Hóa học hệ phân tán chất keo - Chương 1: Khái quát và phân loại hệ keo

công nghệ sinh học để làm ra pin nhiên liệu sinh học; hoặc kết hợp vật liệu nano bán dẫn để chế tạo pin mặt trời. Hiện nay, Trung tâm R&D đang tiến hành thương thảo để ký hợp đồng trong tháng 5/2007 với IAN, AMD – hãng công nghệ cao lừng danh trong việc sản xuất con chíp và đang cạnh tranh trực tiếp với Intel. Ngoài cuộc hội thảo Nanotech 2007 tại Santa Clara vào tháng 5/2007, Việt Nam còn được mời báo cáo về những thành tựu trong công nghệ nano tại Carbon Conferences diễn ra tại Washington vào tháng 7 này. TS Khê và cộng sự như được “chắp cánh”, khi hai phòng thí nghiệm nano và bán dẫn được TP đầu tư 190 tỷ đồng, xây dựng trên diện tích 4.000m2 tại Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh đang vào giai đoạn hoàn thiện. Ở đó, có phòng sạch class 10.000 (540m2 ) và class (60m2 ) sẽ là nơi làm việc lý tưởng của các cộng sự. Theo TS Khê, từ những kg carbon nano tube đầu tiên, nếu thuận buồm xuôi gió, ông và các cộng sự sẽ sản xuất 20 kg vào cuối năm 2007 để tung ra thị trường đang khan hiếm hiện nay. 3. CÁC THÀNH TỰU ĐẠT ĐƯỢC 3.1. Xử lý chất thải độc hại bằng công nghệ nano [12] Hình12 159 Dưới tác động của ánh sáng khuếch tán, vật liệu bán dẫn có kích thước nano có thể phá vỡ các liên kết hữu cơ độc hại. Khai thác khả năng này, các nhà khoa học đã ứng dụng vật liệu bán dẫn TiO2 để làm sạch môi trường. Từ năm 1996, các viện thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, bao gồm Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học, Viện Hóa học, Phân viện Vật liệu tại TP HCM, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã hợp tác sử dụng công nghệ nano để nghiên cứu vật liệu bán dẫn này. Đề tài tập trung vào nghiên cứu công nghệ chế tạo lớp phủ TiO2 có kích thước hạt nano lên một số loại vật liệu khác nhau, dùng để phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm như khói thải xe cộ, khói thuốc lá và các hóa chất độc trong nước thải, thuốc trừ sâu... nhờ tác động khuếch tán của ánh sáng. Dựa trên các kết quả nghiên cứu cơ bản, hiện nay, các nhà khoa học đã thiết kế và chế thử thành công tấm panen quang xúc tác TiO2 có cấu trúc nano xốp để đưa vào một số thiết bị làm sạch môi trường như máy khử mùi, làm sạch không khí, hệ thống lọc nước. Ứng dụng trên thế giới. Đi đầu trong ứng dụng hiệu ứng quang xúc tác mạnh của vật liệu bán dẫn TiO2 để làm sạch môi trường là Nhật Bản và Mỹ. Rất nhiều các sản phẩm mới đã ra đời như gạch men có khả năng tự làm sạch và diệt vi khuẩn dùng cho các bệnh viện, hệ thống lọc nước sử dụng ánh sáng tử ngoại và TiO2 để khử các chất độc hữu cơ còn sót lại trong nước sau khi đã xử lý bằng các phương pháp thông thường, thiết bị làm sạch không khí và mùi TiO2 là vật liệu rất bền, không độc hại, rẻ tiền và có thể chế tạo ở Việt Nam. Vật liệu này đã được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Tuy vậy, việc sử dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 hạt siêu mịn (hạt có kích thước vài chục nano) để làm sạch môi trường còn là vấn đề rất mới mẻ ở nước ta. 3.3. Chế tạo thành công than nano: Đột phá vào công nghệ cao [10] Hình 15 - Tiến sĩ Nguyễn Chánh Khê, Giám đốc trung tâm nghiên cứu thuộc khu công nghệ cao TP. HCM vừa công bố chế tạo thành công than nano “lỏng”. Đây được xem là một bước đột phá, do trên thế giới chỉ có rất ít nước phát triển, chế tạo được loại vật liệu này. - Than nano là các hạt than bụi, than bồ hóng được tách rời thành dạng hạt có kích thước nano (khoảng 25 – 75nm, 1nm bằng 1 phần tỷ mét). Theo ông Khê, tên gọi “lỏng” của vật liệu dùng để chỉ tính chất đặc biệt của nó: khi được đặt trong môi trường điện ly, nó có khả năng lập đầy chỗ trống trong môi chất – tương tự như tính chất của chất lỏng. - Một ứng dụng quan trọng của than nano “lỏng” là dùng để chế tạo ra các ống than nano (carbon nano tube). Đây là các loại ống dẫn bằng carbon có đường kính nhỏ (chỉ vài phần triệu 160 mm). Việc sử dụng carbon nano tube thay cho dây kim loại cho phép nhà sản xuất tạo ra chíp nhỏ hơn, tốc độ cao và giá rẻ hơn. - Trong công nghệ bán dẫn, việc ứng dụng ống than nano hứa hẹn khả năng thay đổi năng lượng của vùng cấm (band gap energy) và các hiện tượng tunneling xảy ra giữa ống than nano và môi chất trung gian, từ đó đưa đến những cuộc cách mạng khoa học trong công nghệ bán dẫn. Phát minh của tiến sĩ Nguyễn Chánh Khê là một bước đột phá mới, đưa Việt Nam đi tắt đón đầu những xuất phát của công nghệ cao. 3.5. Nasa dùng carbon nano tube của Việt Nam làm vỏ phi thuyền [4] Hình 16. - Trung tâm nghiên cứu thuộc cơ quan không gian Mỹ - Nasa đặt tại thung lũng Silicon ở Califonia (Nasa Ames Research Center) và trung tâm R & D thuộc khu công nghệ TP. HCM ký thỏa thuận hợp tác về việc ứng dụng sản phẩm carbon nano tube do trung tâm R & D sản xuất vào các lĩnh vực mũi nhọn của Nasa. - Nasa sẽ dùng carbon nano tube của Việt Nam để sản xuất đầu đọc của kính hiển vi điện tử có độ phân giải nguyên tử (AFM tips). - Nasa đã quyết định hợp tác để triển khai công nghệ phức chất nano (nano composite) của Việt Nam vào việc sản xuất vỏ phi thuyền vũ trụ. - Nhờ các tính năng đồng đều, không nhiễm bẩn, có giá trị ứng dụng cao và đặc biệt là giá thành rẻ hơn so với các sản phẩm của Nhật Bản, Trung Quốc Carbon nano tube được coi là vật liệu trung tâm của thế kỷ, được bán trên thị trường thế giới với giá từ 100.000 USD – 800.000 USD/kg. Nasa cũng đề nghị hợp tác với trung tâm R & D trong việc thường xuyên trao đổi, đào tạo nhân lực, chia sẻ kinh nghiệm về công nghệ nano. Đây là một trong những thỏa thuận hợp tác khoa học có ý nghĩa, nâng tầm ngành công nghệ cao Việt Nam khi được một cường quốc về lĩnh vực này đánh giá cao, hợp tác, học hỏi và chia sẻ kinh nghiệm. 2.7. Tiến sĩ nano Ở Đà Nẵng, vật liệu nano đã được dùng trong các khẩu trang, quần áo để diệt khuẩn của Công ty thiết bị y tế Danameco, đặc biệt khi có dịch cúm gia cầm. Tuy nhiên, nano đó phải mua từ nước ngoài với giá 700 USD cho 20gram nhưng nếu được sản xuất tại Đà Nẵng bằng dây chuyền công nghệ và ứng dụng phát minh của TS Lâm thì sẽ giảm đáng kể chi phí. Hiện tại, TS Lâm đang nghiên cứu sản xuất nano có khả năng lưu trữ khí metan để nâng cao hiệu quả ứng dụng năng lượng biogas cho các công trình của GS – TS Bùi Văn Ga. Vì vậy, thật bất ngờ một tiến sĩ (TS) ở Đà Nẵng sau thời gian dài tu nghiệp tại Pháp, cùng với những tháng ngày thực địa tại nhà máy sản xuất nano hàng đầu của Nhật là Microphase thuộc thành phố Tsukuba, khi trở về Việt Nam đã có thể hoàn chỉnh công nghệ tổng hợp số lượng lớn nano carbon với thiết bị đơn giản, nguồn nguyên liệu có sẵn ở Việt Nam. Nhân tố trung tâm của khoa học nano là hiệu ứng kích thước. Khi kích thước giảm tới nanomet thì các hiệu ứng lượng tử xuất hiện, nên có thể thay đổi các đặc trưng của vật liệu như màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, các tính chất nhiệt, từ, điện, quang mà không cần thay đổi thành phần hóa học, từ đó dẫn tới hình thành các tính chất mới, sản phẩm mới mà trước đây chưa từng được khám phá, nghĩa là hàng loạt chất mới sẽ được tạo ra nằm ngoài danh mục bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học. 161 Để sản xuất ra nano cần chất men và chất xúc tác, qua hàng loạt cac quy trình và phản ứng hóa học tới khi hình thành nano. Thế nhưng sau khi hình thành nano, đến nay các nhà khoa học trên thế giới cũng chưa biết chất xúc tác sẽ bị đẩy đi đâu, điều đó dẫn đến kết quả nano ra đời có thể tốt hoặc không tốt; người ta có thể đo đếm được nhưng không thể giải thích được vì sao có hiện tượng đó. Bằng những nghiên cứu mới nhất, TS Lâm đã tìm ra được vị trí của chất xúc tác sau khi phản ứng. Do vậy, để nano được tổng hợp hoàn toàn có chất lượng tốt thì quá trình tổng hợp phải chọn chất men và chất xúc tác không tương tác (hoặc tương tác yếu) với nhau. Đây là một phát hiện thực sự bất ngờ nhưng có ý nghĩa vô cùng to lớn trong công nghệ sản xuất nano mà TS Lâm sẽ công bố trong công trình của mình. Theo TS Lâm, công nghệ nano vẫn còn khá mới mẻ, nếu Việt Nam nắm bắt và chú trọng đầu tư từ bây giờ thì sẽ đem lại những tiện ích không thể tính hết trong vòng 15-20 năm nữa. LỜI KẾT “Tình hình phát triển công nghệ nano ở Việt Nam hiện nay là muộn so với thế giới vì nước ta còn rất nghèo, tiềm lực khoa học nhỏ bé nên không thể tiến nhanh như các nước tiên tiến trên thế giới được. Muốn phát triển khoa học và công nghệ nano ở Việt Nam, ngoài sự quan tâm đầu tư của nhà nước, rất cần sự tham gia của các doanh nghiệp khoa học và công nghệ nano chỉ có thể phát triển mạnh khi ở trong nước có các nhà máy sản xuất các sản phẩm của công nghệ nano”. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. VN/10989316/188/ 2. 3. http:// www.vatlyvietnam. org/forum/showthread.php?t=2527 4. http:// www.bacbaphi.com.vn/entertainment/showthread.php?p=2180124 5. org/new.php?newsid=50610084658 6. org/forums/showthread.php?t=29 7. mummybear/11015906/89/ 8. muc-nano/55061182/226/ 9. noi/40052738/188/ 10. 11. http:// www3.vietnamnet.vn/khoahoc/trongnuoc/2005/11/515950 12. nano/10717915/188/ 13. 26.5439/2004/2004-00001/Mltem.2004-05-31.1618/MArticle.2004-06- 03.4802/marticle-viewnanoviet/content/view/33/22/ 5. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA NANO VÀNG TRÊN CHẤT MANG Fe2O3 [4. Tạp chí hoá học. Tập 45 (6). Trang 671 -675. Năm 2007] 5.1. Mở đầu Từ xưa vàng là kim loại kém hoạt động về mặt hoá học nên được dùng làm đồ trang sức, đúc tượng, xây chùa chiền, trang trí nhà thờ mong các tạo vật tồn tại với thời gian. Trong kỹ thuật hiện đại vàng được sử dụng làm chân các linh kiện điện tử nhằm tạo các mối tiếp xúc bền 162 vững. Tuy nhiên từ giữa những năm 1980 M. haruta và các cộng sự ở Viện nghiên cứu quốc gia Osaka Nhật Bản đã phát hiện rằng vàng kim loại ở kích thước nanomet có khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hoá khí cacbon monoxit CO không chỉ ở nhiệt độ thường (20-300C) mà cả ở nhiệt độ thấp (-700C). Phản ứng này vô cùng quan trọng để khử độc và chống cháy nổ trong không gian kín, ít thoáng như dưới hầm mỏ, trong các thiết bị lặn, tàu ngầm, tàu vũ trụ hoặc để tái tạo lượng CO2 nhằm ổn định hoạt động của các thiết bị lazer. Vì các hạt vàng kích thước nanomet rất dễ kết hợp thành các hạt lớn hơn nên chúng thường được phân tán và cách ly bằng các chất mang như Fe2O3, Co3O4, MnOx, NiO, TiO2, ZrO2 Mặt khác tương tác giữa các chất này với vàng ở các mức độ khác nhau cũng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của vật liệu. Ở Việt Nam đã có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác vàng trên chất mang CeO2. Ở đây sẽ trình bày chi tiết các kết quả chế tạo vật liệu vàng kích thước nanomet trên chất mang sắt oxit Fe2O3, một loại vật liệu xúc tác được rất nhiều người quan tâm. 5.2 Hoá chất Các hoá chất được dùng trong thực nghiệm là Fe(NO3)3.9H2O, HAuCl4.4H2O, HNO3 và Na2CO3 đều có độ sạch P.A; nước dùng loại cất hai lần. 5.3 Thực nghiệm và kết quả 5.3.1 Phương pháp tổng hợp Dung dịch chứa 20,0 mmol Fe(NO3)3 và HAuCl4 (tỉ lệ nguyên tử Au:Fe = 1:50) trong 40 ml H2O được đỗ dần vào 30 ml H2O chứa 30,0 nm Na2CO3 với tốc độ 1,5-2 ml/phút trong điều kiện khuấy liên tục. Giá trị pH của dung dịch nhận được nằm trong khoảng 7,0-8,2 và được chỉnh bằng Na2CO3 hoặc HNO3. Sau khi để yên ở nhiệt độ phòng 4-5 giờ lọc lấy kết tủa. Rửa kết tủa bằng nước nóng (~500C) đến hết ion Cl- ( thử với dung dịch AgNO3). Sấy kết tủa ở 500C trong 24 giờ. Mẫu được nung trong không khí lưu 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau và đem phân tích để xác định cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và hoạt tính xúc tác. Các thao tác thí nghiệm được thực hiên tối đa trong buồng tối. 5.2.2 Nghiên cứu quá trình phân tích nhiệt Trên phổ phân tích nhiệt của mẫu trong khoảng từ 25–8000C trong không khí trên máy Shimadzu DTA-50. Từ phổ nhiệt vi sai DTA có pic thu nhiệt đạt cực đại ở 670C. Trên 1200C có một quá trình toả nhiệt kéo dài đến gần 4000C. Phổ nhiệt khối lượng TGA và nhiệt khối lượng vi sai DrTGA cho thấy mẫu phân huỷ chủ yếu ở nhiệt độ dưới 1200C. Từ 1200C đến cỡ 2550C trọng lượng mẫu giảm rất nhỏ, sau đó trọng lượng mẫu giảm rất nhỏ, sau đó trọng lượng mẫu hầu như không thay đổi. Từ các dữ liệu trên có thể thấy rằng nước ẩm bay hơi chủ yếu ở nhiệt độ thấp (670C). Trên 670C xảy ra quá trình phân huỷ các hydroxit, muối cacbonat. Giai đoạn từ 120 đến 2550C có thể tương ứng với quá trình chuyển hoá tiếp của các oxit sắt và vàng. Sau 2550C mẫu chuyển về trạng thái ổn định dần. 5.2.3 Xác định cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X Trên phổ nhiễu xạ tia X của mẫu lưu 4 giờ ở 1200C, 2000C, 3000C, 4000C và 5000C trong không khí chụp trên máy nhiễu xạ kế D-5000; tốc độ quét từ 20 đến 700 là 0,20 (20)/s riêng trong vùng từ 34 đến 420 để xác định chính xác cấu trúc của vàng với hàm lượng nhỏ tốc độ quét là 0,020 (20)/s. Ở 1200C sắt oxit tồn tại ở trạng thái vô định hình. Ở 2000C tinh thể Hematite bắt đầu hình thành. Trên 3000C hầu như toàn bộ sắt oxit nằm ở dạng Hematite Fe2O3. Pic tương ứng với kim loại vàng tại góc rõ nhất 2 = 38,20 cũng cao dần lên theo chiều tăng của nhiệt độ từ 2000C đến 5000C. Như vậy, khi tăng nhiệt độ từ 1200C đến 4000C thì song song với quá trình chuyển hoá oxit sắt vô định hình sang dạng Hematite là quá trình chuyển hoá oxit vàng thành vàng kim loại. 5.2.4 Kết quả phân tích bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua Mẫu bột sau khi nung được xác định kích thước hạt bằng máy TEM 1010 với độ phân giải 2 A0, điện thế 199 KV, độ phóng đại 30-600.000 lần. Từ các ảnh TEM ở 120 0C, 2000C mẫu bột chủ yếu nằm ở dạng vô định hình, các hạt chưa hình thành. Ở 3000C sắt oxit đã kết tinh ở dạng 163 Hematite. Các hạt Sắt oxit ở dạng cầu lồi. Hạt vàng có kích thước từ 1,2 đến 7,8 nm trong đó tập trung nhất là 3,5 nm; 70% số hạt vàng có kích thước < 5 nm. 5.2.5 Xác định hoạt tính xúc tác của vàng trong chất nền sắt oxit Theo M. Haruta và các cộng sự vàng trong chất mang sắt oxit có hoạt tính xúc tác lớn nhất ở 3000C. Kết quả xác định hoạt tính xúc tác của mẫu chế tạo ở nhiệt độ này cho phản ứng oxi hoá khí CO và H2. Phản ứng được thực hiện trong buồng phản ứng cố định với dòng không đổi. Khối lượng mẫu bột 100 mg, tốc độ dòng khí 33 ml/phút, thành phần hỗn hợp khí xác định trên máy sắc ký khí với đầu đo TCD. Thấy 50% khí CO được chuyển hoá ở ~ 500C, còn khí H2 ở ~ 130 0C. 5.3 Kết luận Đã khảo sát một số điều kiện tổng hợp vật liệu xúc tác vàng kích thước nanomet phân tán trên chất mang Fe2O3 bằng phương pháp đồng kết tủa. Đã chế tạo được xúc tác Au/Fe2O3. Kích thước hạt vàng trên mẫu nung ở 300 0C nằm trong khoảng 1,2-7,8 nm. Đã xác định được nhiệt độ chuyển hoá 50% CO và H2 trên xúc tác Au/Fe2O3 nung ở 300 0C tương ứng là 44C và 1320C. 6. LẮNG ĐỌNG HOÁ HỌC CACBON TỪ PHA HƠI (CVD) VÀO VẬT LIỆU GRAPHIT LỖ XỐP NANOMET TẠO PYROGRAPHIT TỶ TRỌNG CAO [9. Tạp chí hoá học. Tập 45 (5). Trang 536 -541. Năm 2007.] 6.1 Mở đầu Trong vài năm gần đây, công nghệ lắng đọng hoá học từ pha hơi (Chemical Vapour Deposition – CVD) được phát triển rất mạnh để tạo ra nhiều loại vật liệu nano có đặc tính khác nhau như: vật liệu nano các dạng: lớp mỏng (nanofilm), dạng ống (nanotube), dạng cầu (fullerene) Đặc biệt vật liệu nano pyrographit có tỷ trọng cao, đặc sít được tổng hợp theo công nghệ CVD có nhiều ưu điểm nổi bật: chịu nhiệt độ cao, bền xói mòn bỡi dòng khí nhiệt độ cao nên được sử dụng trong nhiều chi tiết quan trọng của ngành hàng không vũ trụ chịu được ma sát của khí quyển cũng như tiếp xúc với luồng lửa phụt. Kết quả bước đầu nghiên cứu về quá trình CVD hạt nano cacbon từ pha hơi vào vật liệu graphit xốp, sẽ góp phần tạo vật liệu đặc chủng chịu được nhiệt độ cao, bền xói mòn nhiệt thường được sử dụng trong kỹ thuật chế tạo các khí cụ bay. 6.2 Phương pháp nghiên cứu 6.2.1 Phối liệu đầu Bột graphit mịn, được tạo ra từ thỏi điện cực graphit, kết khối bằng nhựa phenolfocmandehit được tổng hợp từ phenol (P), formalin (37%) và axit clohydric (P). Mẫu graphit xốp được gia công trên máy ép thuỷ lực 40 tấn. 6.2.2 Hệ thống CVD Quá trình CVD được thực hiện ở nhiệt độ cao (800–10000C) với hệ dị thể rắn – khí: graphit – khí (butan, propan – argon) trong thời gian 7 giờ. Mẫu graphit được chế tạo ở nhiệt độ 165- 1700C trong thời gian 40 phút từ bột graphit có kích thước hạt khác nhau và hàm lượng keo kết khối khác nhau. Trước khi CVD mẫu được phân huỷ nhiệt (PHN) trong môi trường argon tại 10000C với thời gian 2 giờ. Khi CVD điều chỉnh lưu lượng khí với tốc độ không đổi: 5 ml/phút. 6.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Đã sử dụng tổ hợp thiết bị hiển vi điện tử quét JSM-5410LV Scanning microscope JEOL (Mỹ) của Đại học Quốc gia Hà Nội để chụp SEM phân tích vi cấu trúc của vật liệu theo vết cắt và trên bề mặt (khi không được phép phá huỷ mẫu). 6.2.4 Phương pháp hấp phụ phân tích cấu trúc vật liệu 164 Cấu trúc xốp của vật liệu được xác định theo phương pháp hấp phụ bằng hệ thống máy NOVA 2200 (Mỹ) tai Viện Hoá học - Vật liệu với các thông số về bề mặt riêng, đường đẳng nhiệt hấp phụ, kích thước lỗ trung bình của vật liệu. 6.3 Kết quả và thảo luận 6.3.1 Tỷ trọng và độ xốp Ba loại bột graphit sau khi tuyển 30 giây, 15 giây và thô còn lại sau khi tuyển. Có kích thước quan sát trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) được trình bày trên bảng. Thông số Mẫu Kích thước hạt trung bình, micromet Tỷ trọng, G/cm3 Mẫu hạt tuyển 76,7 2,035 Mẫu hạt tuyển 15s 92,6 2,019 Mẫu hạt thô 124 1,955 Bảng 1: Kích thước hạt graphit và tỷ trọng của mẫu phôi ban đầu trước khi PHN Sau khi ép tạo hình các mẫu từ 3 loại bột graphit với hàm lượng nhựa và áp lực ép tạo phôi như nhau (2000 kG/cm2), đã tiến hành khảo sát tỷ trọng biểu kiến của mẫu. Các kết quả nhận được: kích thước hạt càng nhỏ thì mẫu sau khi ép có tỷ trọng càng cao, điều này hợp lý bởi vì mẫu hạt nhỏ khi ép sẽ đặc khít hơn. Sau khi ép, phân huỷ nhiệt (PHN) và CVD các đặc tính cơ bản như tỷ trọng, độ xốp hở, độ xốp kín của các mẫu. Sau khi phân huỷ nhiệt tỷ trọng của các mẫu giảm đáng kể, do dưới tác dụng của nhiệt dộ cao (~10000C), keo kết khối trong mẫu bị phân huỷ chỉ còn lại cacbon để tạo ra các lỗ xốp mới. Sau khi CVD, độ xốp hở của các mẫu giảm đi rõ rệt, đồng thời tỷ trọng của mẫu cũng tăng lên do các hạt cacbon được phân huỷ từ pha khí lắng đọng vào các lỗ xốp của mẫu và lấp đầy các hạt cacbon kích thước nano do đó độ xốp kín cũng tăng lên. Đặc tính Mẫu số 1 Mẫu số 2 Mẫu số 3 Mẫu số 4 PHN CVD PHN CVD PHN CVD PHN CVD Kích thước hạt trung bình, micromet 76,7 76,7 92,6 92,6 124 124 92,6 92,6 Hàm lượng keo kết khối, %Kl 9,16 9,16 9,16 9,16 9,16 9,16 4,80 4,80 Tỷ trọng biểu kiến, G/cm2 1,895 1,919 1,881 1,906 1,837 1,850 1,801 1,916 Độ xốp hở, % 7,32 1,12 7,17 0,84 11,23 1,58 15,04 4,68 Độ xốp kín,% 9,01 14,16 9,79 15,01 7,66 16,74 5,44 10,73 Độ xốp tổng,% 16,33 15,28 16,96 15,85 18,89 18,32 20,48 15,41 Bảng 2: những đặc tính cơ bản của các mẫu nghiên cứu Kết quả trên bảng 2 cũng cho thấy mẫu số 2 và mẫu số 4 với cùng kích thước trung bình như nhau nhưng thành phần nhựa khác nhau đã tạo ra lượng lỗ xốp hở khác nhau. Mặc dù tỷ trọng sau khi phân huỷ nhiệt của mẫu số 4 nhỏ hơn so với tỷ trọng của mẫu số 2 sau khi PHN nhưng mẫu số 4 sau khi PHN có độ xốp hở (15,04%)ao hơn so với mẫu số 2 sau khi PHN (7,17%). 165 Do vậy sau khi CVD mẫu số 4 có tỷ trọng cao hơn so với mẫu số 2 vì lượng hạt cacbon nano lắng đọng vào trong không gian lỗ xốp hở nhiều hơn. Tuy nhiên lượng nhựa kết dính không thể giảm xuống quá thấp, vì như vậy sẽ ảnh hưởng đến độ chắc đặc của mẫu khi ép. 6.3.2 Xác định kích thước bằng kính hiển vi điện tử quét Sau khi PHN và qua CVD mẫu được quan sát trên kính hiển vi điện tử quét với ảnh SEM của mẫu số 1 và mẫu số 4. Sau khi PHN rất xốp, kích thước lỗ xốp rộng khoảng 180- 200 nm. Mẫu qua CVD cho các lỗ xốp cơ bản đã được điền kín bởi các hạt cacbon lắng đọng từ hơi hoá học, các hạt cacbon trên bề mặt có kích thước khoảng 120-130 nm. 6.3.3 Kết quả phương pháp hấp phụ phân tích cấu trúc mẫu vật liệu Mẫu SBMR, m 2/g DLX, nm Mẫu số 1 sau khi PHN 34,2756 23,2390 Mẫu số 1 sau khi CVD 14,3722 2,9681 Mẫu số 4 sau khi PHN 28,9772 22,4020 Mẫu số 4 sau khi CVD 8,8827 4,9543 Bảng 3: Kết quả phân tích bề mặt bằng phương pháp hấp phụ Diện tích bề mặt riềng của mẫu sau CVD nhỏ hơn nhiều so với diện tích bề mặt riêng của mẫu sau khi PHN và đường kính lỗ trung bình của mẫu CVD cũng nhỏ hơn đường kính lỗ trung bình của mẫu PHN. Kết quả trên hoàn toàn phù hợp với các kết quả của phương pháp kính hiển vi điện tử quét, vì các lỗ của mẫu CVD đã bị lấp đầy bởi các hạt cacbon nano lắng đọng từ pha khí. Diện tích bề mặt riêng của mẫu sau CVD chứng minh rằng vật liệu nanopyrographit chế luyện được là vật liệu đặc sít. Điều này được thể hiện rõ thêm trên giản đồ hấp phụ và giải hấp phụ của mẫu CVD và mẫu PHN. Mẫu PHN vẫn xốp nên đường hấp phụ đẳng nhiệt có dạng đúng theo các định luật hấp phụ, đường hấp phụ và đường giải hấp phụ gần nhau, trong khi đó, đường hấp phụ đẳng nhiệt của mẫu CVD thì lại có dạng hoàn toàn khác. Sau khi quá trình hấp phụ kết thúc, quá trình giải hấp phụ không diễn ra như trong mẫu PHN, vùng trễ trên đường giải hấp phụ rất dài, chất hấp phụ thoát ra khỏi mẫu rất khó khăn. Điều này có nghĩa là các lỗ mao quản trên mẫu CVD có đường kính rất nhỏ nên áp suất hơi trên mao quản nhỏ, do đó khi giảm giá trị P/P0 cũng không kéo được chất hấp phụ có dạng gần như là nằm ngang, chứng tỏ rằng mẫu CVD nanopygraphit sít chặt. 6.4 Kết luận Công nghệ lắng đọng hoá học (CVD) cacbon phân huỷ từ pha hơi được sử dụng để tạo ra vật liệu nanopygraphit có độ đặc sít cao sẽ cho các đặc tính đặc biệt cho vật liệu. Phương pháp kính kiển vi điển tử quét đã cho thấy rõ kích thước các hạt cacbon trên lỗ xốp, kích thước lỗ xốp của vật liệu phôi graphit ban đầu, sau khi phân huỷ nhiệt và sau CVD. Các kết quả thu được từ phương pháp hấp phụ phân tích cấu trúc xốp bằng thiết bị NOVA cũng minh chứng thêm điều này. Các nghiên cứu đã chứng minh thêm điều này. Các nghiên cứu đã chứng tỏ vật liệu nanopygraphit đặc sít đã được chế tạo và hứa hẹn mở rộng phạm vi ứng dụng trong thực tiễn. 7. MẠ NANO - CHẾ TẠO MÀNG TỪ CỨNG FePt TRÊN ĐẾ n-Si [10. Tạp chí hoá học. Tập 45 (4). Trang 448 -451. Năm 2007.] 7.1 Mở Đầu Trong những năm gần đây, hợp kim FePt được đánh giá như là một vật liệu từ cứng hấp dẫn hơn hẳn các hợp kim Co hai nguyên và ba nguyên quen thuộc về một số tính chất từ quan trọng như độ kháng từ (Hc), hằng số dị hướng từ tinh thể (Kc), độ từ dư (Mr), tính năng lượng từ (MH)max đặc biệt khi được chế tạo ở dạng màng mỏng, dự kiến sử dụng trong lĩnh vực ghi từ mật độ siêu cao trong tương lai hoặc để chế tạo các micro nam châm vĩnh cửu trên cơ sở vật liệu tổng hợp nano công nghệ MEMS. Cũng như phần lớn các vật liệu tiên tiến khác, lúc đầu 166 thường được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng vật lý trong chân không cao (MBE, phún có tần số Rf, lắng đọng lase xung), song để đáp ứng sự pháp triển nhanh chóng của công nghệ tiểu hình hoá như MEMS, thì giá thành vật liệu dù là quý hiếm như hợp kim Pt sẽ không đáng kể so với giá thành công nghệ chế tạo. Vì vậy nhiều phương pháp chế tạo đơn giản nhưng khá hiệu quả ngày càng được chú ý như kỹ thuật tổng hợp hoá học ướt dựa trên cơ sở ‘’phản ứng khử polyl’’ của các muối cơ kim loại cùng tên để tạo ra tập hợp hạt đơn phân tán FePt kích thước nano tráng trên các đế thích hợp, hoặc còn đơn giản hơn nữa là kỹ thuật kết tủa điện hoá - gọi tắt mạ nano như đã áp dụng thành công. Phần này, sẽ trình bày một số kết quả bước đầu về việc chế tạo màng mảng từ cứng FePt tên đế n-Si từ một dung dịch duy nhất chứa ion Pt4+ và Fe2+ bằng phương pháp mạ xung dòng. 7.2 Thực nghiệm Dung dịch mạ có thành phần cơ bản như sau: H2[PtCl6] 1 nM/l; FeSO4 + FeCl2 0,1 M/l; Na2SO4 0,525 M/l và phụ gia ức chế oxi hoá Fe 2+. Hoá chất sử dụng có độ tinh khiết PA, hoà tan trong nước cất hai lần, pH được điều chỉnh 3-3,5 bằng HCl. Đế n-Si được làm sạch và phủ Cu lót trước khi mạ. Việc đồng kết tủa Pt4+ và Fe2+ gặp những khó khăn nhất định. Thật vậy, điện thế kết tủa của Pt từ dung dịch [Pt4+] 1 nM/l khoảng +0,816 V (NHE) dương khá xa so với Fe từ dung dịch [Fe2+] 0,1 M/l khoảng -0,468 V (NHE). Vì vậy việc chọn chế độ mạ xung dòng để điều khiển quá trình đồng kết tủa thuận lợi hơn chế độ mạ xung thế. Ngoài ra để đảm bảo quá trình đồng kết tủa sau vùng dòng giới hạn của ion Fe2+, dung dịch mạ được chọn với tỷ lệ [Fe2+]/[Pt4+] gần bằng 100 là thích hợp với điều kiện xung dòng, không khuấy và nhiệt độ phòng. Như vậy, quá trình kết tủa của Pt hoàn toàn do khuếch tán quyết định. Bể mạ được nối với hệ điện hoá đa chức năng IM6e (Zahner, Đức), tiến hành ở chế độ xung dòng catot hình chữ nhật chọn xuất phát i1 = 0 mA/cm 2, t1 = 0,2s sau đó nhảy lên nấc i2 =6 mA/cm 2, t2 = 1s. Số chu kỳ lập lại của xung là 200 (mẫu M1) và 40 (mẫu M2). Đáp ứng điện thế điện cực khi xung dòng là dao động hình chữ nhật tương ứng giữa +0,8V đến -1,0V (SCE). Thông thường thì màng hợp kim FePt chế tạo xong bằng phương pháp vật lý (rf – sputtering) có cấu trúc mất trật tự fcc (lập phương tâm mặt) chưa có đặc trưng từ cứng (đường cong từ trễ M-H với độ kháng từ Hc còn rất thấp), chỉ sau khi ủ nhiệt (Ta ~ 500-700 0C) mới chuyển thành pha trật tự fct (tứ diện tâm mặt – còn gọi là cấu trúc L10) điển hình từ cứng với độ kháng từ Hc vượt trội. Màng kết tủa bằng phương pháp điện hoá trong điều kiện có thoát H2 kèm theo có cải thiện qua trình chuyển pha fcc thành fct không? Phân tích cấu trúc và độ dày của màng được xác định bằng nhiễu xạ tia X (XRD, Bruker D-5005 với tia CuK2, bước sóng bằng 1,54056). Hình thái học và thành phần hoá học của hợp kim được xác định bằng kính hiển vi điện tử SEM có phân tích EDX (SEM 5410LV, Jeol). Các tính chất từ được đo trên từ kế màng rung (VSM). 7.3 Kết quả và thảo luận Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu M1 (dày 117 nm) khi chưa ủ nhiệt và ủ nhiệt cho thấy trạng thái kết tủa vô định hình ban đầu đặc trưng fcc với pic (111) duy nhất (2 ~ 40,80) chuyển sang pha tinh thể khi nhiệt độ ủ tăng dần từ 5500C – 6500C với các pic fct (001), (110), (111), (200), (201), và (112). Tỷ số pic (001)/pic (002) được xem là đặc trưng của độ trật tự hoá học L10 của từ cứng FePt liên quan đến đặc tính từ tăng vọt. Các kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của mẫu M2 (dày 87 nm) theo nhiệt độ ủ tương tự hoàn toàn với mẫu M1. Mẫu Xung dòng I2(t2) Số chu Kỳ Chiều dày màng, nm Thành phần màng Tính chất từ cứng Hc (ở Ta) M1 M2 6 mA/cm2(1s) 6 mA/cm2(1s) 200 40 117 87 Fe55Pt45 Fe58Pt42 8,7 kOe (6500C) 11,52 kOe (6500C) 167 Bảng 1: Các thông số mạ xung dòng và tính chất từ cứng của màng FePt 7.4 Kết luận Tuy chưa có điều kiện nghiên cứu hệ thống về mối quan hệ ảnh hưởng của chế độ điện phân đến cấu trúc hoá học và biến thiên tính chất từ cứng của màng, song những kết quả thu được trình bày ở bảng 1 cho phép rút ra những kết luận định hướng phù hợp với các tác giả khác như sau: Chế độ mạ xung dòng ở nồng độ dung dịch mạ nói trên cho phép khống chế thành phần hợp kim FePt trong khoảng 40-65% nguyên tủ Fe (vì pha  3-FePt hình thành có thành phần Fe ~ 45-67% nguyên tử Fe) Sự chuyển pha fcc  fct xảy ra ở nhiệt độ ủ Ta = 550-650 0C và tối ưu ở Ta = 650 0C. Độ kháng từ của màng FePt tăng từ Hc =8,7 kOe (mẫu M1) lên 11,52 kOe (mẫu M2) khi giảm độ dày kết tủa từ 117 nm xuống 87 nm. Giá trị Hc = 11,52 kOe. 8. TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA Cu2O KÍCH THƯỚC NANO [11.Tạp chí hoá học. Tập 45 (3). Trang 299 -303. Năm 2007.] 8.1 Mở đầu Cùng với công nghệ phát triễn của công nghệ nano, Cu2O nano đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm bộ cảm biến áp suất oxi màng mỏng, chất bán dẫn loại p, pin mặt trời màng mỏng, nguyên liệu cho công nghệ dược phẩm và các thiết bị y tế Ngoài ra, Cu2O nano có diện tích bề mặt lớn nên nó là vật liệu đầy triển vọng làm xúc tác cho các phản ứng hoá học. Cu2O nano đã được tổng hợp bằng một số phương pháp khác nhau như: Oxi hoá nhiệt, thuỷ nhiệt, phân huỷ hoá học pha khí, khử điện hoá và chiếu tia  Xin giới thiệu tổng hợp Cu2O bằng phương pháp khử muối đồng (II) trong dung dịch bằng hidrazin khi có mặt các chất hoạt động bề mặt khác nhau. Các đặc trưng của vật liệu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), các phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM). 8.2 Thực nghiệm 8.2.1 Tổng hợp đồng (I) oxit Cu2O nano được tổng hợp dựa trên phương pháp của tác giả WenZong Wang. Trong công trình này, ngoài PEG còn sử dụng PVA và LA làm chất hoạt động bề mặt. Cho một lượng chất hoạt động bề mặt (PEG: Polytylenglycol, PVA: Polyvinylancol, hoặc LA: laurylsunfar) với lượng đã tính toán trước cho từng thí nghiệm và 0,179g CuCl2.2H2O vào 200 ml nước, khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ với tốc độ không đổi trong 15 phút. Sau đó thêm từ từ một lượng KOH 6 M để thu được kết tủa màu xanh Cu(OH)2. Khuấy đều thêm 15 phút nữa, cho từ từ một lượng hidrazin (N2H4.H2O 100%) tính trước, khi kết tủa chuyển hoàn toàn sang màu đỏ gạch thì ngừng khuấy, đem ly tâm và rữa vài lần bằng nước cất, sấy khô ở 600C trong tủ sấy chân không khoảng 3 giờ. Sản phẩm được bảo quản trong không khí. 8.2.2 Phương pháp vật lý nghiên cứu đặc trưng vật liệu Cu2O nano Sản phẩm thu được được nghiên cứu bằng các phương pháp sau: - Nhiễu xạ tia X (XRD): Sản phẩm được ghi nhiễu xạ D8 ADVANCE (Bruker-Đức, Khoa Hoá học, ĐHKHTN) với bức xạ CuK ( = 0,15406 nm, 40 kV, 40 mA), góc đo 25-800. - Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu được ghi trên máy EM125 của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, ảnh hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) được ghi trên máy JEM-4000EX (ghi tại Đức). 8.3 Kết quả và thảo luận 8.3.1 Kết quả nhiễu xạ tia X Giản đồ nhiễu xạ tia X thu được hoàn toàn trùng khớp với phổ của Cu2O trong thư viện phổ chuẩn. Do đó có thể khẳng định sản phẩm thu được là Cu2O đơn pha, không bị lẫn tạp chất và bền trong không khí. Kích thước hạt trung bình được tính theo công thức Debye-Scherrer: 168 D = 0,9 / ( cos  ) Ký hiệu mẫu PVA, g KOH, ml N2H5OH, ml Thành phần pha Kích thước hạt, nm PVA 1 0,200 1,2 1,2 Cu2O +Cu 24,3 PVA 2 0,200 1,2 1,0 Cu2O + Cu 25,3 PVA 3 0,200 1,2 0,8 Cu2O 26,6 PVA 4 0,200 1,2 0,6 Cu2O 30,2 PVA 5 0,150 1,2 0,8 Cu2O 27,4 PVA 6 0,250 1,2 0,8 Cu2O 21,1 PVA 7 0,300 1,2 0,8 Cu2O 20,6 Bảng 1: Kích thước hạt phụ thuộc vào lượng PVA và Hidrazin Bảng 2: Kích thước hạt phụ thuộc vào lượng PEG và hidrazin Ký hiệu mẫu PEG (gam) KOH (ml) N2H5OH, (ml) Thành phần pha Kích thước hạt, nm LA 1 0,050 1,2 1,4 Cu2O+ Cu 21,9 LA 2 0,050 1,2 1,2 Cu2O 22,4 LA 3 0,050 1,2 1,0 Cu2O 23,0 LA 4 0,050 1,2 0,8 Cu2O 24,6 LA 5 0,050 1,2 0,6 Cu2O 25,5 LA 6 0,050 1,2 0,4 Cu2O 26,7 LA 7 0,005 1,2 1,2 Cu2O+ Cu 19,7 LA 8 0,010 1,2 1,2 Cu2O+ Cu 20,7 LA 9 0,025 1,2 1,2 Cu2O 23,0 LA 10 0,100 1,2 1,2 Cu2O 19,3 LA 11 0,150 1,2 1,2 Cu2O 19,0 Ký hiệu mẫu PPEGa, g KOH, ml N2H5OH, ml Thành phần pha Kích thước hạt, nm PEG 1 2.000 0,6 1,0 Cu2O+ Cu 17,9 PEG 2 2.000 0,6 0,8 Cu2O+ Cu 19,9 PEG 3 2.000 0,6 0,6 Cu2O+ Cu 19,9 PEG 4 2.000 0,6 0,4 Cu2O+ Cu 20,0 PEG 5 2.000 0,6 0,2 Cu2O 25,8 PEG 6 2.000 0,6 0,1 Cu2O+ Cu 38,0 PEG 7 0.500 0,6 0,2 Cu2O 31,5 PEG 8 1.000 0,6 0,2 Cu2O 30,9 PEG 9 1.500 0,6 0,2 Cu2O 27,8 PEG 10 2.500 0,6 0,2 Cu2O 25,5 169 Bảng 3: Kích thước hạt phụ thuộc vào lượng LA và hidrazin Kết quả tính kích thước hạt cho các mẫu được trình trong bảng 1,2 và 3. Từ bảng 1, 2 và 3 ta thấy kích thước trung bình dao động trong các khoảng tương ứng 20-30 nm, 18-32 nm và 19- 27 nm. Lượng chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng lớn kích thước hạt trung bình. Việc sử dụng PVA và LA là hiệu quả hơn so với PEG vì lượng PVA và LA đều sử dụng ít hơn nhiều so với PEG nhưng sản phẩm thu lại có kích thước nhỏ hơn so với khi dùng PEG. Lượng hidrazin cũng ảnh hưởng tới kích thước hạt trung bình của Cu2O. Trong môi trường kiềm, hidrazin là chất khử mạnh: CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2 NaCl 4Cu(OH)2 + N2H4 = 2Cu2O + N2 + 6H2O Khi lượng hidrazin tăng thì kích thước hạt Cu2O giảm, đặc biệt khi dùng chất hoạt động bề mặt là PEG. Tuy nhiên khi lượng hidrazin quá lớn thì sẽ thu được pha Cu kim loại (mẫu 1-2 bảng 1; mẫu 1-4 bảng 2; mẫu 1,7,8 bảng 3). Điều này là do Cu2O sinh ra tiếp tục bị khử bởi hidrazin dư: 2Cu2O +N2H4 = 4Cu + N2 + 2H2O Tuy nhiên, khi lượng hidrazin quá ít sẽ the được sản phẩm có lẫn CuO (mẫu 6 bảng 2). Ảnh hưởng của hidrazin đến kích thước hạt trung bình của Cu2O còn phụ thuộc vào lưọng kiềm trong dung dịch. Trong môi trường kiềm, hidrazin và chất khử mạnh, do đó lượng kiềm càng tăng khử của hidrazin càng mạnh. Khi sử dụng chất hoạt động bề mặt PVA và LA, dùng 1,2 ml KOH 6 M. Nhưng khả năng bảo vệ của PEG là yếu hơn nên nếu giữ lượng kiềm này thì quá trình khử xảy ra rất mạnh làm cho trong sản phẩm thu được có lẫn cả pha Cu kim loại. Do vậy khi dùng PEG thì phải giảm lượng KOH xuống còn 0,6 ml. Kết quả tối ưu khi sử dụng PVA là mẫu PVA7, khi sử dụng PEG là mẫu PEG10 còn khi dùng LA thì mẫu tối ưu là LA11. 8.3.2 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) Ảnh TEM của mẫu PEG10 cho thấy sản phẩm thu được không chỉ có dạng hạt mà còn có thể có cỏ dạng sợi. Dạng hạt có đường kính khoảng 40 nm còn dạng sợi có đường kính khoảng 15 nm. Ảnh HRTEM của mẫu PVA7 cho thấy một đơn thể Cu2O của mẫu PVA7 có đường kính 15 nm. 8.4 Kết luận Đã tổng hợp được Cu2O nano khi sử dụng chất khử là hidrazin với các chất hoạt động bề mặt khác nhau (PEG, PVA và LA). Bằng phương pháp XRD, TEM và HRTEM cho thấy trong điều kiện tối ưu, sản phẩm là Cu2O tinh khiết, ở dạng hạt có kích thước trung bình 20 nm hoặc ở dạng sợi có đường kính 15 nm. 170 MỤC LỤC PHẦN THỨ NHẤT: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC CÁC HỆ PHÂN TÁN KEO..01 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VÀ PHÂN LOẠI HỆ KEO.................................................... 01 1.1. KHÁI QUÁT VỀ HOÁ HỌC CHẤT KEO ......................................................................01 1.2. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ PHÂN TÁN.....................................................................................01 1.3. PHÂN LOẠI CÁC HỆ KEO..............................................................................................02 1.3.1. Phân loại theo kích thước hạt..........................................................................................02 1.3.2. Phân loại theo trạng thái tập hợp ....................................................................................03 1.3.3. Phân loại theo tương tác giữa các hạt..............................................................................03 1.3.4 Phân loại theo tương tác giữa pha phân tán và môi trường phân tán ..............................04 1.4 VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA CỦA HOÁ KEO TRONG ĐỜI SỐNG VÀ KĨ THUẬT ..........04 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ DUNG DỊCH KEO...05 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH KEO ....................................................05 2.1.1 Điều chế dung dịch keo bằng phương pháp phân tán .......................................................05 a. Nguyên tắc ......................................................................................................... ...............05 b. Phương pháp phân tán bằng cơ học ...................................................................................06 c. Phương pháp phân tán bằng sóng siêu âm .........................................................................06 d. Phương pháp phân tán bằng hồ quang ...............................................................................06 e. Phương pháp phân tán bằng keo tán ..................................................................................06 2.1.2 Điều chế dung dịch keo bằng phương pháp ngưng tụ ......................................................07 a. Nguyên tắc .........................................................................................................................07 b. Ngưng tụ trực tiếp .............................................................................................................08 c. Phương pháp thay thế dung môi ........................................................................................08 d. Phương pháp dùng phản ứng hoá học ...............................................................................08 2.2. TINH CHẾ DUNG DỊCH KEO .........................................................................................08 2.2.1. Thẩm tích..........................................................................................................................08 2.2.2. Điện thẩm tích .................................................................................................................09 2.2.3. Siêu lọc ........................................................................................................................09 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ...................................10 3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ .................................................................................10 3.1.1. Một số khái niệm cơ bản ..................................................................................................10 3.1.2. Các phương trình hấp phụ ................................................................................................10 3.1.2.1. Phương trình Frendlich .................................................................................................10 3.1.2.2. Phương trình Langmuir .................................................................................................11 3.1.2.3. Phương trình BET ....................................................................................................12 3.2. CÁC QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ CƠ BẢN ...........................................................................12 3.2.1 Sự hấp phụ trên giới hạn dung dịch khí.............................................................................12 a. Sức căng bề mặt ......................................................................................................................12 b. Phương trình Gibbs.................................................................................................................14 c. Chất hoạt động bề mặt.............................................................................................................15 d. Phương trình Sitkopxky .........................................................................................................16 e. Quy tắc Traube – Ducle .........................................................................................................16 f. Cấu tạo lớp bề mặt trên gianh giới dung dịch – khí ...............................................................16 3.2.2. Sự hấp phụ trên giới hạn bề mặt rắn - dung dịch..............................................................18 a. Sự hấp phụ phân tử .................................................................................................................18 b. Sự hấp phụ ion trong dung dịch các chất điện li ....................................................................19 171 3.2.3. Hiện tượng thấm ướt............................................. ...........................................................16 CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CỦA CÁC HỆ PHÂN TÁN...........20 4.1 CHUYỂN ĐỘNG NHIỆT VÀ CHUYỂN ĐỘNG BRAO .................................................20 4.2. SỰ KHUYẾCH TÁN TRONG DUNG DỊCH THỰC VÀ DUNG DỊCH KEO................22 4.2.1. Sự khuyếch tán trong dung dịch thực ..............................................................................22 a. Định luật Fích 1 .....................................................................................................................22 b. Định luật Fích 2 .....................................................................................................................22 c. Phương trình Anhxtanh..........................................................................................................23 4.2.2. Sự khuyếch tán trong dung dịch keo - Phương trình Anhxtanh-Smolukhopsky............23 4-3. ÁP SUẤT THẨM THẤU CỦA DUNG DỊCH KEO.........................................................24 4.4. SỰ SA LẮNG TRONG HỆ KEO.......................................................................................25 4.4.1. Độ bền sa lắng .................................................................................................................25 4.4.2. Cân bắng sa lắng .............................................................................................................26 4.4.3 .Phương pháp phân tích sa lắng .......................................................................................26 CHƯƠNG 5: TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA CÁC HỆ KEO .......................................28 5.1. SỰ PHÂN TÁN ÁNH SÁNG ............................................................................................28 5.2. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG................................................................................................29 5.3. MÀU SẮC CỦA CÁC HỆ THỐNG KEO........................................................................30 5.4. DỤNG CỤ QUANG HỌC ĐỂ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KEO ..................................31 5.4.1. Kính hiển vi và kính siêu vi.31 5.4.2. Kính hiển vi điện tử32 5.4.3. Đục kế .32 CHƯƠNG 6: TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG KEO ...............................................32 6.1. CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỆN ĐỘNG HỌC .........................................................................32 6.1.1. Các hiện tượng điện động học loại 132 6.1.2. Các hiện tượng điện động học loại 233 6.2. CẤU TẠO CỦA LỚP KÉP ...............................................................................................33 6.2.1. Thuyết Hemhon (Helmholtz)...33 6.2.2. Thuyết Guy - Sepmen (Gouy -Chapman)34 6.2.3. Thuyết Stec (Stern).35 6.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN THẾ ĐIỆN ĐỘNG HỌC ..............................36 6.3.1. Ảnh hưởng của chất điện ly trơ36 6.3.2. Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ....36 6.3.3. Ảnh hưởng của sự pha loãng và làm đậm đặc sol..36 6.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ...37 6.3.5. Ảnh hưởng của môi trường phân tán...37 6.4. BIỂU THỨC TOÁN HỌC CỦA THẾ  ...........................................................................37 6.5. CẤU TẠO CỦA HẠT KEO ..............................................................................................37 CHƯƠNG 7: ĐỘ BỀN VỮNG VÀ SỰ KEO TỤ CỦA HỆ THỐNG KEO GHÉT LƯU..39 7.1. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC MIXEN .........................................................................39 7.2. SỰ KEO TỤ CÁC DUNG DỊCH KEO BẰNG CHẤT ĐIỆN LY .................................. 40 7.3. ĐỘNG HỌC CỦA SỰ KEO TỤ BẰNG CHẤT ĐIỆN LY..............................................41 7.4. HIỆN TƯỢNG ĐẶC BIỆT KHI KEO TỤ BẰNG CHẤT ĐIỆN LY ..............................42 7.4.1. Hiện tượng thứ nhất.42 7.4.2. Hiện tượng thứ hai. 42 7.4.3. Hiện tượng thứ ba...43 172 7.4.4. Hiện tượng thứ tư ...43 7.4.5. Hiện tượng thứ năm....43 CHƯƠNG 8: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CẤU THỂ CỦA HỆ THỐNG KEO......................43 8.1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CẤU THỂ TRONG CÁC HỆ KEO..43 8.1.1. Cấu thể keo tụ..44 8.1.2. Cấu thể ngưng tụ kết tinh 45 8.2. ĐỘ NHỚT CỦA HỆ THỐNG KEO..................................................................................45 8.2.1. Khái niệm độ nhớt ...45 8.2.2. Độ nhớt của hệ keo ..45 8.2.3. Sự phụ thuộc của độ nhớt vào nồng độ ..46 CHƯƠNG 9: CÁC HỆ PHÂN TÁN VỚI MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN KHÍ - LỎNG - RẮN ......................................................................................................................................47 9.1. HỆ PHÂN TÁN VỚI MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN KHÍ..............................................47 9.1.1. Tính chất quang học của aerosol..47 9.1.2. Tính chất động học phân tử của aerosol..47 9.1.3. Tính chất điện của aerosol...47 9.1.4. Độ bền vững tập hợp của các aerosol..48 9.1.5. Điều chế và phá huỷ aerosol48 9.1.6. Ý nghĩa thực tế của aerosol..48 9.2 HỆ PHÂN TÁN VỚI MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN LỎNG..............................................48 9.2.1 Huyền phù.48 9.2.2. Nhũ tương ...48 1. Phân loại nhũ tương...48 2. Độ bền vững tập hợp và bản chất của chất nhũ hoá..49 3. Sự đảo tướng.49 9.2.3. Bọt ..50 9.3. HỆ PHÂN TÁN VỚI MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN RẮN................................................50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 PHẦN THỨ HAI: MỘT SỐ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA CÁC HỆ PHÂN TÁN KEO CHƯƠNG 10: HÓA KEO TRONG THỔ NHƯỠNG (HỆ KEO ĐẤT) .51 1.1. KHÁI QUÁT ..51 1.2. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT CỦA KEO ĐẤT ..51 1.2.1. Cấu tạo 51 1.2.2. Phân loại keo đất . ..53 1.2.3. Tính chất của keo đất ..54 1.3. TÍNH TỤ KEO VÀ SỰ TÁN KEO ..54 1.3.1. Sự tụ keo ..55 1.3.2. Khả năng tán keo .55 1.4. VAI TRÒ CỦA KEO ĐẤT 55 Bài tham khảo: KEO ĐẤT-TRUNG TÂM HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA SINH THÁI MÔI TRƯỜNG ĐẤT .56 1. KEO ĐẤT: VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA ...56 2. THÀNH PHẦN, CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KEO ĐẤT ...56 2.1. Thành phần keo đất.....56 2.2. Phân loại .56 173 2.3. Cấu tạo hạt keo đất .57 2.4. Đặc tính cơ bản của keo đất ..58 3. TÍNH CHẤT HẤP PHỤ CỦA KEO ĐẤT ...58 3.1. Hấp phụ cơ học .58 3.2. Hấp phụ sinh học ..58 3.3. Hấp phụ phân tử .58 3.4. Hấp phụ trao đổi (hấp phụ ion) ..59 3.5. Hấp phụ hoá học của môi trường đất..60 4. TÍNH CHẤT CHUA KIỀM CỦA ĐẤT ...61 4.1. Phản ứng môi trường thông qua dung dịch đất ..61 4.2. Nguyên nhân gây chua môi trường đất ..61 4.3. Độ chua của môi trường đất61 4.4. Phản ứng chua của môi trường đất thông qua dung dịch đất 62 4.5. Ảnh hưởng chua độ chua kiềm đến thực vật ..62 5. TÍNH ĐỆM CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẤT...63 5.1. Định nghĩa ..63 5.2. Vai trò .63 5.3. Nguyên nhân ..63 6. ĐẶC TÍNH OXIHÓA - KHỬ CỦA MÔI TRƯỜNG SINH THÁI ĐẤT 65 6.1. Vai trò của Oxihoa – Khử .65 6.2. Phản ứng Oihoa – Khử ..65 6.3. Các vi sinh vật háo khí tham gia vào quá trình Oihoa-Khử ..65 6.4. Quá trình Oxihóa – Khử của các ion kim loại điển hình ..66 7. PHƯƠNG PHÁP NÔNG HÓA CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG ĐẤT ...67 7.1. Cải tạo đất chua ..67 7.2. Cải tạo đất kiềm .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....69 CHƯƠNG 11: HẤP PHỤ VÀ ỨNG DỤNG .70 11.1. LÝ THUYẾT HẤP PHỤ .70 11.2. HẤP PHỤ VÀ XÚC TÁC ..70 11.2.1. Sự hấp phụ hoá học của các khí trên bề mặt kim loại ..70 11.2.2. Quy tắc Volcano 71 11.2.3. Xúc tác axit rắn và xúc tác lưỡng chức trong công nghiệp dầu mỏ ..72 11.2.4. Xúc tác trong quá trình tổng hợp và oxy hoá amoniac .73 11.3. HẤP PHỤ VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 74 11.3.1. Hấp phụ trong xử lý ô nhiễm khí ..74 11.3.2. Hấp phu trong xử lý ô nhiễm nước ...75 Bài tham khảo: XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM ASEN 80 1.Tác động của Asen đối với sức khoẻ con người và sinh vật ....80 2.Công nghệ xử lý nước ô nhiễm do Asen ..80 2.1.Trao đổi ion80 2.2.Cộng kết tủa-lắng-lọc ..80 2.3.Keo tụ bằng hoá chất ...81 2.4.Hấp phụ bằng nhôm và oxit nhôm hoạt hoá ....81 2.5.Hấp phụ bằng vật liệu Laterite ..81 2.6.Sử dụng hidroxit sắt hay viên sắt có chứa Clo.81 2.7.Công nghệ lọc ..82 Bài đọc thêm: XÀ PHÒNG - CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TIÊU BIỂU .82 1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI .82 174 1.1. Xà phòng anion hoạt động .83 1.2. Xà phòng cation họat động 83 1.3. Xà phòng lưỡng tính .83 1.4. Xà phòng không ion hóa 83 2. CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA XÀ PHÒNG .83 2.1. Tính hòa tan trong nước .83 2.2. Tính chất hoạt động bề mặt 84 2.3. Khả năng thấm ướt .84 2.4. Khả năng tạo bọt 84 2.5. Trạng thái của xà phòng trong dung dịch ..84 2.6. Khả năng hòa tan keo 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO...86 CHƯƠNG 12: HÓA KEO VÀ CÔNG NGHỆ NANO .87 12.1. KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NANO .87 12.2. VẬT LIỆU NANO87 12.3. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO88 12.4. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO.........................................90 12.4.1. Phương pháp hóa học hình thành vật liệu nano từ pha khí ...........................................90 12.4.2. Phương pháp hóa học hình thành vật liệu nano từ pha lỏng..........................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .92 CHƯƠNG 12 HÓA KEO VÀ CÔNG NGHỆ NANO TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Jack Uldrich, Deb Newberry, Công nghệ nano - đầu tư và đầu tư mạo hiểm. NXB Trẻ, Hà Nội, 2006. 2. Ngụy Hữu Tâm, Công nghệ nano - Hiện trạng - thách thức và những siêu ý tưởng. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004. 3. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh; Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử nguyên tử, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2004. 4. Trương Văn Tân, Vật liệu tiên tiến cho đến ống than nano, NXB Trẻ, năm 2008. 5. Tạp chí sinh học số, 9 - 2006 6. Tạp chí hoá học số, 4 - 2004 7.Tạp chí Khoa học công nghệ môi truờng, số 7, năm 2001. 8. Tạp chí Khoa học công nghệ môi trường, số 5, năm 2003. 9. Tạp chí Khoa học công nghệ môi trường, số 8, năm 2003. 10. Tạp chí khoa học công nghệ môi trường, số 11 - 2005 11. Tạp chí khoa học công nghệ môi trường, số 12 - 2005 12. Nguyen Huu Ly and Phan Hong Khoi, Preparation and characterization of carbon nanotubes/polymers composites, Advances in Natural Sciences, 2005 13. X.M.Tao, Nanotechnology Center for Functional and Intelligent Textiles and Apparel, Hong kong Polytechnic University, (Hong Kong, China). Nanotech Business Forum, Bangkok, Thailand, 12 - 05 - 2004 14. Terry Turney, SCIRO, (Australia), Nanotech Business Forum , Bangkok, Thailand, 12 - 05 - 2004