Công nghệ chế tạo vật liệu ô xít hỗn hợp kích thước nanomet hệ Fe-Mn

Phương pháp lựa chọn để điều chế oxit phức hợp Mn₂O₃ – Fe₂O₃ kích thước nanomet là phương pháp bốc hơi nhanh, nhiệt phân gel của polyvinyl alcohol với hỗn hợp mangan nitrat và sắt nitrat (Gel Precursor). Phương pháp này dựa trên sự tự  lan truyền nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình phản ứng (Self Propagating High Temperature Synthesis Process) hay còn gọi là quá trình SHS hoặc quá trình tổng hợp đốt cháy (Combustion Synthesis) để thực hiện phản ứng.

Dung dịch Precursor là dung dịch muối của mangan nitrat và sắt nitrat có độ sạch tinh khiết, được trộn lẫn với một Polime tan được trong nước là polyvinyl alcohol (PVA) có công thức (-CH₂ –CHOH-)_n, độ sạch tinh khiết . Các hoá chất được lấy theo tỷ lượng mol giữa PVA với mangan và sắt được hoà tan trong một lượng nước thích hợp. Hỗn hợp dung dịch được gia nhiệt ở 70 – 80^oC trên máy khuấy từ đến khi một gel trong suốt được hình thành. Tiếp theo là quá trình bốc hơi nhanh dung dịch nhớt PVA – (mangan nitrat và sắt) trong điều kiện khuấy liên tục ở nhiệt độ khoảng 100^oC. Trong môi trường ôxy hoá mạnh, khối phản ứng tự bùng cháy và thu được một khối xốp.

Vật liệu nano hấp phụ sắt, mangan và asen

Để triển khai các thiết bị hấp phụ tách asen, sắt và mangan cần giải quyết bài toán công suất thích hợp và chất lượng nước sau xử lý hay nói cách khác là kích thước vật liệu đủ lớn để đảm bảo tốc độ dòng không gây tắc nghẽn dòng chảy. Cát thạch anh có kích thước hạt 0,5 – 1 mm là thích hợp và được lựa chọn cho sản xuất.

Hòa tan PVA vào nước ở 80^oC đến khi tan hết tạo dung dịch trong suốt ở 80^oC. Cho một lượng muối mangan nitrat và sắt nitrat (tỷ lệ Mn²⁺/Fe³⁺ = 1/1)  vào dung dịch để tạo gel (Mn + Fe) – PVA (với tỷ lệ (Mn + Fe)/PVA = 1/3), duy trì hỗn hợp ở pH = 4 và gia nhiệt ở 80^oC trong 4 giờ. Cho 1 lượng cát thạch anh vào và khuấy liên tục. Sau đó xử lý nhiệt ở 550^oC trong 4 giờ thu được sản phẩm là vật liệu oxit phức hợp Mn₂O₃/Fe₂O₃/cát thạch anh.

Sơ đồ tổng hợp vật liệu oxit phức hợp Mn₂O₃ – Fe₂O₃ trên cát thạch anh với công suất 10kg/mẻ.

 Khả năng hấp phụ sắt, mangan và asen trên vật liệu ô xít hỗn hợp kích thước nanomet hệ Fe – Mn.

Các nhà khoa học cũng đã chế tạo và triển khai lắp đặt 60 hệ thiết bị có chứa vật liệu nanomet để hấp phụ As, Fe, Mn trong nước sinh hoạt bị ô nhiễm của 60 hộ gia đình tại Bắc Giang và mang lại kết quả khả quan.

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần đề xuất một biện pháp để nâng cao chất lượng nguồn nước sinh hoạt ở quy mô hộ gia đình.

Nguồn tin: Đào Ngọc Nhiệm, Viện Khoa học Vật liệu.