm khô siêu tới hạn
( supercrictical drying)
Tạo aerogel

Tạo xerogel

Nung
Xử lý nhiệt

Thu đ-ợc các dạng sản phẩm khác
nhau nh- bột, monolit vàdạng màng

Hỡnh 1.2. S iu ch vt liu bng phng phỏp sol gel [15].
1.3.2.1. Cỏc phn ng trong quỏ trỡnh sol-gel
- Phn ng thy phõn: Phn ng thy phõn th nhúm alkoxide (-OR) trong
liờn kt kim loi -alkoxide bng nhúm hydroxyl (-OH) to thnh liờn kt kim
loi hydroxyl:
M(OR)n + x HOH

M(OR)n-x(OH)x + xROH

8


- Phản ứng ngưng tụ: phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim loại – oxit –
kim loại, là cơ sở cấu trúc cho màng oxide kim loại. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra
liên tục làm cho liên kết kim loại – oxit – kim loại không ngừng tăng lên cho đến
khi tạo ra một mạng lưới kim loại – oxit – kim loại trong toàn dung dịch. Phản
ứng ngưng tụ diễn ra theo 2 kiểu:
- Kiểu ngưng tụ rượu:
M(OH)(OR)n-1 + M(OR)n

(OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + ROH

- Kiểu ngưng tụ nước:

M(OH)(OR)n-1 + M(OH)(OR)n-1

(OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + HOH

1.3.2.2. Các giai đoạn chính của quá trình sol – gel
- Tạo dung dịch sol: alkoxide kim loại bị thủy phân và ngưng tụ, tạo
thành dung dịch sol gồm những hạt oxit kim loại nhỏ (hạt sol) phân tán trong
dung dịch.
- Gel hóa (gelation): giữa các hạt sol hình thành liên kết. Độ nhớt của
dung dịch tiến ra vô hạn do có sự hình thành mạng lưới oxit kim loại (M-O-M)
ba chiều trong dung dịch.
- Thiêu kết (sintering): là quá trình chặt khối mạng, được điều khiển bởi
năng lượng phân giới. Thông qua quá trình này gel sẽ chuyển hóa từ pha vô định
hình sang pha tinh thể dưới tác động của nhiệt độ cao.
Trong toàn bộ quá trình, hai phản ứng thủy phân – ngưng tụ là hai phản
ứng quyết định cấu trúc và tính chất của sản phẩn sau cùng. Do đó, trong phương
pháp này, việc kiểm soát tốc độ phản ứng thủy phân – ngưng tụ rất quan trọng
[9], [12].
1.4. GIỚI THIỆU VỀ YTTRI
1.4.1. Lịch sử
Yttri (đặt tên theo Ytterby, một làng ở Thụy Điển gần Vaxholm) được nhà
hóa học, nhà vật lý kiêm nhà khoáng vật học người Phần Lan là Johan
Gadolin phát hiện ra năm 1794. Năm 1828, Friedrich Wöhler đã cô lập nó như là
chất chiết ra không tinh khiết từ yttria thông qua phản ứng khử clorua yttri khan
(YCl3) bằng kali. Yttria (Y2O3) là ôxít của yttri, được Johan Gadolin phát hiện
năm 1794 trong khoáng vật gadolinit lấy từ Ytterby.

9

Năm 1843, nhà hóa học người Thụy Điển Carl Mosander đã chứng minh
rằng yttria có thể chia ra thành các ôxít (hay các loại đất) của ba nguyên tố khác
nhau. "Yttria" là tên gọi được giữ lại cho ôxít có tính bazơ nhất (chiếm khoảng
2/3), còn các ôxít kia được đổi tên thành ecbia và tecbia. Muộn hơn trong thế kỷ
19, cả hai loại "ôxít" kia cũng được chứng minh là phức tạp, mặc dù các tên gọi
vẫn được giữ lại cho thành phần có tính chất đặc trưng nhất của loại "đất" đó.)
Mỏ khai thác cạnh làng Ytterby sản sinh nhiều khoáng vật không bình
thường chứa các nguyên tố đất hiếm cùng các nguyên tố khác. Các nguyên
tố ecbi, tecbi, yttecbi và yttri tất cả đều được đặt tên theo tên gọi của làng nhỏ
này [32].
1.4.2. Đặc trƣng
Là một kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, yttri khá phổ biến trong
các khoáng vật đất hiếm và hai trong số các hợp chất của nó được sử dụng
làm lân quang màu đỏ trong các ống tia âm cực, chẳng hạn trong các ống dùng
cho truyền hình. Nguyên tố này thông thường không tìm thấy trong cơ thể người
và không đóng một vai trò sinh học nào cả.
Yttri tương đối ổn định trong không khí, trông khá giống scandi ở bề ngoài
và về tính chất hóa học thì tương tự như các nguyên tố nhóm Lantan, khi bị phơi ra
ngoài ánh sáng có ánh hơi hồng. Các mảnh vụn hay phoi bào của kim loại này có thể
bắt cháy trong không khí khi nhiệt độ cao trên 400 °C. Khi yttri bị chia cắt mịn thì
nó rất không ổn định trong không khí. Kim loại này có tiết diện nơtron thấp để bắt
giữ hạt nhân. Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của yttri là +3 [32].
1.4.3. Ứng dụng
Oxit yttri (III) là hợp chất quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi để
tạo ra các chất lân quang YVO4:Eu và Y2O3:Eu để tạo ra màu đỏ trong các ống
tia âm cực dùng cho truyền hình màu. Các ứng dụng khác có:
Oxit yttri dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi
sóng hiệu suất cao.
Các loại ngọc hồng lựu yttri sắt, nhôm, gadolini (ví dụ Y3Fe5O12 và
Y3Al5O12) có các tính chất từ tính rất đáng chú ý. Ngọc hồng lựu yttri sắt có hiệu

suất cao trong vai trò của bộ chuyển năng và truyền dẫn năng lượng âm
thanh. Ngọc hồng lựu yttri nhôm có độ cứng 8,5 và cũng được sử dụng như là đá
quý (kim cương giả).

10


Các lượng nhỏ của yttri (0,1 tới 0,2%) đã từng được sử dụng để giảm kích
thước hạt của crom, molypden, titan, zirconi. Nó cũng được dùng để tăng sức bền
của các hợp kim nhôm và magiê.
Được dùng làm chất xúc tác cho quá trình polyme hóa etylen.
Ngọc hồng lựu yttri nhôm, Y2O3, florua yttri liti, vanadat yttri được dùng
trong tổ hợp với các tác nhân kích thích (dopant) như neodymi, erbi, ytterbi trong
các laze cận-hồng ngoại. Các dạng tinh thể và gốm của chúng đều được sử dụng.
Nó được sử dụng tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu suất cao.
Nó được dùng để khử ôxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác.
Yttri cũng được dùng trong sản xuất măng sông cho các đèn măng
sông dùng propan, thay thế cho thori là chất hơi có tính phóng xạ.
Các tinh thể ngọc hồng lựu yttri nhôm kích thích bằng xeri (YAG:Ce)
được dùng làm chất lân quang để làm các LED phát ánh sáng trắng.
Các vi cầu Yttri-90 có tiềm năng được dùng trong điều trị ung thư biểu mô
gan không thể cắt bỏ.
Yttri được dùng như là nguyên tố "bí mật" trong chất siêu dẫn YBCO phát
triển tại Đại học Houston, YBaCuO. Chất siêu dẫn này làm việc trên 90K, đáng
chú ý vì nó là trên điểm sôi của nitơ lỏng (77,1K). (Y1,2Ba0,8CuO4). Vật liệu được
tạo ra là khoáng vật đa tinh thể đa pha, có màu đen và lục.
Yttri được nghiên cứu để tìm kiếm khả năng sử dụng như là tác nhân tạo
hòn trong sản xuất gang mềm với độ mềm dẻo của gang tăng lên (graphit tạo
thành các hòn rắn chắc thay vì các mảnh như bông để tạo ra gang mềm). Về tiềm
năng, yttri có thể sử dụng trong sản xuất gốm và thủy tinh, do ôxít yttri có điểm

nóng chảy cao và sức kháng va chạm cao cùng hệ số giãn nở nhiệt thấp.
Oxit yttri cũng được dùng để ổn định dạng hình hộp của zirconia để sử
dụng trong nghề kim hoàn.
Yttria (Oxit yttri (III)) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản
xuất nitrua silic xốp.
Yttri-90 được dùng trong Zevalin, là một loại thuốc trị liệu hệ miễn dịchphóng xạ được chỉ định trong điều trị một vài loại ung thư bạch huyết phiHodgkin [32].

11


1.5. CROM – HỢP CHấT CỦA CROM VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.5.1. Tính chất lý hóa của Crom (Cr)
Crom thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB. Khối lượng phân tử: 51,9661 đvC. STT
trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học 24. Số oxi hoá đặc trưng
nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6. Ngoài ra trong các hợp chất crom còn các
số oxi hoá 0, +1, +2, +3, +4 và +5. Màu sắc: Crom ở dạng đơn chất là kim loại
óng ánh màu trắng xám. Nhiệt độ nóng chảy: 1875 0C. Nhiệt độ sôi : 2197 0 C.
Nhiệt thăng hoa: 368,2(kJ/mol). Tỉ khối: 7,2(ở 200C). Độ cứng (thang Mohx):
8,5; độ dẫn điện : 93,9 W·m−1·K−1.
Crom rất tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn những vết tạp chất thì
trở nên cứng và giòn[15].
1.5.2 Ảnh hƣởng của crom (VI) đối với sức khỏe và môi trƣờng.
Sự nhiễm độc crom chủ yếu do nghề nghiệp và môi trường bị ô nhiễm cao.
Crom (VI) tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr(IV). Cr(III) không
độc nhưng Cr(VI) độc đối với động thực vật. Với người nhiễm Cr (VI) gây loét
dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi.
Nhiễm độc nghề nghiệp crom có thể gây ra hen suyễn. Nếu lượng crôm cao
vào cơ thể qua đường tiêu hoá sẽ gây ngộ độc nặng có thể dẫn đến tử vong [1].
Cơ chế gây ung thư của Cr(VI) ở phổi được tin chắc là có liên quan đến sự
khử của đến Cr(III) và sự sinh ra các chất trung gian hoạt động (crom có nhiều

trang thái hóa trị: 0, +6, +3, +2, thường gặp; +1, +4, +5 hiếm gặp và rất họat
động, kém bền). Trong tế bào sự khử Cr(VI) bao gồm sự oxi hóa của cả phân tử
nhỏ (ascorbat, glutathion) và phân tử lớn (ADN, protein) tạo ra và đóng vai trò
trong quá trình gây ung thư [1].
Tiêu chuẩn WHO quy định lượng crom trong nước uống là 0,005 mg/L.
1.5.3. Các nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm
Crom xâm nhập vào nguồn nước từ các nguồn nước thải các nhà máy mạ
điện, nhuộm, thuộc da, chất nổ, mực in, in tráng ảnh.
Theo bản báo cáo “Về việc cá chết bất thường ở khu vực đầm phá và vùng
ven biển Thừa Thiên - Huế”, từ ngày 15/4 đến ngày 22/4/2016, hiện tượng cá
biển và cá nuôi bị chết bắt đầu tại vùng biển tỉnh Hà Tĩnh đến dọc bờ biển Thừa
Thiên - Huế [36].

12


Lượng cá chết giảm dần từ Bắc xuống Nam. Nguyên nhân cá biển, cá nuôi
chết không phải do dịch bệnh mà do một tác nhân cực mạnh - chất độc trong môi
trường nước dẫn đến sự cố cá chết hàng loạt tại tỉnh Thừa Thiên - Huế.
Báo cáo đã chỉ rõ các thông số như: hàm lượng kim loại nặng crom vượt
giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 10MT:2015/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển cũng
như QCVN 08 -MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước mặt[ 36].
1.5.4. Ứng dụng của crom
 Trong công nghiệp và đời sống
- Được dùng để sản xuất thép có độ cứng cao, có khả năng chống gỉ, bền.
- Làm thuốc nhuộm màu xanh lục trong sơn, đồ gốm sứ, véc ni, mực.
- Các hợp chất của crom được sử dụng trong các quá trình thuộc da, sản
xuất bang từ, làm phụ gia cho xăng, làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao,…
- Thuốc thử K2Cr2O7 có vai trò là tác nhân chuẩn độ, là một thuốc thử hóa học.

 Trong y học
Crôm có trong thực phẩm như gan bò, lòng đỏ trứng, men bia, tỷ lệ thấp
dưới 10mcg/100g, có nhiều hơn một ít trong ngô, khoai tây, bánh mỳ đen, đậu
xanh, nấm, thịt bò.
Cơ thể người trưởng thành chứa trung bình từ 1-5mg crôm. Trong máu
người bình thường tỷ lệ crôm là 10mcg/l nhưng ở những người làm việc trong
môi trường có crôm thì tỷ lệ này tăng lên, nhất là trong hồng cầu có thể lên đến
40-60mcg/l máu.
Crôm được đưa vào cơ thể qua thực phẩm, hô hấp, da. Khi ăn, crôm hấp
thu ở ruột non với tỷ lệ 0,4-3%. Còn qua đường hô hấp, các dẫn chất crôm tan
trong nước xuyên qua màng các phế nang còn các dẫn chất không tan được tích
tụ ở mô phổi. Qua đường tiếp xúc, crôm không xuyên qua da mà tạo thành một
phức hợp bền với protein ở các lớp bề mặt của da.
Nghiên cứu crom vận dụng cho y học. Theo nghiên cứu cho thấy việc tách
Cr (III) từ collagen trong da đạt được một sự kết hợp của sự ổn định protein
(collagen) (crosslinking bảo vệ) và một labilization tiếp theo của loài Cr(III) liên
kết với các protein. Crôm cần cho sự chuyển hoá các glucid và lipid [1].

13


1.6. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG
1.6.1. Khái niệm chung
Hấp phụ là hiện tượng các phân tử chất khí, lỏng, các ion được giữ lại trên
bề mặt phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là lớp khí – lỏng, lỏng –
lỏng, khí – rắn và lỏng – rắn [1].
Chất hấp phụ: Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này .
Chất bị hấp phụ: chất bị giữ lại trong chất hấp phụ .
Chất mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
Quá trình giải hấp: Là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất

hấp phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng
tốc độ giải hấp [1 ].
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt chất hấp
phụ nhờ lực liên kết giữa các phân tử. Quá trình này có tỏa nhiệt, độ nhiệt tỏa ra
phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử.
- Hấp phụ hóa học: Chất ô nhiễm bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với
vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn hấp phụ vật
lý. Do vậy nhiệt tỏa ra lớn hơn và cần năng lượng nhiều hơn.
- Tính đặc thù: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học do đó ít mang
tính đặc thù rõ rệt. Còn hấp phụ hóa học mang tính đặc thù cao, phụ thuộc vào khả
năng tạo thành liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ[1], [15].
1.7. QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC
1.7.1. Nguyên lý xúc tác quang hóa
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu có kích thước
nanomet đang được các nhà nghiên cứu chú ý đến trong những năm gần đây là
làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác.
Trong hoá học, những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của ánh
sáng và chất xúc tác, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất
xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra được gọi là quang xúc tác. Khi có sự kích thích
của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi
electron giữa các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn. Bằng cách

14


như vậy, chất xúc tác quang làm tăng tốc độ phản ứng quang hóa, cụ thể là tạo ra
một loạt quy trình giống như phản ứng oxy hoá - khử và các phân tử ở dạng
chuyển tiếp có khả năng oxy hoá - khử mạnh khi được chiếu bằng ánh sáng thích
hợp[15], [12].

1.7.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể
Quá trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha
lỏng. Cũng giống như các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang
dị thể được chia thành các giai đoạn như sau:
(1). Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề
mặt chất xúc tác.
(2). Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác.
(3). Hấp thụ photon ánh sáng, sinh ra các cặp electron - lỗ trống trong chất
xúc tác, và khuyếch tán đến bề mặt vật liệu.
(4). Phản ứng quang hóa, được chia làm hai giai đoạn nhỏ:
 Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử chất xúc tác bị kích
thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất hấp
phụ lên bề mặt.
 Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản
ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.
(5). Nhả hấp phụ các sản phẩm.
(6). Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng [4].
1.7.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính xúc tác của vật liệu
Nếu cùng điều kiện phản ứng, các mẫu vật liệu thường có hoạt tính quang
hóa khác nhau, sự khác nhau này được giải thích dựa trên đặc tính hóa lý, yếu tố
hình học, thành phần cấu trúc tinh thể, độ tinh thể hóa, diện tích bề mặt, kích
thước hạt, thành phần tạp chất… Các đặc trưng này được quyết định bởi nguyên
liệu và phương pháp điều chế[4].

Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
15


2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

Trong những năm gần đây, vật liệu perovskite với cấu trúc nano là một
loại vật liệu có giá trị sử dụng cao, được ứng dụng nhiều trong thực tế như điện
tử, xử lí hóa dầu, đặc biệt là làm xúc tác trong các phản ứng hóa học, xử lý ô
nhiễm môi trường. Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ các oxit hiện nay
được coi là chiếm ưu thế do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính
cao của bột vật liệu tạo thành. Trong đó phương pháp chiến lược, kinh tế và
không gây ô nhiễm môi trường được coi là phương pháp sol – gel. Phương pháp
sol – gel sử dụng chất tạo gel PVA và axit citric để tổng hợp YFeO3 chưa được
nghiên cứu, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra những điều kiện tối ưu
nhất để tổng hợp vật liệu YFeO3.
Từ kết quả tổng hợp YFeO3, chúng tôi tiến hành khảo sát một số ứng dụng
của vật liệu YFeO3 chưa được đề cập gồm khả năng hấp phụ Cr (VI), khả năng
hấp phụ dung dịch xanh metylen trong bóng tối, khả năng quang xúc tác phân
hủy dung dịch Xanh metylen dưới ánh sáng mặt trời của vật liệu YFeO3.
2.2. HÓA CHẤT – DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
2.2.1. Hóa chất
Hóa chất được sử dụng để thực hiện nghiên cứu đề tài này có độ sạch PA
- Dung dịch Sắt (III) nitrat - Fe(NO3)3 (Trung Quốc)
- Dung dịch Yttri (III) nitrat – Y(NO3)3 (Merck)
- Polivinyl ancol (PVA) (Merck),
- Axit citric (Trung Quốc)
- Dung dịch NH4OH , HNO3, NaOH, H2SO4
- Dung dịch chuẩn: Muối Morh 1ppm
- Kali đicromat (K2Cr2O7)
- Dung dịch chất chỉ thị điphenylamin, dung dịch chuẩn xanh
metylen (MB)
2.2.2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh
Muối Morh có công thức phân tử FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O là những tinh

16