ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CHU THỊ ÁNH NGỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO ZnO CÓ PHA TẠP Al3+, Fe3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ ION Mn2+ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CHU THỊ ÁNH NGỌC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP OXIT NANO ZnO CÓ PHA TẠP Al3+, Fe3+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ ION Mn2+ Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ TỐ LOAN THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Nguyễn Thị Tố Loan số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả Chu Thị Ánh Ngọc Xác nhận khoa chuyên môn Nguời hướng dẫn khoa học Trưởng khoa PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i TS Nguyễn Thị Tố Loan http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Tố Loan người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo ban giám hiệu, phòng đào tạo, khoa Hóa học- trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu thực đề tài Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực nghiệm hoàn thành luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả Chu Thị Ánh Ngọc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Một số phương pháp điều chế oxit kim loại kích thước nanomet 1.1.1 Phương pháp đồng kết tủa 1.1.2 Phương pháp thủy nhiệt 1.1.3 Phương pháp sol-gel 1.1.4 Phương pháp tổng hợp đốt cháy .3 1.2 Giới thiệu oxit kẽm, poli (vinyl ancol) mangan 1.2.1 Oxit kẽm (ZnO) 1.2.2 Poli (vinyl ancol) 1.2.3 Mangan .9 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 11 1.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) truyền qua (TEM) 13 1.3.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 15 1.3.5 Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 15 1.3.6 Phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 16 1.3.7 Phương pháp trắc quang 17 1.4 Phương pháp hấp phụ kim loại nặng nước 19 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.4.1 Quá trình hấp phụ 19 1.4.2 Cân hấp phụ, số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 20 1.4.3 Đặc điểm chung trình hấp phụ môi trường nước 22 Chương 2: THỰC NGHIỆM 24 2.1 Dụng cụ, hóa chất 24 2.1.1 Dụng cụ, máy móc 24 2.1.2 Hóa chất 24 2.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha kích thước hạt oxit ZnO có pha tạp Al3+, Fe3+ 24 2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 24 2.2.2 Ảnh hưởng thời gian nung 25 2.2.3 Ảnh hưởng pH tạo gel 25 2.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ KL/PVA 25 2.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel 25 2.2.6 Ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp 26 2.3 Xây dựng đường chuẩn xác định Mn2+ theo phương pháp trắc quang 26 2.4 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Mn 2+ vật liệu 27 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 27 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng 27 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng % mol pha tạp 27 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Mn2+ 28 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha kích thước hạt oxit ZnO có pha tạp Al3+, Fe3+ 29 3.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 29 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian nung 31 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH tạo gel 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn 3.1.4 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol KL/PVA 33 3.1.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel 34 3.1.6 Kết khảo sát ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp 35 3.2 Xác định số đặc trưng mẫu ZnO-1%Al3+ ZnO1%Fe3+ điều kiện tối ưu 37 3.2.1 Xác định thành phần pha thành phần phần trăm nguyên tố mẫu 37 3.2.2 Xác định hình thái học diện tích bề mặt riêng mẫu 39 3.2.3 Kết đo phổ phản xạ khuếch tán UV- Vis (DRS) 41 3.3 Kết nghiên cứu khả hấp phụ Mn2+ vật liệu 42 3.3.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian 42 3.3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng vật liệu 44 3.3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp 45 3.3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đầu ion Mn2+ 47 KẾT LUẬN 50 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BET : Brunauer- Emmett-Teller CS : Combustion Synthesis CTAB : Cetyl trimetyl amoni bromua DTA : Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt vi sai) EDA : Etylen diamin EDX : Energy dispersive X- ray (phổ tán sắc lượng tia X) GPC : Gas Phase Combustion KL : Kim loại PAA : Poli acrylic axit PEG : Poli etylen glicol PGC : Polimer Gel Combustion PVA : Poli vinyl ancol SC : Solution Combustion SDS : Natri dodecyl sunfat SEM : Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quet) SHS : Self Propagating High Temperature Synthesis Process SSC : Solid State Combustion TEM : Transnission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua) TFTs : Thin film transitors TGA : Thermo Gravimetric Analysis-TGA (Phân tích nhiệt trọng lượng) XRD : X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tỉ lệ KL/PVA mẫu 25 Bảng 2.2 % mol Al3+, Fe3+ pha tạp mẫu 26 Bảng 2.3 Số liệu xây dựng đường chuẩn Mn2+ 26 Bảng 3.1 Kích thước hạt ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ nhiệt độ nung khác 31 Bảng 3.2 Kích thước hạt ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ nung 5000C thời gian khác 32 Bảng 3 Kích thước hạt ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ pH tạo gel khác 33 Bảng 3.4 Kích thước hạt ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ tỉ lệ mol KL/PVA khác 34 Bảng 3.5 Kích thước hạt ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ tạo gel nhiệt độ khác 35 Bảng 3.6 Kích thước hạt oxit ZnO-x%Al3+ ZnO-x%Fe3+ 36 Bảng 3.7 Kết đo diện tích bề mặt riêng vật liệu 41 Bảng 3.8 Giá trị bước sóng hấp thụ λ lượng vùng cấm Eg oxit ZnO tinh khiết ; ZnO-1% Al3+ ; ZnO-1% Fe3+ 42 Bảng 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ Mn 2+ vật liệu VL1 VL2 43 Bảng 3.10 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ ion Mn2+ 44 Bảng 3.11 Ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp mẫu đến dung lượng hấp phụ ion Mn2+ 46 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hấp phụ vật liệu VL0, VL1, VL2 47 Bảng 3.13 Các thông số cân hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc wurtzite ZnO Hình 1.2 Cấu trúc Rocksalt Blende ZnO Hình 1.3 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) dây nano ZnO (a); ZnO dạng lò xo (b); ZnO dạng kim (c) Hình 1.4 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) oxit nano ZnO-Al3+ Hình 1.5 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ZnO tinh khiết (a) ZnO5%Al3+(b) Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị hiển vi điện tử quét (SEM) 13 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo phổ EDX 16 Hình 1.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 22 Hình 1.9 Sự phụ thuộc Cf /q vào Cf 22 Hình 2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ ion Mn2+ 27 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt gel Zn2+- Al3+- PVA 29 Hình 3.2 Giản đồ phân tích nhiệt gel Zn2+- Fe3+- PVA 29 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Al3+ nung nhiệt độ khác 30 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Fe3+ nung nhiệt độ khác 30 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Al3+ nung 5000C thời gian khác 31 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Fe3+ nung 5000C thời gian khác 31 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Al3+ có pH tạo gel khác 32 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Fe3+ có pH tạo gel khác 32 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1%Al3+ có tỉ lệ mol KL/PVA khác 33 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu ZnO-1% Fe3+ có tỉ lệ mol KL/PVA khác 33 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn Từ bảng 3.9 hình 3.21 cho thấy khoảng thời gian khảo sát từ 15 ÷ 120 phút dung lượng hấp phụ vật liệu Mn2+ tăng lên nhanh Tuy nhiên từ 120 phút trở dung lượng hấp phụ tăng chậm tương đối ổn định Do vậy, cho thời gian đạt cân hấp phụ với ion Mn2+ vật liệu VL1 VL2 120 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu yếu tố 3.3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng vật liệu Kết bảng 3.10 hình 3.22 Bảng 3.10 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ ion Mn2+ Vật liệu VL1 Vật liệu VL2 H Co (mg/l) (mg/l) (mg/g) (%) (mg/l) (mg/l) (mg/g) (%) 0,05 47,65 21,63 26,03 54,62 47,20 20,75 26,45 53,58 0,08 47,65 21,40 17,50 55,09 47,20 20,03 18,12 55,20 0,10 47,65 19,58 14,04 58,92 47,20 16,73 15,24 62,58 0,12 47,65 16,65 12,92 65,06 47,20 16,35 12,85 63,42 0,14 47,65 14,30 11,91 69,99 47,20 16,13 11,10 63,93 0,16 47,65 13,85 10,56 70,93 47,20 15,03 10,06 66,39 0,18 47,65 13,70 9,43 71,25 47,20 14,00 9,22 68,68 0,20 47,65 12,83 8,71 73,09 47,20 12,98 8,56 70,97 m (g) Co Cf q Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 44 Cf q H http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 3.22 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng vật liệu Từ bảng 3.10 hình 3.22 cho thấy, tăng khối lượng vật liệu dung lượng hấp phụ giảm hiệu suất hấp phụ lại tăng lên Nguyên nhân khối lượng vật liệu tăng diện tích bề mặt hấp phụ tăng Khi mật độ ion Mn2+ bị hấp phụ đơn vị diện tích giảm làm dung lượng hấp phụ giảm 3.3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp Kết tính toán trình bày bảng 3.11 hình 3.23 Kết cho thấy, %Al3+, Fe3+ mẫu tăng dung lượng hấp phụ ion Mn2+ vật liệu tăng Nguyên nhân % mol kim loại tăng, kích thước hạt giảm (bảng 3.6), diện tích bề mặt riêng tăng làm cho khả hấp phụ vật liệu tăng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 45 http://www.lrc.tnu.edu.vn Bảng 3.11 Ảnh hưởng % mol kim loại pha tạp mẫu đến dung lượng hấp phụ ion Mn2+ ZnO-x%Al3+ % mol STT KL pha tạp ZnO-x%Fe3+ C0 (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) C0 (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1% 47,80 22,08 25,73 47,58 20,60 26,97 2% 47,80 18,18 29,63 47,58 17,08 30,49 3% 47,80 14,80 33,00 47,58 12,98 34,59 4% 47,80 11,38 36,43 47,58 10,33 37,24 5% 47,80 9,18 38,63 47,58 8,15 39,42 10% 47,80 3,60 44,20 47,58 3,88 43,69 Hình 3.23 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào % mol kim loại pha tạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 46 http://www.lrc.tnu.edu.vn 3.3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đầu ion Mn2+ Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hấp phụ ion Mn2+ bảng 3.12 hình 3.24 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hấp phụ vật liệu VL0, VL1, VL2 Vật liệu VL0 Co Cf Vật liệu VL1 q (mg/l) (mg/l) (mg/g) 38,24 57,36 76,48 95,60 114,72 133,84 143,40 152,96 172,08 191,20 239,00 15,36 26,04 36,84 46,65 58,35 69,95 77,15 84,00 98,95 111,90 157,63 22,88 31,32 39,64 48,95 56,37 63,89 66,25 68,96 73,13 79,30 81,38 Cf/q 0,67 0,83 0,93 0,95 1,04 1,09 1,16 1,22 1,35 1,41 1,94 Co Cf q (mg/l) (mg/l) (mg/g) 38,94 58,42 77,89 97,36 116,83 136,30 146,04 155,78 175,25 194,72 243,40 14,32 22,32 35,80 46,90 57,20 67,40 74,80 81,80 95,60 110,00 146,60 24,62 36,10 42,09 50,46 59,63 68,90 71,24 73,98 79,65 84,77 96,80 Vật liệu VL2 Cf/q 0,58 0,62 0,85 0,93 0,96 0,98 1,05 1,11 1,20 1,30 1,51 Co Cf q (mg/l) (mg/l) (mg/g) 39,06 58,59 78,12 97,65 117,19 136,72 146,48 156,25 14,68 24,64 35,20 46,05 55,85 66,30 74,20 81,50 175,78 92,25 24,38 33,95 42,92 51,60 61,34 70,42 72,28 74,75 Cf/q 0,60 0,73 0,82 0,89 0,91 0,94 1,03 1,09 83,53 1,10 244,14 147,75 96,39 1,53 Hình 3.24 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu ion Mn2 + vật liệu VL0, VL1, VL2 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 47 http://www.lrc.tnu.edu.vn Nhận xét: Từ kết bảng 3.12 hình 3.24 cho thấy, tăng nồng độ đầu ion Mn2+, dung lượng hấp phụ vật liệu tăng Theo kết bảng 3.12 đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hình 3.25 Hình 3.25 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Mn2+ vật liệu VL0, VL1, VL2 Hình 3.26 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf hấp phụ Mn2+ vật liệu VL0, VL1, VL2 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 48 http://www.lrc.tnu.edu.vn Nhận xét: Sự hấp phụ Mn2+ mô tả tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, thể hệ số hồi quy cao (R2 > 0,97) Từ phương trình tuyến tính Langmuir (hình 3.26), thông số cân hấp phụ tính đưa bảng 3.13 Bảng 3.13 Các thông số cân hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Chất bị hấp phụ qmax (mg/g) b R2 Vật liệu VL0 121,95 0,0145 0,9801 Vật liệu VL1 144,93 0,0129 0,9736 Vật liệu VL2 153,85 0,0118 0,9829 Từ bảng 3.13 cho thấy vật liệu có khả hấp phụ tốt ion Mn2+ hai vật liệu ZnO-1%Al3+ , ZnO-1%Fe3+ có dung lượng hấp phụ cực đại lớn so với ZnO tinh khiết Vật liệu ZnO-1%Al3+ , ZnO-1%Fe3+ có dung lượng hấp phụ cực đại cao so với oxit -Mn2O3 (90,62 mg/g), MnO2 (101,37 mg/g) [5] Một nguyên nhân vật liệu có diện tích bề mặt riêng cao Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 49 http://www.lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN Căn vào kết đạt đưa kết luận sau đây: Đã xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano ZnO-1% Al3+ ZnO-1% Fe3+ phương pháp đốt cháy gel sau: + Nhiệt độ nung mẫu: 5000C + Tỉ lệ mol KL/PVA: 1/3 + Nhiệt độ tạo gel: 700C + Thời gian nung : + pH tạo gel: Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen cho thấy, mẫu điều chế điều kiện tối ưu thu đơn pha ZnO Đã xác định % nguyên tố mẫu phương pháp phổ tán sắc lượng tia X Mẫu thu tinh khiết Nghiên cứu hình thái học cho thấy, hạt oxit thu hình cầu, phân bố đồng với đường kính trung bình ≤ 40 nm Khi pha tạp Al3+, Fe3+ không làm thay đổi cấu trúc tinh thể ZnO Diện tích bề mặt riêng ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ cao oxit ZnO tinh khiết Bằng phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis cho thấy, việc pha tạp thêm 1%Al3+ 1%Fe3+ vào làm giảm lượng vùng cấm oxit ZnO Đã nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu ion Mn2+ Kết thu là: + Thời gian đạt cân hấp phụ hai vật liệu ZnO-1%Al3+ ZnO-1%Fe3+ 120 phút + Khi khối lượng vật liệu tăng từ 0,05  0,2 gam dung lượng hấp phụ ion Mn2+ vật liệu giảm hiệu suất hấp phụ tăng + Khi % mol kim loại pha tạp mẫu tăng từ  10% dung lượng hấp phụ tăng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 50 http://www.lrc.tnu.edu.vn + Đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu ZnO tinh khiết (121,95 mg/g), ZnO-1%Al3+ (144,93 mg/g) ZnO-1%Fe3+ (153,85 mg/g) Các vật liệu có khả hấp phụ tốt ion Mn2+ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 51 http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Nguyễn Thị Tố Loan, Chu Thị Ánh Ngọc (2014), “Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnO có pha tạp Al phương pháp đốt cháy gel”, Tạp chí hóa học, T.52(5A), tr 224-228 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 52 http://www.lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Đăng Độ (2001), Các phương pháp vật lí hóa học, Nhà xuất Giáo dục Đinh Hải Hà (2009), Các phương pháp phân tích tiêu môi trường, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV – Vis, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Hương (2012), “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano ZnO”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Nguyễn Thị Tố Loan (2011), “Nghiên cứu chế tạo số nano oxit sắt, mangan khả hấp phụ asen, sắt, mangan nước sinh hoạt”, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Hoàng Nhâm (2003), Hóa vô tập 3, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học - Kĩ thuật, Hà Nội Nguyễn Tiến Tài (1997), Giáo trình phân tích nhiệt, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tiếng Anh A Baranowska-Korczyc , K Fronc, J.B Pełka, K Sobczak, D Klinger, P Dłużewski, D Elbaum (2013), “Structural studies of magnetic Fe doped ZnO nanofibers”, Radiation Physics and Chemistry, 93, 21-24 10 C.Aydın, M.S.AbdEl-sadek, Kaibo Zheng, I.S Yahia, F Yakuphanoglu (2013), “Synthesis, diffused reflectance and electrical properties of nanocrystalline Fe-doped ZnO via sol–gel calcination technique”, Optics & Laser Technology, 48, 447-452 11 C N R Rao, A Muller, A K Cheetham (2004), “The Chemistry of Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications”, Wileyvch Verlag GmbH & Co.KGaA, Weinheim Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 53 http://www.lrc.tnu.edu.vn 12 Chang Y.Q, Way D.P, Luo X.H, Chen X.H (2003), “Magnetic properties of Mn- doped ZnO nanowires”, Appl phys Lett, 83, 4020 13 F.Giovannelli, A Ngo Ndimba, P DiaZ-Chao, M Motelica-Heino, P.I Raynal, C Autret, F Delorme (2014), “Synthesis of Al- doped ZnO nanoparticles by aqueous coprecipitation”, Powder Technology, 262, 203-208 14 Jin Zhang, Wenxiu Que (2010), “Preparation and characterization of sol gel Al - doped ZnO thin films and ZnO nanowire arrays grown on Al doped ZnO seed layer by hydrothermal method”, Solar Energy Materials & Solar Cells, 94, 2181-2186 15 Kashinath C.Patil, S.T.Aruna, Tanu Mimani (2002), “Combustion synthesis: an update”, Current Opinion in Solid State annd Materials Science, 6, 507 -512 16 Kashinath C.Patil and Aruna S T (2002), “Redox methods in SHS practice in self-propagating high temperature synthesis of materials”, Taylor and Francis, New York 17 L.L Hench and J.K West (1990), “The sol - gel process”, Chemical reviews, 90 (1), 33-72 18 L.Z Pei, H.S Zhao, W.Tan, H.Y Yu, Y.W Chen, QianFeng Zhang (2009), “Single crystalline ZnO nanorods grown by a simple hydrothermal process”, Materials characterization, Vol 60, 1063 - 1067 19 M Hjiri, L ElMir, S.G Leonardi, A Pistone, L Mavilia, G Neri (2014)., “Al-doped ZnO for highlysensitive CO gas sensors”, Sensors and Actuators B, 196, 413-420 20 M Rezaei, A Habibi- Yangjeh (2013), “Simple and large scale refluxing method for preparation of Ce- doped ZnO nanostructures as highly efficient photocatalyst”, Appied Surface Science, 265, 591- 596 21 Reza Zamiri, Budhendra Singh, Michael Scott Belsley, J.M.F Ferreria(2014), “Structural and dielectric properties of Al-doped ZnO nanostructure”, Ceramics Internationnal, 40, 6031-6036 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 54 http://www.lrc.tnu.edu.vn 22 Robert R Piticescu, Roxana M Piticescu, Claude j Monty (2006), “Synthesis of Al- doped ZnO nanomaterials controlled luminescence”, Journal of the European Ceramic Society, 26, 2979-2983 23 Rosari Saleh , Nadia Febiana Djaja, Suhendro Purbo Prakoso (2013), “The correlation between magnetic and structural properties of nanocrystalline transition metal-doped ZnO particles prepared by the coprecipitation method”, Journal of Alloys and Compounds, 546, 48-56 24 Rosari Saleh, Suhendro Purbo Prakoso, Adel Fishli (2012), “The influence of Fe doping on the structural, magnetic and optical properties of nanocrystalline ZnO particles”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324, 665-670 25 S Thanka Rajan, B Subramanian, A.K Nanda Kumar, M Jayachandran, M.S Ramachandra Rao (2014), “Fabrication of nanowires of Al-doped ZnO using nanoparticle assisted pulsed laser deposition (NAPLD) for device applications”, Journal of Alloys and Copounds, 584, 611-616 26 T Rattana, S Suwanboon, P Amornpitoksuk, A Haidoux, P Limsuwan (2009), “Improvement of optical properties of nanocrystalline Fe-doped ZnO powders through precipitation method from citrate-modified zinc nitrate solution”, Journal of Alloys and Compounds, 480, 603-607 27 Zunxian Yang, Yun Huang, Guonan Chen, Zaiping Guo, Shuying Cheng, Shizhen, Shizhen Huang (2009), “Ethanol gas sensor based on Al-doped ZnO nanomaterial with many gas diffusing channels”, Sensors and Actuators B, 140, 549-556 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 55 http://www.lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết đo diện tích bề mặt riêng oxit ZnO tinh khiết Phụ lục 2: Kết đo diện tích bề mặt riêng oxit ZnO-1% Al3+ Phụ lục 3: Kết đo diện tích bề mặt riêng oxit ZnO-1% Fe3+ [...]... loại như Mn2+, Ni2+, Al3+, Fe3+ Nhằm đóng góp một phần nhỏ vào hướng nghiên cứu điều chế vật liệu nano và tìm kiếm ứng dụng của chúng, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnO có pha tạp Al3+, Fe3+ bằng phương pháp đốt cháy và bước đầu ứng dụng để hấp phụ ion Mn2+ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1 http://www.lrc.tnu.edu.vn Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Một số phương pháp. .. 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) * Phương pháp tổng hợp 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... Al3+, Fe3+, Ce4+, … vào oxit ZnO [9,12,13,20, 21, 25, 26 ] Bằng phương pháp sol-gel các giả [19] đã tổng hợp được oxit nano ZnO pha tạp Al3+ ở 4000C Oxit thu được có kích thước đồng đều, khoảng 60-70 nm (hình 1.4) Hình 1.4 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của oxit nano ZnO- Al3+ Bằng phương pháp thủy nhiệt ở 2500C trong môi trường kiềm, tác giả [14] đã tổng hợp oxit nano ZnO pha tạp Al3+ có dạng... 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 [17] 1.1.4 Phương 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 quan trọng trong điều chế và xử... Tác giả [13] đã sử dụng phương pháp đồng kết tủa để tổng hợp oxit ZnO có pha tạp Al 3+ Khi thay đổi hàm lượng Al3+ thì hình thái học của oxit ZnO thay đổi (hình 1.5) (b) (a) Hình 1.5 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của ZnO tinh khiết (a) và ZnO- 5%Al3+(b) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 7 http://www.lrc.tnu.edu.vn Oxit ZnO có pha tạp Fe3+ đã được tác giả [10] tổng hợp bằng phương pháp sol-gel ở 6000C... 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. .. vật và con người Trong số các oxit kim loại, oxit ZnO là chất bán dẫn quan trọng, bền, có độ ổn định hóa học cao và không gây độc Việc tổng hợp oxit nano ZnO đã được nhiều tác giả quan tâm Tuy nhiên, oxit nano ZnO tinh khiết là chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn (3,37eV) Để giảm năng lượng vùng cấm và tăng hoạt tính quang xúc tác, hấp phụ của oxit ZnO, nhiều tác giả đã pha thêm vào oxit một số ion. .. đường chuẩn, phương pháp dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp cân bằng, phương pháp thêm, phương pháp vi sai…Tùy theo từng điều kiện và đối tượng phân tích cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp đường chuẩn để xác định nồng độ ion Mn2+ Phương pháp đường chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = k(Cx)b về nguyên tắc để xây dựng một đường... 1.1.2 Phương 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. .. luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp đốt cháy gel polime để tổng hợp oxit nano ZnO có pha tạp Al3+, Fe3+ 1.2 Giới thiệu về oxit kẽm, poli (vinyl ancol) và mangan 1.2.1 Oxit kẽm (ZnO) Oxit kẽm là chất bột màu trắng ở nhiệt độ thường, màu vàng khi đun nóng Nó khó nóng chảy (nóng chảy ở 1950oC), có khả năng thăng hoa, không phân hủy khi đun nóng, hơi rất độc [6] ZnO tồn tại ở 3 dạng cấu trúc đó là: