- Nguyễn Kim Thanh Tổng hợp vμ tính chất đặc tr−ng của cấu trúc dị chất nano trên cơ sở hạt nano từ tính Chuyên ngành : Khoa học vật liệu LUậN VĂN THạC Sĩ KHOA HọC Khoa học vật liệu NGƯờI HƯớNG DẫN KHOA HọC TS.Đỗ Quốc Hùng Hà Nội – Năm 2011 Lời cảm ơn Đầu tiên cho phép tôi đ−ợc gửi lời cảm ơn chân thμnh tới Đại tá.TS Đỗ Quốc Hùng, thầy đã trực tiếp h−ớng dẫn khoa học, chỉ bảo tận tình vμ tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi trong suốt quá trình nghiên cứu vμ hoμn thμnh luận văn. - Để đạt đ−ợc thμnh công trong học tập vμ hoμn thμnh luận văn tôi xin bμy tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô, các anh chị lμm việc tại ITIMS, cảm ơn các bạn trong tập thể lớp ITIMS khoá 2008-2010 đã chia sẻ, động viên vμ giúp đỡ tôi trong thời gian học tập. - Tôi cũng xin đ−ợc cảm ơn tới các bác, cô chú, anh chị bạn bè đồng nghiệp tại bộ môn Hóa- Khoa Hóa lý kỹ thuật- Học viện kỹ thuật quân sự đã khuyến khích động viên tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm vμ hoμn thμnh luận văn. - Hμ Nội, ngμy 20 tháng 3 năm 2011 Học viên Nguyễn Kim Thanh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện tại khoa Hóa Lý kỹ thuật - Học viện kỹ thuật quân sự. - Các kết quả luận văn ch−a từng đ−ợc công bố trong các công trình nghiên cứu của các tác giả khác. - Toi xin cam đoan các số liệu kết quả trong luận văn phản ánh trung thực những công việc nghiên cứu đề tài tôi thực hiện trong quá trình học tập. - Danh mục các bảng biểu Bảng 1.1 Bán kính của một số ion trong ferrit [1] 3 Bảng 1.2 Kích th−ớc các hốc tứ diện và bát diện trong một số ferrit 4 Bảng 1.3 Kích th−ớc ô mạng của một số ferrit 5 Bảng 1.4: Khoảng cách giữa các ion, a là hằng số mạng, u là tham số ôxy[4]. - 9 Bảng 1.5: Hằng số t−ơng tác trao đổi của một số vật liệu spinen [5] 10 Bảng 1.6: Bảng phân bố các ion và mômen từ của một phân tử [7] 11 Bảng 1.7: Giá trị thực nghiệm và lý thuyết mômen từ bão hoà của một số ferit [8] 11 Bảng 3.1 Danh mục các hóa chất sử dụng 44 Bảng 4.1 Các giá trị dhkl và hằng số mạng a t−ơng ứng 69 Bảng 4.2 Các giá trị dhkl và hằng số mạng a t−ơng ứng của Zn0.5Ni0.5Fe2O4 77 Bảng 4.3 Các giá trị dhkl và hằng số mạng a t−ơng ứng của Ag cubic 77 Bảng 4.4 Kích th−ớc hạt tính theo công thức Scheerer 78 Bảng 4.5 Giá trị từ độ bão hòa Ms và từ d− Mr của NiFe2O4 tại các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau 81 Bảng 4.6 Kết quả đếm coliform với các mẫu có nồng độ vật liệu khác nhau 87 Bảng 4.7 Kết quả đếm coliform với các mẫu có nồng độ vật liệu khác nhau 88 Bảng 4.8 Độ hấp thụ quang tại b−ớc sóng 461 nm với các mẫu methyl da cam có nồng độ khác nhau 90 Bảng 4.9 Mẫu phân hủy theo thời gian 91 Danh mục các hình vẽ đồ thị Hình 1.1. - Cấu trúc tinh thể MFe2O4 4 Hình 1.2. - Cấu trúc từ của spinen sắt từ và spinen phản sắt từ vị trí 8a(tứ diện) vị trí 16d (bát diện) 8 Hình 1.3: Một vài dạng cấu hình xắp xếp ion trong mạng spinen [4]. - 9 Hình 1.4: Cấu trúc mômen của ferit có kích th−ớc nano 13 Hình 1.5: Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào đ−ờng kính hạt nano từ 15 Hình 1.6: Tính siêu thuận từ của hạt nano từ Mômen từ h−ớng theo trục dễ của hạt T < TB Mômen từ h−ớng theo từ tr−ờng ngoài T > TB 16 Hình 1.7 Sơ đồ biểu diễn ph−ơng pháp phun-nung 21 Hình 1.8 Sơ đồ Nhiệt độ áp suất của các quá trình gia công vật liệu [22] 22 Hình 1.9 Một hệ phản ứng thủy nhiệt đã đ−ợc th−ơng mại hóa có sử dụng khuấy 24 Hình 1.10 Giản đồ pha của n−ớc 25 Hình 2.1 Ma trận 2D hạt nano FePt core/Fe3O4 shell a, TEM b, HRTEM 27 Hình 2.2 a .Sơ đồ mô phỏng lớp phủ về bặt của (i) Fe3O4 với Au để tạo thành hạt nano kị n−ớc Fe3O4 /Au (ii) và hạt nano −a n−ớc (iii) b, Sự hình thành Fe3O4/Au và Fe3O4/Au/Ag 28 Hình 2.2 Cơ chế hình thành hạt nano core/shell trong dung môi phân cực và heterodimer trong dung môi không phân cực 29 Hình 2.3 Heterodimer của Au-Fe3O4 với các kích th−ớc khác nhau 30 Hình 2.4. - Sơ đồ tổng hợp heterodimer FePt/CdS 30 Hình 2.5 Cấu trúc dị chất ba của Fe3O4 Au Fe3O4 31 Hính 2.6 Các cấu trúc dị chất đa thành phần phức tạp khác Các cấu trúc đơn và đa nanorod của Fe3O4-Au- PbSe 31 Hình 2.7 Hạt nano từ đa thành phần với gắn với cấu trúc sinh học Hạt nano từ gắn với virut trong nhận biết tế bào qua MRI 32 Hình 2.8 Các cấu trúc dị chất từ đa chức năng (a)Liposome từ, (b) dimers FePt/Fe2O3 , (c) core/shell silica/ Fe3O4 (d)viên carbon lấp đầy nano từ 32 Hình 2.9 Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano trên nhóm SH 35 Hình 2.10 Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano trên proteinaza 36 Hình 2.11: Cấu trúc tinh thể của TiO2 : a) Rutile b) Anatase c) Brookite (Đậm mầu: oxi. - nhạt màu: Ti) 38 Hình 2.12 : Năng l−ợng vùng cấm của một số chất bán dẫn 39 Hình 2.13 : Giản đồ thế oxi hóa khử của các cặp chất trên bề mặt TiO2 39 Hình 2.14: Giản đồ năng lượng của anatase và rutile 40 Hình 3.1 Sơ đồ hệ phun s−ơng đồng kết tủa. - bình phản ứng 46 Hình 3.2 Thiết bị thủy nhiệt 46 Hình 3.3 Sơ đồ tổng hợp n NiFe2O4 47 Hình 3.4 Cấu trúc của methyl da cam 50 Hình 3.5 Sơ đồ tính toán cho định luật Bouger- Lambert-Beer 51 Hình 3.6 Dạng đ−ờng chuẩn trong phân tích trắc quang 52 Hình 3.7 Sơ đồ máy trắc quang UV-vis 53 Hình 3.8 Sơ đồ thiết bị VSM 55 Hình 3.9 Sơ đồ cấu tạo máy TEM 56 Hình 3.10 Máy nhiễu xạ tia X 61 Hình 3.11 Mặt phản xạ Bragg 62 Hình 3.12 . - 13 Sơ đồ tiến hành phép phân tích MPN 64 Hình 4.1 Giản đồ XRD của vật liệu Vô định hình NiFe2O4 66 Hình 4.2 ảnh chụp TEM của vật liệu Vô định hình NiFe2O4 67 Hình 4.3 Giản đồ XRD của vật liệu tinh thể NiFe2O4 68 Hình 4.4 Giản đồ XRD của vật liệu Zn0.5Ni0.5Fe2O4 70 Hình 4.5 ảnh TEM của vật liệu NiFe2O4 thủy nhiệt tại 120o C ảnh hạt cubic chóp cụt , biên song song, biên hạt vuông góc 71 Hình 4.6 ảnh SEM và TEM của vật liệu tinh thể Zn0.5Ni0.5Fe2O4 72 Hình 4.7 Giản đồ XRD của vật liệu NiFe2O4.TiO2 73 Hình 4.8 ảnh TEM của mẫu vật liệu tổ hợp NiFe2O4.TiO2 74 Hình 4.9 Giản đồ XRD của vật liệu Zn0.5Ni0.5Fe2O4 Ag 75 Hình 4.10 ảnh TEM của mẫu Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag 78 Hình 4.11 ảnh FeSEM của mẫu Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag 79 Hình 4.12 Kết quả TEM của các mẫu thủy nhiệt tại a.120 oC b.140 oC c.160 oC 80 Hình 4.13 Đ−ờng cong từ hóa của các mẫu tại các nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau 81 Hình 4.14 Đ−ờng cong từ hóa của vật liệu NiFe2O4.TiO2 82 Hình 4.15. - Đ−ờng cong từ hóa của vật liệu nano Zn0.5Ni0.5Fe2O4 (a)Trong từ tr−ờng yếu (b)Trong từ tr−ờng mạnh 83 Hình 4.16 Đ−ờng cong từ hóa của vật liệu nano Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag (a)Trong từ tr−ờng mạnh (b)Trong từ tr−ờng yếu 84 Hình 4.17 (I) Hai mẫu ban đầu (II) hai mẫu sau 5 ngày a, Cốc sữa không có vật liệu, b, Cốc sữa có chứa vật liệu sau khi thu hồi vật liệu 85 Hình 4.18 Dạng anion màu vàng của methyl da cam 89 Hình 4.19 Phổ hấp thụ UV-Vis của methyl da cam 89 Hình 4.20 Đồ thị đ−ờng chuẩn trắc quang của methyl da cam 90 Hình 4.21 (a) Phổ UV vis của các mẫu phân hủy theo thời gian (b) Đồ thị phụ thuộc nồng độ mẫu trên nồng độ đầu theo thời gian 91 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Kim Thanh ITIMS Mục lục Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu 1 Ch−ơng I: Tổng quan về họ vật liệu ferrit spinel 3 1.1 Cấu tạo tinh thể 3 1.2 Các họ spinel ferrit 5 1.2.1 Spinel th−ờng 5 1.2.2 Spinel đảo 6 1.2.3 Spinel hỗn hợp 6 1.3 Tính chất từ của spinel ferrit 7 1.3.1. - Mômen từ 10 1.4 Hạt nano spinel ferrit 11 1.4.1 Tính chất từ trong các hạt nano từ 12 1.4.2 Mômen từ 13 1.4.3. - Lực kháng từ 14 1.4.4 Hiện t−ợng hồi phục siêu thuận từ 15 1.4.5 Hạt nano họ niken ferit 16 1.5 Các ph−ơng pháp chế tạo vật liệu nano spinel ferrit 17 1.5.1 Ph−ơng pháp nghiền bi 18 1.5.2 Ph−ơng pháp đồng kết tủa 19 1.5.3 Ph−ơng pháp thiêu kết nhiệt ( ph−ơng pháp gốm) 20 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Kim Thanh ITIMS Ph−ơng pháp phun- nung 21 1.5.5 Ph−ơng pháp thuỷ nhiệt 22 Ch−ơng II : Tổng quan về vật liệu dị chất nano trên cơ sở từ tính 26 2.1 Tổng quan về vật liệu dị chất trên cơ sở nano từ 26 2.1.1Hạt nano core/shell 27 2.1.2 Hạt nano heterodimer hai chức năng 29 2.1.3 Các cấu trúc phức tạp hơn 30 2.1.4 Khả năng ứng dụng của vật liệu dị chất đa chức năng 32 2.2 Tổng quan về Ag và khả năng diệt khuẩn của Ag nano 33 2.2.1 Tính diệt khuẩn 34 2.3 Tổng quan về TiO2 và tính xúc tác quang hóa 38 2.3.1 Các dạng cấu trúc của TiO2 38 2.3.2 Tính xúc tác quang hóa 38 Ch−ơng III : chế tạo mẫu và khảo sát thực nghiệm 44 3.1.Chế tạo mẫu 44 3.1.1.Hoá chất và dụng cụ Hóa chất Công nghệ hệ phun s−ơng đồng kết tủa Thiết bị thủy nhiệt 46 3.1.2 Chế tạo mẫu Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt nano từ tính họ NiFe2O Tổng hợp vật liệu dị chất TiO2/NiFe2O Tổng hợp vật liệu dị chất Ag/ Ni0,5Zn0,5Fe2O4 48 3.2 Các thực nghiệm khảo sát 49 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Kim Thanh ITIMS Thực nghiệm khảo sát tính diệt khuẩn của vật liệu Ni0,5Zn0,5Fe2O4. - Ag Thực nghiệm với sữa t−ơi Xử lý với n−ớc sông Tô Lịch 49 3.2.2 Thực nghiệm khảo sát tính quang hóa của vật liệu NiFe2O4-TiO2 50 3.2.3.Các ph−ơng pháp thực nghiệm Ph−ơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Ph−ơng pháp đo từ kế mẫu rung (VSM Ph−ơng pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM . - Ph−ơng pháp nhiễu xạ tia X Ph−ơng pháp xác định chỉ số colifrom trong n−ớc thải theo kỹ thuật lên men nhiều ống 63 Ch−ơng IV: Kết quả và thảo luận 66 4.1 Đặc tr−ng tinh thể học , hình thái học và kích th−ớc hạt của vật liệu 66 4.1.1 Vật liệu NiFe2O4 và Ni0,5Zn0,5Fe2O4 66 4.1.2 Vật liệu dị chất NiFe2O4.TiO2 73 4.1.3 Vật liệu dị chất Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag 75 4.2. - Tính chất từ 79 4.2.1 ảnh h−ởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến tính chất từ của vật liệu NiFe2O4 80 4.2.2 Tính chất từ của vật liệu NiFe2O4.TiO2 82 4.2.3 Tính chất từ của vật liệu Zn0.5Ni0.5Fe2O4 83 4.2.4 Tính chất từ của vật liệu Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag 84 4.3 Khả năng ứng dụng của các vật liệu từ dị chất trong xử lý môi tr−ờng 84 4.3.1 Khả năng diệt khuẩn của vật liệu Zn0.5Ni0.5Fe2O4.Ag Thử nghiệm sơ bộ với sữa t−ơi 85 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Kim Thanh ITIMS Thử nghiệm với n−ớc sông Tô Lịch 86 4.3.2 Khả năng xúc tác quang hóa phân hủy chất hữu cơ của vật liệu NiFe2O4.TiO2 88 4.3.3 Thảo luận 92 Kết luận 93 Tài liệu tham khảo 94 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Kim Thanh ITIMS Lời mở đầu Công nghệ nano là một ngành công nghệ mới trong thập niên gần đây. - Đối t−ợng của ngành công nghệ này là các vật liệu nano. - Vật liệu nano là vật liệu có kích th−ớc một chiều nào đó
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt