Luận Văn Nghiên cứu quá trình già hóa của vật liệu oxit sắt vô định hình - ứng dụng lọc Asen

MỤC LỤC



MỤC LỤC 1
MỞ đẦU . 3
Chương I: Tổng quan . 5
1.1.Vật liệu nano 5
1.1.1. Một số khái niệm . 5
1.1.2. Hiệu ứng bề mặt . 5
1.1.3. Hiệu ứng kích thước 6
1.1.4. Phân loại vật liệu nano . 7
1.2. Vật liệu từ tính 8
1.2.1. Vật liệu thuận từ . 8
1.2.2. Vật liệu sắt từ . 8
1.2.3. Vật liệu phản sắt từ . . 10
1.2.4.Vật liệu feri từ 11
1.2.5. Siêu thuận từ 12
1.3. Vật liệu Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] . 13
1.3.1. Giới thiệu . 13
1.3.2. α-Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] (hematite) 15
1.3.3. γ-Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] (maghemite) . . 16
1.4. Giới thiệu về vật liệu vô định hình 17
1.5. Phương pháp vi sóng 19
1.6. Các mô hình nghiên cứu động lực học kết tinh 22
1.6.1. Mô hình Kissinger . 22
1.6.1. Mô hình Johnson - Mehl - Avrami (JMA) . 22
Chương II: Thực nghiệm 24
2.1. Hệ vi sóng . 24
2.2. Quy trình chế tạo mẫu 25
2.3. Các phép đo khảo sát mẫu . 26
Chương III: Kết quả và thảo luận . 28
3.1. Cấu trúc và hình dạng . 28
3.1.1. Kết quả nhiễu xạ tia X 28
3.1.2. Kết quả chụp TEM 30
3.2. Phân tích nhiệt . 30
3.3. Tính chất từ 33
3.4. Kết quả FTIR và Raman . 36
Chương IV: Ứng dụng lọc Asen 39
4.1. Asen và tác hại 39
4.2. Xử lý asen bằng oxit sắt . 40
4.3. Thí nghiệm . 41
4.4. Kết quả và thảo luận . 42
4.5. Tính diện tích bề mặt 44
KẾT LUẬN . 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 48
MỞ đẦU

Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, cụm từ khoa học và công nghệ nano đã ngày càng trở nên quen thuộc và phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Hiện nay, công nghệ nano đang phát triển với tốc độ nhanh chóng trên toàn cầu với số lượng ngày càng tăng các sản phẩm được thương mại hóa, bao gồm vật liệu, dung dịch ở thang nano và các thiết bị, hệ thống có cấu trúc nano. Các sản phẩm này có tiềm năng rất lớn trong việc ứng dụng vào thực tế, mang lại các lợi ích xã hội cũng như môi trường.
Trong lĩnh vực khoa học và công nghệ nano thì vật liệu nano luôn là
một nhánh nghiên cứu dành được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học
do những đặc điểm và tính chất mới lạ so với các vật liệu thông thường. Có
ba nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biết này. Thứ nhất là tác động của các
hiệu ứng lượng tử khi hạt có kích thước nano. Các hạt không tuân theo quy
luật vật lý cổ điển nữa, thay vào đó là các quy luật vật lý lượng tử mà hệ quả
quan trọng là các đại lượng vật lý bị lượng tử hóa. Thứ hai là hiệu ứng bề
mặt: kích thước của hạt càng giảm thì phần vật chất tập trung ở bề mặt chiếm
một tỷ lệ càng lớn, hay nói cách khác là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị
khối lượng càng lớn. Cuối cùng là hiệu ứng tới hạn, xảy ra khi kích thước của
vật liệu nano đủ nhỏ để so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính
chất. Chính ba yếu tố này đã tạo ra sự thay đổi lớn về tính chất của vật liệu
nano. Và cũng vì vậy, vật liệu nano thu hút được sự nghiên cứu rộng rãi
nhằm tạo ra các các vật liệu có những tính chất ưu việt với mong muốn ứng
dụng chúng để chế tạo ra các sản phẩm mới có tính năng vượt trội phục vụ
trong nhiều lĩnh vực và mục đích khác nhau.
Vật liệu nano có cả dạng kết tinh và vô định hình. Trong khi hạt nano
tinh thể được nghiên cứu mạnh cả về thực nghiệm lẫn mô hình máy tính, thì
vật liệu nano vô định hình không dành được nhiều chú ý do chúng không đa
dạng bằng vật liệu tương ứng ở dạng tinh thể. Vật liệu nano vô định hình chỉ
có trật tự gần, nên chúng có cấu trúc và tính chất hoàn toàn khác biệt so với
dạng tinh thể. Chính vì vậy, việc nghiên cứu vật liệu nano vô định hình là một
lĩnh vực khá mới mẻ, có tiềm năng ứng dụng vào công nghệ và cuộc sống.
Nhận thấy điều đó, chúng tôi đã tiến hành khảo sát, nghiên cứu các vật liệu
nano vô định hình, mà cụ thể ở đây là vật liệu nano oxit sắt vô định hình do
sự phổ biến, phương pháp chế tạo đơn giản, chi phí thấp và tính ứng dụng cao
của vật liệu này.
Oxit sắt vô định hình có nhiều tính chất thú vị so với oxit sắt ở dạng kết tinh, trong đó đặc biệt phải kể đến tính xúc tác và hấp phụ, có nguyên nhân từ diện tích bề mặt lớn của vật liệu vô định hình. Khả năng xúc tác của oxit sắt vô định hình đã được công bố trong nhiều tài liệu khác nhau, đây cũng là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu này.
Vô định hình là trạng thái giả bền, tức là nó bị già hóa theo thời gian. Vì vậy việc xác định thời gian già hóa để biết thời gian sử dụng của vật liệu là cần thiết. Rất tiếc trên thế giới vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu một cách cụ thể. Do vậy, mục tiêu của khóa luận là nghiên cứu quá trình già hóa của vật liệu oxit sắt vô định hình, cụ thể ở đây là quá trình kết tinh. Bên cạnh đó, bước đầu thử nghiệm ứng dụng lọc Asen của vật liệu này so sánh với vật liệu nano oxit sắt ở dạng tinh thể.
Mục đích của khóa luận:
- Chế tạo và nghiên cứu quá trình kết tinh vật liệu nano oxit sắt vô
định hình.
- Khảo sát ứng dụng lọc Asen của vật liệu nano oxit sắt vô định hình.
Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng 2 mô hình nghiên cứu là phân tích
nhiệt và động lực học từ. Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung khóa luận này được trình bày trong 4 chương:
Chương I: Tổng quan.
Chương II: Thực nghiệm.
Chương III: Kết quả và thảo luận. Chương IV: Ứng dụng.