Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác BiFeO3 và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên thành phần, cấu trúc của sản phẩm phản ứng đốt cháy gel. Sản phâm thu được là vật liệu BiFeO3 đơn pha tinh thể và có kích thước nano < 50 nm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hà Chi TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 KÍCH THƯỚC NANOMET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hà Chi TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 KÍCH THƯỚC NANOMET Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐÀO NGỌC NHIỆM Hà Nội – Năm 2015
Lời cám ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đào Ngọc Nhiệm đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Trong quá trình học tập tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội, tôi cám ơn sự giảng dạy và giúp đỡ của các thày cô giáo. Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin cám ơn Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia (NAFOSTED) đã tài trợ kinh phí để thực hiện nghiên cứu này trong khuôn khổ đề tài mã số 103.02-2013.12. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 2015 Học viên Nguyễn Thị Hà Chi
MỤC LỤC Danh mục bảng i Danh mục hình ii Bảng ký hiệu các chữ viết tắt iii Lời mở đầu 1 Chương 1 Tổng quan 3 1.1. Vật liệu xúc tác quang BiFeO3 3 1.1.1. Vật liệu BiFeO3 3 1.1.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu BiFeO3 5 a. Phương pháp pha rắn truyền thống 5 b. Phương pháp nuôi đơn tinh thể 5 c. Phương pháp thủy nhiệt 6 d. Phương pháp màng mỏng 7 e. Tổng hợp đốt cháy gel polyme 8 1.2. Giới thiệu chung về tình hình ô nhiễm môi trường nước và đối 9 tượng nghiên cứu 1.2.1. Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong nước thải 10 a. Phương pháp hấp phụ 10 b. Phương pháp keo tụ. 10 c. Phương pháp oxy hóa 11
d. Phương pháp siêu âm 12 e. Plasma nguội 12 1.2.2. Xanh methylene 13 1.2.3. Metyl da cam 14 1.2.4. Phản ứng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ 15 Chương 2 Thực nghiệm 18 2.1. Hóa chất và thiết bị 18 2.1.1. Hóa chất 18 2.1.2 Thiết bị 18 2.2 Tổng hợp vật liệu 19 2.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel 19 PVA 2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thước 20 vật liệu a. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 20 b. Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM) 21 c. Phương pháp phổ UV-Vis 22 d. Phương pháp phân tích nhiệt 22 e. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 23 f. Phương pháp xác định diễn tích bề mặt riêng BET 24 2.3 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy xanh metylen 24
của vật liệu BFO 2.3.1. Lập đường chuẩn xanh metylen 24 2.3.2 Lập đường chuẩn metyl da cam 26 2.3.3 Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu 29 Chương 3 Kết quả và thảo luận 32 3.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu gel BFO 32 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha của vật 33 liệu BFO 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe đến sự hình thành pha 35 BiFeO3 3.4 Cấu trúc, hình thái, kích thước tinh thể BiFeO3 được tổng hợp 36 ở điều kiện tối ưu. 3.5 Phổ UV-Vis và kết quả đo BET của vật liệu BFO 39 3.6 Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy xanh metylen và 41 metyl da cam của vật liệu BiFeO3 3.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu 41 3.6.2. Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu BFO theo thời 42 gian 3.6.3. Ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng quang xúc tác của vật liệu 44 BiFeO3 3.6.4. So sánh khả năng quang xúc tác của vật liệu hệ BFO với tỉ lệ 46 Bi/Fe khác nhau
3.6.5. Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng lên khả năng quang 47 xúc tác của vật liệu BiFeO3. 3.6.6. Khả năng tái sử dụng của vật liệu BFO 48 Kết luận 52 Kiến nghị 52 Tài liệu tham khảo 53
Danh mục bảng Bảng 2.1 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang D vào nồng độ dung dịch 25 xanh metylen Bảng 2.2 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch 28 metyl da cam Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố trong mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 39 tối ưu Bảng 3.2 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy phẩm màu của vật liệu BFO 42 theo thời gian Bảng 3.3 Ảnh hưởng của H2O2 đến hiệu suất phân hủy phẩm màu 44 của BFO theo thời gian Bảng 3.4 Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy 48 MB và MO của vật liệu BiFeO3 Bảng 3.5 Khả năng tái sử dụng của vật liệu BFO 49
Danh mục hình Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể BiFeO3 3 Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của hợp chất xanh metylen 13 Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của hợp chất metyl da cam 14 Hình 1.4 Cơ chế quá trình quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ 16 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel 19 PVA Hình 2.2 Phổ hấp thụ UV-VIS của dung dịch xanh metylen 10 ppm 25 Hình 2.3 Đồ thị đường chuẩn xanh metylen 26 Hình 2.4 Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của dung dịch metyl da cam 27 Hình 2.5 Đồ thị đường chuẩn metyl da cam 28 Hình 2.6 Hệ thiết bị quang xúc tác 30 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu BFO 32 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu được nung ở các nhiệt độ 33 khác nhau Hình 3.3 Giản đồ XRD của các mẫu có tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe khác 35 nhau Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 37 tối ưu Hình 3.5 Ảnh SEM của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối ưu 37 Hình 3.6 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu BiFeO3 tổng 38 hợp ở điều kiện tối ưu
Hình 3.7 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối 39 ưu Hình 3.8 Kết quả đo BET của của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện 40 tối ưu Hình 3.9 Hiệu suất hấp phụ của vật liệu BFO trên dung dịch MB, MO 41 Hình 3.10 Khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 với dung dịch 43 MB Hình 3.11 Khả năng quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 với dung dịch 43 MO Hình 3.12 Hiệu suất phân hủy phầm màu phụ thuộc vào nồng độ thuốc 45 nhuộm theo thời gian Hình 3.13 Hiệu suất quang xúc tác của một số vật liệu phân hủy xanh 46 metylen Hình 3.14 Hiệu suất quang xúc tác của một số vật liệu phân hủy metyl 47 da cam Hình 3.15 Khả năng tái sử dụng vật liệu BFO 49 Hình 3.16 Giản đồ XRD của vật liệu BiFeO3 sau phản ứng quang xúc 50 tác
Bảng ký hiệu các chữ viết tắt BET Đẳng nhiệt hấp phụ- giải hấp phụ nitơ (The Brunauer-Emmett-Teller) BFO BiFeO3 Eg Năng lượng vùng cấm (Band gap Energy) CB Vùng dẫn MB Xanh methylen MO Metyl da cam PVA Polyvinyl ancol SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) UV-Vis Tử ngoại-khả kiến (UltraViolet- Visible) VB Vùng hóa trị XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRays Diffraction)
Lời mở đầu Ngày nay, dân số tăng nhanh gây áp lực cho việc đảm bảo môi trường sống trong sạch ngày càng lớn. Môi trường ngày càng trở nên ô nhiễm bởi các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Nhằm đáp ứng cho nhu cầu sống của mình được tốt hơn, các ngành khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển hàng ngày. Đặc biệt là các ngành công nghiệp, công nghiệp dịch vụ...Các ngành công nghiệp này đang thải ra môi trường nhiều hóa chất độc hại như các khí thải, chất thải rắn hay các hợp chất hữu cơ khó phân hủy,…Các chất thải này qua các phương thức khác nhau ngấm vào các môi trường đất, nước và không khí tác hại xấu đến môi trường sống của con người. Nước sạch là một trong những vấn đề cấp thiết của xã hội. Nguồn nước đang dần cạn kiệt khi môi trường nước không ngừng bị thu hẹp, bị ô nhiễm. Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu khoa học của các nhà khoa học trên thế giới nhằm cải tại nguồn nước ô nhiễm bằng các phương pháp khác nhau như phương pháp sinh học, phương pháp vật lý, hóa học hay kết hợp nhiều phương pháp nhưng hiệu quả của chúng không cao do chi phí cao, khả năng tái sử dụng thấp. Hiện nay, vật liệu quang xúc tác với khả năng xử lý môi trường là lĩnh vực được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu. Trước đây, vật liệu quang xúc tác chủ yếu được nghiên cứu là là TiO2 với các ưu điểm như rẻ tiền, ít độc hại, độ bền quang hóa cao, ...[9, 22]. Tuy nhiên, vật liệu này có các nhược điểm cần khắc phục như hoạt tính quang xúc tác của TiO2 là thấp trong vùng ánh sáng nhìn thấy do độ rộng vùng cấm lớn (xấp xỉ 3,2 eV tương đương với bước sóng hấp thụ khoảng λ ≤ 400 nm) và khó thu hồi để tái sử dụng [29, 30]. Cũng có nhiều nghiên cứu pha tạp thêm một số nguyên tố vào trong TiO2 nhằm làm tăng hoạt tính xúc tác của vật liệu nhưng hiệu suất ít thay đổi so với TiO2 nguyên chất. Việc nghiên cứu chế tạo ra các vật liệu quang xúc tác mới có năng lượng vùng cấm nhỏ hơn 3 eV đang được chú trọng quan tâm và nghiên cứu bởi các nhà khoa học. Một trong những vật liệu như vậy là bitmut ferit, BiFeO3 có khả năng cho hoạt tính xúc
tác cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy với độ rộng vùng cấm hẹp cỡ 2,1 eV [41], có vùng hóa trị mở rộng và qua đó cho phép lỗ trống linh động hơn và độ bền hóa học cao [13, 18, 22]. Vì vậy, BiFeO3 đang là đối tượng nghiên cứu hướng đến nhằm thay thế vật liệu TiO2 truyền thống. Không nằm ngoài xu hướng đó đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet” đã được thực hiện với những mục đích sau: - Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác BiFeO3 và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên thành phần, cấu trúc của sản phẩm phản ứng đốt cháy gel. Sản phâm thu được là vật liệu BiFeO3 đơn pha tinh thể và có kích thước nano < 50 nm - Khảo sát hoạt tính quang xúc tác trong vùng ánh sáng nhìn thấy của hệ vật liệu đã chế tạo được đối với việc phân hủy xanh metylen và metyl da cam.
Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Vật liệu xúc tác quang BiFeO3 1.1.1 Vật liệu BiFeO3 Bitmut ferit BiFeO3 (thường được viết là BFO) là oxit phức hợp của ba nguyên tố bitmut, sắt và oxi, BFO không tồn tại trong tự nhiên mà được tổng hợp dưới dạng cấu trúc perovskit (Hình 1.1). Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể BiFeO3 Cấu trúc perovskit của vật liệu là tên gọi chung của các hệ vật liệu có cấu trúc tinh thể ABO3 giống với cấu trúc của khoáng chất canxi titanat CaTiO3. Khoáng chất canxi titanat được tìm thấy đầu tiên bởi Gustav Rose một người Nga tại dãy núi Uran (Nga) vào năm 1983. Sau đó, tên của hệ vật liệu này được đặt theo tên của nhà khoáng vật học người Nga L.A.Perovski (1792 – 1856) [20]. Ô mạng cơ sở của hệ tinh thể perovskit là hình lập phương với hằng số mạng a = b = c và α = β = γ = 90°. Trong đó các cation A thường là các nguyên tố kiềm thổ hoặc các nguyên tố đất hiếm nằm ở các góc của hình lập phương, cation B thường là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhón d (3d, 4d và 5d) nằm tại tâm ô
mạng có số phối trí 6 với các nguyên tử O và các nguyên tử O nằm tại tâm của 6 mặt của hình lập phương. Cấu trúc tinh thể perovsit có thể bị biến dạng khi các cation A và B bị thay thế bởi các cation khác. Để đặc trương cho độ biến dạng của tinh thể ABO3, V.Gold Schmidt đã đưa ra thừa số Golschmidt [16]: RA + RO t= √2.(RB + RO) Trong đó: RA, RB, RO lần lượt là bán kính của các ion nguyên tử A, B và O Cấu trúc perovskit được coi là ổn định khi thừa số t nằm trong khoảng 0,76 – 1. Khi 0,76 < t < 0,96 thì cấu trúc tinh thể bị biến dạng và có cấu trúc trực thoi (a ≠ b ≠ c và α = β = γ = 90°), khi 0,96 < t < 1 cấu trúc tinh thể bị biến dạng thành cấu trúc mặt thoi (a = b = c và α = β = γ ≠ 90°) và khi t = 1 tinh thể có cấu trúc lập phương lý tưởng (a = b = c và α = β = γ = 90°). Vật liệu BiFeO3 được biết đến là một trong những vật liệu đa pha từ quan trọng nhất. Các nghiên cứu khoa học về BFO chủ yếu theo hướng phát triển tính chất sắt từ, sắt điện và phản sắt từ [12, 26, 27, 36, 39]. Những đặc tính này của bitmut ferit được áp dụng cho một số thiết bị: nguyên tố nhớ nhiều trạng thái, thiết bị cộng hưởng sắt từ điều khiển bởi điện trường, bộ chuyển đổi với modun áp điện có tính chất từ và bộ lưu dữ liệu… Gần đây, hoạt tính quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ của vật liệu BiFeO3 mới được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [11, 15, 23, 33, 40, 42, 43]. Do có năng lượng vùng cấm hẹp cỡ 2,1 eV nên BiFeO3 thể hiện hoạt tính quang xúc tác ở vùng ánh sáng nhìn thấy với bờ hấp thụ ánh sáng ở bước sóng khoảng ≤ 600 nm. Thêm vào đó, BiFeO3 thể hiện tính sắt từ ở nhiệt độ phòng nên có thể dễ dàng thu hồi và tái sử dụng [27, 36]. Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu BFO cấu trúc perovskit như: phương pháp phản ứng pha rắn, phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt, nuôi đơn tinh thể hay phương pháp màng mỏng [10, 17, 19, 30, 36, 37, 40].
1.1.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu BiFeO3 a. Phương pháp pha rắn truyền thống Phương pháp pha rắn là phương pháp phổ biến để tổng hợp vật liệu. Đặc điểm chung của phản ứng pha rắn là ít xảy ra ở nhiệt độ thường, xảy ra ở nhiệt độ cao. Điểm bắt đầu phản ứng tại những vị trí khuyết tật, sai lệch trên bề mặt. Tốc độ phản ứng tỉ lệ với bề mặt tiếp xúc chung của các ion. Tùy thuộc vào độ linh động của các ion và khả năng tạo dung dịch rắn của các chất mà tạo thành các mạng lưới tinh thể. Ưu điểm của phương pháp pha rắn là thiết bị đơn giản, dễ thực hiện nhưng lại có nhiều khuyết điểm như tiền chất phải thật tinh khiết, thời gian phản ứng dài, nhiệt độ phản ứng cao, sản phẩm thu được còn tồn tại nhiều thành phần pha không mong muốn và kích thước hạt không đồng đều. Vật liệu BiFeO3 được tổng hợp bằng phương pháp này đi từ tiền chất là các oxit Bi2O3 và Fe2O3. Tuy nhiên, để thu được vật liệu BFO đơn pha kích thước nanomet là rất khó. Trên thực tế, bằng phản ứng pha rắn truyền thống, điều này rất khó đạt được và phụ thuộc vào điều kiện chế tạo, độ tinh khiết của các chất đầu vào, khả năng dễ bay hơi của Bi2O3 ở nhiệt độ cao cũng khiến quá trình phản ứng gặp nhiều khó khăn. Hơn nữa, sau quá trình phản ứng cũng thường thu được các pha không mong muốn khác như Bi2Fe4O9 hay Bi25FeO40 ngoài pha chính BiFeO3. Để thu được sản phẩm đơn pha của BiFeO3 người ta thường dùng axit nitric để loại bỏ các pha không mong muốn [37]. b. Phương pháp nuôi đơn tinh thể Phương pháp nuôi đơn tinh thể là một phương pháp chủ yếu được xử dụng để chế tạo các loại hợp chất có cấu trúc đơn tinh thể, có độ tinh khiết cao. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là nguyên liệu ban đầu cho việc nuôi đơn tinh thể phải thuộc loại rất tinh khiết (siêu sạch), sự có mặt của chất bẩn ảnh hưởng rất lớn đến độ hoàn chỉnh của tinh thể từ đó ảnh hưởng đến các tính chất vật lí của sản phẩm.
Bởi vậy, không những chất ban đầu dùng để nuôi đơn tinh thể phải siêu sạch mà các dụng cụ đựng, phòng làm việc, khí quyển trong thiết bị nuôi đơn tinh cũng phải bảo đảm rất sạch. Quá trình kết tinh là quá trình toả nhiệt, do đó để đảm bảo điều kiện cân bằng cho sự phát triển tinh thể thật hoàn chỉnh phải có những bộ phận thu hồi lượng nhiệt toả ra khi kết tinh. Qua trình nuôi đơn tinh thể rất phức tạp do yêu cầu nhiều thông tin và kiến thức liên quan đến quá trình kết tinh như: kiểu mạng lưới, các thông số mạng, các dung môi có thể hoà tan được tinh thể đó, các giản đồ pha ở các áp suất khác nhau của chất nghiên cứu và các chất có thể làm dung môi, các thông số hoá lí như nhiệt độ nóng chảy, hiệu ứng nhiệt nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt thăng hoa, các điểm chuyển pha, hệ số giãn nở nhiệt, độ tan ở nhiệt độ khác nhau trong các dung môi khác nhau… Tùy thuộc vào vật liệu mà có nhiều cách tổng hợp đơn tinh thể. Có thể phân thành 3 nhóm phương pháp nuôi đơn tinh thể: kết tinh từ dung dịch nước hoặc dung dịch với dung môi không phải là nước; kết tinh từ pha lỏng nguyên chất của chất đó; kết tinh từ từ pha hơi. Vật liệu BiFeO3 perovskit đã được tổng hợp bằng phương pháp nuôi đơn tinh thể, tinh thể BiFeO3 được kết tinh từ hỗn hợp giàu Bi2O3 (hỗn hợp gồm Bi2O3/ Fe2O3/B2O3 theo tỉ lệ mol 4/ 1/ 1) trong dung dịch axit nitric ở nhiệt độ khoảng 750°C - 800°C [27]. c. Phương pháp thủy nhiệt Phương pháp thủy nhiệt là một trong những phương pháp mới thường dùng để chế tạo vật liệu kích thước nanomet. Phương pháp thủy nhiệt đựa trên tương tác của các dung dịch muối (ion kim loại) với dung môi (axit hoặc kiềm mạnh) trong điều kiện nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thường và áp suất cao(thường trên 1atm) trong một hệ kín. Ưu điểm của phương pháp thủy nhiệt là có thể tổng hợp vật liệu có kích thước nanomet, tương đối đồng nhất ở nhiệt độ thấp. Nhưng, phương pháp này cũng
gặp nhiều khó khăn bởi hiệu suất phản ứng không cao, và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nhiêt độ, áp suất của môi trường phản ứng. Vật liệu BiFeO3 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với môi trường thường là kiềm mạnh với các muối của ion Bi3+ và ion Fe3+. Tuy nhiên sản phẩm của phản ứng thường bị lẫn các pha tạp không mong muốn như Bi2O3, Fe2O3 và pha Bi2Fe4O9. Hơn thế, do phản ứng được thực hiện trong một hệ kín nên rất khó để điều chỉnh được áp suất của hệ, để thực hiện được phải có những thiết bị hoặc các hệ phản ứng phức tạp [10, 17, 19, 36]. d. Phương pháp màng mỏng [4] Màng mỏng đang là một hướng nghiên cứu mạnh mẽ trong lĩnh vực khoa học vật liệu và vật lý chất rắn với nhiều ứng dụng trong đời sống và trong sản xuất. Cấu trúc của màng mỏng tùy thuộc vào kỹ thuật chế tạo, có thể mang cấu trúc của vật liệu nguồn, hoặc có thể thay đổi phụ thuộc vào kỹ thuật chế tạo, các điều kiện khi chế tạo. Màng mỏng là một hay nhiều lớp vật liệu được chế tạo sao cho chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các chiều còn lại (chiều rộng và chiều dài). Hiệu ứng thay đổi tính chất rõ rệt nhất về tính chất của màng mỏng là hiệu ứng bề mặt. Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Thông thường, các màng mỏng để có thể sử dụng đều được chế tạo trên các lớp đế, là các khối vật liệu đơn tinh thể (ví dụ Si, MgO, Ge, GaAs, thạch anh...). Các kỹ thuật chế tạo màng mỏng bắt đầu được phát triển từ cuối thế kỷ 19, cho đến thời điểm hiện tại, có rất nhiều phương pháp được dùng tùy theo mục đích và điều kiện kinh tế, kỹ thuật:  Kỹ thuật mạ điện
 Kỹ thuật phun tĩnh điện  Bay bốc nhiệt trong chân không  Phún xạ catốt  Epitaxy chùm phân tử  Lắng đọng hơi hóa học (CVD) Vật liệu BiFeO3 chế tạo bằng phương pháp màng mỏng ở cấu trúc tinh thể dạng đơn tà và chủ yếu được ứng dụng bởi tính đa pha từ. e. Tổng hợp đốt cháy gel polyme Tổng hợp đốt cháy (CS – Combustion synthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức năng), composit, vật liệu nano. Trong số các phương pháp hoá học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể dạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng . Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hoá khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành một phương pháp hấp dẫn cho sản suất các vật liệu mới với chi phí thấp so với các phương pháp truyền thống. Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là: - Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản. - Sản phẩm có độ tinh khiết cao. - Kích thước hạt tương đối đồng đều. Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha cũng như sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phương pháp hoá học ướt thường sử dụng các tác
nhân tạo gel. Một số polime hữu cơ được sử dụng ngoài vai trò tác nhân tạo gel còn là nguồn nhiên liệu như polivinyl alcol, polietylen glycol, polyacrylic axit. Trong phương pháp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với polyme hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt. Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở nhiệt độ khoảng 300°C – 900°C, sản phẩm thu được là các oxit phức hợp mịn [23, 34]. 1.2. Giới thiệu chung về tình hình ô nhiễm môi trường nước và đối tượng nghiên cứu Trong những năm gần đây, các ngành công nghiệp nhẹ ở Việt Nam như: công nghiệp dệt nhuộm, da giầy, in, chế biến nông sản… ngày càng phát triển song song với tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Nhưng do các quy mô các công ty, xí nghiệp và các làng nghề không lớn nên khả năng xử lý nước thải chưa được chú trong. Nguồn thải chưa được xử lý (hoặc được xử lý chưa hoàn toàn) từ các khu công nghiệp này được thải trực tiếp ra ngoài gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước. Các nguồn thải ra môi trường nước một lượng các hợp chất hữu cơ lớn, khó phân hủy làm ảnh hưởng đến chất lượng nước gây ngộ độc các loại thủy sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước phục vụ các hoạt động trong sản xuất và sinh hoạt của con người. Chỉ riêng với ngành công nghiệp dệt nhuộm, nước thải ra môi trường chứa các hợp chất tạo màu hữu cơ trong quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hơn nữa, ngành công nghiệp dệt nhuộm trong nước hầu hết dưới dạng làng nghề thủ công và công ty có quy mô nhỏ, nước thải ra thường không được xử lý hoặc chỉ xử lý một phần và được thải trược tiếp ra sông hồ gây nhiễm bẩn nguồn nước. Các nguồn thải này đều có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh thái [1, 5, 7]. Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm