Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu nano có cấu trúc hình thái khác nhau
được quan tâm nghiên cứu như các vật liệu nano dạng hạt thanh, dây, ống, dung
dịch... Các vật liệu nano có thể là các kim loại hay oxit, các hợp chất vô cơ, hữu
cơ, các chất bán dẫn... Thí dụ như các hạt nano: Au, Ag, TiO2, SiO2, ZrO2,
Fe2O3…; các ống, dây và thanh nano: C, Au, Pt, Ag, TiO2, ZnO…; các màng
nano: SiO2, TiO2 các hạt nano tinh thể bán dẫn có cấu trúc chấm lượng tử
(quantum dot) như ZnS, CdSe…
Tất cả các vật liệu nano đều bắt nguồn từ kích thước rất nhỏ bé của
chúng. Những đặc điểm và tính chất mới lạ xuất hiện so với các vật liệu khối.
Có ba nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biết này: thứ nhất là tác động của các
hiệu ứng lượng tử khi hạt có kích thước nano. Các hạt không tuân theo quy luật
vật lý cổ điển nữa, thay vào đó là các quy luật vật lý lượng tử mà hệ quả quan
trọng là các đại lượng vật lý bị lượng tử hóa; thứ hai là hiệu ứng bề mặt: kích
thước của hạt càng giảm thì phần vật chất tập trung ở bề mặt chiếm một tỷ lệ
càng lớn, hay nói cách khác là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng
càng lớn; cuối cùng là hiệu ứng tới hạn, xảy ra khi kích thước của vật liệu nano
đủ nhỏ để so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất. Từ ba yếu tố
này các tính chất mới lạ của vật liệu nano đã được nghiên cứu và ứng dụng tạo
ra những sản phẩm mang tính đột phá phục vụ cho đời sống con người.
Vật liệu nano có thể tồn tại ở hai dạng là kết tinh và vô định hình. Hiện
nay, các hạt nano tinh thể được nghiên cứu nhiều, thì vật liệu nano vô định hình
không dành được nhiều chú ý do chúng không đa dạng bằng vật liệu tương ứng
ở dạng tinh thể. Vật liệu nano vô định hình chỉ có trật tự gần, nên chúng có cấu
trúc và tính chất hoàn toàn khác biệt so với dạng tinh thể. Chính vì vậy, việc
nghiên cứu vật liệu nano vô định hình là một lĩnh vực khá mới mẻ, có tiềm năng
ứng dụng vào công nghệ và cuộc sống. Nhận thấy điều đó, chúng tui đã tiến
hành khảo sát, nghiên cứu các vật liệu nano vô định hình, mà cụ thể ở đây là vật
liệu nano oxit sắt vô định hình do sự phổ biến, phương pháp chế tạo đơn giản,
chi phí thấp và tính ứng dụng cao của vật liệu này.
Oxit sắt vô định hình có nhiều tính chất mới lạ so với oxit sắt ở dạng kết
tinh, trong đó đặc biệt phải kể đến tính xúc tác và hấp phụ, có nguyên nhân từ
diện tích bề mặt lớn của vật liệu vô định hình. Khả năng xúc tác của oxit sắt vô
định hình đã được công bố trong nhiều tài liệu khác nhau, đây cũng là một trong
những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu này.
Vô định hình là trạng thái giả bền, tức là nó bị già hóa theo thời gian. Vì
vậy việc xác định thời gian già hóa để biết thời gian sử dụng của vật liệu là cần
thiết. Rất tiếc trên thế giới vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu một cách cụ
thể. Do vậy, mục tiêu của luận văn là nghiên cứu quá trình già hóa của vật liệu
oxit sắt vô định hình, cụ thể ở đây là quá trình kết tinh.
Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu của tập thể khoa học về vật
liệu nano oxit sắt vô định hình[ 38, 39], chúng tui xác định mục tiêu của luận
văn là tập trung nghiên cứu:
- Chế tạo và nghiên cứu quá trình kết tinh vật liệu nano oxit sắt vô định
hình.
- Nghiên cứu khả năng chống lão hóa của vật liệu nano oxit sắt vô định
hình bằng cách pha crom.
Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng 2 mô hình nghiên cứu là phân tích
nhiệt và động lực học từ. Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội
dung luận văn này được trình bày có hệ thống trong 3 chương, nội dung chính
của mỗi chương như sau:
 Trong chương 1 trình bày tổng quan về tính chất cơ bản của vật liệu nano,
lựa chọn phương pháp chế tạo vật liệu nano vô định hình, mô hình nghiên
cứu động lực học kết tinh và ưu điểm của oxit sắt trong việc xử lí asen.  Chương 2 mô tả chi tiết phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit vô định
hình. Đồng thời nêu lên sơ lược lí thuyết một số phép đo và thống kê chi
tiết các thông số kĩ thuật của các thiết bị nghiên cứu đã sử dụng trong
luận văn.
 Nội dung chính của chương 3 đề cập đến các kết quả chế tạo vật liệu
bằng phương pháp hóa siêu âm, nghiêm cứu tính chất của các vật liệu
nano oxit sắt Fe2O3 và Fe2-xCrxO3 vô định hình.

Luận văn ThS. Vật lý Chất rắn -- Trường đại học Khoa học Tự Nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Trình bày tổng quan về tính chất cơ bản của vật liệu nano, lựa chọn phương pháp chế tạo vật liệu nano vô định hình, mô hình nghiên cứu động lực học kết tinh và ưu điểm của oxit sắt trong việc xử lí asen. Mô tả chi tiết phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit vô định hình; nêu sơ lược lí thuyết một số phép đo và thống kê chi tiết các thông số kĩ thuật của các thiết bị nghiên cứu. Đưa ra các kết quả chế tạo vật liệu bằng phương pháp hóa siêu âm, nghiêm cứu tính chất của các vật liệu nano oxit sắt Fe2O3 và Fe2-xCrxO3 vô định hình

1.8. Các mô hình nghiên cứu động lực học kết tinh
Oxit sắt vô định hình, một loại vật liệu khá bền, không có đặc tính trât tự
xa của tinh thể. Nó có một số trật tự tầm ngắn ở kích cỡ nguyên tử do bản chất
của liên kết hóa học. Trong một số điều kiện nhất định, trạng thái vô định hình
có thể biến đổi sang các trạng thái tinh thể trong một quá trình được gọi là kết
tinh mặc dù các tính chất vật lý và hóa học của các vật liệu được biến đổi tương
ứng. Quá trình kết tinh không xảy ra ở một nhiệt độ mà ở tất cả các nhiệt với tốc
độ khác nhau. Nhiệt độ kết tinh thường được xác định từ việc phân tích nhiệt, là
nhiệt độ tại đó quá trình kết tinh đạt tối đa. Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh,
quá trình kết tinh xảy ra ở tốc độ thấp hơn nhiều và thường bị bỏ qua trong thời
gian thử nghiệm thực tế. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng của vật liệu oxit sắt vô
định hình, chúng ta phải nghiên cứu những thay đổi trong các tính chất vật lý và
hóa học do quá trình phản ứng trạng thái rắn (lão hóa) theo thời gian. Điều quan
trọng là nghiên cứu làm thế nào để làm chậm quá trình lão hóa và ảnh hưởng của
nó trên các thuộc tính hình thái học, hóa học và vật lý do việc chuyển đổi trạng
thái kết tinh ổn định hơn, mặc dù đã có một vài bài báo về việc chuyển đổi tinh
thể vô định hình ở nhiệt độ khoảng 300oC [49].
Để nghiên cứu hiệu ứng lão hóa của các vật liệu vô định hình, chúng ta
phải hiểu được quá trình kết tinh không xảy ra ở nhiệt độ duy nhất. Mô hình
được sử dụng nhiều nhất để hiểu được phản ứng trạng thái rắn là mô hình phản
ứng xảy ra theo cấp số mũ [26]. Nếu gọi x là tỉ phần của pha kết tinh thì tốc độ
kết tinh dx/dt sẽ tỉ lệ với tỉ phần của pha vô định hình (1 - x)n:
K(1 x) n
dt
dx
  (1)
với t là thời gian và n là bậc của các phản ứng.
Hằng số đặc trưng cho tốc độ kết tinh K được cho bởi phương trình
Boltzmann-Arrhenius:
K = K0exp − Ea
RT
(2) Tại nhiều nước trên thế giới , bên ̣ h nhiêm ̃ đôc ̣ do sự dun ̣ g nguồn nướ c ô
nhiêm ̃ asen (asenicosis). Biểu hiên ̣ của bên ̣ h man ̣ h nhất là hình ảnh "Bàn chân
đen" đươc ̣ tìm thấy lần đầu tiên tại Đài Loan vào năm 1920. Nguyên nhân gây
bên ̣ h đươc ̣ xác đin ̣ h là do ngườ i dân sử dun ̣ g nguồn nướ c bi ̣nhiêm ̃ asen cao
(0,35 - 1,10mg/l) từ các giếng khoan để sinh hoạt.
Asen còn gây hàng loạt các bệnh nội khoa hay ngoại khoa. Ngoài gia,
asen còng có thể gây ra môṭ số bên ̣ h ung thư và hoaị tử . Đáng lo ngaị là hiên ̣ nay
vân ̃ chưa có phương pháp hiêu ̣ quả để điều tri ̣căn bên ̣ h này.
Asen thường tập trung chủ yếu trong nước với hàm lượng rất cao. Ở Tây
Bengal Ấn Độ nồng độ asen trung bình trong nước giếng khoan của các quận
dao động từ 0,193 đến 0,737 mg/l, có mẫu lên tới 3,700 mg/l [3]. Sử dụng nguồn
nước bị ô nhiễm asen lâu dài là không an toàn và ở một số nước trên thế giới vấn
đề ảnh hưởng sức khỏe do asen rất đáng lo ngại.
Tại Việt Nam, các vùng bị nhiễm asen vượt quá tiêu chuẩn nhiều lần như
Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hà nội, Hưng Yên, Hà Nam, Thái bình, Nam Định… [3].
1.9.3. Sử dụng hạt nano oxit sắt vô định hình để xử lí asen
Có thể phân loại 7 nhóm giải pháp công nghệ để xử lí asen chủ yếu là :
Tạo kết tủa /lắng; keo tu ̣/lắng; lọc; hấp phu ̣; oxy hóa ; lọc màng ; sử dun ̣ g năng
lươn ̣ g ánh sáng [1].
Trong các phương pháp xử lý trên thì hấp phụ là phương pháp kinh tế
hơn hẳn, việc xử lý lại dễ dàng và an toàn. Hấp phụ là quá trình làm chất ô
nhiễm bám dính trên bề mặt chất hấp phụ nhờ đó mà nồng độ chất ô nhiễm trong
dung dịch giảm dần. Để hấp phụ asen người ta thường dùng các chất hấp phụ
như oxit kim loại (oxit sắt) các alumina hoạt tính, các chất có tính hấp phụ
mạnh. Năng lực hấp phụ của chất hấp phụ được quyết định bởi các tính chất hóa
lý như độ lớn, cấu tạo, điện tích bề mặt, độ rỗng của chất hấp phụ. Hấp phụ là
phương pháp được áp dụng phổ biến trên thế giới ngay cả ở qui mô công nghiệp
và qui mô hộ gia đình. Bên cạnh việc sử dụng các vật liệu hấp phụ asen truyền thống như trên, trên thế giới hiện nay đã và đang phát triển các vật liệu lọc có
kích thước nano nhằm tăng điện tích bề mặt, độ rỗng xốp của vật liệu từ đó làm
tăng khả năng xử lý asen trong nước [1].
Oxit sắt có vai trò quan trọng trong việc giảm nồng độ asen trong chất
tích tụ và trong đất. Oxit sắt có tính phản ứng mạnh với hợp chất của asen để
hình thành hợp chất sắt- asen trên bề mặt của oxit sắt. Trong tự nhiên oxit sắt
được hình thành trong chất tích tụ và trong nước . Các hạt oxit sắt vô định hình
có diện tích bề mặt lớn và theo thời gian nó sẽ biến hoá thành oxit sắt định hình
như quăn ̣ g sắt trầm (goethite) và quặng sắt đỏ (hematite). Ngưòi ta đã nghiên
cứu việc xử lý hấp phụ asen bằng các loại oxit sắt như các quặng goethite và
hematite cũng như các oxit sắt.
Theo thời gian oxit sắt vô định hình biến thành oxit sắt kết tinh và làm
cho diện tích bề mặt của oxit sắt giảm. Vì vậy, theo mức độ kết tinh hoá diện
tích bề mặt của oxit sắt giảm nên lượng hấp phụ của asen cũng giảm.

ECzqIA3KqUnp484

---