Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 qua phương pháp sol-gel

Luận văn thạc sĩ hóa học nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 bằng phương pháp sol-gel, ứng dụng trong công nghệ vật liệu tiên tiến.

• Tác giả: Hoàng Thị Thương
• Người hướng dẫn: PGS. Võ Văn Tân
• Trường học: Đại học Huế
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu LaFeO3 Bằng Phương Pháp Sol-Gel
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thừa Thiên Huế

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu LaFeO3

Vật liệu LaFeO3 là một trong những hợp chất thuộc nhóm perovskite, có cấu trúc tinh thể đặc trưng và nhiều tính chất nổi bật. LaFeO3 được biết đến với khả năng dẫn điện tốt, tính chất từ tính và khả năng hấp phụ cao, làm cho nó trở thành một vật liệu tiềm năng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và môi trường. Nghiên cứu về vật liệu LaFeO3 không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của nó mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng và môi trường. Theo một nghiên cứu gần đây, LaFeO3 có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng, đặc biệt là Cr(VI), từ nước, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của LaFeO3 trong việc xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

II. Phương pháp sol gel trong tổng hợp vật liệu

Phương pháp sol-gel là một trong những kỹ thuật phổ biến để tổng hợp vật liệu oxit như LaFeO3. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt, từ đó ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. Quá trình tổng hợp bắt đầu bằng việc hòa tan các tiền chất kim loại trong dung môi, sau đó thực hiện các phản ứng thủy phân và ngưng tụ để tạo ra gel. Gel này sau đó được nung để tạo ra vật liệu LaFeO3. Một trong những ưu điểm của phương pháp sol-gel là khả năng tạo ra vật liệu nano với kích thước đồng đều, giúp tăng cường tính chất hấp phụ và xúc tác của LaFeO3. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh pH và nhiệt độ trong quá trình tổng hợp có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của sản phẩm cuối cùng.

III. Tính chất và ứng dụng của vật liệu LaFeO3

Vật liệu LaFeO3 có nhiều tính chất nổi bật như tính dẫn điện, tính từ tính và khả năng hấp phụ. Tính chất dẫn điện của LaFeO3 làm cho nó trở thành một ứng viên lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử và cảm biến. Ngoài ra, khả năng hấp phụ của LaFeO3 đối với các ion kim loại nặng như Cr(VI) đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu. Điều này cho thấy LaFeO3 có thể được sử dụng trong việc xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm độc hại. Hơn nữa, LaFeO3 cũng có tiềm năng trong lĩnh vực quang xúc tác, nơi nó có thể được sử dụng để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước dưới ánh sáng mặt trời. Những ứng dụng này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 bằng phương pháp sol-gel đã chỉ ra rằng đây là một phương pháp hiệu quả để tạo ra các vật liệu với tính chất ưu việt. Việc hiểu rõ về quá trình tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của LaFeO3 sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai. Để phát triển hơn nữa, cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về khả năng ứng dụng của LaFeO3 trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong xử lý ô nhiễm môi trường và phát triển năng lượng bền vững. Việc kết hợp LaFeO3 với các vật liệu khác cũng có thể tạo ra các sản phẩm mới với tính năng vượt trội hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TÔNG QUAN LÍ THUYẾT. VAT LIEU PEROVSKITE. CAU TRUC TINH THE VAT LIEU PEROVSKITE.

Tinh chất và ứng dụng vật liệu Perovskite 1. PHƯƠNG PHAP SOL-GEL DIEU CHE VAT LIEU 2 1. Giới thiệu về phươngpháp sol ~ gel. Các khái niệm cơ bản 12 1.

Các quá trình chính xảy ra trong quá trình sol — gel 13 1. Giới thiệu về vật ligu nano. Một số ứng dụng của vật ligu nano. CROM ~ HOP CHAT CUA CROM VA VAN DE 0 NHIEM MOL 'TRƯỜNG.

Tính chất lý héa cia crom (Cr) 1. Các hợp chất của erom. Ứng dụng của crom. Ảnh hưởng của crom đối với sức khỏe con người và môi trường.

ic nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm. lỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HÁP PHỤ 1. Khái niệm chung 1. Hấp phụ vật tấp phụ hóa học.

QUA TRÌNH QUANG XÚC TÁC. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể, -21 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính xúc tác của vật liệ. ĐÓI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -23 2.

ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO;. Đặc trưng của vật liệu LaFeO;.

Ứng dụng của vật liệu LaFeO› đã tổng hợp được. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp tổng hợp. Các phương pháp kiểm tra đánh giá mẫu.

HÓA CHẤT - DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh. Chất chỉ thị điphenylamin. Dụng cụ thí nghiệm.

Pha chế các loại hóa chất. Thiết bị, Chương 3. KẾT QUÁ VÀ THÁO LUẬN. TONG HOP VAT LIEU 3.

Phân tích nhiệt miu 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu LaFeOs.3, Anh hung ciia polyvinylancol (PVA) đến quá trình hình thành vật ligu LaFeOs. Ảnh hưởng của axit citric đến quá trình hình thành vật liệu LaFeO› 45 3. DAC TRUNG CUA VAT LIEU LaFeO: 47 3.

Thành phần hóa học mẫu LaFeO; 3. Liên kết hóa học mẫu LaFeO: 3. Hình thái của vật liệu LaFeO; 3. UNG DUNG CỦA VẬT LIỆU LaFeO:.

Khả năng hấp phụ dung dịch Cr(V1) của vật liệu LaEeO: 3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen. Khả năng hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh metylen của vật liệu LaFeO; theo thời gian.---s< KET LUAN VA KHUYEN NGHỊ TAL LIEU THAM KHẢO ĐANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT A_ [ЧNãpthuquang EDS _ | Phd tin sic nang hrong IR | PhO hong ngoai MB | Xanh metylen PVA _ | Polivinylancor SEM _ | Kinh hign vi điện từ quét TEM _ | Kínhhiễn vi điện tir truyền qua UV-VIS_ | Phương pháp phô hập thụ electron XRD [NhiễuxạtiaX DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC MẪU Nhiệt đội Tỉ lệ mol Tí lệ mol Ký hiệu | nung PVA/(La®*+Fe") | axit citrie/(La”*+Fe") ec) (moV/mol) (mol/mol) TI 350°C 2n 2 T2 650°C 2 2 TS 750°C 2 2 T4 350°C 2 2 Pi 750°C 12 2 P2 750°C 11 Ui PS 750°C 2 wi Pa 750°C 3⁄I 2 cI 750°C 2 1 œ 750°C 7 32 a 750°C 2 2 or 750°C 21 3 ĐANH MỤC CÁC BANG BIEU Bảng 3. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye - Scherrer cia vat liệu LaFeO: ở các nhiệt độ khác nhau.

Kích thước hat tinh theo phương trình DeBye Scherrer cia vat liệu LaFeO; ở các tỉ lệ mol PVA/ (La°*+Fe*) khác nhau. Kích thước hạt tính theo phuong trinh DeBye Scherrer cia vat liệu LaFeO: ở các tỉ 1¢ mol axit citric/(La**+Fe**) khác nhau. ane AS Bảng 3. Thành phần nguyên t6 vat ligu LaFeOs seo 48, Bang 3.

Hiệu suất hắp phụ Cr(VI) của vật liệu LaFeO: theo thời gian 50 Bảng 3. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen. Hiệu suất hấp phụ dung dich xanh metylen trong bóng tối của vật liệu LaFeOs theo thời gian 52 Bảng 3. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy dung địch xanh metylen của vật liệu LaFeO: theo thời gian 53 ĐANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.

Cấu trúc của tỉnh thể Perovskite lý tưởng.1, Gel wét vat ligu LaFeOs : 25 Hình 2. Gel khô vật liệu LaFeO 25 Hình 2. Vật liệu LaFeO: thu được sau nung. Sơ đồ chế tạo vật liệu LaFeO› bằng phương pháp sol— gel.

Sơ đồ tỉa tới và tỉa phản xạ trên mạng tỉnh th. Cách xác định các thông số tính toán kích thước hạt từ phổ XRD. Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng. Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C.

Tổng các độ hấp thụ quang thành phẫn. Phân tử xanh metylen (MB). Bình định mức dung dịch xanh metylen ` 34 Hình 2. Sơ đồ phản ứng oxi hóa đỉphenylamin.

Giản đồ phân tích nhiệt của. Giản đồ XRD của các mẫu nungở các nhiệt độ khác nhau. Phổ UV ~VIS quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh metylen với xúc tác LaFeO: điều chế ở các nhiệt độ nung khác nhau. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol PVA/ (La*“+Fe?) khác nhau ° _- woe AB Hình 3.

Phd UV —Vis sau khi quang xite phân hủy dung dich d xanh metylen với xúc tic LaFeOs điều chế ở các tỉ lệ mol PVA/ (La`*+Fe') khác nhau 4 Hình 3. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol axit citric / (La®*+Fe™) khác nhau 45 Hình 3. Phé UV —Vis sau khi quang xúc phân hủy dung dịch xanh metylen với xúc tác LaFeO› điều chế ở các tỉ lệ moi axit itrie/ (Lã`*+Fe`*) khác nhau 46 Hình 3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) cia vat ligu LaFeO!.

Pho hồng ngoại FT-IR của vật liệu LaFeOa. mà an AB Hình 3. Ảnh SEM của vật liệu LaFeO; 49 Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu LaFeO:.

Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của vật liệu LaFeO; theo thời gianS0 Hình 3. Đường chí xác định nồng độ xanh metylen. Hiệu suất hấp phụ dung dịch xanh metylen trong bóng tối của vật liệu LaFeO› theo thời gian 52 Hình 3. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy.

dung ddich xanh metylen của vật liệu LaFeO; theo thời gian.53 MO DAU Hiện nay, môi trường ở nhiều noi bi 6 nhiễm bởi: nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp thải ra chất thải làm các nguồn nước bị gia tăng hàm lượng kim loại nặng như crom, chì, thủy ngân, các chất màu hữu cơ. vượt ngưỡng quy định, gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. cho sức khỏe, đời sống con người và là vấn đề cắp bách của xã hội.

Đã có nhiều phương pháp xử lý các loại nước bị ô nhiễm như: phương pháp hóa học, phương. pháp vật lý, hóa lý và sinh học.[7], [18] Sắt oxit, xeri oxit là những oxit phổ biến, chúng có những đặc tính rất lý thú như khả năng hấp phụ xử lý môi trường, khả năng xúc tác xử lý khí thải; hỗn hợp các oxit: Sắt và xeri oxit, bitmut oxit [3], [5], [40] có các đặc tính đó tốt hơn so. với đơn oxit và được ứng dụng đề làm chất xúc tác quang hóa xử lý nước. Trong, đó các oxit hỗn hợp dạng Perovskite ABO; (A = La, Y; B = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) được đặc biệt chú trọng, không những có thẻ thay thế cho các kim loại quý để làm xúc tác cho các phản ứng hoá học, mà còn có khả năng hắp phụ rất tốt các ion kim loại năng.

Vi vay, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ABO› ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ các hợp chất độc hại là cần thiết, có tính khoa học và tính thực. C6 rat nhiều phương pháp chế tạo oxit hỗn hợp, tùy theo mục đích có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau. Phương pháp sol ~ gel được ứng dụng dé chế tạo các oxit hỗn hợp có kích thước nhỏ, có tính đồng nhất, độ tinh khiết hóa học cao và. bề mặt riêng lớn là ưu điểm của phương pháp này.

Đã có nhiều công trình vẻ tổng hợp và ứng dụng của LaFeO› [35], [38] nhưng. chúng tôi chưa thấy đề tài về tổng hợp LaFeO› bằng phương pháp sol - gel sử dụng. tác nhân polyvinyl ancol (PVA) và axit cirie; đánh giá khả năng hắp phụ crom (VI), hap phụ và quang xúc tác phân hủy xanh metylen. Vì các lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO› bằng phương pháp sol ~gel ” làm nội dung nghiên cứu của luận văn cao học.

TÔNG QUAN LÍ THUYẾT 1. VẶT LIỆU PEROVSKITE 1. Cấu trúc thể vật liệu Perovskite Các hợp chất vô cơ có công thức cấu tạo tổng quát là ABO: trong đó A là các nguyên tô đất hiểm thuộc họ lantanide (A = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd) và B là các kim loại chuyển tiếp (Mn, Co, Fe,.) có cấu trúc tinh thể ở dạng Perovskite. Trường hợp.

chung, ban kinh cua cation A lớn hơn bán kính của cation B. Cấu trúc Perovskite ABO: lý tưởng có dạng lập phương (hình I. la), với các thông, 86 cia 6 mang co sé théa min: a= b=c vaa=B= = 90°. Cation lanthanide A nằm tại các dinh, anion O* ndm tai vị trí tâm của các mặt của hình lập phương, còn.

tâm hình lập phương là vị trí của cation B. @ as @ vi ication A Qvirianiono® —— @ Vi ication B Hình 1. Cấu trúc của tỉnh thể Perovskite lý tưởng. Ngoài ra, có thê mô tả cấu trac tinh thé Perovskite lý tưởng đưới dạng sắp xếp.

các bát diện tạo bởi các anion oxi (hình 1. Trong trường hợp này cation B nằm tại vị trí các hốc bát diện, tâm của hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân cận là vị trí của cation A. Từ hình 3b có thể thấy góc liên kết giữa B - O - B là 180 và độ dài liên kết B - O bằng nhau theo mọi phương. Dưới tác dụng của các điều kiện bên.

ngoài như nhiệt độ, tap chat, từ trường, áp suất. cấu trúc Perovskite lý tưởng sẽ bị biến dạng. Cấu trúc Perovskite không còn dạng lập phương lý tưởng dẫn tới góc liên kết B - O - B là khác 180, đồng thời độ dài liên kết B - O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau. Chính sự thay đổi cấu trúc mạng tinh thể Perovskite mà các tính chất đối xứng, tính chất điện và từ của vật liệu bị thay đổi.

Đặc biệt khi có lẫn các loại cation kim 10 loại khác với các tỉ lệ hợp thức khác nhau sẽ tạo ra những loại hợp chất có tính chất riêng biệt và có những ứng dụng khác nhau trong sản xuất và đời sống, đây cũng là hướng nghiên cứu mới đang thu hút nhiều sự quan tam. Tính chất và ứng dụng vật tu Perovskite 1. Tính chất dẫn điện Cấu trúc điện tử của hệ vật liệu Perovskite đất hiếm kim loại chuyển tiếp.