1 Điều Chế Oxit Sắt Từ Bằng Phương Pháp đồng Kết Tủa - Tài ... - 123doc

1. Trang chủ >
2. Giáo Dục - Đào Tạo >
3. Cao đẳng - Đại học >

1 Điều chế oxit sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.15 MB, 24 trang )

9thành được lọc rửa nhiều lần bằng nước khử ion đến khi đạt pH = 7.Sản phẩm cuối cùng được làm khô trong vòng 4 giờ ở nhiệt độ 400C.3.1.1 Ảnh hưởng của tốc độ bổ sung NH4OHVới tốc độ thấp hơn 1,6 mL/phút sản phẩm kết tủa có màu nâu đậmvà mẫu XRD (Hình 3.1a) đặc trưng cho hợp chất Goethite (αFeOOH). Tại các thí nghiệm trong đó với tốc độ bổ sung NH4OHnhanh hơn kết tủa thu được là màu đen với cấu trúc spinel củamagnetite Fe3O4 (Hình 3.1b). Kết quả đo đường kính trung bình DLSvà độ rộng của PSD được báo cáo trong Bảng 3.1Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sungNH4OH tới đường kính hạt TBKích thước trung bìnhTốc độ bổ ĐườngĐộ rộngMẫusungkính hạt hàm phân của các hạt magnetitegiảm từ 20,3 nm xuốngNH4OH TB (nm)bố kích(mL/min)thước (nm) còn 15 nm với tốc độtăng từ 1,6mL/phút đếnA10,38 mL/phút. Do phảnA20,5ứng kết thúc ngay sauA30,8khi kết tủa chuyển màuA41,620,60,61đen(hìnhthànhA52,518,80,59magnetite) nên ảnhA64,617,40,57hưởng của tốc độ bổA78,015,00,45sung kiềm chỉ liên quanBảng 3.2 Ảnh hưởng của pH kết thúc phản đến quá trình tạo mầmứng tới đường kính hạt TBvà phát triển tiền chấttrung gian ferrihydrite.ĐườngĐTỷ lệMột mối quan hệ tuyếnkính Độ rộngMẫu NH4OH/sắt pHtính giữa tốc độ bổhạt TBPSD(mL/mL)sung kiềm và kích(nm)(nm)thước kết tủa (HìnhP16:13.2) chứng tỏ kíchP28:1thước magnetite đượcP39:111,0 23,70,57quyết định bởi hàmP410:111,8 17,40,57phân bố kích thước củaP511:112,2 21,10,53giai đoạn tiền chất.P613:113,0 22,80,503.1.2 Ảnh hưởng của pH khi kết thúc phản ứng10Kết quả thí nghiệm (bảng 3.2) cho thấy rằng giá trị pH càng cao thìkích thước hạt càng lớn. Đường kính hạt TB tăng từ 17,4 nm lên 22,8nm khi pH tăng từ 11,8 lên 13. Kết quả này có thể là do pH tăng đãlàm chậm sự hình thành các hạt nhân magnetite và do đó cho phépchúng phát triển lớn lên bằng sự gắn kết ion trong dung dịch. Ngoàira, khi phản ứng xảy ra ở pH cao, cơ chế phát triển kích thước hạt dosự tập hợp của các hạt nhỏ (Ostwald ripening) đã được nhận thấy3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độTrong phần thí nghiệm này, tất cả các kết tủa thu được đều cóphổ XRD đặc trưng của Fe3O4. Hàm phân bố kích thước có dạnglog-normal, độ rộng của hàm phân bố và kích thước hạt TB đượcđưa ra trong Bảng 3.3.Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độđến đường kính hạt TBKết quả khảo sát chỉ raĐườngrằng nhiệt độ có ảnhNhiệt độĐộ rộngMẫukính0( C)PSD (nm) hưởng không đáng kểTB (nm)đến kích thước hạt.T12517,40,57Đường kính hạt TB daoT24018,50,57động ở giá trị 18 nmT36018,50,49khi nhiệt độ tăng từ250C đến 1000C. NhiệtT48018,00,48độ cao thúc đẩy quáT510017,50,45trình phản ứng thủyphân tạo ferrite dẫn đến giảm kích thước hạt. Tuy nhiên, sự gia tăngnhiệt độ cũng khiến độ hòa tan của tiền chất tăng lên, giảm nồng độquá bão hoà, và do đó làm giảm tốc độ tạo mầm và tăng tốc độ pháttriển của hạt kết tủa. Ngoài ra, sự tăng kích thước hạt cũng được thúcđẩy khi nhiệt độ tăng lên do tăng hệ số khuếch tán. Sự cạnh tranhgiữa hai tác động trên có thể là một lời giải thích hợp lý cho kết quảthu được. Một lần nữa, vai trò quan trọng của kích thước ban đầu củatiền chất ferrite được khẳng định3.1.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấyNhững số liệu thí nghiệm trong Bảng 3.4 cho thấy tốc độkhuấy có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt. Đường kính hạtgiảm từ 20 nm xuống 14,3 nm khi tốc độ khuấy tăng từ 240vòng/phút lên 1200 vòng/phút. Tốc độ khuấy càng cao, phản ứngthủy phân càng nhanh và do đó tốc độ tạo mầm của tiền chất được11q, %tăng lên. Thực nghiệm cũng cho thấy tốc độ khuấy là công cụ vôcùng hiệu quả để thu hẹp kích thước hàm phân bố và đạt tới hệ đơnphân tán.Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tốc độ khuấydđến kích thước hạtTốc độ ĐườngĐộ rộngFWHMMẫu khuấy kính TBPSD(nm)(v/p)(nm)(nm)S124020,029,10,70Đường kính (nm)S248019,324,00,63S372018,122,00,5820eS496017,415,20,5715S5120014,33,50,2710Khi tăng tốc độ khuấy, độ rộng của5PSD dao động từ 0,70nm đến 0,27 nm và0chiều rộng ở nửa cực đại (FWHM) của0102030405060hàm phân bố kích thước hạt giảm từĐườngkínhnm(nm)Diameter,29,1xuống 3,5 nm (Hình 3.5). Với hệ số đaphân tán (tỷ lệ % của FWHM so với đường Hình 3.2 PSD của các hạtkính TB) là khoảng 20%, mẫu S5 có thể magnetite điều chế với tốcđộ khuấy khác nhau: d)coi là hệ đơn phân tán.960 vòng/phút, e) 12003.1.5. Ảnh hưởng của sự có mặt chấtvòng/phúthoạt động bề mặtBảng 3.5 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến kích thước hạtĐườngĐườngĐộ rộngFWHM*MẫuChất hđbmkính DLS kính TEMPSD*(nm)(nm)(nm)(nm)E017,412,515,20,57E1 PEG 400 1%12,410,812,00,51E2SDBS 1%7,55,25,60,43Kích thước hạt giảm từ 17,4 nm xuống 12,4 nm dưới tác động củaPEG 400 và đến 7,5 nm trong trường hợp của SDBS. Độ rộng PSDgiảm từ 0,57 nm xuống 0,51 nm và 0,43 nm với PEG và SDBStương ứng (Bảng 3.5 và Hình.3.6). Rõ ràng là chất hoạt động bề mặtlàm chậm lại quá trình tăng kích thước hạt. Tốc độ phát triển hạt quá12chậm so với quá trình tạo mầm khiến cho hàm phân bố kích thướcđược thu hẹp lại đáng kể.3.1.6 Kết luậnCác hạt nano magnetite đã được tổng hợp bằng phương phápđồng kết tủa hóa học. Ở tốc độ bổ sung dung dịch kiềm cao hơn 1,6mL/s và độ pH lên đến 11 thì kết tủa tạo thành chủ yếu là oxit sắt từvà gần như không có tạp chất. Kích thước và độ đồng đều kích thướccủa kết tủa phụ thuộc vào kích thước và hàm phân bố của tiền chấtferrihydrite. Quá trình lớn lên của hạt chủ yếu là nhờ sự khuếch tánphân tử trong dung dịch. Do đó, các tác động thúc đẩy tốc độ tạomầm của ferrihydrite như tăng tốc độ khuấy, tăng nhiệt độ hay tăngtốc độ bổ sung kiềm sẽ làm giảm kích thước hạt và tăng độ đồng nhấtkích thước. Bằng cách kiểm soát các yếu tố của phản ứng hóa học,các hạt magnetite với đường kính TB từ 5 nm đến 20 nm đã đượctổng hợp. Hệ kết tủa tạo thành có hàm phân bố kích thước khá hẹp.Ở điều kiện cụ thể hệ đơn phân tán đã được điều chế.3.2 Chế tạo hệ polyme từ tínhTrong phần này, hệ phân tán trong nước của các hạt oxit sắt từcó bán kính TB 6,6 nm (nồng độ 2% khối lượng) được sử dụng làmhệ gốc để điều chế polyme từ. Để điều khiển chiều dày lớp vỏpolyme tạo thành, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợpmonome như tỷ lệ khối lượng monome/sắt từ, nhiệt độ, thời gianphản ứng và nồng độ hạt rắn đã được khảo sát.3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng monome/oxit sắt từ đến sựhình thành lớp vỏ polyme bao quanh hạt từKết quả thực nghiệm với hệ MMA/ Fe3O4Hình 3.10 Phổ FTIR của cáchạt magnetite không bọc(trên) và bọc PMMA (dưới)Kết quả chụp phổ FTIR củacác hạt oxit sắt trước và saukhi bọc polyme được trìnhbày trong Hình 3.10 khẳngđịnh sự tạo thành hạt13composite với cấu trúc lõi sắt từ và vỏ PMMA.Hình 3.11 là ảnh TEM của các hạt nano Fe3O4 bọc PMMA được tổnghợp ở các tỷ lệ khối lượng khác nhau của MMA/ Fe3O4. Độ dày củalớp polyme đo trực tiếp trên các ảnh TEM và so sánh với các giá trịtính toán theo phép đo TGA (Bảng 3.7). Độ dày lớp polyme tăng lênkhi tăng tỷ lệ khối lượng của MMA/Fe3O4. Độ dày tăng khoảng 1,6lần khi nồng độ MMA tăng từ 6% đến 22%.SA1SA3SA4SA2Hình 3.3 Ảnh TEM mô tả kích thước lớp vỏ PMMA theo tỷ lệPMMA/magnetite: 3:1(SA1), 5:1 (SA2), 8:1 (SA3), 11:1 (SA4)Theo lý thuyết về trùng hợp nhũ tương không chất nhũ hóa, mứcđộ trùng hợp (DP) phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ khối lượng củamonome/chất khơi mào. Lưu ý rằng trong tất cả các thí nghiệm ởđây, tỷ lệ này vẫn giữ nguyên không đổi. Bởi vậy, lời giải thích hợplý cho sự phụ thuộc vào nồng độ monome của khối lượng phân tửpolyme tạo thành là phản ứng trùng hợp trong nghiên cứu của luậnán gần với quá trình đồng thể. Trong thực tế, với tốc độ bổ sung

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Nghiên cứu tổng hợp và ổn định phân tán chất lỏng từ fe3o4 tt
  • 24
  • 343
  • 1
• Tóm tắt Quy định về nề nếp đối với học sinh
  • 9
  • 6
  • 11

Tải bản đầy đủ (.pdf) (24 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.15 MB) - Nghiên cứu tổng hợp và ổn định phân tán chất lỏng từ fe3o4 tt-24 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×