Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âm - Phạm Hoài Linh

Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 155 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Pb(II) CỦA CÁC HẠT NANO Fe3O4 VÀ MnFe2O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM Phạm Hoài Linh1, Nguyễn Văn Khiển2, Tạ Ngọc Bách1, Hoàng Đình Khánh1, Phạm Anh Tuân3, Nguyễn Văn Đăng2* 1Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2 Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, 3Đại học Điện Lực TÓM TẮT Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb2+ của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm. Cấu trúc tinh thể, hình thái học, kích thước và tính chất từ của mẫu vật liệu được xác định bằng các phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và từ kế mẫu rung (VSM). Kết quả phân tích cho thấy, trong cùng một điều kiện chế tạo, các hạt nano Fe3O4 có dạng hình cầu với kích thước trung bình cỡ 12 nm và các hạt nano MnFe2O4 có dạng hình tựa lập phương với kích thước trung bình cỡ 20 nm. Hai mẫu vật liệu đều thể hiện đặc tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng với nhiệt độ khóa cho mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 lần lượt là 251 K và 268 K. Giá trị mô men từ bão hòa thu được cho các mẫu là cao, mẫu Fe3O4 có mô ment từ bão hòa là 72 emu/g và mẫu MnFe2O4 là 65 emu/g. Khả năng hấp phụ Pb 2+ của các hạt nano từ được khảo sát, kết quả cho thấy các hạt nano này có dung lượng hấp phụ cao. Hạt nnao Fe3O4 có khả năng hấp phụ Pb 2+ với dung lượng 65,83 mg/g và hạt nano MnFe2O4 là 47,66 mg/g. Từ khóa: Tính chất từ, Hấp phụ kim loại nặng, hạt nano ferrite spinel MỞ ĐẦU* Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của các nghành khoa học kỹ thuật và sự nở rộ của các ngành công nghiệp phục vụ đời sống, con người đang phải đối mặt với vấn đề về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Thực trạng hiện nay cho thấy, nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các loại chất thải độc hại từ các nhà máy, trong đó phải kể đến các kim loại nặng như As, Cd, Pb, Cr [1]. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn nước đang đe dọa chất lượng cuộc sống của con người. Việc tìm kiếm giải pháp cũng như các phương pháp loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nguồn nước đang thu hút rất nhiều nghiên cứu trên thế giới. Có nhiều phương pháp xử lí nước đã và đang được sử dụng như: công nghệ kết tủa, lắng/lọc, công nghệ trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thẩm tách, hấp phụ [2]. Trong tất cả các kỹ thuật đã đề cập, hấp phụ là phương pháp đã được ứng dụng rộng rãi do hệ thống hấp phụ được thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, tiết kiệm và cho * Tel: 0983.009975, Email: dangnv@tnus.edu.vn thấy hiệu quả cao hơn đối với việc loại bỏ các chất ô nhiễm độc hại khác nhau. Cùng với sự phát triển của ngành công nghệ nano, việc ứng dụng vật liệu nano trong phương pháp hấp phụ nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm độc hại trong nước đã được báo cáo rộng rãi [3]. Trong những năm qua, các nghiên cứu chỉ ra rằng vật liệu từ cấu trúc nano đặc biệt là vật liệu từ thuộc họ cấu trúc spinel cho hiệu quả cao trong việc loại bỏ các kim loại nặng trong nước [4]. Do có bề mặt với tỷ lệ diện tích lớn và cấu trúc bề mặt có tính linh hoạt cao, vật liệu nano ferrite spinel dễ dàng tương tác với các vật liệu khác. Dưới tác dụng của từ trường ngoài, các vật liệu này dễ dàng được tách tuyển, thu hồi và tái sử dụng lâu dài sau khi đã hấp phụ các chất gây ô nhiễm. Theo báo cáo tổng hợp của tác giả Yun [5], các vật liệu nano oxit sắt như Fe3O4, γ-Fe2O4 được xem là những vật liệu từ đầu tiên nghiên cứu cho ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt nano oxit sắt có khả năng hấp phụ mạnh với dải rộng các kim loại nặng cũng như các chất hữu cơ độc hại như As, Cr, Cu, Pb [6]. Bên cạnh Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 156 đó, vật liệu MnFe2O4 được đặc biệt chú ý bởi bởi từ tính tương đối cao xấp xỉ với các vật liệu oxit sắt, độ bền hóa học cao và diện tích bề mặt lớn. Đặc biệt tính ổn định trong môi trường axit có pH thấp (pH 2,0-6,0) là một lợi thế để chúng có thể ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm [7]. Thông thường vật liệu ferrite spinel thường được chế tạo bằng một số phương pháp hóa học như đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt... [8]. Để thu được hiệu xuất hấp phụ cao, các nghiên cứu thường hướng đến các phương pháp chế tạo nhằm nâng cao từ tính và diện tích bề mặt của các hạt nano từ. Trên thực tế, diện tích bề mặt hấp phụ tăng khi giảm kích thước của vật liệu. Tuy nhiên, khi giảm kích thước vật liệu thì từ tính của vật liệu cũng sẽ suy giảm bởi chất lượng tinh thể giảm do tỷ phần mất trật tự bề mặt hay còn gọi lớp chết là lớn [9]. Do đó, việc chế tạo hạt nano có kích thước nhỏ đảm bảo được giá trị từ tính của vật liệu vẫn đang là vấn đề được quan tâm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu chế tạo hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm (sono-chemical assisted – co-precipitation method). Đây là phương pháp chế tạo đơn giản, thân thiện với môi trường và có chi phí thấp. Với tác động sóng siêu âm, các quá trình phản ứng như: phản ứng oxy hóa, phản ứng khử hay phản ứng phân hủy được thúc đẩy. Điều này tạo ra một số ưu thế của phương pháp này so với phương pháp đồng kết tủa truyền thống như: kiểm soát tốc độ phản ứng, thời gian phản ứng nhanh và vùng nhiệt độ phản ứng thấp [10]. Đặc biệt phương pháp này hứa hẹn sẽ đem đến hạt nano có chất lượng tinh thể tốt. Với cùng điều kiện chế tạo, tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 được nghiên cứu thông qua các phép đo XRD, SEM, VSM, và AAS. THỰC NGHIỆM Chế tạo hạt nano MnFe2O4 và Fe3O4 Các hạt nano MnFe2O4 và Fe3O4 được chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm tương tự phương pháp mà chúng tôi đã công bố trong nghiên cứu trước đây [11]. Các bước chế tạo được tiến hành như sau: Các muối MnCl2.4H2O (99%, Merk) và FeCl2.4 H2O (99%, Merk) lần lượt được hòa tan bằng máy khuấy từ trong 2 cốc chứa sẵn dung dịch muối FeCl3.6H2O (99%, Merk) nồng độ 1M theo tỷ lệ (Mn2+/Fe2+):Fe3+ = (1):2. Hai cốc chứa hỗn hợp dung dịch các muối được đặt vào bể siêu âm công suất cao (S120H Elmasonic) và tăng nhiệt đến 80oC sau đó được thêm dung dịch NaOH (1,5M) cho đến khi pH đạt tới 11. Sau khi phản ứng kết thúc dung dịch chứa kết tủa màu đen được lọc rửa bằng nước cất và nước khử ion cho đến khi pH=7. Mẫu sau khi lọc rửa được sấy ở 500C trong vòng 24 tiếng. Các phương pháp khảo sát - Các phép đo khảo sát cấu trúc và hình thái bề mặt mẫu được thực hiện trên hệ đo nhiễu xạ tia X và FESEM. - Tính chất từ của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 được khảo sát trên hệ từ kế mẫu rung VSM. - Các thí nghiệm hấp phụ Pb: Chuẩn bị dung dịch chứa ion kim loại bằng cách pha muối Pb(NO3)2 vào dung dịch HCl 0,01M để thu được dung dịch có nồng độ Pb2+ là 50 mg/l, 100mg/l, 200 mg/l, 500mg/l và 1g/l. Sử dụng 100 mg hạt nano từ phân tán đều trong cốc thủy tinh chứa 50 ml dung dịch Pb2+ có các nồng độ khác nhau trong thời gian 2 tiếng ở nhiệt độ phòng. Sau khi đạt được trạng thái cân bằng hấp thụ, các hạt nano từ phân tán được thu hồi bằng một nam châm trong thời gian 15 phút. Sau đó chất lỏng nổi phía trên được phân tích bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử AAS thông qua máy Hitachi Z 2000 sau pha loãng thích hợp nhằm xác định nồng độ ion kim loại sau hấp phụ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: ( ).i tC C Vq m   (1) trong đó: q là dung lượng hấp phụ (mg/g hoặc mmol/g); Ci là nồng độ ion kim loại trong Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 157 dung dịch ban đầu (mg/l hoặc mmol/l); Ct là nồng độ kim loại trong dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l hoặc mmol/l); m là khối lượng chất hấp phụ đã dùng (g) và V là thể tích dung dịch (l). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc trưng hình thái cấu trúc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 20 30 40 50 60 70 MnFe 2 O 4 Fe 3 O 4 C - ê n g ® é ( ® v ty ) 2   Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4 và MnFe2O4 Hình 1 là giản đồ nhiễu xạ tia X của hai mẫu vật liệu đã chuẩn bị. Ta thấy, các đỉnh nhiễu xạ sắc nét, chứng tỏ độ kết tinh tốt. Các mẫu đều thể hiện cấu trúc lập phương với nhóm đối xứng Fd3m. Cường độ đỉnh nhiễu xạ tại góc 2θ = 35,60 và 35,050 tương ứng với mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 đạt giá trị lớn nhất. Quan sát hình 1 thấy rằng đỉnh nhiễu xạ của mẫu MnFe2O4 dịch về phía góc 2θ nhỏ so với đỉnh nhiễu xạ của mẫu Fe3O4. Các mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 thuộc họ ferrite spinel với công thức chung MFe2O4 với M được thay thế bởi ion Fe 2+ hoặc ion Mn2+. Do đó sự khác biệt giữa bán kính ion Mn2+ và Fe2+ gây ra biến dạng mạng tinh thể khi thay thế ion Mn cho Fe trong công thức MFe2O4. Hơn nữa qua quan sát giản đồ nhiễu xạ ta cũng thấy đỉnh nhiễu xạ có xu hướng thu hẹp về hai phía khi ion Mn thay thế cho ion Fe. Điều này có thể do hiệu ứng kích thước hạt. Để nghiên cứu sâu hơn cấu trúc tinh thể của các mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 và chúng tôi đã tính hằng số mạng của các mẫu chế tạo được dựa vào các công thức sau: Hệ lập phương: 2 222 2 1 a lkh d   Đối với mẫu MnFe2O4 có hằng số mạng a=b=c= 8,459046 Å lớn hơn hằng số mạng của mẫu Fe3O4 (a = b = c = 8,392546 Å). Ta biết rằng ion Mn2+ tồn tại ở hai trạng thái spin thấp và spin cao. Trong trường hợp Mn thay thế cho Fe trong MFe2O4, chúng tôi cho rằng ion Mn 2+ thể hiện trạng thái spin cao nên hằng số mạng mới tăng (bán kính ion Fe2+ = 0,789 Å; bán kính ion Mn 2+ ở trạng thái spin thấp = 0,67 Å, ở trạng thái spin cao = 0,83 Å) và tương ứng với nó thể tích ô cở sở tăng (VFe3O4 = 580,09 Å 3 ; VMnFe2O4 = 605,28 Å 3 ) [12]. (a) (b) Hình 2. Ảnh FESEM của hạt nano Fe3O4(a) và MnFe2O4 (b) Hình 2 trình bày ảnh FESEM của mẫu MnFe2O4 và Fe3O4. Cả hai hệ mẫu đều cho thấy sự phân bố kích thước hạt tương đối đồng đều. Tuy nhiên có thể thấy trong cùng một điều kiện chế tạo, các mẫu hạt MnFe2O4 có xu hướng tạo thành hình lập phương còn các hạt nano Fe3O4 hình cầu. Kích thước hạt trung bình mẫu Fe3O4 khoảng 10nm, của mẫu MnFe2O4 khoảng 20nm. Kết quả này khá phù hợp với kết quả phân tích nhiễu xạ tia X khi sử dụng công thức Scherrer (2) để tính kích thước hạt tinh thể (kích thước hạt tinh thể tương ứng của mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 lần lượt là 9nm và 17nm).   cos 9,0 d (2) Qua so sánh kích thước hạt trung bình bằng ảnh FESEM và kích thước tinh thể từ giản đồ nhiễu xạ tia X chúng có giá trị xấp xỉ nhau của cả hai hệ hạt vật liệu điều này chứng tỏ Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 158 các mẫu hạt nano đã chế tạo được tiệm cận với kích thước đơn tinh thể. Tính chất từ Hình 3 đường cong từ độ phụ thuộc vào từ trường ngoài. Từ độ bão hòa của các mẫu thu được là khá lớn (77 emu/g và 63 emu/g tương ứng với mẫu Fe3O4 và MnFe2O4). Giá trị này nhỏ hơn giá trị của mẫu khối (=90 emu/g) [13]. Sự suy giảm giá trị từ độ so với mẫu khối có thể giải thích do hiệu ứng bề mặt của các hạt nano từ. Do các ion Mn2+ có thể bị oxy thành ion có hóa trị lớn hơn (chẳng hạn như đối với Fe3O4 nó xảy ra phản ứng: 4Fe3O4 + O2 + 9H2O = 6γ-Fe2O3.3H2O) tạo thành một lớp oxit phi từ bao bọc ở bề mặt hạt, vì thế mô men từ tổng cộng của hệ hạt nano sẽ bị giảm so với mẫu khối. Tuy nhiên, từ độ bão hòa của các mẫu hạt nano đã chế tạo được không nhỏ hơn mấy so với mẫu khối chứng tỏ rằng các mẫu hạt nano đã chế tạo được có chất lượng tốt, độ hoàn hảo mạng tinh thể cao. Kết quả này phù hợp với kết quả phân tích nhiễu xạ tia X và FESEM. Khi so sánh kết quả từ độ thu được của mẫu trong nghiên cứu với một số nghiên cứu khác [14], thấy rằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm cho mẫu có chất lượng tinh thể cũng như giá trị từ độ cao hơn phương pháp đồng kết tủa thông thường. Từ độ bão hòa của hệ hạt nano MnFe2O4 nhỏ hơn Fe3O4 do khi thay thế Mn cho Fe làm giảm số lượng tương tác trao đổi kép giữa Fe2+ - O – Fe3+ nên tính chất từ của nó bị giảm một phần. Hình 3. Đường cong từ trễ của Fe3O4 và MnFe2O4 Hình 4 là kết quả đo đường cong từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ được đo trong từ trường 100 Oe ở hai chế độ làm lạnh có từ trường (FC) và làm lạnh không có từ trường (ZFC). Giá trị từ độ MFC và MZFC có sự khác biệt khá lớn trong vùng nhiệt độ thấp và ở từ trường thấp. Sự khác nhau này là do khi mẫu làm lạnh trong từ trường (FC), các spin hỗn loạn ở trạng thái thuận từ được từ trường định hướng theo từ trường ngoài và bị đóng băng theo hướng của từ trường ở nhiệt độ thấp. Vì vậy giá trị từ độ của FC thường lớn. Ở chế độ ZFC, các spin hỗn loạn của trạng thái thuận từ vùng biên hạt ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ không được định hướng nên khi làm lạnh sự hỗn loạn của chúng được giữ nguyên và đóng băng theo những hướng hoàn toàn ngẫu nhiên trong không gian, vì vậy giá trị từ độ của các đường ZFC thường nhỏ hơn so với đường FC. Sự tách biệt này giữa MFC và MZFC chỉ xảy ra rõ nét trong từ trường thấp. Khi nhiệt độ cao đường FC và ZFC khá trùng nhau và chúng thể hiện đặc trưng trạng thái của siêu thuận từ. Dựa vào đường cong ZFC, từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ đạt giá trị cực đại tại 267 0 C và 260 0C ứng với hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 tương ứng sau đó dần trùng với đường FC ở nhiệt độ cao hơn. Từ đó cho ta xác định nhiệt độ chuyển pha sắt từ- siêu thuận từ (nhiệt độ Blocking) của hạt Fe3O4 là 267 0 C và MnFe2O4 là 260 0 C. Ở trên các nhiệt độ này các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 tồn tại ở trạng thái siêu thuận từ. Hình 4. Đường từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ của Fe3O4 và MnFe2O4 Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 159 Khả năng hấp phụ Pb2+ của hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4. Khả năng hấp phụ Pb của các mẫu hạt nano được xác định thông qua kết quả xác định nồng độ ion Pb 2+ sau khi hấp thụ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Kết quả thu được được trình bày trên bảng 1. Từ kết quả thu được bảng 1, có thể xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir theo công thức [15]: Bảng 1. Khả năng hấp phụ Pb của các mẫu hạt nano Mẫu Fe3O4 MnFe2O4 Nồng độ Pb2+ 50 100 200 500 1000 50 100 200 500 1000 Nồng độ Pb dư sau hấp phụ (mg/l) 0,04 24,7 102,5 392,0 905,7 0,03 24,3 94,7 381,9 869,4 Dung lượng hấp phụ (mg/g) 24,9 37,6 48,7 53,9 47,1 24,9 37,8 52,6 59,0 65,3 Hiệu xuất xử lý (%) 99,9 75,2 48,7 21,5 9,4 99,9 75,6 52,6 23,6 13,0 max 1 t t bC bC q q  (2) Trong đó: q là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng; qmax là dung lượng hấp phụ cực đại và b là hằng số. Từ công thức (2) có thể đưa về công thức biểu diễn sự phụ thuộc Ct/q vào Ct dưới dạng phương trình đường thẳng [15] : max max 1 1 . t t C C q q b q   (3) Từ phương trình đường thẳng này, xác định được các hằng số qmax và b trong phương trình từ độ dốc và đoạn cắt trục tung. Hình 5. Đường thực nghiệm và làm khớp theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của hạt nano Fe3O4 Hình 5 và hình 6 mô tả hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính của phương trình Langmuir đối với Pb2+ của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4. Kết quả thu được từ hình 5 và hình 6 cho thấy mô hình hấp thụ đẳng nhiệt Langmuir phù hợp cho việc mô tả sự hấp phụ của Pb2+ lên các hạt nano từ. Quá trình hấp phụ này diễn ra đơn lớp trên bề mặt của các hạt nano từ trong điều kiện thí nghiệm được áp dụng [16]. Theo công bố của nhóm tác giả Ren, các ion Pb 2+ có thể hấp phụ trên bề mặt các hạt nano từ thông qua việc chúng sẽ thay thế các nguyên tử H trong các nhóm chức OH trên bề mặt hạt nano từ và tạo phức với các ion oxy [16]. Cơ chế hấp phụ có thể được mô tả như sau: 2 3 4 3 4( ) 2Fe O OH Pb Fe O O M H       2 2 4 2 4( ) 2MnFe O OH Pb MnFe O O M H       Hình 6. Đường thực nghiệm và làm khớp theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của hạt nano MnFe2O4 Dung lượng hấp phụ cực đại được xác định từ phương trình Langmuir là 65,83 mg/g cho các hạt nano Fe3O4 và 47,66 mg/g cho hạt nano Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 160 MnFe2O4. Có thể thấy các hạt nano Fe3O4 có dung lượng hấp phụ lớn hơn các hạt nano MnFe2O4. Điều này có thể lý giải bởi các hạt Fe3O4 có kích thước nhỏ hơn do đó diện tích bề mặt là lớn hơn như vậy khả năng hấp phụ cao hơn các hạt nano MnFe2O4. Khi so sánh dung lượng hấp phụ cực đại của các mẫu vật liệu trong nghiên cứu này với một số công bố gần đây [15-17], thấy rằng các hạt nano từ cho khả năng hấp phụ tương đối cao. Các hạt nano từ có từ độ cao, do đó dễ ràng thu hồi và tách tuyển sau khi hấp phụ. Trong thí nghiệm này, thời gian thu hồi các hạt nano là 15 phút. Kết quả cho thấy các hạt nano từ có khả năng hấp phụ Pb với dung lượng hấp phụ cao với thời gian thu hồi nhanh và thuận lợi dưới tác dụng nam châm. KẾT LUẬN Chúng tôi đã chế tạo thành công các hạt nano MnFe2O4 và Fe3O4 với chất lượng tốt. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu chế tạo đã phân tích cho thấy vật liệu có cấu trúc lập phương với nhóm đối xứng không gian Fd3m và khi thay thế Mn cho Fe giản đồ nhiễu xạ tia X dịch về phía 2θ nhỏ. Qua đường đo M(H) và M(T) tính được giá trị từ độ lớn hơn so với phương pháp chế tạo đồng kết tủa thông thường và nó gần tiệm cận với giá trị từ độ của mẫu khối. Khả năng hấp phụ Pb2+ của hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 cũng đã được khảo sát. Kết quả tính toán cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir phù hợp với sự hấp phụ của Pb2+ lên các hạt nano từ. LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) thông qua đề tài hỗ trợ cán bộ trẻ mã số: HTCBT 05/18. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. R.P. Schwarzenbach, T. Egli, Hofstetter, T. B. & Gunten, B. U. v. & Wehrli, Global Water Pollution and Human Health, Annual Review of Environment and Resources 35 (2010) 109–136. 2. J.K. Edzwald, Water Quality and Treatment: , McGraw-Hill American Society of Civil Engineers, 2015. 3. E. Worch, Adsorption Technology in Water Treatment Fundamentals, Processes, and Modeling, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG Berlin/Boston, 2012. 4. J. Gómez-Pastora, E. Bringas, I. Ortiz, Recent progress and future challenges on the use of high performance magnetic nano-adsorbents in environmental applications, Chem. Eng. J. , 256 (2014) 187-204. 5. D. Harikishore, K. Reddya, Y.-S. Yun, Spinel ferrite magnetic adsorbents: alternative future materials for water purification, Coordination Chemistry Reviews, 315 (2016) 90-111. 6. S.C.N. Tang, I.M.C. Lo, Magnetic nanoparticles: Essential factors for sustainable environmental applications, Water research, 47 (2013) 2613 e2632. 7. Y. Ren, N. Li, J. Feng, T. Luan, Q. Wen, Z. Li, M. Zhang, Adsorption of Pb(II) and Cu(II) from aqueous solution on magnetic porous ferrospinel MnFe2O4, Journal of Colloid and Interface Science, 367 (2012) 415–421. 8. D.H. KumarReddy, Yeoung-SangYun, Spinel ferrite magnetic adsorbents: Alternative future materials for water purification, Coordination Chemistry Reviews, 315 (2016) 90-111. 9. Yavuz. C. T, Mayo. J. T, Yu. W. W, Prakash. A, Falkner. J C, Yean. S, Cong. L, Shipley. H. J, Kan A, Tomson M, Natelson D, Colvin V L,, Low-field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals, Science, 314(5801) (2006) 964-967. 10. J.H. Bang, K.S. Suslick, Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials,, Adv. Mater., 22 (2010) 1039–1059. 11. N.T.N.A. Pham Hoai Linh*, Pham Hong Nam, Ta Ngoc Bach, Vu Dinh Lam, Do Hung Manh, A facile ultrasound sonic assisted synthesis of dextran-stabilized Co0.2Fe0.8Fe2O4 nanoparticles for hyperthermia application, IEEE Transactions on Magnetics, 54-6 (2018) 1-4. 12. S. Kayestha R, Hajela K (1995), ESR studies on the effect of ionic radii on displacement of Mn2+ bound to a soluble beta-galactoside binding hepatic lectin, FEBS Lett. , 368(2), pp. 285-288. 13. E.L. Bizdoaca, M. Spasova, M. Farle, M. Hilgendorff, F. Caruso, Magnetically Directed Self-assembly of Submicron Spheres with Fe3O4 nano particle shell, J. Magn. Magn. Mater., 44 (2002) 240. 14. J. Amighian, M. Mozaffari, B. Nasr, Preparation of nano-sized manganese ferrite (MnFe2O4) viva coprecipitation method, Phys. Stat. sol., 3 (2006) 3188-3192. Phạm Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 155 - 161 161 15. J. Zhang, S. Zhai, S. Li, Z. Xiao, Y. Song, Q. An, G. Tian, Pb(II) removal of Fe3O4@SiO2–NH2 core–shell nanomaterials prepared via a controllable sol–gel process, Chemical Engineering Journal, 215–216 (2013) 461–471. 16. W. Xu, Y. Song, K. Dai, S. Sun, G. Liu , J Yao, Novel ternary nanohybrids of tetraethylenepentamine and graphene oxide decorated with MnFe2O4 magnetic nanoparticles for the adsorption of Pb(II), J Hazard Mater, (2018)337-345 17. S. Rajput, C.U.P. Jr., D. Mohan, Magnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticle synthesis and applications for lead (Pb 2+ ) and chromium (Cr 6+ ) removal from water, Journal of Colloid and Interface Science, 468 (2016) 334-346. ABSTRACT MAGNETIC PROPERTIES AND Pb(II) ADSORPTION CAPACITY OF Fe3O4 AND MnFe2O4 NANOPARTICLES SYNTHESIZED BY UNTRALSONIC ASSISTED CO-PRECIPITATION METHOD Pham Hoai Linh 1 , Nguyen Van Khien 2 , Ta Ngoc Bach 1 , Hoang Dinh Khanh 1 , Pham Anh Tuan 3 , Nguyen Van Dang 2* 1Institute of Materials Science - Vietnam Academy of Science and Technology, 2University of Sciences – TNU, 3Electric Power University In this paper, we present the research results on magnetic properties and Pb 2+ adsorption capacity of Fe3O4 and MnFe2O4 nanoparticles synthesized by ultrasonic assisted co-precipitation method. The crystalline, morphology, particle diameter and magnetic properties of nanoparticles were investigated by X-ray diffraction, Field emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Vibrating- Sample magnetometer (VSM). The analysis results indicate that under the same synthesized condition, Fe3O4 nanoparticles showed the spherical in shape with average size of 12 nm whereas MnFe2O4 nanoparticles offered near cubic shape with average size of 20 nm. Both samples exhibited superparamagnetic behavior at room temperature, blocking temperatures are 251 K and 268 K for Fe3O4 nanoparticles and MnFe2O4 nanoparticles, respectively. Magnetic nanoparticles also possese good magnetic properties with high saturation magnetizations of 72 emu/g for Fe3O4 sample and 65 emu/g for MnFe2O4 sample. Batchs experiments were carried out to investigate the Pb adsorption capacity of these magnetic nanoparticles. The adsorption data from our experiments fit the Langmuir isotherm confirmed that both samples yield the excellent adsorption property with the maximum adsorption capacity is 65.83 mg/g for Fe3O4 nanoparticles and 47.66 mg/g for MnFe2O4 nanoparticles. Keywords: Magnetic properties, heavy metal adsorption, spinel ferrite Photonic crystal. Ngày nhận bài: 16/9/2018; Ngày hoàn thiện: 14/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018 * Tel: 0983.009975, Email: dangnv@tnus.edu.vn