Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Bài viết này trình bày các kết quả nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb2+ của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm. Cấu trúc tinh thể, hình thái học, kích thước và tính chất từ của mẫu vật liệu được xác định bằng các phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và từ kế mẫu rung (VSM).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âmPhạm Hoài Linh và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ189(13): 155 - 161NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Pb(II)CỦA CÁC HẠT NANO Fe3O4 VÀ MnFe2O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁPĐỒNG KẾT TỦA CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂMPhạm Hoài Linh1, Nguyễn Văn Khiển2, Tạ Ngọc Bách1,Hoàng Đình Khánh1, Phạm Anh Tuân3, Nguyễn Văn Đăng2*1Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,2Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, 3Đại học Điện LựcTÓM TẮTBài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb 2+ của các hạtnano Fe3O4 và MnFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm. Cấutrúc tinh thể, hình thái học, kích thước và tính chất từ của mẫu vật liệu được xác định bằng cácphép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và từ kế mẫurung (VSM). Kết quả phân tích cho thấy, trong cùng một điều kiện chế tạo, các hạt nano Fe 3O4 códạng hình cầu với kích thước trung bình cỡ 12 nm và các hạt nano MnFe 2O4 có dạng hình tựa lậpphương với kích thước trung bình cỡ 20 nm. Hai mẫu vật liệu đều thể hiện đặc tính siêu thuận từ ởnhiệt độ phòng với nhiệt độ khóa cho mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 lần lượt là 251 K và 268 K. Giá trịmô men từ bão hòa thu được cho các mẫu là cao, mẫu Fe3O4 có mô ment từ bão hòa là 72 emu/gvà mẫu MnFe2O4 là 65 emu/g. Khả năng hấp phụ Pb2+ của các hạt nano từ được khảo sát, kết quảcho thấy các hạt nano này có dung lượng hấp phụ cao. Hạt nnao Fe3O4 có khả năng hấp phụ Pb2+với dung lượng 65,83 mg/g và hạt nano MnFe2O4 là 47,66 mg/g.Từ khóa: Tính chất từ, Hấp phụ kim loại nặng, hạt nano ferrite spinelMỞ ĐẦU*Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc củacác nghành khoa học kỹ thuật và sự nở rộ củacác ngành công nghiệp phục vụ đời sống, conngười đang phải đối mặt với vấn đề về ônhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môitrường nước. Thực trạng hiện nay cho thấy,nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi cácloại chất thải độc hại từ các nhà máy, trong đóphải kể đến các kim loại nặng như As, Cd,Pb, Cr [1]. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặngtrong nguồn nước đang đe dọa chất lượngcuộc sống của con người. Việc tìm kiếm giảipháp cũng như các phương pháp loại bỏ kimloại nặng ra khỏi nguồn nước đang thu hút rấtnhiều nghiên cứu trên thế giới. Có nhiềuphương pháp xử lí nước đã và đang được sửdụng như: công nghệ kết tủa, lắng/lọc, côngnghệ trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thẩmtách, hấp phụ… [2]. Trong tất cả các kỹ thuậtđã đề cập, hấp phụ là phương pháp đã đượcứng dụng rộng rãi do hệ thống hấp phụ đượcthiết kế đơn giản, dễ sử dụng, tiết kiệm và cho*Tel: 0983.009975, Email: dangnv@tnus.edu.vnthấy hiệu quả cao hơn đối với việc loại bỏ cácchất ô nhiễm độc hại khác nhau. Cùng với sựphát triển của ngành công nghệ nano, việcứng dụng vật liệu nano trong phương pháphấp phụ nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm độchại trong nước đã được báo cáo rộng rãi [3].Trong những năm qua, các nghiên cứu chỉ rarằng vật liệu từ cấu trúc nano đặc biệt là vậtliệu từ thuộc họ cấu trúc spinel cho hiệu quảcao trong việc loại bỏ các kim loại nặng trongnước [4]. Do có bề mặt với tỷ lệ diện tích lớnvà cấu trúc bề mặt có tính linh hoạt cao, vậtliệu nano ferrite spinel dễ dàng tương tác vớicác vật liệu khác. Dưới tác dụng của từtrường ngoài, các vật liệu này dễ dàng đượctách tuyển, thu hồi và tái sử dụng lâu dài saukhi đã hấp phụ các chất gây ô nhiễm. Theobáo cáo tổng hợp của tác giả Yun [5], các vậtliệu nano oxit sắt như Fe3O4, γ-Fe2O4 đượcxem là những vật liệu từ đầu tiên nghiên cứucho ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt nanooxit sắt có khả năng hấp phụ mạnh với dảirộng các kim loại nặng cũng như các chất hữucơ độc hại như As, Cr, Cu, Pb [6]. Bên cạnh155Phạm Hoài Linh và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆđó, vật liệu MnFe2O4 được đặc biệt chú ý bởibởi từ tính tương đối cao xấp xỉ với các vậtliệu oxit sắt, độ bền hóa học cao và diện tíchbề mặt lớn. Đặc biệt tính ổn định trong môitrường axit có pH thấp (pH 2,0-6,0) là một lợithế để chúng có thể ứng dụng trong xử lýnước ô nhiễm [7]. Thông thường vật liệuferrite spinel thường được chế tạo bằng mộtsố phương pháp hóa học như đồng kết tủa,sol-gel, thủy nhiệt... [8]. Để thu được hiệuxuất hấp phụ cao, các nghiên cứu thườnghướng đến các phương pháp chế tạo nhằmnâng cao từ tính và diện tích bề mặt của cáchạt nano từ. Trên thực tế, diện tích bề mặt hấpphụ tăng khi giảm kích thước của vật liệu.Tuy nhiên, khi giảm kích thước vật liệu thì từtính của vật liệu cũng sẽ suy giảm bởi chấtlượng tinh thể giảm do tỷ phần mất trật tự bềmặt hay còn gọi lớp chết là lớn [9]. Do đó,việc chế tạo hạt nano có kích thước nhỏ đảmbảo được giá trị từ tính của vật liệu vẫn đanglà vấn đề được quan tâm.Trong nghiên cứu này, chúng tôi ngh ...