Đề tài Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt. Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức

Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức KHẢ NĂNG HẤP THỤ ĐIỆN TỪ CỦA OXIT SẮT GẮN OXIT SẮT VÀO MWCNTS QUA NHÓM CHỨC 1. Oxit sắt 1.1. Khái niệm 1.2. Phân loại 1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ 1.4. Cơ chế 2. Gắn oxit sắt vào MWCNTs 2.1. Nhóm chức 2.2. Công nghệ 2.3. Qui trình 1 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức 1. Oxit sắt 1.1. Khái niệm Oxit sắt là hợp chất giữa sắt Fe và oxi O. Trong oxit sắt, Fe có thể có hóa trị II, III hoặc cả 2 (Fe3O4) 1.2. Phân loại Gồm 3 loại: 1.2.1. FeO: Fe hóa trị II, khối lượng mol 71,8g/mol, nhiệt độ nóng chảy 1420°C. Có thể lấy từ nguồn ôxít sắt màu đen hoặc tạo ra bằng phản ứng hóa học trong môi trường khử; Fe2O3 dễ dàng bị khử thành FeO theo phản ứng ở 900 °C: Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2 1.2.2. Fe2O3: hóa trị III, khối lượng mol 160 g/mol, hệ số giãn nở nhiệt 12,5.10- 6/°C, nhiệt độ nóng chảy 1565°C. Oxit sắt cũng thuộc nhóm oxit lưỡng tính như nhôm oxit. Fe2O3 là dạng oxit sắt tự nhiên phổ biến nhất. 1.2.3. Fe3O4 ( oxit sắt từ): là hỗn hợp của Fe2O3 và FeO, kết quả của phản ứng chuyển đổi không hoàn toàn hay có thể là dạng khoáng vật kết tinh tự nhiên, có màu nâu. Sắt từ là hợp chất rất quan trọng trong kỹ thuật, ứng dụng để chế tạo vật liệu từ, xúc tác, chất phụ gia, phẩm màu. Sắt từ kích thước nano còn có tính hấp phụ mạnh và có khả năng tách ion kim loại nặng trong nước, nhất là asen3.. Ở kích thước nhỏ, Fe3O4 thể hiện một số tính chất ưu việt và khả năng ứng dụng rộng rãi trong một số lĩnh vực khoa học kỹ thuật và y sinh như: mực từ để in trên tiền giấy hay các tấm séc, chất làm tăng cường độ tương phản trong chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, chất dẫn thuốc hướng đích trong điều trị ung thư, chẩn đoán bệnh sớm, và nhiệt trị ung thư Tổng hợp các hạt nanô ôxit sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa các ion Fe2+ và Fe3+ (với tỉ số phân tử là 1:2) từ các dung dịch muối FeCl2 và FeCl3 bằng cách thêm dung dịch amôniac NH4OH 25 %. Kích thước và hình dạng của các hạt tạo ra phụ thuộc vào tỉ lệ Fe2+/Fe3+, độ pH và lực ion của môi truờng. Phản ứng tạo thành kết tủa được thể hiện bằng phương trình: Fe2+ + Fe3+ + 8OH- → Fe3O4↓ + 4H2O [2] 1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ 1.3.1. Fe2O3 Fe2O3 có một chỉ số khúc xạ cao, cũng như hấp thụ cao tại vùng có bước sóng ngắn so với các vật liệu thông thường chỉ số khúc xạ cao [1]. 2 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức Hình 1. Tỉ số truyền qua (T) và phản xạ (R) quang phổ của tấm mỏng Fe2O3 [1] 1.3.2. Fe3O4 Hầu hết các phiến Fe3O4 siêu mỏng có tính chất siêu thuận từ [4]. Những hiệu ứng lượng tử do giảm kích thước và diện tích bề mặt lớn của các hạt nanô từ đã làm thay đổi một vài đặc tính từ đặc trưng của vật liệu, biểu lộ hiện tượng siêu thuận từ [2]. Fe3O4 có cấu trúc tinh thể spinel đảo và có giá trị momen từ cao Hình 2. Các mẫu nồng độ khác nhau thể hiện tính chất siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng [3] 3 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức 1.4. Cơ chế Tập trung ở oxit sắt từ Fe3O4 Từ tính của Fe3O4 bị chi phối bởi nhiều yếu tố: 1.4.1. Kích thước hạt Fe3O4 nano Hình 3. Đường cong từ hóa bão hòa của các mẫu hạt nano Fe3O4 kích thước khác nhau[6] 1.4.2. Môi trường – xúc tác Hình 4. Đường cong từ hóa bão hòa của hạt nano Fe3O4 có bổ sung chất phản ứng: (a) ở 60 ° C thêm ammoniac và đun đến 80 ° C thêm axit oleic; (b) ở 60 ° C thêm axit oleic tiếp theo thêm amoniac và đun đến 80 ° C; (c) ở 60 ° C thêm amoniac tiếp theo thêm oleic axit và đun đến 80 ° C [6] 4 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức 1.4.3. Thời gian lão hóa Hình 5. Đường cong từ hóa bão hòa do tác dụng của thời gian lão hóa của các hạt nano Fe3O4 [6] 1.4.4. Tốc độ khuấy Hình 6. Đường cong từ hóa bão hòa do tác dụng của tốc độ khuấy của các hạt nano Fe3O4 [6] 2. Gắn oxit sắt vào MWCNTs 5 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức Chức hóa bề mặt bằng hạt nano oxit sắt từ tạo ra loại vật liệu chức năng mới có ứng dụng rộng rãi [5]. Sự chức hóa các ống nano carbon đa vách có thể làm tăng sự phân tán của chúng trong nước. 2.1. Nhóm chức Các hợp chất hữu cơ thường được sự dụng để bị động hóa bề mặt hạt nano oxit sắt từ do hạt nano có bề mặt kỵ nước, tương tác kỵ nước giữa các hạt làm tổng hợp và hình thành các cụm lớn, tăng kích thước hạt, giảm hoặc thay đổi từ tính [5]. Nhóm chức cacboxyl được khuyên dùng. Các nghiên cứu khác có thể chức hóa MWCNTs với nhóm khác (vd: anilin monomer [7]) 2.2. Công nghệ Chức hóa MWCNTs, hòa tan vào dung môi. Tổng hợp Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa các ion Fe2+ và Fe3+ từ các dung dịch muối FeCl2 và FeCl3 bằng cách thêm NH4OH trong môi trường N2 và dung môi có hòa tan MWCNTs đã chức hóa. 2.3. Qui trình 2.3.1. Chức hóa MWCNTs MWCNTs (20 mg) pha với 60 ml dung dịch H2SO4/ HNO3 (3/1, v / v) đậm đặc . Hỗn hợp được khuấy trong 15 phút và sau đó chiếu xạ siêu âm (43 kHz) trong 3 giờ ở 50° C. Hỗn hợp này thu được bằng cách lọc qua màng lọc Millipore 0,22 micrometpolyvinylidene fluoride và rửa sạch với DIW cho đến khi pH của nó là khoảng 7. Phần chất rắn lọc được sấy chân không trong 24 giờ để loại bỏ các vật liệu dễ bay hơi, và thu được MWCNTCOOH . Các sản phẩm được phân tích bằng cách sử dụng quang phổ FT-IR [9]. c-MWCNTs là MWCNTs đã chức hóa với nhóm cacboxyl 2.3.2. Gắn hạt nano Fe3O4 lên bề mặt MWCNTs đã chức hóa Thứ nhất, 0,265 g (NH4)2 Fe (SO4)2.6 H2O và 0,059 g NH4Fe (SO4)2,6 H2O bị hòa tan vào 200 ml nước cất. Sau đó là 1.0 mg c-MWCNTs đã được chiếu xạ siêu âm khoảng 10 phút. Tiếp theo, 0,4 mol L-1 sodium hydrate được thêm vào dung dịch đến khi pH của nó đạt 7,0. Sau khi khuấy 30 phút và lắng đọng ở 50 ° C trong 2 giờ, một nam châm được sử dụng để tách các sản phẩm từ hỗn hợp. Sau đó, kết tủa đen được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần cho đến khi pH đạt 7,0. Vật liệu tổng hợp Fe3O4/c-MWCNTs đã rửa sạch được xử lý bằng methanol tinh khiết và sau đó sấy khô ở 50 ° C trong 6 giờ. Việc kết hợp Fe3O4NP và c-MWCNT quyết định bởi kỹ thuật nhiễu xạ X-quang [8]. 2.3.3. Phương pháp khác Anilin monomer được chưng cất, giảm áp suất và lưu trữ dưới 0 ° C. MWNTs và anilin monomer được thêm vào trong một hỗn hợp axit nitric đậm đặc và axit sulfuric và chiếu xạ siêu âm hơn 8 giờ, sau đó thêm nước cất vào hỗn hợp. Sau đó quay ly tâm, rửa sạch với nước cất cho đến khi sự phát tán biến trung tính, cuối cùng làm khô ở 50 ° C qua đêm [7]. MWNTs đã phức hóa được hòa tan trong nước cất bằng cách chiếu xạ siêu âm trong 20 phút. Sau đó, FeCl3 · 6H2O được thêm vào và khuấy. Sau khi hỗn hợp được khuấy mạnh trong 30 phút , bổ sung FeCl2 · 4H2O và tiếp tục khuấy trong 30 6 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức phút. Thêm NH3 H2O pha loãng vào hỗn hợp. Thêm tiếp NH3 · H2O vào dung dịch hoàn thành sau 1 giờ và đun nóng đến 60 °C và lưu trong 2 giờ. Toàn bộ quá trình phải thực hiện trong môi trường N2. Hỗn hợp phản ứng sau đó được quay ly tâm, rửa sạch với nước cất và sấy khô ở 50 ° C trong 24 giờ [7]. 7 Khả năng hấp thụ sóng điện từ của oxit sắt Gắn oxit sắt vào MWCNTs qua các nhóm chức REFERENCES: 1. Y. J. Park, K.M.A. Sobahan, C. K. Hwangbo, “ Optical and structural properties of Fe2O3 thin films prepared by ion-beam assisted deposition”, Surface & Coatings Technology 203 (2009) 2646– 2650 2. Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung, “ Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt Nano Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237 3. TS. Nguyễn Hoàng Hải, Cấn Văn Thạch, “ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của các hạt nano oxit sắt từ tính dùng trong sinh học và môi trường” 4. M. Zajac, D. Aernout, K. Freindl, K. Matlak,N. Spiridis, M. Slezak, T. Slezak, J. Korecki, “ Magnetic Properties of Fe3O4 Films on Fe(001)”, ACTA PHYSICA POLONICA A Vol. 112 (2007) 5. Wei Wu, Quanguo He, Changzhong Jiang, “ Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies”, Spinger Link 6. L. J. Ling, L. D. Cai, Z. S. Lan, C. H. Chao, W. Cui, “ Analysis of the factors affecting the magnetic characteristics of nano-Fe3O4 particles”, Spinger Link 7. L. Kong, X. Lu, W. Zhang, “ Facile synthesis of multifunctional multiwalled carbonnanotubes/ Fe3O4 nanoparticles/ polyaniline composite nanotubes”, Science Direct 8. N. Chauhan, C. S. Pundir, “ An amperometric biosensor based on acetylcholinesterase immobilized onto iron oxide nanoparticles/multiwalled carbon nanotubes modified gold electrode for measurement of organophosphorus insecticides”, Science Direct 9. M. Y. Hua, Y. C. Lin, R. Y. Tsai, H. C. Chen, Y. C. Liu, “A hydrogen peroxide sensor based on a horseradish peroxidase/polyaniline/carboxy- functionalized multiwalled carbon nanotube modified gold electrode”, Science Direct 8