I. Giới thiệu về graphen oxit và sắt oxit
Graphen oxit (GO) và sắt oxit (Fe3O4) là hai vật liệu nano quan trọng trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Graphen oxit được tổng hợp từ quá trình oxy hóa graphit, mang lại diện tích bề mặt lớn và khả năng biến tính cao. Sắt oxit, đặc biệt là dạng từ tính Fe3O4, được ứng dụng rộng rãi nhờ tính chất từ và khả năng xúc tác. Sự kết hợp giữa graphen oxit và sắt oxit tạo ra vật liệu composite có tính chất ưu việt, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hấp phụ, xúc tác và cảm biến.
1.1. Tổng quan về graphen oxit
Graphen oxit là dẫn xuất của graphen, được tổng hợp bằng phương pháp Hummers. Vật liệu này có cấu trúc lớp, chứa các nhóm chức oxy hóa như hydroxyl, epoxy và carboxyl. Những nhóm chức này giúp graphen oxit dễ dàng biến tính và tương tác với các vật liệu khác. Graphen oxit có diện tích bề mặt lớn, độ dẫn điện tốt và khả năng hấp phụ cao, làm nền tảng cho nhiều ứng dụng trong hóa học và vật liệu.
1.2. Đặc tính của sắt oxit
Sắt oxit (Fe3O4) là vật liệu từ tính, có khả năng tách loại dễ dàng bằng từ trường ngoài. Vật liệu này có kích thước nano, diện tích bề mặt lớn và khả năng xúc tác cao. Sắt oxit thường được sử dụng trong các ứng dụng như hấp phụ ion kim loại nặng, xúc tác quang hóa và cảm biến khí. Sự kết hợp giữa sắt oxit và graphen oxit tạo ra vật liệu composite với tính chất từ và điện hóa ưu việt.
II. Biến tính graphen oxit bằng sắt oxit
Biến tính graphen oxit bằng sắt oxit là quá trình kết hợp hai vật liệu này để tạo ra vật liệu composite có tính chất ưu việt. Quá trình này thường được thực hiện bằng phương pháp khử trực tiếp hoặc gián tiếp, trong đó các hạt sắt oxit được gắn lên bề mặt graphen oxit. Vật liệu composite thu được có diện tích bề mặt lớn, tính chất từ và điện hóa tốt, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
2.1. Phương pháp tổng hợp composite Fe3O4 rGO
Phương pháp tổng hợp composite Fe3O4/rGO bao gồm hai cách chính: trực tiếp và gián tiếp. Phương pháp trực tiếp sử dụng hỗn hợp muối sắt (Fe2+ và Fe3+) để tạo hạt sắt oxit trên bề mặt graphen oxit. Phương pháp gián tiếp sử dụng các chất khử như axit ascorbic để khử graphen oxit trước khi gắn sắt oxit. Cả hai phương pháp đều tạo ra vật liệu composite có tính chất từ và điện hóa tốt.
2.2. Đặc trưng vật liệu composite
Vật liệu composite Fe3O4/rGO được đặc trưng bằng các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hồng ngoại (FT-IR). Kết quả cho thấy các hạt sắt oxit được phân bố đều trên bề mặt graphen oxit, tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt lớn và tính chất từ tốt. Vật liệu này có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng và ứng dụng trong cảm biến điện hóa.
III. Ứng dụng của composite Fe3O4 rGO trong hóa học
Composite Fe3O4/rGO được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hóa học, bao gồm hấp phụ ion kim loại nặng, cảm biến điện hóa và cảm biến khí. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao đối với các ion như As(V), Pb(II) và Ni(II), đồng thời thể hiện tính chất điện hóa tốt trong việc xác định các hợp chất hữu cơ như paracetamol.
3.1. Ứng dụng trong hấp phụ ion kim loại nặng
Composite Fe3O4/rGO có khả năng hấp phụ cao đối với các ion kim loại nặng như As(V), Pb(II) và Ni(II). Quá trình hấp phụ được nghiên cứu thông qua các thông số như pH, thời gian và nồng độ ion. Kết quả cho thấy vật liệu này có dung lượng hấp phụ lớn và tốc độ hấp phụ nhanh, phù hợp để xử lý nước thải chứa kim loại nặng.
3.2. Ứng dụng trong cảm biến điện hóa
Vật liệu composite Fe3O4/rGO được sử dụng để biến tính điện cực than thủy tinh, cải thiện tính chất điện hóa trong việc xác định paracetamol. Điện cực biến tính thể hiện độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp và độ lặp lại tốt. Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot xung vi phân (DP-ASV) được sử dụng để phân tích paracetamol với kết quả chính xác.
