BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THCS & THPT NGUYỄN TẤT THÀNH
_______________________

ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT CẤP QUỐC GIA
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
NĂM HỌC 2014 - 2015

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU THU GOM XỬ LÝ DẦU TRÀN
CÓ CHỨA HẠT NANO SẮT TỪ
Lĩnh vực: Hóa học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
TS.Nguyễn Tiến Dũng

1.
2.

n

ến Dũng
ng n
ng

TÁC GIẢ:
Lớp 11A2 rường THPT Nguyễn Tất Thành
Lớp 11A2 rường THPT Nguyễn Tất Thành

Hà Nội, tháng 01 năm 2015

1


MỤC LỤC
Phần 1

Trang
Lí do chọn đề tài ……………………………………......................
3

Phần 2

Tổng quan vấn đề nghiên cứu …………………………………

4

Phần 3

Quá trình nghiên cứu và kết quả………………………………

5

3.1

Cơ sở lý thuyết……………………………………………………

5

3.1.1


Trùng hợp polymer………………………………………………

5

3.1.2

ều chế hạt nano sắt từ……………………………………..........

9

á Fe2+ ……………………………………....

9

3.1.2.1

P ương p áp x

3.1.2.2

P ương p áp t

ỷ p ân cưỡng c ế ……………………………

10

3.1.2.3

P ương p áp đồng kết tủ ………………………………………


11

3.1.2.4

P ương p áp v n ũ ………………………………………………

14

3.1.3

B ến tín bề mặt ạt x t sắt ……………………………………

15

3.1.3.1

Lí d b ến tín bề mặt ạt x t sắt ……………………………

15

3.1.3.2

ột số p ương p áp b ến tín bề mặt ………………………

16

Khả năng ấp thu và thu hồi dầu của vật liệu ………………

16


3.1.4
3.2
3.2.1

ổng ợp vật l ệ …………………………………………………
Hoá chất và dụng cụ ……………………………………………

18
18

ổng ợp ạt ôx t sắt ……………………………………………

19

3.2.2.1

Tổng hợp hạt oxit sắt ……………………………………………

19

3.2.2.2

Biến tính bề mặt hạt oxit sắt ……………………………………

19

3.2.2.3

Kết quả …………………………………………………………….


20

3.2.2

3.2.3

ồng trùng hợp Styren và Divinylbenzen có hạt oxit sắt

21

3.2.3.1

P ương p áp t ến hành ………………………………………….

21

3.2.3.2

Kết quả ……………………………………………………………..

22

3.2.4

Thử nghiệm khả năng ấp thu và thu hồi dầu của vật liệu ...

24

3.3


Các nội dung sẽ nghiên cứu trong thời gian tới ……………..

26

Phần 4

Kết luận …………………………………………………………….

31

Tài liệu tham khảo ………………………………………………

32

2


PHẦN 1: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ô nhiễm các sự cố tràn dầu thực sự là một thảm họ đối với sinh vật thủy
sinh.Việc xử lý ô nhiễm tràn dầ cũng vì t ế m được nhiều nhà khoa học
tr ng nước và Quốc tế hết sức quan tâm.
Với sản lượng sản xuất và tiêu thụ dầ
ng năm rất lớn, việc vận tải và rò
rỉ trong khi sản xuất, khai thác và chế biến dầu mỏ t ường gây ra những ô
nhiễm nghiêm trọng.Có thể kể đến một số vụ tràn dầu rất lớn gần đây mà hậu
quả để lạ đến nay vẫn c ư g ải quyết được triệt để:
- Ngày 20/4/2010 t ảm ọ Deepw ter Horizon được ước tín l sự cố rò
rỉ dầ r b ển lớn n ất từ trước tớ n y. ơn 750.000 lít dầ t ô rò rỉ mỗ ng y
từ g n k n dầ Deepw ter

r z n củ
ãng dầ k í An BP trên vịn
ex c đã l n r x gần 200km tớ vùng cử sông ss ss pp , đe dọ ệ s n
t á ngập mặn L s n , dọc vịn
ex c .
- Ngày 5/10/2013 hàng chục nghìn lít dầu FO trôi dạt từ tàu Bright Royal
(quốc tịc P n m ) đã l n r 60 ả lý v có ng y cơ gây ô n ễm mô trường
nghiêm trọng cho huyện đả Lý Sơn ( ảng Ngãi, Việt Nam).
- Ngày 7/9/2011 tạ vịn G n Rá , B Rị - Vũng
t c ở dầ
Petr l mex 01 củ V ệt N m trọng tả trên 20 ng ìn tấn đ ng ne đậ tạ đây
gặp t nạn.
nạn đã l m c
ầm c ứ dầ củ t Petr l mex 01 bị t ủng,
ng ng ìn tấn dầ DO tr n r ng gây ô n ễm. ạ bã rước, bã Dâ , dầ
DO bốc ơ gây k ó c ị c t n bộ k vực. ột số lượng dầ ò t n v
nước, v cát v p ân tán rộng. Trên 1.000 n ô t ủy sản bị t ệt ạ s sự
cố tr n dầ .
rước những ng y cơ gây ô n ễm rất lớn của sự cố tràn dầu, những vệt
dầu loang, chúng em đã ng ên cứ để có thể chế tạo vật liệu hấp thu dầu trên
cơ sở tổng hợp vật liệu polyme và hạt oxit sắt có từ tính. Vật liệ trên cơ sở
ghép giữa polyme và hạt ôxit sắt có khả năng ấp thu dầu triệt để và có thể
thu hồ được bằng từ trường. Vật liệu có thể giải hấp bằng nhiệt và có thể sử
dụng được nhiều lần.

3


PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Vật liệu polyme hấp thu dầ t ường có n óm ư dầu, kị nước v trương

được trong dầu, không bị hòa tan trong dầu. Các vật liệ được sử dụng nhiều
là những vật liệ p lyme t ên n ên n ư: sợi bông, sợ đ y, bã mí , sợi
kenaf, sợ k p k… các l ại giấy thấm dầu [11,12]. Các polyme thiên nhiên có
ư đ ểm là rẻ tiền, dễ kiếm và dễ chế tạ t y n ên n ược đ ểm lớn là chúng
ư nước, t ông t ường c úng út nước và tồn tạ lơ lửng tr ng nước đ ều này
làm ô nhiễm xử lý không triệt để và vẫn gây r độc hại vớ động thực vật thủy
sinh. Các polyme tổng hợp t ường dùng ơn n ưng có n ược đ ểm là khó thu
hồi khi ở dạng hạt, nếu ở dạng tấm miếng thì lạ k ông cơ động trong việc
hấp thu và khó tái sử dụng sau khi hấp t

v t ường không giải hấp được

[7,9].
ã có một vài nhóm nghiên cứu về vật liệu polyme hấp thụ dầ n ưng có
những hạn chế n ư: có g á t n c , k ó tổng hợp, tan trong dầu, hấp thụ
dầu không triệt để, không giải hấp và tái sử dụng được [1].
Nhóm nghiên cứu của chúng em dự trên cơ sở polystyren là vật liệ ư
dầu dạng hạt dẻo, chúng em đã t ến hành thực nghiệm trùng hợp huyền phù
styren và d v nylbenzen để tạo co-polyme. ể có thể thu hồ c úng được dễ
dàng chúng em phân tán hạt oxit sắt trong hỗn hợp 2 monome rồi tiến hành
trùng hợp. Vật liệ t

được có khả năng út dầu rất tốt đồng thời có thể sử

dụng n m c âm để hút lạ được. Sau khi thu hồi, vớ xăng

ặc dầu nhẹ có

thể sử dụng nhiệt để cất tác xăng dầu ra khỏi vật liệ để tái sử dụng, tuy
nhiên với dầu nặng thì không tác được do nhiệt phân hủy của vật liệu không

c

ơn n ều so với nhiệt độ sôi của dầu nặng.
Những điểm mới trong nghiên cứu này:
- Sử dụng ệ p lyme styrene v d v nylbenzen để ấp t
-

ư

ạt ôx t sắt v

tr ng vật l ệ để t
4

ồi

dầ


PHẦN 3: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
3.1 Cơ sở lý thuyết
3.1.1 Trùng hợp polyme
Quá trình trùng hợp tạo polyme dựa trên các phản ứng trùng hợp diễn
r n ưs

[5,6]:

+Tạo gốc tự do: Dưới tác dụng của nhiệt độ, benzoyl peoxit phân huỷ
thành gốc cacboxy benzoyl:


to

C O O C
O
O

.

.

C O
O

.

2

(1)

C O
O

(2)
+

C O
O

Các gốc này có thể chuyển hoá tiếp:


.

2

2

C O
O

C O
O

(3)

C O

+

O

.
C
O

(4)

O

O


C

+

.

C

O

O

O
+

C
O

5

.

O

(5)


Ký hiệu các gốc tồn tại trong quá trình phản ứng là:

.


.

R

C O
,
O

.

+ Phản ứng khơi mào:
Để rút gọn công thức trong khi viết cơ chế, ký hiệu các gốc như sau:
X là: -C6H5, Y là: -C6H4-CH=CH2

(6)

R • tấn công vào monome tạo gốc k ơ m :

.

r

+

.

ch 2= ch

x


x

.

r

+

(7)

r - ch2- c h

.

ch2= ch

(8)

r - ch 2- c h
y

y

+ Phản ứng phát triển mạch:

.

ch2- c h


+

x

ch 2= ch

k11

.

ch 2 - ch - ch 2- c h
x

x

(9)

X

Quá trình phản ứng đồng trùng hợp hai monome xảy ra rất phức tạp,
n ưng bất kể đặc tính xảy r n ư t ế nào thì phản ứng phát triển mạc cũng
xảy r t e

ướng sau:

6


.


ch2- c h

+

x

.

k12

ch 2= ch

ch2 - ch - ch 2- c h

Y

.

ch2- c h

.

k 22

ch 2- ch - ch 2- c h

Y

Y


.

ch2- c h

.

k 21

ch 2- ch - ch 2- c h

x

Y

(11)

Y

Y

ch2= c h

+

Y

x

ch2= c h


+

(10)

(12)

X

Y

+ Phản ứng tắt mạch:

.

ch 2- ch - ch 2- c h
x

.

ch 2- ch - ch 2- c h

+

x

ch 2- ch - ch 2- c h

x

x


x

x

2

(13)
Kết hợp gốc đ ng p át tr ển:

.

ch 2- ch - ch 2- c h
y

y

+

.

ch 2- ch - ch 2- c h
x

x

ch 2- ch - ch 2- c h - ch 2- ch - ch 2- ch
y

y


x

x

(14)

7


.

ch 2- ch - ch 2- c h

+

y

y

.

ch 2- ch - ch 2- c h

ch 2- ch - ch 2- c h

y

y


y

y

2

(15)

.

ch 2- ch - ch 2- c h
x

y

+

.

ch 2- ch - ch 2- c h
x

y

ch 2- ch - ch 2- c h - ch 2- ch - ch 2- ch
x

y

y


x

(16)
............

Chuyển mạc t e

2

ướng bất đối xứng

.

ch 2- ch - ch 2- c h
y

ch 2- ch - ch 2- ch 2

y

y

y

+

ch 2- ch - ch = ch
y


y

(17)

8


.

2

ch 2- ch - ch 2- c h

ch 2- ch - ch 2- ch 2

x

x

+

x

x

ch 2- ch - ch = ch
x

x


(18)

.

ch 2- ch - ch 2- c h
y

+

.

ch 2- ch - ch 2- c h

x

y

y

ch 2- ch - ch 2 - ch 2

+

y

x

ch 2- ch - ch = ch
y


y

(19)
Sản phẩm t

được là một hỗn hợp có chứ m n me dư, l g me,

copolyme, homopolyme..., tỷ lệ các cấu tử này khác nhau phụ thuộc vào bản
chất của từng thành phần, mức độ ổn địn , kíc t ước của các cấu tử, nhiệt
độ, chất k ơ m , nồng độ monome, tốc độ khuấy trộn.
3.1.2 Điều chế hạt nano oxit sắt từ
3.1.2.1 Phương pháp oxi hoá Fe2+
Ng yên tắc củ

p ương p áp l

t

m ố FeSO4.7H2O hayFeCl2.4H2O bằng các
NH4O

ỷ p ân m ố Fe2+ví dụ n ư
t êm một b zơ ví dụ n ư

y N O tr ng k ông k í v ở n ững đ ề k ện t0, p p ù ợp. Lọc

v sấy k ô tr ng k ông k í ở t0 phòng ạt sắt từ [2,8].
Nồng độ c ất đầ v tốc độ kết tủ l 2 n ân tố q n trọng q yết địn
kíc t ước ạt.Nồng độ đầ v tốc độ kết tủ c ng n ỏ t ì kíc t ước ạt c ng
n ỏ.

ộng ọc củ p ản ứng x

ó Fe2+ c ậm v k ó đ ề k ển, t ường

ngườ t nên trán sử dụng p ương p áp n y.
9


Sử dụng FeCl2.4H2O v d ng dịc N
80oC-90oC. Lọc v sấy k ô q
từ, đã t

3

0.07 , p ản ứng t ến

n ở

đêm tr ng k ông k í ở t 0 phòng ạt sắt

được một số kết q ả s :
Sự phụ thuộc kích thước hạt, thể tích đơn vị tế bào,
độ từ hoá bão hoà vào nồng độ FeCl2

Mẫu

Nồng

số


(%)

hạt (nm)

đơn vị (Ao)3

28

0.25

6.4

592.7

1.1

32

0.05

10.8

587.7

2.6

34

0.60


37.8

586.5

2.3

37

3.00

91.4

586.4

2.0

Kết q ả:

độ Kích

thước Thể tích tế bào MS

- Các ạt tạ được đề có dạng ìn cầ

-

ẫ 28 v 32 l đơn p

-


ẫ 34 v 37 đề lẫn .Fe2O3 lần lượt l 12% v 7 %

K

nồng độ c ất đầ g ảm t ì kíc t ước ạt g ảm, đồng t ờ độ t n

k ết củ sản p ẩm tăng.
vị được mở rộng.

ệ ứng kíc t ước ạt dẫn đến t ể tíc tế b

ể tíc tế b

Fe2+ tr ng mẫ vì bán kín

đơn vị được mở rộng l d tăng lượng

n Fe2+ 0,74 A0 lớn ơn bán kín

đơn
n

n Fe3+ 0,64

A0, cũng đồng ng ĩ vớ tăng độ t n k ết củ sản p ẩm.
3.1.2.2 Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế
P ương p áp t

ỷ p ân cưỡng chế là một p ương p áp lý t yết dựa


trên cơ c ế hình thành và phát triển các mầm tinh thể. Trong dung môi thích
hợp, sự thuỷ phân tạ r các
hay cầu x n ư

n đ n ân c ứa những cầ O

n ư

-OH-M

-O-M là tiền thân của nhân mầm tinh thể [2,8].

Trong dung dịch, ion kim loại Mz+ bị hidrat hoá. Bản chất của quá trình
này do sự n ường e- của phân tử H2O  hình thành liên kết yếu giữa cation

10


trung tâm và O.
[M(H2O)n]z+ [M(OH)p(H2O)n-p](z-p)+ + pH+
+ Cơ chế của sự thuỷ phân:
z


H
H
( z 1) 
 H 2 On 1 MOH
 H 3O 
H 2 On 1 M  O  ... O

H
H



Phức q ơ

H O
2

H O 
2

n 1

MOH 

( z 1)

MOH 

( z 1) 

n 1

Phức hydroxo
O

H
( z 2 )

 H 2O n1 M  O
 H 3O 
H

H

  O  M OH 2 n 1 
H


H


|
 H 2 O n 1 M  O  M OH 2 n 1 





z

( 2 z 1) 



Phức oxo

H 2O


Có thể ngưng tụ thành phức đ n ân  keo hoá
Nhờ q á trìn ngưng tụ mà mônome  đ me  trime  ... polime.
S

đó p át tr ển thành hạt keo  gel  hạt.
ặc đ ểm củ p ương p áp l k ống chế nghiêm ngặt đ ều kiện của

quá trình thuỷ phân: về nhiệt độ, áp suất, mô trường phản ứng.
P ương p áp n y đã đươc dùng để tổng hợp nên các oxit phức hợp n ư
YOHCO3, CoFe2O4 ...
3.1.2.3 Phương pháp đồng kết tủa
P ương p áp t ực c ất l tạ r n ững x t p ức ợp t ông q

các

dạng kết tr ng g n. Yê cầ q n trọng trước ết củ p ương p áp n y là hoá
c ất p ả t ật t n k ết. P ản ứng t ến
d ng dịc c ẩn bị c

n tr ng mô trường k í q yển trơ, các

p ản ứng đề p ả được l ạ O2 cẩn t ận. Ư đ ểm củ
11


p ương p áp l k ông sử dụng ệ tác n ân bề mặt[2,3,8]:
K

s l nước củ


ạt k ông c ứ tác n ân bề mặt t ì ngườ t có t ể sử

dụng trực t ếp, ví dụ n ư c èn trực t ếp v
mỏng tr ng ứng dụng vật l ệ q ng từ.
trìn p ản ứng n ư s

n ững lớp p m p lyme s ê
Chú thích:

:
1– Van N2
2, 9 – Bìn đ ều nhiệt
3 - Dung dịch Fe2+, Fe3+
4 – Dung dịch kiềm
5 – Nhiệt kế
6 – Bình phản ứng

Mô hình phản ứng theo
phương pháp đồng kết tủa

ở v n N2 sục v

7 – Que khuấy
8 – Sinh hàn

d ng dịc 3 c ứ Fe2+, Fe3+ v d ng dịc 4 c ứ N O ,

trộn lẫn 2 d ng dịc v đư v

bìn p ản ứng 6. Lắp s n


n v n ệt kế,

q e k ấy. N ệt độ p ản ứng được d y trì bở bể ổn n ệt 2 v 9. Kết tủ
đen được ìn t n ng y lập tức, k ấy mạn tr ng 2 , sản p ẩm được tạ
thành đem lọc rử v đem l m k ô.
Sử dụng d ng dịc Fe2+, Fe3+0,25

v d ng dịc N O 0,05

p ản ứng 6 có c ứ sẵn nước cất ở 800C. K
đã ng ên cứ ản

ấy tr ng 2 g ờ ở 800C. ác g ả

ưởng củ tỉ lệ về số m l Fe2+/Fe3+ đến kíc t ước ạt:



ẫ 1: Fe2+/Fe3+ = 0,5



ẫ 2: Fe2+/Fe3+= 1

V đã t

. Bình

được kết q ả n ư s :


12


ẫ 1: ìn cầ , p ân bố kíc t ước ẹp;

d = 5,9 nm

ẫ 2: dạng ạt gần g ống ìn lập p ương; d =12,8 nm
Kíc

t ước ạt ở mẫ 2 lớn ơn mẫ 1, d tr ng mẫ 2 có sự x

á

c ậm lượng dư Fe (II) Fe(III):
Fe2+ + 2 OH- Fe(OH)2
O2

Fe(OH)2 ----> Fe3O4 + H2O

Bán kính ion Fe2+ ( 0,74 A0) lớn ơn bán kín

n Fe3+ ( 0,64 A0), d đó

lượng dư Fe2+ l ng yên n ân gây r sự tăng kíc t ước ạt.
Một số lưu ý khi tiến hành phương pháp đồng kết tủa:
+ Tỉ lệ Fe2+/Fe3+: D các m ố Fe2+ rất dễ bị x
t ường lấy tỉ lệ về số m l Fe2+/Fe3+> 0,5.


y n ên nế

đến 99.9 % v các b ện p áp ngăn ngừ sự x

á nên t ực tế
á c ất t n k ết

ó được t ến

n một các

ng êm ngặt t ì nên lấy đúng tỉ lệ ợp t ức n ằm mục đíc tạ r

ạt sắt từ

đơn p .
+ Bazơ: D k ả năng p ân cực c
ặc d ng dịc N

3,

d năng lượng bề mặt c

các ạt t ường bị kết tụ. ể ngăn ngừ
rất n ề các p ương p áp k ác n
sử dụng

A O

củ n ững c t n k m l ạ k ềm

củ các ạt n n sắt từ nên

ện tượng n y, ngườ t đã t ến
.

n

ột tr ng n ững p ương p áp đó l

(tetrametyl amoni hidroxi) thay cho NaOH, NH4OH, vì

cation N(CH3)4+ có k ả năng p ân cực

á t ấp.

+ Nồng độ: Nồng độ tác n ân p ản ứng nên  0,1 . Nế nồng độ
q á đặc, ạn c ế sự t m g củ

2O

v

tr ng q á trìn p ản ứng d đó l m

tăng k ả năng kết tụ.
+Nhiệt độ: N ệt độ ản
ản

ưởng đến tốc độ p át tr ển củ t n t ể d đó


ưởng đến ìn dạng v kíc t ước ạt. N ệt độ tăng, t ờ g n t ến

n

p ản ứng g ảm, kíc t ước ạt tăng, ìn dạng ạt t y đổ .
+ Anion: Không nên dùng SO42-, PO43- bở đây l n ững n n có đ ện

13


tíc lớn, k ả năng p ân cực

ác .

3.1.2.4 Phương pháp vi nhũ
Ng yên tắc củ p ương p áp l tổng ợp ạt sắt từ tr ng một ệ v n ũ
W/O (Water/Oil) tức ệ v n ũ nước tr ng dầ . r ng đó dầ l mô trường
l ên tục. N ững ạt nước có kíc t ước rất n ỏ bền tr ng dầ c ín l nơ
p ản ứng xảy r để tạ

r

ạt sắt từ. ư đ ểm củ p ương p áp l

ạt tạ r

p ần lớn có dạng ìn cầ [2,8].
+ Cơ chế tạo hệ vi nhũ
ệ v n ũ t ường b
một c ất

c ất

gồm một p

ạt động bề mặt v một c ất t n tr ng

ạt động bề mặt p ân tán tr ng

tán tr ng p

ữ cơ đóng v trò l m d ng mô ,

2O

2O.

P ần đầ p ân cực củ

v p ần đ ô k ông p ân cực p ân

ữ cơ.

+ Giới thiệu một số hệ vi nhũ
a.

ệ gồm

2O/AOT/

n-heptan


r ng đó AO l N tr b s (2-etyl exyl s nf s cx n t) đóng v

trò l m

tác n ân bề mặt.
b.
P

ệ gồm H2O/ C2H5OH/ DBS/ toluen
ữ cơ l t l en, tác n ân bề mặt l d dexyl benzen s nf n t

C12H25C6H6(SO3Na), C2H5O
c ất

l tác n ân p ụ có v

trò tương tự n ư một

ạt động bề mặt. C2H5O t n vô ạn tr ng nước, n óm etyl k ông p ân

cực g úp p ân tán tốt ơn tr ng p

ữ cơ.

14


+ Phương pháp vi nhũ:
Dung dịch FeCl2, FeCl3 trộn theo tỉ lệ 1:1


án t n bằng bể s ê âm
Hệ v n ũ I

Chất hoạt động bề mặt/ pha hữ cơ

Dung dịch của một b zơ

án t n bằng bể s ê âm
Hệ v n ũ II

Chất hoạt động bề mặt/ pha hữ cơ

Sơ đồ phương pháp vi nhũ
rộn lẫn 2 ệ v n ũ tr ng mô trường k í q yển N 2, k ấy tốc độ c .
Sản p ẩm được l tâm, rử , l m k ô tr ng c ân k ông.
3.1.3 Biến tính bề mặt hạt oxit sắt
3.1.3.1 Lí do biến tính bề mặt hạt oxit sắt
Hạt sắt oxit muốn đư được vào trong polyme phả được biến tính bề
mặt, nếu không chúng sẽ bị lắng và chìm trong dung dịch hỗn hợp phản ứng
và tách ra ngoài.
D năng lượng bề mặt c
k ện ứng dụng đò

nên các ạt sắt từ t ường bị kết tụ.

ỏ k ông có sự kết tụ m p ả p ân tán được.

lực tương tác s c yển động n ệt, d tương tác đẩy p ả mạn


ề

ốn vậy

ơn lực út

g ữ các ạt [8].
N ững ạt n n Fe3O4 có kíc t ước rất n ỏ, t ể

ện tín s ê t ận từ

ở n ệt độ t ường (n ệt độ C r e n ỏ ơn n ệt độ t ường), có n ề ứng
dụng rất q n trọng tr ng lĩn vực y ọc. ề k ện ứng dụng l các ạt p ả
có kíc t ước n ỏ ơn 50nm, có sự p ân bố kíc t ước ẹp v bề mặt được

15


bả vệ bở c ất có k ả năng tương ợp s n
ng

ọc c . Vớ lớp á k ác bên

ngăn cản sự kết tụ, đồng t ờ l m tăng k ả năng tương ợp s n

ọc,

vật l ệ s ê t ận từ được sử dụng để l m c ất dẫn t ốc, sử dụng tr ng lĩn
vực g


ìn ản cộng ưởng từ...

3.1.3.2 Một số phương pháp biến tính bề mặt
K

kíc t ước ạt n ỏ đến một g ớ

ạn n ất địn , ạt t ể

s ê t ận từ, ạt s ê t ận từ có rất n ề ứng dụng nên các n

ện tín
k

ọc

c ủ yế tập tr ng ng ên cứ p ương p áp bả vệ ạt n n s ê t ận từ.Sau
đây l một số p ương p áp bả vệ ạt n n s ê t ận từ SPION (s per
paramagnetic iron oxide nanoparticles) [8].
Phương pháp 1:
Sử dụng d ng dịc n tr le t để có t ể tạ r được

yền p ù bền, vớ

nồng độ 2.10-4 t ì vừ vặn tạ r một lớp đơn ấp p ụ trên bề mặt

ạt sắt từ.

ệ gồm SPION v d ng dịc n tr le t được p ân tán tr ng bể s ê âm
vớ cường độ mạn tr ng 5’, t0 là 800C, s


đó được l m lạn đến n ệt độ

phòng.
Phương pháp 2:
Năm 1968, s

k

tạ r

ạt x t sắt từ Fe 3O4 băng p ương p áp

ng ền cơ ọc, P pell l ngườ đầ t ên đã tạ được p
tr ng x t le c/ d ng mô
dụng một các rộng rã . Ng

dr c cb n. S
xt

p ân tán bền củ

ạt

đó, p ương p áp n y được sử

le c, còn có t ể sử dụng một số x t bé

k ác n ư axit stearic [8].
rên bề mặt ạt sắt từ có n ững n óm -O , d đó m g ữ

v

x t c cb xyl c có sự ìn t n l ên kết

cực củ

x t bé p ân tán tr ng một d ng mô

ạt sắt từ

á ọc. P ần đ ô k ông p ân
ữ cơ k ông p ân cực n ư

toluen hay n-hexan

Axit cacboxylic hấp phụ hoá học trên bề mặt hạt sắt từ
16


Phương pháp 3:
n bột ( B) được sử dụng ng y tr ng q á trìn p ản ứng, lớp p l me b
p ủq n

ạt ngăn ngừ sự x

á v trán sự kết tụ bở sức căng bề mặt.

Lấy 100 mg TB hoà tan trong 20 ml nước cất ở 800C dưới tác dụng của
máy khuấy từ, 5ml dung dịch chứa 0,1M Fe2+ và 0,2 M Fe3+ được rót vào dung
dịc


B đã đ ều chế. Dùng máy khuấy cơ ọc tốc độ cỡ 2000 vòng/phút, khuấy

mạn tr ng 20 p út để đồng nhất hỗn hợp.S
thêm nhỏ giọt v

250 ml N O

0,1

đó 25 ml ỗn hợp n y được

dưới tác dụng của một máy khuấy cơ

học mạnh ở 600C trong 2h. Sau khi H20 b y ơ 50 % về khố lượng, dung dịch
còn lạ được làm lạn đến nhiệt độ p òng v để yên trong 12 h gel.
Phương pháp biến tính hạt oxit sắt bằng axit oleic:
ể ngăn ngừa hiện tượng kết tụ ta sử dụng chất hoạt động bề mặt là
amôni oleat để tạ r lư t ể bền của hạt sắt từ. P ương p áp n y có ư đ ểm
là dễ làm, axit oleic dễ kiếm và rẻ tiền, đồng thời trong oleic còn có một nối
đô , nó sẽ dễ dàng tạo liên kết v tăng k ả năng tương ợp với các polyme
ơn. D đây l p ương p áp được chúng em sử dụng nên cách thức tiến hành
sẽ được trình bày chi tiết trong phần tổng hợp vật liệu.
3.1.4Khả năng hấp thu và thu hồi dầu của vật liệu
Khả năng ấp thụ dầu (mức độ hấp thụ dầu) là thông số quan trọng nhất
đối với việc chế tạo polyme hấp thụ dầ .

ể xác địn được mức độ hấp thụ

dầu lấy mẫu sau khi phản ứng kết, tất cả cỏc mẫu thử khả năng ấp thụ dầu

đề được sấy khụ trong chân không trong 2 ngày.
Hệ số hấp thụ dầ (W) được xác định bằng p ương p áp trọng lượng.
Cân một lượng xác định (khoảng 2 g) chất hấp thụ đó được sấy khi cho vào
túi chè và ngâm vào trong dầu ở nhiệt độ p òng. L m tú đối chứng tương tự
n ưng k ông c

vật liệu hấp thụ dầ để xác địn được sự tăng k ố lượng

17


của túi có chất hấp thụ dầu. Sau một khoảng thời gian nhất định lấy túi mẫu ra
khỏi dầ v để ráo hết dầu trong 1 phút cân chính xác khố lượng túi mẫu.
Tiến

n cân c

đến khi khố lượng túi chứa vật liệu hấp thụ dầu không

tăng lên nữa thì dừng lại [7,10,11].
ể xác định khả năng ấp thụ dầ (lượng dầu hấp thụ đó bã

ò )

t ông t ường cho hấp thụ khoảng trên 4 giờ, có thể ngâm tới 24 giờ tuy nhiên
chú ý khả năng b y ơ của dầu kết quả sẽ k ông còn c ín xác. Xác định
trọng lượng mẫ t

được. Hệ số hấp thụ dầ được tính theo công thức:
W


m2  m1
x100%
m1

Trong đó: m2 và m1 là khố lượng chất trước và sau khi hấp thụ dầu.
Các mẫu vật liệ được chúng em chế tạ đề được đem xác định mức
độ hấp thụ dầu.
3.2 Tổng hợp vật liệu
3.2.1. Hóa chất và dụng cụ
+ Hóa chất:
- Styren C8H8 (C6H5-CH=CH2) (St - Trung Quốc): d420 = 0,906 - 0,909 g/ml,
M= 104,15.
- Divinylbenzene (p-C6H4(HC=CH2)2) (DVB - Merck), d420 = 0,9162
g/ml, M=130,19 g/mol.
- Benzoyl peroxit (BPO - Trung Quốc)
- FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O (Trung Quốc)
- Dung dịch NH3, NaOH, Gelatin (Trung Quốc)
- Metanol (Trung quốc)
- Etanol (Việt Nam)
- Nước cất

18


- Dầu Diezel (Petrolimex), tỷ trọng ở 15oC: 0,87
- Xăng A92, A95 (Petr l mex), tỷ trọng ở 15oC: 0,76
- Dầu DO (Petrolimex), tỷ trọng ở 15oC: 0,92
- Toluen (Merk)
+ Dụng cụ:

Bể đ ều nhiệt, cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy, nhiệt kế, bình cầu ba cổ,
cốc thuỷ tinh, bình tam giác, pipet và các dụng cụ khác.
3.2.2 Tổng hợp hạt ôxit sắt:
3.2.2.1 Tổng hợp hạt oxit sắt [8]
Tiến hành pha dung dịch hỗn hợp muối FeCl3 và FeCl2 tr ng nước cất với
các nồng độ CMFeCl3= 0,24M, và CMFeCl2= 0.12M, rồi rót vào bình phản ứng
được đặt trong hệ đ ều nhiệt ở nhiệt độ 50oC. Dung dịch NaOH 0,05M rót vào
phễu nhỏ giọt.
rước và trong quá trình phản ứng các dung dịc đề được sục khí N2 để
ngăn ngừa sự oxi hoá của các ion Fe2+, sử dụng máy khuấy với tốc độ cao với
tốc độ nhỏ giọt 2-3 giây/giọt .
Hỗn hợp phản ứng chuyển t n m

đen ng y s

k

n ỏ giọt, pH của

phản ứng ổn định từ 10,4 -10,5, tiến hành phản ứng trong 120 phút.
P ản ứng t ủy phân:
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O
Sản phẩm đem lọc tách li tâm, rửa sạch các ion Cl- bằng nước cất vài lần
(thử ion Cl- bằng kết tủa trong dung dịch AgNO3), s

đó rửa kết tủa bằng cồn

960 khoảng 2-3 lần.
ẫ vật l ệ


x t sắt t

được sấy k ô ở n ệt độ 70oC tr ng tủ sấy c ân k ông.

3.2.2.2 Biến tính bề mặt hạt oxit sắt [8]
iều chế dung dịch amoni oleat bằng cách cho axit oleic phản ứng với

19


dung dịch NH3, cho từ từ 25ml dung dịch NH3 đậm đặc vào 100ml axit oleic,
khuấy đều hỗn hợp c

đến khi tan vào nhau hoàn toàn, lấy dung dịch thu

được để tiến hành hoạt hóa bề mặt hạt oxit sắt.
ư

ạt sắt từ vào hệ t

được ở trên, khuấy mạnh trong 4h ở 500C.

Lư t ể được tạo thành rất bền, để 30 ngày không lắng.
Thành phần của hệ:
Hạt oxit sắt

: 2%

Amôni oleat


: 0,6%

Nước cất

: 97,4%

- Khi cần sử dụng hạt nano Fe3O4, cho hệ vào máy ly tâm tốc độ cao,
lọc tách hạt, sấy k ô v đư v

sử dụng.

- Có thể thay thế hệ amoni oleat bằng cách sử dụng trực tiếp axit oleic,
sử dụng bể s ê âm để trộn đều hạt.
3.2.2.3 Kết quả
Ảnh TEM (ảnh kính hiển v đ ện tử truyền qua) của vật liệu oxit sắt:
Các hạt ôxit sắt được phân tán trong amoni oleat và chụp ảnh TEM tại
Viện Vệ sinh dịch tễ r ng ương c

ạt có cấ

trúc n n , kíc

cỡ

kết quả n ư s :

ạt tương đố đồng đề

k ảng dướ


20nm.N ư vậy vớ kíc t ước rất n ỏ c úng có t ể p ân tán tốt v
l ệ p lymer.

20

tr ng vật


3.2.3 Đồng trùng hợp Styren và Divinylbenzen có hạt oxit sắt [6]:
3.2.3.1 Phương pháp tiến hành:
Lắp bình ba cổ 250 ml, ăn k ớp với thiết bị khuấy, thiết bị đ n ệt (bể
đ ều nhiệt), thiết bị hồ lư , đường dẫn k í n tơ, được tạo lấp đầy bằng n tơ.
Cho 5g chất bảo vệ huyền p ù gel t n, s

đó c

100 ml d ng dịch phản ứng

gồm Styren và Divinylbenzen có phân tán hạt ôxit sắt đã được oleat hóa bề
mặt trong monome bằng thiết bị siêu âm. Gia nhiệt đến 900C trong bể đ ều
nhiệt trong khi duy trì vận tốc khuấy k ông đổ v c
đ v

bìn p ản ứng.Chất k ơ m

dòng N tơ n ẹ nhàng

Per x t benz yl được thêm vào với

lượng khoảng 1% so với monome, tại thờ đ ểm này là thờ đ ểm bắt đầu của

phản ứng.Sau 240 phút dừng phản ứng kể từ khi cho thêm chất khở đầu và
làm lạnh hỗn hợp xuống nhiệt độ phòng.Sản phẩm t
trong metan l để loại bỏ các m n me dư, s

được rửa và khuấy

đó được lọc và làm khô trong

chân không ở 70oC tới khố lượng k ông đổi.
Phản ứng trùng hợp:

Hàm lượng hạt nano Fe3O4
trong vật liệu (%)
Thời gian hấp thu dầu cân
bằng (phút)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0


120

45

30

20

15

10

7

Lựa chọn vật liệu cho 4% hạt Fe3O4 vì nếu cho quá nhiều hạt sắt từ oxit
thì khố lượng riêng của vật liệu sẽ lớn, vật liệu sẽ c ìm tr ng nước (tỉ trọng
của dầu trong khoảng 0.9 – 1, củ nước là 1.0 [4]) và mất khả năng út dầu

21


tr n trên nước, nếu ít q á lượng Fe3O4 thì từ trường quá yếu khó có thể thu
hồ được bằng từ lực.
3.2.3.2 Kết quả:
3.2.3.2.1 Phổ EDX (phổ tán sắc năng lượng tia X) và ảnh SEM (ảnh kính hiển
vi điện tử quét)
Vật liệ được chúng em chế tạ đã được xác định cấu trúc bằng ảnh
SEM và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) tại Viện Khoa học Vật liệu –
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam kết quả cho thấy:


Nhìn vào phổ ta thấy: Trên bề mặt cắt ngang của vật liệu có oxit sắt,
đ ề đó c ứng tỏ vật liệu của chúng ta oxit sắt đã đ vào trong thành phần của
vật liệu. (Minh chứng nam châm hút vật liệ cũng c

t ấy đ ều này). Các

chất k ác n ư Ag, Al, C , Zn… lẫn vào là do nhiễu của quá trình chụp SEM.

22


Phổ EDX của vật liệu hấp thu dầu chứa 4% Fe3O4

Ảnh SEM bề mặt vật liệu đo tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Ảnh SEM cho thấy vật liệu có những hạt nhỏ li ti phân tán trên bề mặt,
có thể suy luận đó l n ững hạt oxit sắt được c úng t đư v
vật liệ được hình thành ở dạng hạt, có kích cỡ dưới 100µm.

23

tr ng vật liệu,


3.2.3.2.2 Phổ hồng ngoại
0.15
0.14
0.13

0.11


0.02
0.01
0.00
400 0

300 0

200 0
W av enu mber s ( c m- 1)

Phổ hồng ngoại của sản phẩm polyme St – DVB

Phổ hồng ngoại của monome ban đầu (Styren)

24

756.28

100 0

537.49

1025.68
905.85

1262.64

1368.36


1110.51 1157.00
1065.63

843.25

0.03

1492.17

1727.17
1600.05
1937.17

0.04

1871.82
1806.47

0.05

2854.93

0.06

3026.22

0.07

2922.58


0.08

3060.52

Absorbance

0.09

1448.89

0.10

695.99

0.12


Thống kê các pic đặc trưng của monome và copolyme
Mẫu

νC-H

νC=C

t ơm

t ơm

-1


-1

(cm )

St

νC-H

νC=C

νC-C

no

vinyl

no

(cm-1)

(cm-1)

(cm )

3060

1498

-


1628

-

St/DVB 3060

1492

2854

1605

1157

Rất k ó để đán g á sự hình thành polyme của St-DVB bằng phổ hồng ngoại,
vì trong thực tế hai mẫu DVB và St giống nhau về các vân phổ (do hai
monome này có các nhóm chức giống nhau, chỉ khác nhau về số nhóm vinyl
nên phổ hồng ngoại sẽ giống nhau chỉ khác rất ít về cường độ các pic). Tuy
nhiên trên phổ hồng ngoại của mẫ t

được so sánh với monome ban đầu có

một số nhận xét n ư s : tr ng m n me k ông có các d

động của C-C (no)

và C-H (no) tuy nhiên trong phổ của sản phẩm các pic này xuất hiện đ ề đó
chứng tỏ q á trìn p lyme ó đã xảy ra. Trong phổ hồng ngoại của sản phẩm
vẫn có những p c đặc trưng củ d


động n óm C=C tr ng v nyl đ ề đó

chứng tỏ q á trìn p lyme ó c ư

n t n xảy ra, theo một số phân tích

của các tác giả nước ng
tạo vật liệ tr

đổ

đã ng ên cứu về vật liệu này trong quá trình chế
n trên cơ sở St/DVB t ì đó l các n óm vinyl của

divinylbenzen tham gia vào với vai trò là một monome trong quá trình trùng
hợp. DVB tr ng p lyme n y ng

ý ng ĩ l một monome nó còn có vai trò

của một chất tạ lưới, tuy nhiên nếu là chất tạ lưới hoàn toàn thì các gốc
vinyl sẽ không còn tồn tại trong polyme.

25