Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn thạc sĩ ngành hóa vô cơ với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol-gel 50000209

1. ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
ĐỖ THỊ THANH THÚY
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
YFeO3
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. VÕ VĂN TÂN
Thừa Thiên Huế, năm 2018

2. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và
kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho
phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả
Đỗ Thị Thanh Thúy

3. LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới Thầy giáo PGS.TS. Võ Văn
Tân lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Thầy là người đã giao đề
tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Hóa Vô
cơ và quý Thầy Cô trong Khoa Hóa đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi tiến hành thực nghiệm
tại Khoa Hóa
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên vật chất và tinh thần của
những người thân yêu trong gia đình, bạn bè để tôi hoàn thành luận
văn này.
Huế, tháng 9 năm 2017
Học viên
Đỗ Thị Thanh Thúy

4. i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
A Độ hấp thụ quang
IR Phổ hồng ngoại
MB Xanh Metylen
PVA Polivinylancol
SEM Kính hiển vi điện tử quét
TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua
UV-VIS Phương pháp phổ hấp thụ electron
XRD Nhiễu xạ tia X

5. ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT. ................................................ 2
1.1. Giới thiệu về vật liệu perovskite, tính chất và ứng dụng ................ 2
1.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite ..................................................... 2
1.1.2. Các phương pháp hóa học điều chế perovskit ...................................... 3
1.1.3. Tính chất và ứng dụng vật liệu peroskite.............................................. 3
1.2. Vật liệu nano ............................................................................................. 5
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano.................................................................... 5
1.2.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano....................................................... 6
1.3. Phƣơng pháp sol-gel điều chế vật liệu ..................................................... 7
1.3.1. Giới thiệu về phương pháp sol-gel ....................................................... 7
1.3.2. Các quá trình xảy ra trong quá trình sol-gel. ....................................... 8
1.4. Giới thiệu về yttri....................................................................................... 9
1.4.1. Lịch sử ................................................................................................. 9
1.4.2. Đặc trưng ............................................................................................ 10
1.4.3. Ứng dụng ............................................................................................ 10
1.5. Crom – Hợp chất của Crom và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng........................ 12
1.5.1. Tính chất lý hóa của Crom (Cr) .......................................................... 12
1.5.2 Ảnh hưởng của crom (VI) đối với sức khỏe và môi trường. ............... 12
1.5.3. Các nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm .............................................. 12
1.5.4. Ứng dụng của crom............................................................................. 13
1.6. Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ xử lý môi trƣờng............................. 14
1.6.1. Khái niệm chung................................................................................. 14
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.................................................... 14
1.7. Quá trình quang xúc tác ........................................................................ 14
1.7.1. Nguyên lý xúc tác quang hóa.............................................................. 14
1.7.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể ............................................... 15
1.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính xúc tác của vật liệu ........................... 15
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... 15
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................. 16
2.2. Hóa chất – Dụng cụ thí nghiệm.............................................................. 16

6. iii
2.2.1. Hóa chất .............................................................................................. 16
2.2.2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh........................................................ 16
2.2.3. Chất chỉ thị điphenylamin................................................................... 17
2.2.4. Dụng cụ thí nghiệm............................................................................. 17
2.2.5. Pha chế các loại hóa chất .................................................................... 18
2.2.6. Thiết bị................................................................................................ 19
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 19
2.3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 ................................................. 19
2.3.2. Một số đặc trưng của vật liệu YFeO3 ................................................. 20
2.3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 đã tổng hợp được................................ 20
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................ 21
2.4.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu YFeO3 ............................................... 21
2.4.2. Các phương pháp kiểm tra đánh giá mẫu ........................................... 23
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................32
3.1. Phân tích nhiệt mẫu vật liệu YFeO3 ..................................................... 32
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3 .... 33
3.1.2. Ảnh hưởng của PVA đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3 ......... 35
3.1.3. Ảnh hưởng của axit citric đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3 .. 37
3.2. Đặc trƣng của mẫu vật liệu YFeO3 đã đƣợc tổng hợp ....................... 40
3.2.1. Phổ hồng ngoại của vật liệu YFeO3.................................................... 40
3.2.2. Hình thái của vật liệu YFeO3 .............................................................. 41
3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3................................................................. 42
3.3.1. Khả năng hấp phụ dung dịch Cr (VI) bằng vật liệu YFeO3................ 42
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB................................... 43
3.3.3. Khả năng hấp phụ dung dịch MB bằng vật liệu YFeO3 theo thời gian44
3.3.4. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB bằng vật
liệu YFeO3 theo thời gian ............................................................................. 45
3.3.5. So sánh khả năng quang xúc tác và khả năng hấp phụ MB của vật liệu
YFeO3. .......................................................................................................... 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................48

7. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye - Scherrer của vật
liệu YFeO3 ở các nhiệt độ nung ...................................................34
Bảng 3.2. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO3 ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau.......................35
Bảng 3.3. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO3 ở các tỉ lệ mol axit citric/(Y3+
+Fe3+
) khác nhau.................38
Bảng 3.4. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB ...................43

8. v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Cấu trúc của tinh thể Perovskite lý tưởng ....................................... 2
Hình 1.2. Sơ đồ điều chế vật liệu bằng phương pháp sol – gel [15]................ 8
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng oxi hóa điphenylamin..........................................17
Hình 2.2. Gel ướt vật liệu YFeO3 ..............................................................22
Hình 2.3. Gel khô vật liệu YFeO3................................................................22
Hình 2.4. Vật liệu YFeO3 thu được sau nung ...............................................22
Hình 2.5. Sơ đồ chế tạo vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol – gel.............23
Hình 2.6. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể. .............................25
Hình 2.7.Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng........................................27
Hình 2.8. Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C. ...............28
Hình 2.9. Tổng các độ hấp thụ quang thành phần.........................................28
Hình 2.10. Phân tử xanh metylen (MB) .......................................................29
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu YFeO3 .......................................32
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau ............33
Hình 3.3. Phổ UV –VIS của sản phẩm quang xúc tác phân hủy dung dịch MB
bằng YFeO3 tổng hợp ở các nhiệt độ nung khác nhau. .................34
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau. ...... 36
Hình 3.5. Phổ UV –Vis của sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc
tác YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau............37
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu ở các tỉ lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
)
khác nhau...................................................................................38
Hình 3.7. Phổ UV –Vis sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc tác
YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol axit citric/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau...........39
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu YFeO3....................................40
Hình 3.9. Ảnh SEM của vật liệu YFeO3.......................................................41
Hình 3.10. Ảnh TEM của vật liệu YFeO3 ....................................................41
Hình 3.11. Khối lượng K2Cr2O7 hấp phụ của vật liệu YFeO3 theo thời gian. .42
Hình 3.12. Hiệu suất hấp phụ Cr (VI) của YFeO3 theo thời gian...................43
Hình 3.13. Đường chuẩn xác định nồng độ MB ...........................................44
Hình 3.14. Hiệu suất hấp phụ dung dịch MB của YFeO3 theo thời gian ........44

9. vi
Hình 3.15. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy dung dịch MB dưới ánh sáng
mặt trời của YFeO3 theo thời gian ...............................................45
Hình 3.16. Hiệu suất hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh
metylen trong bóng tối và dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) của
YFeO3 theo thời gian..................................................................46

10. 1
MỞ ĐẦU
Vật liệu perovskite (ABO3 ) có nhiều tính chất hết sức lí thú như hoạt tính
oxi hóa – khử cao nên được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xử lý môi trường dựa
trên phản ứng oxi hóa – khử, để khử NOx, SOx; oxi hóa COx, CxHy…, và khả
năng hấp phụ tốt các kim loại nặng như asen, sắt, mangan để xử lý asen, amoni
trong nước sinh hoạt. Vật liệu mới này nhằm thay thế vật liệu TiO2 truyền thống
với vùng cấm cở 3,2eV[1], [37].
Sắt oxit, xeri oxit là những oxit phổ biến, chúng có những đặc tính rất tốt
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 [1-4] có các đặc tính đó tốt hơn so với đơn
oxit và được ứng dụng để làm chất xúc tác quang hóa xử lý nước. Trong đó các
oxit hỗn hợp dạng Perovskite ABO3 (A = La, Y; B = Cr, Mn, Fe, Co, Ni) được
đặc biệt chú trọng, không những có thể thay thế cho các kim loại quý để làm xúc
tác cho các phản ứng hoá học, mà còn có khả năng hấp phụ rất tốt các ion kim
loại nặng. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ABO3 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 tiễn cao [31], [37].
Ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng, các nguồn nước bị ô
nhiễm do nước thải của các nhà máy sản xuất vật liệu hóa chất, ngày càng tăng.
Riêng năm 2016 công ty Formosa Hà Tĩnh đã thải các chất độc ra sông, biển đã
làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, gây hậu quả nặng nề cho sức khỏe và cuộc sống
con người. Đây là vấn đề cấp bách cần phải được giải quyết. Hiện nay, vật liệu
quang xúc tác với khả năng xử lí môi trường là lĩnh vực được các nhà khoa học
trên thế giới quan tâm và nghiên cứu. Đặc biệt vật liệu oxit perovskite này có
khả năng hấp phụ các kim loại nặng như: asen, sắt, mangan, amoni trong nước
sinh hoạt rất tốt mà không làm ô nhiễm môi trường, vì vật liệu này được tái chế
để sử dụng lại[2], [36].
Thấy được những ứng dụng to lớn của vật liệu oxit perovskite kể trên
thông qua việc tìm hiểu và tham khảo một số công trình nghiên cứu gần đây nên
tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 bằng phƣơng pháp
sol-gel” làm đề tài luận văn tốt nghiệp.

11. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT.
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆUPEROVSKITE, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
1.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite
Các oxit hỗn hợp dạng perovskite là tên gọi chung của các vật liệu gốm có
công thức tổng quát là ABO3. Chúng có cấu trúc tương tự như CaTiO3.
Parravano là người có những công trình nghiên cứu sớm nhất về perovskit (thực
hiện năm 1952, 1953).
Công thức phân tử chung của hợp chất ABO3 perovskite trong đó A là các
nguyên tố đất hiếm 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, bán kính của cation A lớn hơn bán kính của cation B.
Cấu trúc perovskite ABO3 lý tưởng có dạng lập phương (hình 1.1a), với
các thông số của ô mạng cơ sở thỏa mãn: a = b = c và α = β = γ = 900
. Các ion
đất hiếm A nằm tại các đỉnh, anion O2-
nằm tại vị trí tâm của các mặt của hình
lập phương, còn tâm hình lập phương là vị trí của cation kim loại chuyển tiếp B.
Hình 1.1.Cấu trúc của tinh thể Perovskite lý tưởng
Ngoài ra, có thể mô tả cấu trúc tinh thể Perovskite lý tưởng dưới dạng sắp
xếp các bát diện tạo bởi các anion oxi (hình 1.1b). 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
1800
và độ dài liên kết B - O bằng nhau theo mọi phương. Dưới tác dụng của các
điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, tạp chất, từ trường, áp suất,... cấu trúc
perovskite lý tưởng sẽ bị biến dạng. Cấu trúc perovskite không còn dạng lập

12. 3
phương lý tưởng dẫn tới góc liên kết B - O - B là khác 1800
, 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 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 tâm
[15], [38].
1.1.2. Các phƣơng pháp hóa học điều chếperovskit
Các phương pháp hóa học tổng hợp perovskit rất phong phú: Perovskit có
thể được tổng hợp từ pha rắn, pha khí, từ dung dịch hay tổng hợp trên chất mang.
Do perovskit là 1 vật liệu gốm nên chế tạo perovskit phổ biến nhất là kỹ thuật
gốm, hay còn gọi là kỹ thuật phản ứng rắn. Các nguyên liệu ban đầu là các oxit
của các kim loại được nghiền trộn trong thời gian dài để tạo sự đồng nhất, sau đó
được ép thành viên và nung thiêu kiết ở nhiệt độ cao để tạo ra phản ứng
perovskite hóa (phản ứng pha rắn). Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, đơn
giản dễ dàng tạo ra vật liệu với khối lượng lớn [38].
Perovskite còn có thể được chế tạo bằng các phuơng pháp phản ứng hóa
học khác nhau như phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa,với ưu điểm
là cho vật liệu có với độ đồng đều cao nhưng lại hạn chế khả năng tạo vật liệu
với khối lượng lượng lớn.Ngoài ra còn có các phương pháp khác như phương
pháp gốm, bốc hơi nhiệt và làm nguội nhanh [12].
1.1.3. Tính chất và ứng dụng vật liệu peroskite
1.1.3.1. Tính chất dẫn điện
Cấu trúc điện tử của hệ vật liệu perovskite đất hiếm kim loại chuyển tiếp
(LnMO3) phụ thuộc chính vào tương tác ion kim loại chuyển tiếp 3d (M) và ion
O2-
. Độ dẫn điện được điều khiển: một là, lựa chọn kim loại chuyển tiếp 3d (M)
khác nhau để thay đổi cấu hình điện tử dn
(n thay đổi)của ion kim loại; hai là, pha
tạp (ví dụ, thay thế một phần kim loại hóa trị 2 vào ví trí Ln hoặc M) dẫn đến
thay đổi hóa trị ion kim loại chuyển tiếp 3d.Nhờ sự pha tạp, tính chất dẫn điện
của perovskite có thể thay đổi từ tính chất điện môi sang tính dẫn kiểu bán

13. 4
dẫn,hoặc thậm chí mang tính dẫn kiểu kim loại, hoặc tính chất điện đặc biệt
là trật tự điện tích, trạng thái mà ở đó các hạt tải dẫn bị cô lập bởi các iôn từ tính.
Ngoài ra, nhiều perovskite có thể mang tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao [1],
[38].
1.1.3.2. Tính chất hấp thụ khí
Vật liệu perovskite thể hiện tính hấp thụ khí trên bề mặt, ví dụ như một số
khí CO, NOx và O2. Tính chất hấp thụ khí O2 của vật liệu oxit perovskite là quan
trọng vì liên quan đến tính chất xúc tác và tính chất nhạy khí. Vật liệu LaMO3 (M
= Cr, Mn, Fe, Co, Ni) có tính chất hấp thụ khí oxy cực đại với vật liệu có Mn và
Co. LaFeO3 có tính hấp thụ thuận nghịch tốt hơn so với các hợp chất của kim loại
chuyển tiếp 3d khác. HệLnFeO3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd và Dy) nhận thấy rằng
oxy hấp thụ có xu hướng tăng theo số hiệu nguyên tửđất hiếm và có giá trị cực
đại ở mẫu SmFeO3[30].
1.1.3.3. Tính ổn định
Hệ vật liệu LaMO3 (M = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) trong môi trường khí
khửở vùng nhiệt độ cao nhận thấy rằng tính ổn của hệ vật liệu này tuân theo trật
tự LaNiO3LaNiO3<LaCoO3<LaMnO3<LaFeO3<LaCrO3≈ LaVO3. Trong khi đó
hệLnFeO3độổn định giảm theo sự giảm bán ion đất hiếm Ln[30].
1.1.3.4. Tính chất xúc tác
Tính xúc tác của các oxit Perovskite chủ yếu dựa vào bản chất của các ion
và các trạng thái hóa trị của chúng.Trong hệ vật liệu đất hiếm-kim loại chuyển tiếp
3d, LnMO3, tính oxy hóa khử ít phụ thuộc vào nguyên tốđất hiếm (Ln) mà phụ
thuộc chính vào kim loại chuyển tiếp 3d (M). Hệ LaMO3 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni)
tính chất xúc tác khí thể hiện đa dạng và phức tạp. Mức độ mạnh yếu của hoạt tính
xúc tác tuân theo quy luật là phụ thuộc vào mức độ linh hoạt trong việc chuyển các
trạng thái hóa trị của ion kim loại 3d, diện tích bề mặt chất xúc tác [ 26].
1.1.3.5. Cảm biến khí
Cảm biến khí trên cơ sở vật liệu oxit Perovskite tập trung vào một số loại
sau: cảm biến dạng điện hóa; cảm biến dạng độ dẫn và cảm biến dạng nhiệt xúc
tác. Cảm biến bán dẫn sử dụng các vật liệu perovskite như: cảm biến hơi cồn,
cảm biến CO, NOx, v.v. Có rất nhiều vật liệu Perovskite có tính nhạy khí tốt

14. 5
nhưng chỉ ít trong số chúng được lựa chọn để thiết kế cảm biến. Hệ LnMO3 (Ln
là kim loại đất hiếm như La, Nd, Sm, Gd, v.v.; M là kim loại 3d như V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni) thì LnFeO3 được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất [38 ].
1.1.3.6. Tính chất từ
Thông thường, perovskite mang tính chất phản sắt từ nhưng tính chất này
có thể bị biến đổi thành sắt từ nhờ sự pha tạp các nguyên tố khác nhau. Sự pha
tạp các nguyên tố dẫn đến việc tạo ra các iôn mang hóa trị khác nhau ở vị trí , tạo
ra cơ chế tương tác trao đổi gián tiếp sinh ra tính sắt từ. Điều đặc biệt là tính chất
từ có thể thay đổi trong nhiều trạng thái khác nhau ở cùng một vật liệu . Khi ở
trạng thái sắt từ, perovskite có thể tồn tại hiệu ứng từ điện trở siêu khổng lồ,
hoặc hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ hoặc trạng thái thủy tinh - spin ở nhiệt độ thấp,
trạng thái mà các spin bị tồn tại trong trạng thái hỗn độn và bị đóng băng bởi quá
trình làm lạnh [5].
1.1.3.7. Ứng dụng
Do có nhiều đặc tính điện - từ - hóa khác nhau nên perovskite có mặt
trong rất nhiều ứng dụng và được coi là một trong những vật liệu rất lý thú. Nhà
vật lý người Ấn Độ C. N. R. Rao từng phát biểu rằng perovskite là trái tim của
vật lý chất rắn . Với tính chất từ điện trở siêu khổng lồ, perovskite rất hứa hẹn
cho các linh kiện spintronics và các cảm biến từ siêu nhạy. Với nhiều tính chất
đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện... perovskite rất hữu ích cho nhiều
linh kiện điện tử. Ngoài ra, perovskite với các tính chất hấp phụ và xúc tác còn
được sử dụng trong các pin nhiên liệu[18], [38].
1.2. VẬT LIỆU NANO
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano
Vật liệu nano là loại vật liệu có kích cỡ nanomet [2]. Điểm khác biệt giữa
vật liệu nano và vật liệu thông thường là vật liệu nano có kích thước vô cùng
nhỏ, nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình khi
tương tác với môi trường xung quanh. Trong khi vật liệu thông thường, do kích
thước lớn nên chỉ một số nguyên tử nằm trên bề mặt tham gia tương tác với môi
trường, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu bên trong thể tích của vật liệu, do đó
bị chắn nên không tham gia tương tác [8]. Đặc điểm này làm cho vật liệu nano có

15. 6
những tính chất khác thường mà các vật liệu thông thường khác không có được
như [13]:
- Có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng làm xúc tác cho nhiều quá
trình hóa học.
- Có thể thay đổi tính chất của vật liệu bằng các thay đổi cấu hình mà
không cần thay đổi thành phần hóa học của vật liệu.
- Do khoảng cách giữa phần tử là rất nhỏ, nên tốc độ tương tác giữa
các cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so với các cấu trúc khác trong vật liệu
thông thường.
- Nói chung công nghệ nano có ý nghĩa kĩ thuật sử dụng kích thước từ
0,1nm đến 100nm để tạo sự biến đổi hoàn toàn lý tính 1 cách sâu sắc do hiệu ứng
kích thước lượng tử [8].
1.2.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano có nhiều ứng dụng trong công nghệ, điện tử, năng lượng và
môi trường như:
- Trong lĩnh vực điện, điện tử và thông tin [24]: giảm kích thước, tăng
dung lượng thiết bị điện tử.
- Điện tử dân dụng và máy tính là những lĩnh vực sớm biết tận dụng ưu
điểm của vật liệu nano vào sản phẩm, nỗi bật có thể kể đến là nâng cao màn hình
và khả năng dẫn điện. Ngoài ra, vật liệu nano đã tạo ra các linh kiện hoàn toàn
mới, rẻ tiền hơn mà tính năng hơn nhiều lần so với các linh kiện cũ.
- Trong lĩnh vực sinh học và y học: vật liệu nano đã tạo ra các thiết bị
cực nhỏ đưa vào cơ thể để diệt một số loại vi rút và tế bào ung thư, tạo ra các loại
thuốc mới có tính năng đặc biệt, tạo ra cac mô hình phỏng vấn các quá trình xây
dựng thực tế trong cơ thể người...
Khi kích thước của hệ sinh vật sống từ micromet giảm xuống tới nanomet,
sẽ có khả năng kết hợp các đơn vị sinh học như enzym với các cấu trúc nano
nhân tạo. Bằng cách kết hợp các enzim và chip sillic, người ta có thể chế tạo các
cảm biến sinh học. Cảm biến này có thể truyền vào người hoặc động vật để giám
sát, theo dõi sức khỏe và phóng thích liều thuốc chính xác [13].
- Trong vấn đề bảo vệ môi trường: tạo năng lượng xanh, môi trường sạch.

16. 7
- Vật kiệu nano được ứng dụng trong việc xúc tác cho quá trình xử lí khí
thải thông qua khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng như asen, sắt, mangan để
xử lý asen, amoni trong nước thải và nước sinh hoạt [35].
1.3. PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU
1.3.1. Giới thiệu về phƣơng pháp sol-gel
Sol –gel là một phương pháp hóa học ước tổng hợp các phân tử huyền phù
dạng keo rắn trong chất lỏng và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ
khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển
tiếp sol – gel [2].
Từ những năm 1950 - 1960, kĩ thuật sol-gel đã được áp dụng trong các
nghiên cứu cân bằng pha, phát triển ngành gốm sứ và từ đó được mở rộng sang
nhiều lĩnh vực khác.
Phương pháp sol-gel có thể kiểm soát được tính chất của gel tạo thành và
như vậy kiểm soát được tính chất của sản phẩm nhờ sự kiểm soát các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình như kiểu tiền chất, dung môi, hàm lượng nước, nồng độ tiền
chất, pH, nhiệt độ.
Ƣu điểm:
- Trong việc điều chế xúc tác nhiều thành phần với độ đồng nhất cao và
giá thành sản xuất rẻ.
- Không những tổng hợp được các oxit hỗn hợp siêu mịn (kích thước hạt
từ 0,1 đến 1µm) có tính đồng nhất, độ tinh khiết hoá học cao, bề mặt riêng lớn,
mà còn cho phép tổng hợp được các tinh thể cỡ nanomet, các sản phẩm ở dạng
màng mỏng, sợi… Chính vì vậy, trong những năm gần đây phương pháp sol-gel
phát triển rất mạnh và trở thành một trong những phương pháp được ứng dụng
rộng rãi trong tổng hợp vật liệu vô cơ [ 2], [ 8].

17. 8
1.3.2. Các quá trình xảy ra trong quá trình sol-gel.
Hình 1.2. Sơ đồ điều chế vật liệu bằng phương pháp sol – gel [15].
1.3.2.1. Các phản ứng trong quá trình sol-gel
- Phản ứng thủy phân: Phản ứng thủy phân thế nhóm alkoxide (-OR) trong
liên kết kim loại -alkoxide bằng nhóm hydroxyl (-OH) để tạo thành liên kết kim
loại – hydroxyl:
M(OR)n + x HOH M(OR)n-x(OH)x + xROH
Hoµ tan tiÒn chÊt
(muèi kim lo¹i hoÆc
ankolat) trong dung m«i
Thªm n-íc vµ axit
hoÆc bazo ®Ó thuû ph©n
vµ ng-ng tô
T¹o gel tù mang
(self-supporting gel)
B¾t ®Çu víi d¹ng sol
®-îc biÕn tÝnh
Khö d¹ng sol b»ng ®iÒu
chØnh pH hoÆc nång ®é
T¹o gel trªn chÊt nÒn
Lµm giµ Gel
Lµm kh« Gel ®Ó
xö lý dung m«i
T¹o xerogel T¹o aerogel
Thu ®-îc c¸c d¹ng s¶n phÈm kh¸c
nhau nh- bét, monolit vµd¹ng mµng
H×nh thµnh
Lµm giµ
Lµm kh« bay h¬i Lµm kh« siªu tíi h¹n
( supercrictical drying)( evaperative drying)
Khö dung m«i
Xö lý nhiÖt
Nung

18. 9
- Phản ứng ngưng tụ: phản ứng ngưng tụ tạo nên liên kết kim loại – oxit –
kim loại, là cơ sở cấu trúc cho màng oxide kim loại. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra
liên tục làm cho liên kết kim loại – oxit – kim loại không ngừng tăng lên cho đến
khi tạo ra một mạng lưới kim loại – oxit – kim loại trong toàn dung dịch. Phản
ứng ngưng tụ diễn ra theo 2 kiểu:
- Kiểu ngưng tụ rượu:
M(OH)(OR)n-1 + M(OR)n (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + ROH
- Kiểu ngưng tụ nước:
M(OH)(OR)n-1 + M(OH)(OR)n-1 (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + HOH
1.3.2.2. Các giai đoạn chính của quá trình sol – gel
- Tạo dung dịch sol: alkoxide kim loại bị thủy phân và ngưng tụ, tạo
thành dung dịch sol gồm những hạt oxit kim loại nhỏ (hạt sol) phân tán trong
dung dịch.
- Gel hóa (gelation): giữa các hạt sol hình thành liên kết. Độ nhớt của
dung dịch tiến ra vô hạn do có sự hình thành mạng lưới oxit kim loại (M-O-M)
ba chiều trong dung dịch.
- Thiêu kết (sintering): là quá trình chặt khối mạng, được điều khiển bởi
năng lượng phân giới. Thông qua quá trình này gel sẽ chuyển hóa từ pha vô định
hình sang pha tinh thể dưới tác động của nhiệt độ cao.
Trong toàn bộ quá trình, hai phản ứng thủy phân – ngưng tụ là hai phản
ứng quyết định cấu trúc và tính chất của sản phẩn sau cùng. Do đó, trong phương
pháp này, việc kiểm soát tốc độ phản ứng thủy phân – ngưng tụ rất quan trọng
[9], [12].
1.4. GIỚI THIỆU VỀ YTTRI
1.4.1. Lịch sử
Yttri (đặt tên theo Ytterby, một làng ở Thụy Điển gần Vaxholm) được nhà
hóa học, nhà vật lý kiêm nhà khoáng vật học người Phần Lan là Johan
Gadolin phát hiện ra năm 1794. Năm 1828, Friedrich Wöhler đã cô lập nó như là
chất chiết ra không tinh khiết từ yttria thông qua phản ứng khử clorua yttri khan
(YCl3) bằng kali. Yttria (Y2O3) là ôxít của yttri, được Johan Gadolin phát hiện
năm 1794 trong khoáng vật gadolinit lấy từ Ytterby.

19. 10
Năm 1843, nhà hóa học người Thụy Điển Carl Mosander đã chứng minh
rằng yttria có thể chia ra thành các ôxít (hay các loại đất) của ba nguyên tố khác
nhau. "Yttria" là tên gọi được giữ lại cho ôxít có tính bazơ nhất (chiếm khoảng
2/3), còn các ôxít kia được đổi tên thành ecbia và tecbia. Muộn hơn trong thế kỷ
19, cả hai loại "ôxít" kia cũng được chứng minh là phức tạp, mặc dù các tên gọi
vẫn được giữ lại cho thành phần có tính chất đặc trưng nhất của loại "đất" đó.)
Mỏ khai thác cạnh làng Ytterby sản sinh nhiều khoáng vật không bình
thường chứa các nguyên tố đất hiếm cùng các nguyên tố khác. Các nguyên
tố ecbi, tecbi, yttecbi và yttri tất cả đều được đặt tên theo tên gọi của làng nhỏ
này [32].
1.4.2. Đặc trƣng
Là một kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, yttri khá phổ biến trong
các khoáng vật đất hiếm và hai trong số các hợp chất của nó được sử dụng
làm lân quang màu đỏ trong các ống tia âm cực, chẳng hạn trong các ống dùng
cho truyền hình. Nguyên tố này thông thường không tìm thấy trong cơ thể người
và không đóng một vai trò sinh học nào cả.
Yttri tương đối ổn định trong không khí, trông khá giống scandi ở bề ngoài
và về tính chất hóa học thì tương tự như các nguyên tố nhóm Lantan, khi bị phơi ra
ngoài ánh sáng có ánh hơi hồng. Các mảnh vụn hay phoi bào của kim loại này có thể
bắt cháy trong không khí khi nhiệt độ cao trên 400 °C. Khi yttri bị chia cắt mịn thì
nó rất không ổn định trong không khí. Kim loại này có tiết diện nơtron thấp để bắt
giữ hạt nhân. Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của yttri là +3 [32].
1.4.3. Ứng dụng
Oxit yttri (III) là hợp chất quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi để
tạo ra các chất lân quang YVO4:Eu và Y2O3:Eu để tạo ra màu đỏ trong các ống
tia âm cực dùng cho truyền hình màu. Các ứng dụng khác có:
Oxit yttri dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi
sóng hiệu suất cao.
Các loại ngọc hồng lựu yttri sắt, nhôm, gadolini (ví dụ Y3Fe5O12 và
Y3Al5O12) có các tính chất từ tính rất đáng chú ý. Ngọc hồng lựu yttri sắt có hiệu
suất cao trong vai trò của bộ chuyển năng và truyền dẫn năng lượng âm
thanh. Ngọc hồng lựu yttri nhôm có độ cứng 8,5 và cũng được sử dụng như là đá
quý (kim cương giả).

20. 11
Các lượng nhỏ của yttri (0,1 tới 0,2%) đã từng được sử dụng để giảm kích
thước hạt của crom, molypden, titan, zirconi. Nó cũng được dùng để tăng sức bền
của các hợp kim nhôm và magiê.
Được dùng làm chất xúc tác cho quá trình polyme hóa etylen.
Ngọc hồng lựu yttri nhôm, Y2O3, florua yttri liti, vanadat yttri được dùng
trong tổ hợp với các tác nhân kích thích (dopant) như neodymi, erbi, ytterbi trong
các laze cận-hồng ngoại. Các dạng tinh thể và gốm của chúng đều được sử dụng.
Nó được sử dụng tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu suất cao.
Nó được dùng để khử ôxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác.
Yttri cũng được dùng trong sản xuất măng sông cho các đèn măng
sông dùng propan, thay thế cho thori là chất hơi có tính phóng xạ.
Các tinh thể ngọc hồng lựu yttri nhôm kích thích bằng xeri (YAG:Ce)
được dùng làm chất lân quang để làm các LED phát ánh sáng trắng.
Các vi cầu Yttri-90 có tiềm năng được dùng trong điều trị ung thư biểu mô
gan không thể cắt bỏ.
Yttri được dùng như là nguyên tố "bí mật" trong chất siêu dẫn YBCO phát
triển tại Đại học Houston, YBaCuO. Chất siêu dẫn này làm việc trên 90K, đáng
chú ý vì nó là trên điểm sôi của nitơ lỏng (77,1K). (Y1,2Ba0,8CuO4). Vật liệu được
tạo ra là khoáng vật đa tinh thể đa pha, có màu đen và lục.
Yttri được nghiên cứu để tìm kiếm khả năng sử dụng như là tác nhân tạo
hòn trong sản xuất gang mềm với độ mềm dẻo của gang tăng lên (graphit tạo
thành các hòn rắn chắc thay vì các mảnh như bông để tạo ra gang mềm). Về tiềm
năng, yttri có thể sử dụng trong sản xuất gốm và thủy tinh, do ôxít yttri có điểm
nóng chảy cao và sức kháng va chạm cao cùng hệ số giãn nở nhiệt thấp.
Oxit yttri cũng được dùng để ổn định dạng hình hộp của zirconia để sử
dụng trong nghề kim hoàn.
Yttria (Oxit yttri (III)) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản
xuất nitrua silic xốp.
Yttri-90 được dùng trong Zevalin, là một loại thuốc trị liệu hệ miễn dịch-
phóng xạ được chỉ định trong điều trị một vài loại ung thư bạch huyết phi-
Hodgkin [32].

21. 12
1.5. CROM – HỢP CHấT CỦA CROM VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.5.1. Tính chất lý hóa của Crom (Cr)
Crom thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB. Khối lượng phân tử: 51,9661 đvC. STT
trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học 24. Số oxi hoá đặc trưng
nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6. Ngoài ra trong các hợp chất crom còn các
số oxi hoá 0, +1, +2, +3, +4 và +5. Màu sắc: Crom ở dạng đơn chất là kim loại
óng ánh màu trắng xám. Nhiệt độ nóng chảy: 1875 0
C. Nhiệt độ sôi : 2197 0
C.
Nhiệt thăng hoa: 368,2(kJ/mol). Tỉ khối: 7,2(ở 200
C). Độ cứng (thang Mohx):
8,5; độ dẫn điện : 93,9 W·m−1
·K−1
.
Crom rất tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn những vết tạp chất thì
trở nên cứng và giòn[15].
1.5.2 Ảnh hƣởng của crom (VI) đối với sức khỏe và môi trƣờng.
Sự nhiễm độc crom chủ yếu do nghề nghiệp và môi trường bị ô nhiễm cao.
Crom (VI) tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr(IV). Cr(III) không
độc nhưng Cr(VI) độc đối với động thực vật. Với người nhiễm Cr (VI) gây loét
dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi.
Nhiễm độc nghề nghiệp crom có thể gây ra hen suyễn. Nếu lượng crôm cao
vào cơ thể qua đường tiêu hoá sẽ gây ngộ độc nặng có thể dẫn đến tử vong [1].
Cơ chế gây ung thư của Cr(VI) ở phổi được tin chắc là có liên quan đến sự
khử của đến Cr(III) và sự sinh ra các chất trung gian hoạt động (crom có nhiều
trang thái hóa trị: 0, +6, +3, +2, thường gặp; +1, +4, +5 hiếm gặp và rất họat
động, kém bền). Trong tế bào sự khử Cr(VI) bao gồm sự oxi hóa của cả phân tử
nhỏ (ascorbat, glutathion) và phân tử lớn (ADN, protein) tạo ra và đóng vai trò
trong quá trình gây ung thư [1].
Tiêu chuẩn WHO quy định lượng crom trong nước uống là 0,005 mg/L.
1.5.3. Các nguồn sản sinh crom gây ô nhiễm
Crom xâm nhập vào nguồn nước từ các nguồn nước thải các nhà máy mạ
điện, nhuộm, thuộc da, chất nổ, mực in, in tráng ảnh.
Theo bản báo cáo “Về việc cá chết bất thường ở khu vực đầm phá và vùng
ven biển Thừa Thiên - Huế”, từ ngày 15/4 đến ngày 22/4/2016, hiện tượng cá
biển và cá nuôi bị chết bắt đầu tại vùng biển tỉnh Hà Tĩnh đến dọc bờ biển Thừa
Thiên - Huế [36].

22. 13
Lượng cá chết giảm dần từ Bắc xuống Nam. Nguyên nhân cá biển, cá nuôi
chết không phải do dịch bệnh mà do một tác nhân cực mạnh - chất độc trong môi
trường nước dẫn đến sự cố cá chết hàng loạt tại tỉnh Thừa Thiên - Huế.
Báo cáo đã chỉ rõ các thông số như: hàm lượng kim loại nặng crom vượt
giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 10-
MT:2015/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển cũng
như QCVN 08 -MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước mặt[ 36].
1.5.4. Ứng dụng của crom
 Trong công nghiệp và đời sống
- Được dùng để sản xuất thép có độ cứng cao, có khả năng chống gỉ, bền.
- Làm thuốc nhuộm màu xanh lục trong sơn, đồ gốm sứ, véc ni, mực.
- Các hợp chất của crom được sử dụng trong các quá trình thuộc da, sản
xuất bang từ, làm phụ gia cho xăng, làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao,…
- Thuốc thử K2Cr2O7 có vai trò là tác nhân chuẩn độ, là một thuốc thử hóa học.
 Trong y học
Crôm có trong thực phẩm như gan bò, lòng đỏ trứng, men bia, tỷ lệ thấp
dưới 10mcg/100g, có nhiều hơn một ít trong ngô, khoai tây, bánh mỳ đen, đậu
xanh, nấm, thịt bò.
Cơ thể người trưởng thành chứa trung bình từ 1-5mg crôm. Trong máu
người bình thường tỷ lệ crôm là 10mcg/l nhưng ở những người làm việc trong
môi trường có crôm thì tỷ lệ này tăng lên, nhất là trong hồng cầu có thể lên đến
40-60mcg/l máu.
Crôm được đưa vào cơ thể qua thực phẩm, hô hấp, da. Khi ăn, crôm hấp
thu ở ruột non với tỷ lệ 0,4-3%. Còn qua đường hô hấp, các dẫn chất crôm tan
trong nước xuyên qua màng các phế nang còn các dẫn chất không tan được tích
tụ ở mô phổi. Qua đường tiếp xúc, crôm không xuyên qua da mà tạo thành một
phức hợp bền với protein ở các lớp bề mặt của da.
Nghiên cứu crom vận dụng cho y học. Theo nghiên cứu cho thấy việc tách
Cr (III) từ collagen trong da đạt được một sự kết hợp của sự ổn định protein
(collagen) (crosslinking bảo vệ) và một labilization tiếp theo của loài Cr(III) liên
kết với các protein. Crôm cần cho sự chuyển hoá các glucid và lipid [1].

23. 14
1.6. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG
1.6.1. Khái niệm chung
Hấp phụ là hiện tượng các phân tử chất khí, lỏng, các ion được giữ lại trên
bề mặt phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là lớp khí – lỏng, lỏng –
lỏng, khí – rắn và lỏng – rắn [1].
Chất hấp phụ: Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này .
Chất bị hấp phụ: chất bị giữ lại trong chất hấp phụ .
Chất mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
Quá trình giải hấp: Là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất
hấp phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng
tốc độ giải hấp [1 ].
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt chất hấp
phụ nhờ lực liên kết giữa các phân tử. Quá trình này có tỏa nhiệt, độ nhiệt tỏa ra
phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử.
- Hấp phụ hóa học: Chất ô nhiễm bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với
vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn hấp phụ vật
lý. Do vậy nhiệt tỏa ra lớn hơn và cần năng lượng nhiều hơn.
- Tính đặc thù: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học do đó ít mang
tính đặc thù rõ rệt. Còn hấp phụ hóa học mang tính đặc thù cao, phụ thuộc vào khả
năng tạo thành liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ[1], [15].
1.7. QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC
1.7.1. Nguyên lý xúc tác quang hóa
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu có kích thước
nanomet đang được các nhà nghiên cứu chú ý đến trong những năm gần đây là
làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác.
Trong hoá học, những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của ánh
sáng và chất xúc tác, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất
xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra được gọi là quang xúc tác. Khi có sự kích thích
của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao đổi
electron giữa các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn. Bằng cách

24. 15
như vậy, chất xúc tác quang làm tăng tốc độ phản ứng quang hóa, cụ thể là tạo ra
một loạt quy trình giống như phản ứng oxy hoá - khử và các phân tử ở dạng
chuyển tiếp có khả năng oxy hoá - khử mạnh khi được chiếu bằng ánh sáng thích
hợp[15], [12].
1.7.2. Cơ chế quá trình xúc tác quang dị thể
Quá trình xúc tác quang dị thể có thể được tiến hành ở pha khí hoặc pha
lỏng. Cũng giống như các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang
dị thể được chia thành các giai đoạn như sau:
(1). Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề
mặt chất xúc tác.
(2). Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác.
(3). Hấp thụ photon ánh sáng, sinh ra các cặp electron - lỗ trống trong chất
xúc tác, và khuyếch tán đến bề mặt vật liệu.
(4). Phản ứng quang hóa, được chia làm hai giai đoạn nhỏ:
 Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử chất xúc tác bị kích
thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất hấp
phụ lên bề mặt.
 Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản
ứng nhiệt, đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp.
(5). Nhả hấp phụ các sản phẩm.
(6). Khuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc lỏng [4].
1.7.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính xúc tác của vật liệu
Nếu cùng điều kiện phản ứng, các mẫu vật liệu thường có hoạt tính quang
hóa khác nhau, sự khác nhau này được giải thích dựa trên đặc tính hóa lý, yếu tố
hình học, thành phần cấu trúc tinh thể, độ tinh thể hóa, diện tích bề mặt, kích
thước hạt, thành phần tạp chất… Các đặc trưng này được quyết định bởi nguyên
liệu và phương pháp điều chế[4].
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

25. 16
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, vật liệu perovskite với cấu trúc nano là một
loại vật liệu có giá trị sử dụng cao, được ứng dụng nhiều trong thực tế như điện
tử, xử lí hóa dầu, đặc biệt là làm xúc tác trong các phản ứng hóa học, xử lý ô
nhiễm môi trường. Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ các oxit hiện nay
được coi là chiếm ưu thế do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính
cao của bột vật liệu tạo thành. Trong đó phương pháp chiến lược, kinh tế và
không gây ô nhiễm môi trường được coi là phương pháp sol – gel. Phương pháp
sol – gel sử dụng chất tạo gel PVA và axit citric để tổng hợp YFeO3 chưa được
nghiên cứu, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra những điều kiện tối ưu
nhất để tổng hợp vật liệu YFeO3.
Từ kết quả tổng hợp YFeO3, chúng tôi tiến hành khảo sát một số ứng dụng
của vật liệu YFeO3 chưa được đề cập gồm khả năng hấp phụ Cr (VI), khả năng
hấp phụ dung dịch xanh metylen trong bóng tối, khả năng quang xúc tác phân
hủy dung dịch Xanh metylen dưới ánh sáng mặt trời của vật liệu YFeO3.
2.2. HÓA CHẤT – DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
2.2.1. Hóa chất
Hóa chất được sử dụng để thực hiện nghiên cứu đề tài này có độ sạch PA
- Dung dịch Sắt (III) nitrat - Fe(NO3)3 (Trung Quốc)
- Dung dịch Yttri (III) nitrat – Y(NO3)3 (Merck)
- Polivinyl ancol (PVA) (Merck),
- Axit citric (Trung Quốc)
- Dung dịch NH4OH , HNO3, NaOH, H2SO4
- Dung dịch chuẩn: Muối Morh 1ppm
- Kali đicromat (K2Cr2O7)
- Dung dịch chất chỉ thị điphenylamin, dung dịch chuẩn xanh
metylen (MB)
2.2.2. Dung dịch chuẩn độ muối Morh
Muối Morh có công thức phân tử FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O là những tinh

26. 17
thể đơn tà màu xanh lục, trong suốt, khối lượng riêng là 1,87; không bị biến đổi
khi cất trữ. Mất nước kết tinh ở nhiệt độ gần 1000
C.
Thành phần phải là những tinh thể màu xanh lục hoặc bột tinh thể màu
xanh lục. Thành phần hạng tinh khiết hóa học và tinh khiết phân tích phải chứa ít
nhất 99,7% FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O.
2.2.3. Chất chỉ thị điphenylamin
Chất chỉ thị điphenylamin rất ít tan trong nước. Dung dịch gốc được pha
chế trong dung dịch H2SO4. Khi bị oxy hóa mới đầu điphenylamin chuyển thành
điphenylbenziđin không màu (phản ứng không thuận nghịch) và sau đó
điphenybenziđin bị oxy hóa tiếp thành điphenylbenziđin tím có màu tím (phản
ứng thuận nghịch).
Chất chỉ thị này được Knop dùng lần đầu tiên để chuẩn độ Fe2+
bằng
K2Cr2O7 năm 1924. Phản ứng giữa điphenylamin và điphenylbenziđin với
Cr2O7
2-
xảy ra chậm, nhưng tốc độ sẽ tăng lên do phản ứng cảm ứng giữa Fe2+
và
Cr2O7
2-
.
Điphenylbenziđin cũng rất ít tan trong nước, do đó khi chuẩn độ có thể
xuất hiện kết tủa và phản ứng chậm với Cr2O7
2-
.
Điphenylamin có thể dùng làm chỉ thị trong các phép chuẩn độ đicromat,
pemanganat, vanadat và xeri(VI) bằng Fe(II).
Công thức cấu tạo
Điphenylamin (không màu)
Điphenylbenziđin (không màu)
Điphenylbenziđin (tím)
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng oxi hóa điphenylamin
2.2.4. Dụng cụ thí nghiệm
Các dụng cụ thí nghiệm sử dụng thuộc khoa Hóa học – Trường Đại học

27. 18
Sư phạm Huế, bao gồm:
- Cân phân tích
- Máy khuấy từ gia nhiệt
- Tủ sấy
- Lò nung
- Máy li tâm
- Dụng cụ thủy tinh và một số dụng cụ khác
2.2.5. Pha chế các loại hóa chất
2.2.5.1. Dung dịch muối Fe(NO3)3
Cân một lượng chính xác bột Fe(NO3)3.9H2O cho vào cốc thủy tinh, sau
đó thêm nước cất vào và khuấy nhẹ bằng đũa thủy tinh cho đến khi hóa chất tan
hết. Chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 250mLvà thêm nước cất đến
vạch định mức.
2.2.5.2. Dung dịch muối Y(NO3)3
Cân một lượng chính xác bột Y2O3 cần thiết theo tính toán tương ứng với
thể tích và nồng độ cần pha, cho vào cốc chịu nhiệt thấm ướt đều Y2O3 bằng
nước cất, thêm một lượng HNO3 đậm đặc, đun ng nhẹ cho đến khi Y2O3 tan hết
(tránh để oxit không tan bám vào thành hoặc đáy cốc dễ gây nổ, vỡ). Để nguội
thêm nước cất, rồi đun và khuấy đều để đuổi axit dư rồi chuyển vào bình đựng.
Để xác định chính xácnồng độ ban đầu của Y(NO3)3. Dung dịch thu được
tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch axit đietylen triamin pentaaxetic DTPA 10-
2
M, chỉ thị là arsenazo (III) như sau:
Lấy 0,1mL dung dịch cần xác định, rồi pha loãng 10 lần thu được dung
dịch A. Lấy 1mL dung dịch A cho thêm 1 giọt chất chỉ thị arsenazo (III), dung
dịch chuyển sang màu xanh. Chuẩn độ bằng dung dịch DTPA 10-2
M, đến khi
dung dịch chuyển sang màu tím thì dừng lại. Tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy giá trị
trung bình ta được nồng độY(NO3)3.
2.2.5.3. Dung dịch muối K2Cr2O7
Cân một lượng chính xác bột K2Cr2O7 cần thiết theo tính toán tương ứng

28. 19
với thể tích và nồng độ cần pha rồi hòa tan bằng nước cất, ta thu được dung dịch
K2Cr2O7.
Xác định nồng độ của Cr(VI) bằng phép chuẩn độ muối Mohr 0,1N với
chỉ thị điphenylamin như sau:
Lấy 0,1mL dung dịch cần chuẩnrồi pha loãng 10 lần thu được dung dịch
A. Lấy 1mL dung dịch A cho thêm 1 giọt chất chỉ thị điphenylamin, dung dịch
chuyển sang màu tím. Chuẩn độ bằng dung dịch muối Morh 0,1N, đến khi dung
dịch chuyển sang xanh lục thì dừng lại. Tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy giá trị
trung bình ta được nồng độ Cr(VI).
2.2.5.4. Dung dịch xanh metylen
Cân một lượng chính xác 2,0000g xanh metylen cho vào cốc thủy tinh,
sau đó thêm nước cất vào và khuấy nhẹ bằng đũa thủy tinh cho đến khi hóa chất
tan hết. Chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 1 lít và thêm nước cất đến
vạch định mức thu được dung dịch xanh metylen 2000 ppm (2g/L). Từ dung dịch
xanh metylen 2000 ppm pha chế dung dịch xanh metylen có nồng độ 100 ppm và
từ dung dịch này pha chế thành các dung dịch xanh metylen có nồng độ khác
nhau: 12; 10; 6; 4; 2; 0,5; 0,2; và 0,1 ppm.
2.2.6. Thiết bị
Phổ hồng ngoại IR được xác định trên thiết bị IR-PRESTIGE21,
SHIMADZU (Nhật Bản). Phổ UV-VIS được xác định trên máy quang phổ
SHIMADZU UV 1800 (Nhật Bản), tại Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm,
Đại học Huế.
Phân tích nhiệt TGA-DTA được thực hiện trên máy SETARAM LABSYS
EVO (Pháp), tại viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam.
Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray) được xác định trên thiết bị D8
ADVANCE của hãng Bruker (Đức), tại khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học
– Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Hình thái học của vật liệu và kích thước hạt được xác định bằng phương
pháp hiển vi điện tử quét (SEM) trên thiết bị HITACHI S-4800 (Nhật Bản),
(TEM) trên thiết bị JEOL JEM–1010 (Mỹ), tại khoa Hóa học, trường Đại học
Khoa học – Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.3.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3

29. 20
2.3.1.1. Phân tích nhiệt mẫu vật liệu YFeO3
Để lựa chọn khoảng nhiệt độ nung thích hợp cần khảo sát, chúng tôi tiến
hành chuẩn bị phối liệu rồi tiến hành khuấy trộn, sấy, nghiền mịn sau đó đem
phân tích nhiệt nhằm khảo sát sự biến đổi về thành phần và các quá trình xảy ra
trong mẫu phối liệu nghiên cứu khi tăng nhiệt độ.
2.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3
Để xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự tạo pha vật liệu YFeO3,
chúng tôi tiến hành chuẩn bị các phối liệu ban đầu giống nhau nhưng thay đổi
nhiệt độ nung. Ảnh hưởng được xem xét thông qua các giản đồ nhiễu xạ tia X
(XRD) và khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch xanh metylen dưới ánh
sáng mặt trời.
2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ molPVA/ kim loại đến quá trình hình
thành vật liệu YFeO3
Để xem xét ảnh hưởng của tỉ lệ mol PVA/ mol kim loạiđến sự tạo pha vật
liệu YFeO3, chúng tôi tiến hành chuẩn bị các phối liệu ban đầu giống nhau nhưng
thay đổi tỉ lệ mol PVA/(Y3+
+Fe3+
). Ảnh hưởng được xem xét thông qua các giản
đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB
dưới ánh sáng mặt trời.
2.3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của axit citric đến quá trình hình thành
vật liệu YFeO3
Để xem xét ảnh hưởng của axit citricđến sự tạo pha vật liệu YFeO3, chúng
tôi tiến hành chuẩn bị các phối liệu ban đầu giống nhau nhưng thay đổi tỉ lệ mol
axit citric/(Y3+
+Fe3+
). Ảnh hưởng được xem xét thông qua các giản đồ nhiễu xạ
tia X (XRD) và khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB dưới ánh sáng
mặt trời.
2.3.2. Một số đặc trƣng của vật liệu YFeO3
Để đánh giá thành phần hóa học, thành phần liên kết, hình thái và kích
thước hạt vật liệu YFeO3, chuẩn bị mẫu vật liệu được tổng hợp ở điều kiện tối
ưu. Sau đó thành phần liên kết được nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại (IR), hình
thái và kích thước hạt của vật liệu được nghiên cứu bằng ảnh chụp hiển vi điện tử
(SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
2.3.3. Ứng dụng của vật liệu YFeO3 đã tổng hợp đƣợc
2.3.3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ dung dịch Cr (VI) bằng vật liệu YFeO3

30. 21
Mẫu vật liệu tổng hợp ở điều kiện tối ưu, thử khả năng hấp phụ dung dịch
chứa ion Cr (VI) theo thời gian.
2.3.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ dung dịch MB của vật liệu YFeO3 trong
bóng tối theo thời gian
Mẫu vật liệu tổng hợp ở điều kiện tối ưu, thử khả năng hấp phụ dung dịch
MB theo thời gian.
2.3.3.3. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB của vật liệu
YFeO3 theo thời gian
Mẫu vật liệu tổng hợp ở điều kiện tối ưu, thử khả năng quang xúc tác phân
hủy dung dịch MB theo thời gian.
2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu YFeO3
Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp YFeO3
bằng phương pháp sol – gel:Nhỏ từng giọt dung dịch PVA theo tỉ lệ mol thích
hợp đã được hòa tan trong nước 80o
C vào cốc đựng hỗn hợp dung dịch muối
nitrat (Y3+
, Fe3+
) có tỉ lệ mol kim loại Y/Fe là 1/1 được khuấy trộn liên tục trên
máy khuấy từ gia nhiệt ở 80o
C. Sau đó tiếp tục thêm từ từ dung dịch axit citric
theo tỉ lệ mol thích hợp vào hỗn hợp trên, điều chỉnh pH của dung dịch hỗn hợp
bằng dung dịch HNO3 loãng hoặc dung dịch NH3 để thu được dung dịch có pH
=3. Hệ gel đồng nhất màu vàng chanh tạo thành được làm già 1 ngày (hình 2.1).
Sau đó sấy hỗn hợp trong tủ sấy ở 90o
C đến khi thu được gel khô dạng khối xốp
màu vàng nâu (hình 2.2). Nung sản phẩm đã sấy ở nhiệt độ thích hợp trong 2
giờ, để nguội thu được vật liệu YFeO3 (hình 2.3). Phương pháp này được trình
bày tóm tắt theo sơ đồ ở hình 2.4.

31. 22
Hình 2.2. Gel ướt vật liệu YFeO3 Hình 2.3. Gel khô vật liệu YFeO3
Hình 2.4. Vật liệu YFeO3 thu được sau nung

32. 23
Hình 2.5. Sơ đồ chế tạo vật liệu YFeO3 bằng phương pháp sol – gel
2.4.2. Các phƣơng pháp kiểm tra đánh giá mẫu
2.4.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt TGA-DTA
Đây là phương pháp thường dùng để xác định nhiệt độ nung khi tiến hành
khảo sát nhiệt độ nung mẫu. Từ các giản đồ nhiệt với các đường DTA
(Differential Thermal Analysis) và TGA (Thermo Gravimetric Analysis) thu
được từ kết quả phân tích nhiệt ta có thể giải thích được các quá trình lý hóa xảy
ra khi tiến hành nung mẫu.
Hỗn hợp Y(NO3)3, Fe(NO3)3
Dd trong suốt, màu vàng chanh
Sol trong suốt, màu vàng nâu
Gel màu vàng nâu
Gel
Gel khô
Điều chỉnh pH = 3
Khuấy 80o
C
Axit citric
Khuấy 800
C
Làm muồi 12 giờ
Sấy 900
C, 3 giờ
YFeO3
Nung, 2 giờ
Dung dịch Y(NO3)3 Dung dịch Fe(NO3)3PVA

33. 24
Các quá trình lý hóa xảy ra trong hệ đều kèm theo sự biến đổi về năng lượng.
Các quá trình chuyển pha như: Hidrat, giải hấp phụ, hóa hơi,... là các quá trình thu
nhiệt. Các quá trình tinh thể hóa, oxi hóa, hấp phụ, cháy,... thường tỏa nhiệt.
Trên giản đồ phân tích nhiệt, khi có hiệu ứng tỏa nhiệt thì xuất hiện pic
tỏa nhiệt với đỉnh pic hướng lên, ngược lại hiệu ứng thu nhiệt cho pic hướng
xuống. Lúc đường biểu diễn bắt đầu lệch khỏi đường thẳng nằm ngang được coi
là lúc bắt đầu của phản ứng, các điểm dừng nhiều nhất ở phía cuối chứng tỏ sự
kết thúc phản ứng. Dựa vào đường cong nhiệt vi sai cùng với đường TGA, người
ta có thể dự đoán được các phản ứng xảy ra trong pha rắn ở các nhiệt độ nung
khác nhau cũng như quá trình chuyển pha.
Mẫu phân tích nhiệt được chuẩn bị bằng gel và sấy khô ở 90ºC sau đó
nghiền nhỏ trước khi đưa vào phân tích nhiệt trên máy SETARAM LABSYS
EVO (Pháp), tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam.
2.4.2.2. Thành phần pha và kích thước hạt được khảo sát bằng phương pháp
nhiễu xạ tia X (XRD)
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các
nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định.
Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì
mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử,
ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Tia X là
các sóng điện từ có bước sóng  = 0,1  30 Ao
. Nguyên tắc cơ bản của phương
pháp này là dựa vào phương trình Vulf-Bragg: 2d(h,k,l).sin = n. (2.1)
Trong đó:
d: khoảng cách giữa các mặt phản xạ, chính là các mặt tinh thể học có chỉ
số Miller là hkl.
n: bậc nhiễu xạ (n = 1,2,3,...trong thực nghiệm thường chọn n = 1)
: góc tạo bởi tia tới và mặt phẳng mạng (góc phản xạ)
: bước sóng của tia Rơnghen (X)

34. 25
Hình 2.6. Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể.
Giản đồ nhiễu xạ tia X cho phép xác định các pha tồn tại trong mẫu, các
chỉ số Miller qua mỗi đỉnh nhiễu xạ. Từ các dữ kiện thu được ta xác định được
cấu trúc tinh thể, khoảng cách giữa các mặt phản xạ, hằng số mạng thông qua cấu
trúc mẫu tinh thể chuẩn [5], [8], [11].
Để tính kích thước hạt nano ta dùng phương trình Debye - Scherrer:
d = (2.2)
Trong đó: d: là kích thước hạt (nm)
K: là thừa số hình dạng, giá trị K = 0.89
λ = 0.15406 nm
β và góc θ được xác định từ kết quả chụp XRD
θ = góc 2θ trên đồ thị/2 (độ)
β = (độ rộng bán phổ trên đồ thị FWHM)* /180
Việc xác định các thông số từ phổ là việc rất cần thiết để tính kích thước
hạt d.
K λ = 2d.Sin θ (2.3)
Để xác định thành phần pha tinh thể và kích thước hạt của mẫu sau khi
nung, chúng tôi tiến hành ghi giản đồ XRD của mẫu. Mẫu được ghi trên máy D8
Advance BRUCKER (Đức) với Cu-Kα = 1,54056 (Å), tại khoa Hóa Học,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
K.λ
β.cosθ


35. 26
2.4.2.3. Phổ hồng ngoại (IR)
Khichiếu chùm tia đơn sắc có số sóng nằm trong vùng hồng ngoại (50-
1000cm-1
) qua chất phân tích, năng lượng của chùm tia đó bị hấp thụ. Sự hấp thụ
này tuân theo định luật Lambert - Beer:
D=lgI0/I=k.l.C (2.5)
Trongđó: D:mậtđộquang
k:hệ sốhấpthụmol
l:độdàycuvet
C:nồng độ chất phân tích
I0 và I: là cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi chất phân tích.
Đường cong thu được khi biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền qua vào số sóng
được gọi là phổ hồng ngoại. Căn cứvào cácsốsóngđặctrưngtrên phổ hồngngoại có
thểxácđịnhđượccácliênkếtgiữacácnguyêntửhaynhómnguyêntử, từđóxác định được
cấu trúc của chất phân tích.
Để xác định thành phần liên kết hóa học của vật liệu, chúng tôi tiến hành
phân tích phổ hồng ngoại (IR) trên thiết bị IR-Prestige21, Shimadzu (Nhật Bản),
tại khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế.
2.4.2.4. Kích thước hạt và hình thái học của vật liệu oxit Fe2O3 pha tạp Y (III)
được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét SEM ,TEM
a. Hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope)
Ứng dụng: loại hiển vi này có nhiều chức năng nhờ khả năng phóng đại và
tạo ảnh rất rõ nét, chi tiết. Hiển vi điện tử quét SEM được sử dụng để nghiên cứu
bề mặt của xúc tác cho phép xác định kích thước và h ình dạng của vật liệu.
Nguyên tắc: hiển vi điện tử được thực hiện bằng cách quét một chùm tia
điện tử hẹp (có bước sóng khoảng vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ
thống thấu kính từ, sau đó quét lên bề mặt mẫu nhờ cuộn quét tĩnh. Khi chùm tia
điện tử đập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các điện tử thứ cấp. Mỗi điện tử
phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu sẽ biến đổi thành một tín hiệu ánh
sáng, chúng được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn
ảnh. Độ sáng tới trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ
thu và phụ thuộc vào bề mặt mẫu nghiên cứu. Phương pháp kính hiển vi điện tử

36. 27
được sử dụng nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình dạng vi tinh thể do khả năng
phóng đại và tạo ảnh rõ nét, chi tiết.
b. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM–Transmission Electron
Microscope)
Kính hiển vi điện tử cấu tạo dựa trên cấu tạo của kính hiển vi quang học
(vi điện tử cũng có tính chất sóng và bước sóng của tia điện tử có thể nhỏ hơn
bước sóng của ánh sáng), thay nguồn sáng quang học bằng nguồn sáng điện tử,
thay thấu kính thủy tinh bằng thấu kính điện tử. Đường đi của tia điện tử qua
thấu kính điện tử và độ phóng đại ở hiển vi điện tử truyền qua giống với ở hiển vi
quang học.
Độ phân giải của hiển vi điện tử truyền qua loại tốt vào cỡ 0,1nm. Với độ
phân giải đó đủ để quan sát những chi tiết kích cỡ nano. Khi chuẩn bị mẫu chụp
phải làm cho mẫu thật mỏng (cỡ 0,5 micromet) thì điện tử mới xuyên qua được
mẫu để tạo ra ảnh phóng đại. Khi đã làm mẫu mỏng mà không làm sai lệch cấu
trúc thì hiển vi điện tử truyền qua cho biết được nhiều chi tiết nano của mẫu
nghiên cứu như hình dạng kích thước hạt, thành phần các chất… [5], [8], [11].
2.4.2.5. Phương pháp trắc quang so màu (UV-VIS)
Khi phân tử hấp thụb ức xa ̣tử ngoa ̣i hoă ̣c khả kiến thì những electron hoá
trị của nó bị kích thích và chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích có
mứ c năng lượng cao hơn . Đường cong biểu diễn sự biến đổ i của độhấp thụánh
sáng theo bước sóng được gọi là phổ hấp thụ electron [12].
Phổ hấp thụ quang A phụ thuộc bƣớc sóng của ánh sáng tới.
Chiếu chùm sáng có bước sóng khác nhau đi qua dung dịch hấp thụ, độ
hấp thụ của dung dịch phụ thuộc nhiều vào bước sóng (hình 2.7).
Hình 2.7.Phổ hấp thụ quang phụ thuộc bước sóng
e
l (nm)
l max
emax

37. 28
Chiếu các chùm sáng có bước sóng thay đổi một cách liên tục từ bước
sóng dài đến bước sóng ngắn hơn (hoặc ngược lại), còn gọi là quét phổ, ta thu
được phổ hấp thụ là những dải liên tục, có những cực đại hấp thụ, ở các vị trí λmax
khác nhau tuỳ thuộc chất phân tích (hình 2.4).
Độ hấp thụ quang A phụ thuộc nồng độ chất
Lập dãy chuẩn chất hấp thụ quang có nồng độ khác nhau trong điều kiện
phù hợp và chiếu chùm sáng có bước sóng cố định ứng với cực đại của phổ hấp
thụ chất màu
qua dung dịch, ta thu được một dãy số liệu về độ hấp thụ quang của các
dung dịch, vẽ vào đồ thị, ta thu được đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp
thụ quang vào nồng độ chất, A=f(C).
Hình 2.8. Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc A vào nồng độ C.
Độ hấp thụ quang A có tính chất cộng tính
Nếu dung dịch có nhiều chất hấp thụ, độ hấp thụ quang của dung dịch ở
một bước sóng nhất định là tổng các độ hấp thụ quang thành phần .
Hình 2.9. Tổng các độ hấp thụ quang thành phần
CCx
Ax
A
A= 1C1b + 2 C2 b +…+ nCnb

38. 29
Khả năng hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch MB của vật liệu
được xác định lại nồng độ bằng phương pháp trắc quang so màu UV-VIS trên
máy quang phổ Shimadzu UV 1800 (Nhật Bản) tại khoa Hóa học, trường Đại học
Sư phạm Huế.
2.4.2.6. Phương pháp khảo sát hoạt tính quang xúc tác của YFeO3
Khảo sát khả năng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu YFeO3 tổng hợp
được thông qua khả năng phân hủy dung dịch MB
Xanh metylen là một hợp chất dị vòng thơm có CTPT là C16H18ClN3S. Ở
nhiệt độ phòng MB dường như là một chất đặc, không mùi, bột màu xanh đen.
Khi hòa tan trong nước sẽ cho ra dung dịch màu xanh (hình 2.7). Dạng hidrate có
ba phân tử nước/một phân tử xanh metylen. MB không nên nhầm với MB, một
chất nhuộm mô và cũng không phải methyl violets thường dùng như một chất chỉ
thị pH.
Theo danh pháp quốc tế (INN) Methylen blue có tên gọi là Methyl
thioninium chloride và có công thức cấu tạo là:
Hình 2.10. Phân tử xanh metylen (MB)
MB hấp thụ bước sóng cực đại ở 665 nm. MB dễ bị phân hủy dưới tác
dụng của ánh sáng làm giảm nồng độ. Vì vậy trong quá trình bảo quản cũng như
tiến hành thí nghiệm cần chú ý tránh để MB tiếp xúc với ánh sáng.
Hoạt tính quang hóa xúc tác của YFeO3 được chúng tôi đánh giá qua hiệu
suất phản ứng phân hủy quang xúc tác MB. Xác định sự suy giảm nồng độ dung
dịch MB bằng việc đo độ hấp thụ quang của dung dịch tại các thời điểm khác
nhau. Độ hấp thụ quang của dung dịch tuân theo định luật Bughe – Lambe – Bia:
o
l
I
A = log = ε.l.C
I
-1 -1 -1
(l.cm .mol )(cm.mol.l ) (2.6)

39. 30
Trong đó: A: Độ hấp thụ quang của dung dịch (Mật độ quang)
C: Nồng độ dung dịch (mol/l, mg/l)
l: Chiều dày lớp dung dịch (cm)
: Hệ số hấp thụ phân tử, phụ thuộc vào bản chất của chất màu và bước
sóng của ánh sáng tới
Io, Il: Cường độ tia sáng ban đầu và sau khi đi qua mẫu.
Theo định luật Bughe – Lambe – Bia, độ hấp thụ quang của dung dịch phụ
thuộc tuyến tính vào nồng độ dung dịch. Do đó, để xác định sự suy giảm nồng độ
dung dịch MB tại các thời điểm khác nhau, trước tiên cần phải lập phương trình
đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ dung
dịch phân tích C.
Đo độ hấp thụ quang của dung dịch MB tại các thời điểm khác nhau, ta
thu được các giá trị Ax.
Dựa vào phương trình đường chuẩn ta tính được các giá trị Cx. Đó chính
là nồng độ của dung dịch MB tại thời điểm cân bằng.
Từ đó tính hiệu suất phản ứng phân hủy quang xúc tác MB H(%) theo
công thức sau:
(2.8)
Trong đó: Co: là
nồng độ của dung dịch MBban đầu (ppm)
Ccb: là nồng độ dung dịch MB tại thời điểm cân bằng (ppm)
Để khảo sát khả năng hấp phụ và hoạt tính quang xúc tác vật liệu YFeO3,
chúng tôi tiến hành nghiên cứu như sau: Vật liệu YFeO3 được tổng hợp ở điều
kiện tối ưu, sau đó với mỗi 0,1000g YFeO3 trong 10mL dung dịch MB. Hỗn hợp
phản ứng được lắc đều trong suốt quá trình thi nghiệm ở bóng tối ở nhiệt độ
phòng. Tiến hành các thí nghiệm với các thời gian khác nhau. Song song với quá
trình này, thực hiện các thí nghiệm tương tự nhưng hỗn hợp phản ứng được phơi
trong ánh sáng mặt trời với các khoảng thời gian như trên. Sau đó li tâm tách vật
liệu, nồng độ dung dịch MB còn lại được xác định bằng phương pháp trắc quang
UV-VIS ở bước sóng 665nm
)..( 11 
molcml
O cb
O
C - C
H(%) = ×100%
C

40. 31
2.4.2.7. Tính toán khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu YFeO3
Sử dụng lượng vật liệu YFeO3 thích hợp cho vào ống nghiệm, cho Cr(VI)
có nồng độ biết trước ở các điều kiện thời gian hấp phụ khác nhau. Sau đó lọc
tách vật liệu, xác định nồng độ của Cr(VI) còn dư sau quá trình hấp phụ.
Hiệu suất hấp phụ HP(%) được tính theo công thức:
Trong đó: Co: là nồng độ của Cr(VI) ban đầu (M)
Ccb: là nồng độ Cr(VI) khi đạt cân bằng hấp phụ (M)
Lượng chất hấp phụ được tính theo công thức:
 0 cb
C -C
m= .V
q
Với: q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
m: khối lượng chất hấp phụ (mg)
v: thể tích chất hấp phụ (mL)
 Sử dụng phần mềm excel và origin để xử lý số liệu và vẽ đồ thị biễu
diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bởi các yếu tố khảo sát.
O cb
O
C - C
HP(%) = ×100%
C

41. 32
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. PHÂN TÍCH NHIệT MẫU VậT LIệU YFEO3
Mẫu vật liệu được tổng hợp với tỉ lệ mol Y/Fe là 1/1; tỉ lệ mol
PVA/(Y3+
+Fe3+
) là 2/1; tỉ lệ mol axit citric/(Y3+
+Fe3+
) là 2/1; nhiệt độ tạo gel:
800
C; pH = 3; thời gian làm già 1 ngày; sấy khô gel ở 800
C 4 giờ.
Kết quả phân tích nhiệt của vật liệu YFeO3 được trình bày trên hình 3.1.
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫuYFeO3
Từ giản đồ TGA trên hình 3.1, cho thấy sự phân hủy nhiệt của gel chủ yếu
xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 7000
C.
Ở khoảng nhiệt độ từ 600
C đến 1740
C, đường TGA cho biết sự giảm khối
lượng 15,5% do quá trình mất nước từ từ ở trong gel vật liệu.
Ở khoảng nhiệt độ từ 1740
C đến 3300
C ứng với sự giảm khối lượng lớn
35,63% do diễn ra quá trình mất nước kết tinh, đốt cháy PVA cò dư trong mẫu.
Ở khoảng nhiệt độ từ 3300
C đến 5500
C xảy ra qá trình đốt cháy chất hữu
cơ và các hợp chất chứa nitơ có trong gel vật liệu, giải phóng CO2, CO, H2O, N2
làm tăng quá trình phân chia hạt dẫn đến hạt thu được mịn hơn và làm giảm khối
lượng 27,83%.
Furnace temperature /°C0 100 200 300 400 500 600 700
TG/%
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
d TG/% /min
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
Mass variation: -15.50 %
Mass variation: -35.63 %
Mass variation: -27.83 %
Peak :156.56 °C
Peak 1 :200.62 °C
Peak 2 :240.17 °C
Peak :426.33 °C
Peak :544.49 °C
Figure:
05/04/2018 Mass (mg): 13.54
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:Metal : Citric acid 1:2
Procedure: RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG

42. 33
Trên 7000
C hầu như không thấy có hiện tượng giảm khối lượng, đường
TGA gần như nằm ngang còn trên đường DTA không thấy xuất hiện hiệu ứng
nhiệt nào. Điều này chứng tỏ ở khoảng nhiệt độ này vật liệu YFeO3 đã hoàn
thiện. Do đó để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung gel vật liệu chúng tôi chọn
nhiệt độ 7000
C trở lên.
3.1.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành pha
của vật liệu YFeO3, tiến hành nghiên cứu như sau: tổng hợp mẫu vật liệu cố định
tỉ lệ mol kim loại Y/Fe là 1/1; tỉ lệ mol PVA/(Y3+
+ Fe3+
) là 2/1; tỉ lệ mol axit
citric / (Y3+
+Fe3+
) là 2/1; pH= 3; hệ gel được khuấy đồng nhất bằng máy khuấy
từ gia nhiệt ở nhiệt độ 80o
C; làm già 1 ngày. Gel được sấy khô trong tủ sấy tại
nhiệt độ 80o
C. Thay đổi nhiệt độ nung trong lò lần lượt 700o
C; 800o
C ; 900o
C ;
1000o
C, nung trong 2 giờ.
Thành phần pha vật liệu và kích thước trung bình hạt tinh thể tính theo công
thức DeBye – Scherrer các mẫu khảo sát được trình bày ở hình 3.2 và bảng 3.1.
20 30 40 50 60 70 80
0
200
400
600
800
1000
1200
(1)
(2)
(3)
(4)
Lin(Cps)
2-Theta-Scale
(1) 700
0
C
(2) 800
0
C
(3) 900
0
C
(4) 1000
0
C
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau

43. 34
Bảng 3.1. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye - Scherrer
của vật liệu YFeO3 ở các nhiệt độ nung
STT
Nhiệt độ nung
mẫu, (o
C)
λ, (nm) K B, (độ) 2θ, (độ)
Kích thƣớc
tinh thể, (nm)
1 700o
C 0,15406 0,89 0,347 33,111 23,62
2 800o
C 0,15406 0,89 0,296 33,097 27,69
3 900o
C 0,15406 0,89 0,356 33,071 23,01
4 1000o
C 0,15406 0,89 0,29 32,157 28,26
Từ kết quả hình 3.2 và bảng 3.1, chúng tôi nhận thấy:
Vật liệu YFeO3 bắt đầu sự hình thành đơn pha ở 700o
C nhưng cường độ
còn yếu và chưa rõ ràng. Càng nâng nhiệt độ nung cao hơn, pha tinh thể càng kết
tinh tốt hơn (đỉnh nhọn và cao hơn ) do ở nhiệt độ càng cao, nhiệt lượng của quá
trình đốt cháy gel mới đủ cung cấp cho quá trình oxi hóa và kết tinh của đơn pha
YFeO3. Khi nhiệt độ tăng từ 700o
C lên 800o
C, kích thước trung bình hạt tinh thể
tăng dần từ 23,62 nm đến 27,69 nm. Khi tăng nhiệt độ lên 1000o
C, kích thước
trung bình hạt tinh thể tăng thêm chút ít nữa (28,26 nm).
Vì vậy chúng tôi không cần phải nung đến nhiệt độ 1000o
C làm hao tốn
năng lượng.
Kết quả quang xúc tác của vật liệu YFeO3phân hủy dung dịch MB cũng
được chỉ ra ở hình 3.3.
500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1
2
3
4
5
Matdoquang,(Abs)
Buoc song, (nm)
(5) MB
(4) 700
0
C
(2) 800
0
C
(3) 900
0
C
(1) 1000
0
C
Hình 3.3. Phổ UV –VIS của sản phẩm quang xúc tác phân hủy dung dịch MB
bằng YFeO3 tổng hợp ở các nhiệt độ nung khác nhau.

44. 35
Từ kết quả hình 3.3, có thể thấy: vật liệu YFeO3 có khả năng quang xúc
tác phân hủy dung dịch MB. Vật liệu nung ở nhiệt độ từ 700o
C đến 1000o
C cho
mật độ quang sau khi quang xúc tác xử lí bằng dung dịch MB giảm dần so với
mật độ quang dung dịch MB ban đầu. Khi nhiệt độ nung của vật liệu tăng lên
1000o
C, mật độ quang của dung dịch MB tăng lên so với mẫu có vật liệu nung ở
nhiệt độ 900o
C. Mẫu được nung ở nhiệt độ 700o
C, có mật độ quang của dung
dịch MB sau khi quang xúc tác tăng hơn nhiều so với mẫu có vật liệu nung ở
nhiệt độ 900o
C.
Kết quả này tương thích với kết quả tính kích thước hạt ở bảng 3.1 và giản
đồ XRD ở hình 3.2.
Do vậy trong nghiên cứu tiếp theo, nhiệt độ nung 900o
C được lựa chọn.
3.1.2. Ảnh hƣởng của PVA đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3
Khảo sát sự ảnh hưởng của PVA đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3,
chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu ở điều kiện thay đổi tỉ lệ mol PVA/
(Y3+
+Fe3+
) lần lượt là 1/2 ; 1/1 ; 2/1 ; 3/1 . Cố định tỉ lệ mol kim loại Y/Fe là 1/1; tỉ
lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
) là 2/1.Nung trong lò ở nhiệt độ 900o
C trong 2giờ.
Kết quả xác định thành phần pha các mẫu ở các tỉ lệ mol PVA/(Y3+
+ Fe3+
)
khác nhau được trình bày ở hình 3.4. Kích thước hạt tinh thể tính theo công thức
DeBye - Scherrer được chỉ ra ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO3 ở các tỉ lệmol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau.
STT
Tỉ lệ mol
PVA/ (Y3+
+Fe3+
)
(mol/mol)
λ, (nm) K B,(độ) 2θ, (độ)
Kích thƣớc
tinh thế,
(nm)
1 1:1 0,15406 0,89 0,276 33,093 29,69
2 2:1 0,15406 0,89 0,356 33,071 23,01
3 1:2 0,15406 0,89 0,279 33,067 29,37
4 3:1 0,15406 0,89 0,291 33,081 28,16

45. 36
20 30 40 50 60 70 80
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
(1)
(2)
(3)
(4)
Lin(Cps)
2-Theta-Scale
(1) 1:1
(2) 2:1
(3) 1:2
(4) 3:1
.
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫuở cáctỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau.
Từ kết quả hình 3.4 và bảng 3.2, chúng tôi nhận thấy:
Trên hình 3.4, pha YFeO3 bắt đầu sự hình thành ở tỉ lệ mol PVA/
(Y3+
+Fe3+
) là 1/2, mẫu thu được ở dạng đơn pha YFeO3. Điều này được giải thích
là do PVA vừa là tác nhân hoạt động bề mặt và tạo gel cho phản ứng. Khi nung
PVA cháy giải phóng ra một lượng khí khá lớn, làm sản phẩm có độ xốp cao. Nếu
hàm lượng PVA quá ít, quá trình tạo gel cho hệ phản ứng chưa hoàn chỉnh .
Từ kết quả bảng 3.2 chỉ rõ, khi tăng hàm lượng PVA, kích thước hạt nhỏ
dần, vật liệu điều chế ở tỉ lệ 2/1 cho kích thước hạt nhỏ nhất. Ở tỉ lệ 3/1, kích
thước hạt tăng do sự kết tụ các hạt tinh thể khi hàm lượng PVA lớn.
Kết quả quang xúc tác phân hủy dung dịch MB bằng vật liệu cũng được
chỉ ra ở hình 3.5.

46. 37
500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1
2
3
4
5
Mâtdoquang,(Abs)
Buoc song, (nm)
(5) MB
(4) 1:2
(3) 1:1
(2) 3:1
(1) 2:1
Hình 3.5. Phổ UV –Vis của sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB
vớixúc tác YFeO3tổng hợp ở các tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau
Từ kết quả hình 3.5, chúng tôi nhận thấy:
YFeO3 có khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB. Khi tăng tỉ lệ
molPVA/( Y3+
+Fe3+
) từ 1/2 đến 2/1, mật độ quang của dung dịch MB sau khi
quang xúc tác bằng các mẫu vật liệu giảm dần so với mật độ quang dung dịch
MB ban đầu. Tiếp tục tăng tỉ lệ mol PVA/( Y3+
+Fe3+
) lên 3/1, mật độ quang của
dung dịch MB tăng lên so với mẫu tỉ lệ 2/1.
Kết quả này tương thích với kết quả tính kích thước hạt ở bảng 3.2. Do
vậy trong nghiên cứu tiếp theo, tỉ lệ mol PVA/( Y3+
+Fe3+
) 2/1 được lựa chọn.
3.1.3. Ảnh hƣởng của axit citric đến quá trình hình thành vật liệu YFeO3
Để đánh giá sự ảnh hưởng của axit citric đến quá trình hình thành vật liệu
YFeO3, chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu ở điều kiện thay đổi tỉ lệ mol axit
citric / (Y3+
+Fe3+
) lần lượt là 1/1; 1/2; 3/2; 2/1. Cố định tỉ lệ mol kim loại Y/Fe là
1/1; tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+ Fe3+
) 2/1. Nung trong lò ở nhiệt độ 1000o
C trong 2 giờ.
Kết quả xác định thành phần pha các mẫu ở các tỉ lệ mol axit citric/(Y3+
+
Fe3+
) khác nhau được trình bày ở hình 3.6.
Kích thước hạt tinh thể tính theo công thức DeBye - Scherrer được chỉ ra
ở bảng 3.3.

47. 38
20 30 40 50 60 70 80
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
(1)
(2)
(3)
(4)
Lin(Cps)
2-Theta-Scale
(1) 1:1
(2) 2:1
(3) 1:2
(4) 3:2
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu
ở các tỉ lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
) khác nhau
Bảng 3.3. Kích thước hạt tính theo phương trình DeBye Scherrer của vật liệu
YFeO3 ở các tỉ lệ mol axit citric/(Y3+
+Fe3+
) khác nhau
STT
Tỉ lệ mol axit
citric/( Y3+
+ Fe3+
)
(mol/mol)
λ, (nm) K Β, (độ) 2θ, (độ)
Kích thƣớc
tinh thể, (nm)
1 1:1 0,15406 0,89 0,275 33,070 29,8
2 2:1 0,15406 0,89 0,356 33,071 23,01
3 1:2 0,15406 0,89 0,278 33,089 29,48
4 3:2 0,15406 0,89 0,356 33,087 23,03
Từ kết quả hình 3.6 và bảng 3.3, chúng tôi nhận thấy:
Trên hình 3.6, ở tỉ lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
) 2/1, pha YFeO3 hình
thành pha có cường độ mạnh, sắc nét. Khi tỉ lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
) nhỏ
hơn 3/2, lượng axit citric thiếu không đủ để tạo phức Y3+
và Fe3+
nên một phần
Y3+
, Fe3+
tồn tại trong các hợp chất khác nhau (phức chất, muối..) dẫn đến sự
phân bố các ion này không đồng đều. Khi tỉ lệ này cao (mẫu tỉ lệ 2/1 ) làm pH

48. 39
của dung dịch thấp giúp cho quá trình tạo phức với kim loại tốt, quá trình thủy
phân tạo sol-gel cũng dễ dàng hơn nên kích thước hạt nhỏ nhất.
500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1
2
3
4
5
Matdoquang,(Abs)
Buoc song,(nm))
(5) MB
(4) 1:2
(3) 1:1
(2) 3:2
(1) 2:1
Hình 3.7. Phổ UV –Vis sản phẩm quang xúc phân hủy dung dịch MB với xúc
tác YFeO3 tổng hợp ở các tỉ lệ mol axit citric/ (Y3+
+Fe3+
) khác nhau
Từ kết quả hình 3.7, chúng tôi nhận thấy:
YFeO3 có khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB. Khi tăng tỉ lệ
mol axit citric / ( Y3+
+Fe3+
) từ 1/1 đến 2/1, mật độ quang của dung dịch MB sau
khi quang xúc tác bằng các mẫu vật liệu giảm dần so với mật độ quang dung dịch
MB ban đầu. Tiếp tục tăng tỉ lệ mol axit citric / ( Y3+
+Fe3+
) lên 3/2, mật độ quang
của dung dịch MB tăng lên so với mẫu tỉ lệ 2/1.
Kết quả này tương thích với kết quả tính kích thước hạt ở bảng 3.3. Do vậy
trong nghiên cứu tiếp theo, tỉ lệ mol axit citric / ( Y3+
+Fe3+
) 2/1 được lựa chọn.
Từ các kết quả nghiên cứu, chúng tôi quyết định chọn điều kiện cho quá
trình tổng hợp vật liệu YFeO3:
- Tỉ lệ mol kim loại Y/Fe là 1/1.
- Tỉ lệ mol PVA/ (Y3+
+Fe3+
) là 2/1.
-Tỉ lệ mol axit citric / (Y3+
+Fe3+
) là 2/1.
- pH= 3; hệ gel được khuấy đồng nhất bằng máy khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt
độ 80o
C.
- Thời gian làm già 1 ngày. Gel được sấy khô trong tủ sấy tại nhiệt độ 80o
C.

49. 40
- Nung trong lò ở nhiệt độ 900o
C trong 2 giờ.
3.2. ĐặC TRUNG CủA MẫU VậT LIệU YFEO3ĐÃ ĐƢợC TổNG HợP
3.2.1. Phổ hồng ngoại của vật liệu YFeO3
Liên kết hóa học của sản phẩm YFeO3 được xác định bằng phổ hồng
ngoại (IR) được trình bày ở hình 3.8.
.
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu YFeO3
Trên hình 3.8, các pic ở vị trí 3448,72cm-1
đặc trưng cho các liên kết

50. 41
nhóm hydroxyl (-OH); 2 dãy phổ dao động từ pic ở vị trí 1629cm-1
đến vị trí
1394,53 cm-1
đặc trưng cho liên kết C-O; các pic ở vị trí 563,21 cm-1
đặc trưng
cho liên kết kim loại giữa Y-Fe; các pic ở 435,91 cm-1
và 376,12 cm-1
đặc trưng
cho các liên kết KL–O trong cấu trúc của Perovskite.
3.2.2. Hình thái của vật liệu YFeO3
Hình thái học và kích thước hạt tinh thể của vật liệu YFeO3được xác định
bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
Kết quả chỉ ra ở hình 3.9 và hình 3.10.
Hình 3.9. Ảnh SEM củavật liệu YFeO3 Hình 3.10. Ảnh TEM
của vật liệu YFeO3
Từ kết quả hình 3.9 và hình 3.10, chúng tôi nhận thấy:
Sản phẩm là vật liệu YFeO3 đã tổng hợp có dạng hình cầu, có hình thái hạt

51. 42
rõ ràng, kích thước hạt tương đối đồng đều trung bình khoảng từ 30 – 50 nm,
các khung lỗ xốp được tạo thành bởi các hạt nano rất cân đối, điều này phù hợp
cho việc sử dụng để hấp phụ, xử lý môi trường.
3.3. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU YFeO3
3.3.1. Khả năng hấp phụ dung dịch Cr (VI) bằng vật liệu YFeO3
Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ
Cr (VI) bằng vật liệu YFeO3 đã tổng hợp, được tiến hành trong điều kiện:
- Nồng độ ban đầu của dung dịch chứa ion Cr (VI) là 0,012 M
- Thí nghiệm tại nhiệt độ phòng là 25o
C.
- Khối lượng vật liệu YFeO3 cho mỗi thí nghiệm là 0,1000 g.
- Thể tích dung dịch chứa ion Cr (VI) nồng độ 0,012 là 2mL.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cr (VI)
bằng vật liệu YFeO3 được trình bàyở hình 3.11 và hình 3.12.
20 40 60 80 100
0
10
20
30
40
50
60 57.62457.624
43.512
29.4
19.992
khôiluong,(m)
Thoi gian, (phút)
Khoi luong K2
Cr2
O7
, (mg)
Hình 3.11.Khối lượng K2Cr2O7hấp phụ của vật liệu YFeO3 theo thời gian.

52. 43
20 40 60 80 100
20
30
40
50
60
70
80
90
81.6781.67
61.67
45.83
28.33
Hiêusuât,(%)
Thoi gian, (phút)
Hình 3.12. Hiệu suất hấp phụ Cr (VI) của YFeO3 theo thời gian.
Từ các hình 3.11 và 3.12, có thể thấy rằng:Vật liệu YFeO3có khả năng hấp
phụ dung dịch chứa Cr (VI) rất tốt. Khả năng hấp phụ Cr (VI) tăng theo thời gian
(hình 3.11). Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) cũng tăng khi thời gian tăng. Khi tăng thời
gian hấp phụ từ 20 phút đến 80 phút, khả năng hấp phụ Cr (VI) trên vật liệu tăng
dần và đạt cân bằng tại 80 phút và đạt hiệu suất 81,67% và khối lượng Cr (VI) đã
hấp phụ là 57,624 mg.
3.3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ MB
Chuẩn bị 7 dung dịch MB có nồng độ khác nhau 0,1; 0,2; 0,5; 2; 4; 6; 10;
12 ppm. Tiến hành đo độ hấp thụ quang của các dung dịch bằng phương pháp
trắc quang UV –VIS ở bước sóng 665 nm, các kết quả được chỉ ra ở bảng 3.6.
Bảng 3.4. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB
STT Nồng độ (ppm)
Mật độ quang A
(đvtđ)
1 0.1 0.010
2 0.2 0.022
3 0.5 0.066
4 2 0.351
5 4 0.697
6 6 1.086
7 10 1.737
8 12 2.111
Từ kết quả ở bảng 3.6, dựng đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch MB

53. 44
Hình 3.13. Đường chuẩn xác định nồng độ MB
Từ đồ thị ta thu được phương trình đường chuẩn: y = 0,1766x – 0,0082và
trong khoảng nồng độ dung dịch MB từ 0,1 ppm đến 12 ppm thì nồng độMB phụ
thuộc tuyến tính với mật độ quang A và tuân theo định luật Lambe – Beer. Vì
vậy, phương trình đường chuẩn y = 0,1766x – 0,0082được dùng để xác định
nồng độMB trong các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3. Khả năng hấp phụ dung dịch MB bằng vật liệu YFeO3theo thời gian
Các thí nghiệm nghiên cứu khả năng hấp phụ dung dịch MB bằng vật liệu
YFeO3 theo thời gian được tiến hành bằng mẫu vật liệu YFeO3đã tổng hợp ở điều
kiện tối ưu để hấp phụ. Cứ mỗi 0,1000 g YFeO3(trong 10mL dung dịch MB 5
ppm). Hỗn hợp phản ứng được lắc đều trong suốt quá trình thí nghiệm ở trong
bóng tối, tại nhiệt độ phòng. Ở các khoảng thời gian phản ứng khác nhau từ: 15;
30; 45; 60; 75; 90 phút. Sau đó li tâm tách vật liệu, nồng độ dung dịch MB còn lại
được xác định bằng phương pháp trắc quang UV-VIS ở bước sóng 665nm.
Hiệu suất hấp phụ MB theo thời gian được chỉ ra hình 3.14.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
35
40
45
50
55
60
65
70
75
69.7869.43
67.17
56.03
47.27
35.34
Hieusuât,(%)
thoi gian, (phút)
Hình 3.14. Hiệu suất hấp phụ dung dịch MB của YFeO3 theo thời gian
y = 0.176x - 0.008
R² = 0.999
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 2 4 6 8 10 12 14

54. 45
Kết quả cho thấy, khi để trong bóng tối, YFeO3 có khả năng hấp phụ MB,
hiệu suất phân hủy tăng theo thời gian (hình 3.14), khả năng hấp phụ đạt cân
bằng sau 75 phút với hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất là 69,78 % tại 90 phút.
3.3.4. Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MBbằng vật
liệu YFeO3 theo thời gian
Để khảo sát sát khả năng quang xúc tác phân hủy dung dịch MB bằng vật
liệu YFeO3 theo thời gian chúng tôi đã tổng hợp vật liệu YFeO3 ở điều kiện tối
ưu, sau đó lấy mỗi 0,1000 g YFeO3 trong 10mL dung dịch MB 5 ppm, hỗn hợp
được phơi trong ánh sáng mặt trời, lúc nắng bình thường. Thời gian phản ứng
quang xúc tác được tăng dần từ 15 phút đến 90 phút. Khi kết thúc phản ứng
quang xúc tác hỗn hợp được li tâm để tách xúc tác, nồng độ MB còn lại được xác
định bằng phương pháp trắc quang UV-VIS ở bước sóng 665nm.
Hiệu suất phản ứng quang xúc tác phân hủy MB theo thời gian được trình
bày ở hình 3.15.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
60
65
70
75
80
85 84.3284.22
83.50
75.92
66.60
60.12
Hiêusuât,(%)
Thoi gian, (phút)
Hình 3.15. Hiệu suất quang xúc tác phân hủy dung dịch MBdưới ánh sáng mặt
trời của YFeO3 theo thời gian
Từ hình 3.15 có thể thấy vật liệu YFeO3 có khả năng quang xúc tác rất tốt.
Khả năng phân hủy dung dịch MB của YFeO3 dưới ánh sáng mặt trời tăng theo
thời gian từ 15 đến 90 phút (hình 3.15). Khi thời gian chiếu nắng là 75 phút,để
thực hiện phản ứng quang xúc tác phân hủy MB bằng vật liệu YFeO3 đạt đến
84,22% là cao hơn nhiều so với trường hợp sử dụng vật liệu YFeO3 để hấp phụ
MB (69,43%). Nhưng khi tăng thời gian lên 90 phút thì khả năng quang xúc tác
có tăng, nhưng không đáng kể. Sau 75 phút khả năng quang xúc tác đạt cân
bằng. Vì vậy, trong thực tế có thể chọn khoảng thời gian là 75 phút để thực hiện.

55. 46
3.3.5. So sánh khả năng quang xúc tác và khả năng hấp phụ MB của vật liệu
YFeO3.
So sánh khả năng quang xúc tác và khả năng hấp phụ MB của vật liệu
YFeO3 được thể hiện trên hình 3.16 dưới đây.
20 40 60 80
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Hiêusuât,(%)
Thoi gian, (phút)
% Hiêu suât quang xúc tác MB
% Hiêu suât phân huy MB
Hình 3.16. Hiệu suất hấp phụ và quang xúc tác phân hủy dung dịch
xanh metylen trong bóng tối và dưới ánh sáng mặt trời (ASMT) của YFeO3
theo thời gian.
Từ hình 3.16, có thể thấy ở tất cả các khoảng thời gian tử 15 đến 90 phút:
Vật liệu YFeO3 vừa có khả năng quang xúc tác vừa có khả năng hấp phụ. Nhưng
khả năng quang xúc tác của vật liệu YFeO3 là tốt hơn khả năng hấp phụ.