1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, vật liệu nano được biết đến với các ứng dụng như: cung cấp
năng lượng sạch, truyền tải điện năng hiệu suất cao, sử dụng vật liệu nano cho
các hệ thống lọc nước sạch… Một số nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nhật
Bản, các nước châu Âu đã nhìn nhận công nghệ nano như một trong những lĩnh
vực triển vọng nhất của thế kỷ 21 và đã có các dự án đầu tư tương đối lớn cho
lĩnh vực này. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển thì công nghệ nano chưa
được phát triển và vẫn còn rất mới. Việt Nam cũng nằm trong nhóm các nước
này.
Trong vài thập kỷ vừa qua, ở Việt Nam, sự phát triển khoa học và công
nghệ và sự đô thị hoá làm tăng ô nhiễm môi trường do nguồn khí thải, nước thải
và chất thải rắn không được sử lý một cách triệt để. Một trong các vấn đề được
quan tâm đó là nước sinh hoạt đang ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm ngày càng
tăng.
Hiện nay, ở nước ta nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu là nguồn
nước ngầm. Nhưng nguồn nước này ở một số khu vực bị ô nhiễm, chứa các
chất có hại cho sức khoẻ con người như các kim loại nặng, các hợp chất lưu
huỳnh, các hợp chất nitơ, các hợp chất halogen và các hợp chất hữu cơ…Vấn đề
mà người dân ở các tỉnh, thành phố như: Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh
Phúc, Nghệ An, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Hà Tĩnh,… đặc biệt quan tâm đó
là sự ô nhiễm asen, amoni trong nguồn nước sinh hoạt. Đây là các hợp chất có
hại cho sức khoẻ con người, gây bệnh hiểm nghèo như ung thư, suy giảm hoạt
động hệ tiêu hoá và tiết liệu.
Các phương pháp hóa học, hóa-lí để xử lý nước như: kết tủa, hấp thụ, hấp
phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, thẩm thấu ngược , tùy theo yêu cầu cụ
thể mà chọn phương pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Phương pháp hấp phụ là biện
pháp phổ biến và có hiệu quả để loại bỏ asen, nhất là việc sử dụng vật liệu nano.
2
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Tổng quan tình hình ô nhiễm asen, sắt, mangan, amoni trong nƣớc ngầm
ở Việt Nam
Nhu cầu của nước sinh hoạt và công nghiệp tồn tại song song với sự phát
triển của con người, ở đâu có nước thì ở đó mới có sự sống. Đối với các hệ
thống cấp nước công đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được quan
tâm, bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phụ
thuộc vào sự biến động theo mùa. Ngoài ra, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh
hưởng bởi tác động của con người. Chất lượng nước ngầm tốt hơn chất lượng
nước mặt rất nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay hạt lơ
lửng, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh thấp. Thành phần đáng quan tâm trong
nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện hạ tầng, thời tiết,
nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có
điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng
nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu
ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm còn bị nhiễm bẩn do
tác động của con người như các chất thải của con người, động vật, các chất thải
sinh hoạt, chất thải hoá học, việc sử dụng phân bón hoá học… Tất cả những loại
chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm
nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người
đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, do các vi khuẩn gây bệnh,
nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và
0,01mgAs/l) [4].
Theo tác giả Phạm Hùng Việt và các cộng sự, hàm lượng asen trong
nước ngầm vùng đồng bằng sông Hồng dao động trong khoảng 1-3050 µg/l
(trung bình là 159 µg/l) [5]. Cũng theo tác giả Phạm Hùng Việt và các cộng sự
công bố ở công trình [6] hàm lượng asen trong rất nhiều mẫu nước ngầm Hà
5
Nội cao hơn 550µg/l và dạng tồn tại chủ yếu là As(III). Theo nghiên cứu của tác
giả Tetsuro Agusa và các cộng sự ở thời điểm năm 2001, khi nghiên cứu các
mẫu nước ngầm ở khu vực huyện Gia Lâm và Thanh Trì, thành phố Hà Nội
hàm lượng asen trong nước ngầm trong khoảng 0,1 đến 330 µg/l, với 40% mẫu
vượt quá tiêu chuẩn cho phép về nước uống của WHO là 10µg/l [7].
Nghiên cứu của Nguyễn Vân Anh và các cộng sự khảo sát sự ô nhiễm
asen tại ba làng Vĩnh Trù, Bồ Đề, Hoà Hậu của tỉnh Hà Nam, nguồn nước người
dân ở các làng này sử dụng chủ yếu là nước ngầm, nồng độ asen trong các mẫu
nước ngầm tại các khu vực này trung bình là 348, 211 và 325 µg/l vượt quá tiêu
chuẩn cho phép (10 µg/l) [8].
Theo nghiên cứu của Hoàng Thị Hạnh và các cộng sự vào năm 2007-
2008 [9] ở các tỉnh vùng đồng bằng sông Mê Kông như An Giang, Đồng Tháp,
Kiên Giang và Long An hàm nước asen trong các mẫu nước ngầm được đưa ra
trong bảng sau.
Bảng 1.1. Hàm lượng asen trong mẫu nước ngầm ở đồng bằng sông Mê
Kông [9]
Địa điểm
Số lượng mẫu
nghiên cứu
Phần trăm mẫu vượt
ngưỡng 10 µg (%)
Giá trị trung
bình (µg/l)
chuyển thành dễ tan và đi vào nước.
Các dạng tồn tại của asen trong nƣớc:
Asen tồn tại ở các mức oxi hoá -3, 0, +3 và +5. Trong môi trường nước,
tồn tại các dạng axit asenơ (H
3
AsO
3
, H
2
AsO
3
-
, HAsO
3
2-
), axit asenic (H
3
AsO
4
,
H
2
AsO
4
-
, HAsO
4
2-
), asenit (AsO
3
Sử dụng nước có hàm lượng asen trong thời gian dài sẽ gây tổn thương
gan, thận và dẫn tới những bệnh mãn tính.
Hấp thụ nhiều asen vô cơ có thể dẫn đến nguy cơ ung thư phổi, ung thư
thận, ung thư bang quang và thông thường hay gặp là các dạng ung thư da.
7
Nhiều người nhiễm bệnh đã bị rụng các ngón chân, ngón tay thậm chí tử
vong. Asen(III) thể hiện độc tính vì nó tấn công vào các nhóm hoạt động -SH
của enzym, cản trở hoạt động của enzym làm đông tụ các protein. Còn As(V) có
tính chất tương tự ion PO
4
3-
nên sẽ thay thế PO
4
3-
gây ức chế enzym, ngăn cản
tạo ra ATP là chất sản sinh ra năng lượng.
1.2. Ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm
Ở trong nước ngầm, amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxi. Khi
khai thác lên, vi sinh vật trong nước nhờ oxi trong không khí chuyển amoni
thành các dạng nitrat (NO
3
-
), nitrit (NO
2
-
) tích tụ trong nước ăn. Khi ăn uống
nước có chứa nitrit, cơ thể sẽ hấp thụ nitrit vào máu và chất này sẽ tranh oxi của
hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxi, dẫn đến tình trạng thiếu máu,
xanh da. Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dưới sáu tháng, có
điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội… mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ xử lý
nước ngầm sao cho phù hợp.
Tiêu chuẩn 1329/2002/BYT/QĐ quy định giới hạn cho phép đối với amoni,
asen, sắt và mangan được phép có mặt trong nước ăn, uống lần lượt là 1,5; 0,01;
0,5; 0,5 mg/l. Loại bỏ amoni, asen, sắt và mangan ra khỏi nước ngầm trong khai
thác để đạt tiêu chuẩn an toàn sức khoẻ là cần thiết. Trên thế giới có 4 loại hình
công nghệ đang được áp dụng là: oxi hoá-kết tủa, trao đổi ion, phương pháp vi
sinh và phương hấp phụ.
2.1. Phƣơng pháp oxi hoá-kết tủa
Trong quy trình xử lý nước hiện hành, nước ngầm được bơm từ giếng
khoan hay giếng đào lên và làm thoáng bằng giàn mưa để cung cấp oxi. Nước
9
sau khi làm thoáng được dẫn vào bể khuấy trộn và lắng cặn, sau đó nước được
tiếp xúc với hoá chất có tác dụng đẩy nhanh quá trình oxi hoá Fe(II), Mn(II) và
amoni, nước từ bể lắng được dẫn qua bể lọc, bể lọc chứa nhiều loại lớp vật liệu
lọc. Nước sạch sau khi qua bể lọc được khử trùng bằng clo trước khi cung cấp
cho người sử dụng.
Tác giả Cao Thế Hà và nhóm cộng sự đã nghiên cứu xử lý asen trong
nước ngầm bằng phương pháp oxi hoá kết hợp hấp phụ trên FeOOH - hình
thành trong quá trình xử lý sắt. Nhóm tác giả sử dụng các chất oxi hoá như
KMnO
4
, Cl
2
, H
2
O
2
đã xử lý asen trong nước ngầm tới tiêu chuẩn vệ sinh ăn
- Các chất trao đổi ion có nguồn gốc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên: axit
humic của đất.
- Các chất trao đổi ion tổng hợp gồm các khung polimer hữu cơ được gắn
các nhóm có khả năng trao đổi với anion, cation như: RSO
3
H, RCOOH,
ROH, RPO
3
H
Trong thực tế nhựa trao đổi ion cần đến 60% thể tích bình chứa và 40%
còn lại là thể tích dung dịch đi vào. Phương pháp này phù hợp cho quy trình sản
xuất nhỏ, còn với quy trình sản xuất lớn bị hạn chế vì giá thành cao.
Phương pháp trao đổi ion được mở rộng để tách amoni khỏi nước. Phần
lớn các nhựa trao đổi cation có độ chọn lọc thấp đối với ion amoni. Zeolit, đặc
biệt clinoptilolit và chabazit tự nhiên có độ chọn lọc cao đối với amoni. Dung
lượng trao đổi ion của clinoptilolit vào khoảng 14÷32 g amoni/kg.
Một số công trình sử dụng phương pháp trao đổi ion xử lý asen trong
nước như [15, 16].
2.3. Phƣơng pháp vi sinh
Trong nước ngầm, các hợp chất nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất
hữu cơ, nitrit, nitrat, và amoni. Vấn đề xử lý amoni trong nước cấp, nhất là ở
mức nồng độ cao cỡ 10÷20 mg/l và hơn nữa, còn khá mới mẻ không chỉ ở Việt
Nam mà còn trên thế giới. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy, trong số các
11
phương pháp xử lí amoni trong nước cấp thì phương pháp oxi hóa bằng vi sinh
tỏ ra có nhiều ưu điểm. Phương pháp này không gây ô nhiễm, không cần giai
đoạn xử lý phụ như phương pháp clo hóa, hoặc tốn kém trong công đoạn hoàn
nguyên vật liệu như trao đổi cation. Cơ chế sinh hóa của quá trình xử lý amoni
trong nước ngầm bằng phương pháp sinh học có thể được mô tả như sau: Đầu
Hấp phụ hoá học tạo thành lực liên kết hoá học giữa mặt chất bị hấp phụ
và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này tương đối bền và khó bị phá vỡ.
Thông thường, trong quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá trình
trên. Trong đó, hấp phụ hoá học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và
phản ứng hoá học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học, người ta
đưa ra một số chỉ tiêu so sánh sau:
- Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hoặc đa lớp, hấp phụ hoá học chỉ là đơn
lớp.
- Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó
xảy ra nhanh, hấp phụ hoá học nói chung đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do
đó xảy ra chậm hơn.
- Nhiệt lượng hấp phụ: Đối với hấp phụ vật lý lượng nhiệt toả ra
ΔH≤20kJ/mol, còn hấp phụ hoá học nhiệt toả ra ΔH≥50kJ/mol.
- Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hoá học do đó ít
mang tính đặc thù rõ rệt. Còn hấp phụ hoá học mang tính đặc thù cao, nó
phụ thuộc vào khả năng tạo thành liên kết hoá học giữa chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ.
2.4.1. Cân bằng hấp phụ và dung lƣợng hấp phụ
Cân bằng hấp phụ: quá trình chất khí hoặc chất lỏng hấp phụ trên bề mặt
chất hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ đã hấp
13
phụ trên bề mặt chất bị hấp phụ vẫn di chuyển ngược lại. Theo thời gian, lượng
chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển
ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ
bằng tốc độ di chuyển ngược lại pha mang (giải hấp) thì quá trình hấp phụ đạt
cân bằng.
Dung lượng hấp phụ cân bằng được biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ
trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều
kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước.
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren :
Dạng tích phân của phương trình trên là:
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:
Dạng tích phân của phương trình này là:
Trong đó, q
e
: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g), q
t
: dung
lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g), k
1
: hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất biểu
kiến (phút
-1
), k
2
: hằng số tốc độ hấp phụ bậc hai biểu kiến (g.mg
-1
.phút
-1
).
Từ các phương trình trên, có thể xác định được giá trị thực nghiệm của q
theo t và tính được hằng số tốc độ hấp phụ biểu kiến k
1
, k
2
Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g), b: Hằng số, C
f
: Nồng độ chất bị hấp phụ
trong dung dịch tại thời điểm t (mg/l). Khi b.C
f
<< 1 thì q = q
max
.b.C
f
mô tả
vùng hấp phụ tuyến tính, khi b.C
f
>> 1 thì q = q
max
mô tả vùng bão hòa hấp phụ.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình
đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách
đưa phương trình trên về phương trình đường thẳng: 16
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc C
f
/q vào C
f
sẽ xác định được các hằng số
(b, q
max
Bảng 1.2. Một số vật liệu hấp phụ asen trong nước ngầm
STT
Tên vật liệu
Dạng asen xử
lý
Tài liệu tham khảo
1
Hỗn hợp oxit hệ Fe-Ce
As(V)
[20]
2
Quặng sắt-mangan
As(III), As(V)
[21]
3
Oxit MgO nanoflakes
As(III)
[22]
4
Oxit hỗn ôxit hệ Fe-Zr
As(III), As(V)
[23]
5
Oxit Fe
3
O
4
, Mn
3
O
vật lí, còn hướng tiếp cận từ dưới lên thường được thực hiện bằng con đường
hoá học.
Ưu điểm của các phương pháp vật lí là tổng hợp được lượng lớn các hạt
nano, nhưng sự đồng đều kích thước hạt không cao do khó điểu khiển được kích
thước hạt. Một nhóm các phương pháp sol-khí (aerosol) vật lý được đưa ra để
18
tổng hợp các hạt vật liệu oxit kích thước nanomet. Nhóm phương pháp này bao
gồm công nghệ ngưng tụ từ pha hơi, phương pháp phun nung, lắng đọng hóa
nhiệt của tiền chất kim loại-hữu cơ trong các buồng phản ứng ngọn lửa và các
quá trình aerosol khác được đặt tên theo các nguồn năng lượng được sử dụng để
cung cấp nhiệt độ cao trong sự biến đổi khí-hạt.
Ngược lại, các phương pháp hoá học đi từ các hợp chất trong pha lỏng
cũng đã thu hút nhiều nhà khoa học do khả năng có thể điều khiển được kích
thước hạt, thu được các hạt nano đồng đều. Ngoài ra, các hạt nano có hình dạng
đa dạng như nano dạng hạt, dạng thanh, dạng sợi, dạng đĩa … có thể được tổng
hợp từ các điều kiện phản ứng rất khác nhau (như sử dụng những hỗn hợp các
chất hoạt động bề mặt khác nhau…).
Các phương pháp chế tạo vật liệu nói chung và vật liệu nano nói riêng rất
phong phú và đa dạng. Mỗi cách tổng hợp đều có ưu hoặc nhược điểm khác
nhau. Tùy mục đích sử dụng loại vật liệu nano nào mà người ta có thể chọn
cách tổng hợp thích hợp và có hiệu quả cao.
Trong khuôn khổ bản luận án tác giả đề cập đến một số phương pháp tổng
hợp vật liệu bằng phương pháp hoá học điển hình.
Hiện nay, các phương pháp hóa học ta có thể tạo ra các hạt nano đồng
nhất có kích thước và hình dạng đa dạng. Sau đây là các phương pháp tiêu biểu:
kết tủa, khử, cháy nổ, phun nóng phân hủy nhiệt, mixen (đảo), quá trình sol-gel,
keo tụ trực tiếp trong dung môi sôi cao, thủy nhiệt…
3.1. Phƣơng pháp đồng tạo phức
Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phức cùng
ảnh hưởng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết
tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm
cuối cùng.
Một số hợp chất có kích thước nano được điều chế bằng phương pháp này
được đưa ra ở bảng sau. 20
Bảng 1.3. Một số hợp chất kích thước nano được điều chế bằng phương
pháp đồng kết tủa
Tên vật liệu
Tiền chất
Nhiệt độ nung
(
0
C)
Kích
thước hạt
(nm)
Tài liệu tham
khảo
SiO
2
-CaO-
P
2
O
5
TEOS, Ca(NO
Fe
3
O
4
FeCl
3
.6H
2
O,
FeCl
2
.4H
2
O
-
8,9-12
[29]
CoFe
2
O
4
/SiO
2
CoCl
3
.6H
2
O,
FeCl
3
20
[31]
Vật liệu tổng hợp được bằng phương pháp này cho kích nhỏ, đồng đều,
các tiền chất để tổng hợp đơn giản dễ tìm. Tuy nhiên, để tổng hợp vật liệu nào
đó, không phải lúc nào cũng lựa chọn được các tiền chất thích hợp.
3.3. Phƣơng pháp sol-gel
Mặc dù đã được nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trước, nhưng
gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel
lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu cấp hạt
nano.
Sol là trạng thái tồn tại ổn định của các hạt rắn tướng colloide bên trong
chất lỏng, và để cho các hạt rắn tồn tại ở trạng thái ổn định kích thước, các hạt
phải đủ nhỏ để lực cần phân tán phải lớn hơn trọng lực. Colloide là các hạt có
kích thước trong phạm vi 2 mm đến 0,2 µm và trong mỗi hạt tồn tại khoảng 10
3
đến 10
9
phân tử. Gel là chất rắn rỗ xốp có cấu tạo mạng liên kết ba chiều bên
21
trong môi trường phân tán chất lỏng, và gel hình thầnh từ các hạt keo (collolide)
gọi là colloide gel, còn trong trường hợp được tạo thành từ những đơn vị hoá
học nhỏ hơn các hạt colloide thì gọi là gel cao phân tử.
Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và đông tụ tiền
chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxit siêu nhỏ trong chất lỏng.
Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim loại như các
alkoxide của silic, nhôm, titan… Giai đoạn này có thể điều khiển bằng sự thay
đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng xúc tác, nồng độ tác nhân, tỷ lệ nước…
Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành mạng polime liên tục hay gel
khảo
SnO
2
SnCl
2
.2H
2
O/
polyetylene glycol
(PEG)
450
-
23-31
[33]
NiO
Ni(NO
3
)
2
.6H
2
O/
Citric axit
550
54
30-80
[34]
TiO
2
O/ axit
oxalic/ancol
La
0.67
Sr
0.33
MnO
3
(La(NO
3
)
3
.6H
2
O,
Mn(NO
3
)
2
.4H
2
O,
Sr(NO
3
)
3
/ etylen
glycol, axit citric
sản phẩm cuối cùng.
Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả 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 chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hoá
khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành một phương pháp
hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp so với các phương pháp
truyền thống.
Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là:
- Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản.
- Sản phẩm có độ mịn, độ tinh khiết cao.
23
- Nhiệt độ nung gel không cao, tiết kiệm năng lượng.
Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha cũng
như sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phương pháp hoá học ướt thường sử dụng
các tác nhân tạo gel. Một số polime hữu cơ được sử dụng ngoài vai trò tác nhân
tạo gel còn là nguồn nhiên liệu như polivinyl alcol, polietylen glycol,
polyacrylic axit và có thể là hồ tinh bột. Trong phương pháp này, dung dịch tiền
chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với
polyme hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt. Làm bay hơi nước hoàn
toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở khoảng 300 – 900
o
C
thu được các oxit phức hợp. Một số vật liệu thu được theo phương pháp điều
chế này được đưa ra ở bảng sau.
Bảng 1.5. Một số vật liệu được điều chế bằng phương pháp đốt cháy gel polime
Tên vật
liệu
Tiền chất/Chất tạo
gel
-
[39]
Fe
2
O
3
Fe(NO
3
)
3
/glyxin
500
30-40
-
[40]
γ-Al
2
O
3
Al(NO
3
)
3
/polyvin
yl ancol (PVA)
850/1h
17,6
122,7
[41]
polyvinyl ancol
600/2h
<50
72,66
[43]
Ni
1-x
Cu
x
Fe
2
O
4
Fe(NO
3
)
3
·9H
2
O,
Cu(NO
3
)
2
·3H
2
O,
Ni(NO
O,
La(NO
3
)
3
.6H
2
O/
citric axit
500/2h
24
25,8
[45]
Ni
0.25
Mn
0.75
Fe
2
O
4
Ni(NO
3
)
2
,
Mn(NO
3
)
được nhiều vật liệu mong muốn.
Có thể kể ra một số ưu điểm của phương pháp này là :
+ Thao tác đơn giản.
+ Có khả năng điều chỉnh kích thước hạt bằng nhiệt độ thủy nhiệt.
25
+ Có khả năng điều chỉnh hình dạng các hạt bằng cách sử dụng các dạng
tiền chất khác nhau.
+ Thu được sản phẩm chất lượng cao, tinh khiết từ các vật liệu không tinh
khiết ban đầu, quá trình sử dụng các phân tử tiền chất không phải là các khối vật
liệu lớn.
+ Có thể dùng các nguyên liệu rẻ tiền để tạo các sản phẩm có giá trị.
+ Có thể sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau.
Nhược điểm:
+ Tạo ra tạp chất không mong muốn.
+ Một số chất không thể hoà tan trong nước, do đó không thể dùng phản
ứng thuỷ nhiệt.
Bảng 1.6. Một số vật liệu được điều chế bằng phương pháp thuỷ nhiệt
[47]
Tên vật liệu
Khoảng phân bố kích
thước hạt (nm)
Kích thước hạt trung
bình (nm)
α-Fe
2
O
3
-
100
CoFe
2
O
4
-
20
Copyright: Tài liệu đại học ©