Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệu bifeo3 kích thước nanomet

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

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

1.1.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu BiFeO3 5

1.2 Giới thiệu chung về tình hình ô nhiễm môi trường nước và đối

tượng nghiên cứu

d Phương pháp siêu âm 12

b Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM) 21

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

2.3.3 Phương pháp đánh giá khả năng quang xúc tác của vật liệu 29

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

3.4 Cấu trúc, hình thái, kích thước tinh thể BiFeO3 được tổng hợp

ở điều kiện tối ưu

36

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

metyl da cam của vật liệu BiFeO3

41

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

3.6.5 Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng lên khả năng quang

xúc tác của vật liệu BiFeO3

Bảng 3.2 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy phẩm màu của vật liệu BFO

theo thời gian

42

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của H 2 O 2 đến hiệu suất phân hủy phẩm màu

của BFO theo thời gian

44

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của khoảng cách chiếu sáng đến hiệu suất phân hủy

MB và MO của vật liệu BiFeO 3

48

Danh mục hình

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

PVA

19

Hình 2.2 Phổ hấp thụ UV-VIS của dung dịch xanh metylen 10 ppm 25

Hình 2.4 Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS của dung dịch metyl da cam 27

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

Hình 3.5 Ảnh SEM của mẫu BiFeO 3 tổng hợp ở điều kiện tối ưu 37

Hình 3.6 Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu BiFeO 3 tổng

hợp ở điều kiện tối ưu

38

Hình 3.7 Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu BiFeO 3 tổng hợp ở điều kiện tối

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 BiFeO 3 với dung dịch

Hình 3.12 Hiệu suất phân hủy phầm màu phụ thuộc vào nồng độ thuốc

nhuộm theo thời gian

Hình 3.16 Giản đồ XRD của vật liệu BiFeO 3 sau phản ứng quang xúc

tác

50

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 đơnpha 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 BiFeO 3

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]:

√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

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

ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm môi trường có mặt trong nước thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệp

Hiện nay, việc xử lý các chất hữu cơ độc hại trong đó có xanh methyle, metyl da cam (là các phẩm màu được sử dụng phổ biến trong công nghiệp) trong môi trường nước là vấn đề cấp thiết và được quan tâm hàng đầu bởi các nhà khoa học trong và ngoài nước

1.2.1 Một số phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ trong nước thải [6]

Tùy thuộc vào đặc điểm, tính chất và nguồn gốc của nước thải mà nước thải được phân thành nhiều loại Nước thải dệt nhuộm có đặc điểm là chứa tổng hàm lượng chất rắn hòa tan, chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD và COD cao Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm như sau:

a Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hăp phụ có khả năng xử lý các chất không có khả năng phân hủy sinh học hoặc các chất hữu cơ khố phân hủy Trong công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm, thường dùng chúng để khử màu nước thải chứa thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính Cơ sở của quá trình là sự hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ), sau đó giải hấp để tái sinh chất hấp phụ Các chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, magie cacbonat Trong số

đó, than hoạt tính hấp phụ hiệu quả nhất là do có bề mặt riêng lớn 400 - 1500 m2/g Nhu cầu lượng than hoạt tính để xử lý chất thải màu là khác nhau, trong đó có sự tổn thất do quá trình hoạt hóa nhiệt cho than Phương pháp này có nhiều ưu điểm nhưng không kinh tế nên không được sử dụng rộng rãi

b Phương pháp keo tụ

Phương pháp keo tụ là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm Người ta thường dùng các loại phèn nhôm hoặc phèn sắt, hay dùng cả hai loại phèn

này với canxi hydroxit Ca(OH)2 với mục đích khử màu và một phần COD trong nước thải

Khi hòa tan phèn vào trong nước tạo các hydroxit dạng bông xốp Các chất màu và các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bị hấp phụ vào các bông cặn và lắng xuống tạo bùn Để tăng quá trình keo tụ, tạo bông thường bổ xung chất trợ keo như polyme hữu cơ

Bên cạnh phương pháp keo tụ hóa học, phương pháp keo tụ điện hóa đã được ứng dụng để khử màu ở quy mô công nghiệp Nguyên lý của phương pháp này là trong thiết bị keo tụ có các điện cực, giấu các điện cực có dòng điện một chiều để làm tăng quá trình kết bám tạo bông cặn dễ lắng Điều kiện làm việc tối ưu của hệ thống này là: cường độ dòng điện 1800 mA, điện thế 8 V, pH = 5,5 – 6,5

c Phương pháp oxy hóa

Phương pháp oxy hóa được dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm Do các hợp chất hữu cơ trong nước thải có cấu trúc phức tạp nên phải dùng các chất có tính oxy hóa mạnh để phá vỡ các phân tử thuôc nhuộm thành các phần tử nhỏ hơn, có cấu tạo đơn giản hơn Chất oxy hóa được dùng phổ biến hiện nay là ozon, clo, H2O2…

Ozôn là chất oxy hóa mạnh, được dùng để phá hủy các hợp chất hữu cơ đặc biệt là các hợp chất màu azo có mặt trong nước thải dệt nhuộm Ưu điểm của nó là

dễ tan trong nước, tốc độ phản ứng nhanh, xử lý triệt để, không tạo bùn cặn, cải thiện phân giải vi sinh, giảm chỉ số COD của nước Ozôn có thể sử dụng đơn lẻ hay kết hợp với hydroperoxit, tia tử ngoại, siêu âm, hấp phụ than hoạt tính để phá huỷ nhiều thuốc nhuộm azo như: N-rot-green, N- orange và indigo rabinol

Hydroperoxit cũng là một chất oxy hóa mạnh, có khả năng oxy hóa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ Tuy nhiên nếu phản ứng oxy hóa chỉ bằng hydroperoxit không đủ hiệu quả để oxy hóa các chất màu có nồng độ lớn Sự kết hợp giữa H2O2

và FeSO4 tạo nên hiệu ứng Fenton, cho phép khoáng hóa rất nhiều hợp chất hữu cơ

và nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau (hoạt tính, trực tiếp, bazơ, axit và phân tán), làm giảm chỉ số COD của nước

Các chất chứa clo hoạt tính (NaClO, Cl2…) có thể xử lý nhiều thuốc nhuộm khác nhau tương đối hiệu quả, tuy nhiên nó cũng có các hạn chế nhất định Các nghiên cứu của Hamada và cộng sự đã chỉ ra rằng việc xử lý các chất màu họ azo có thể được oxy hóa nhờ natri hypoclorơ (NaClO), nhưng sau khi phá hủy các hợp chất hữu cơ, các halogen dễ dàng hình thành các trihalogenmetan và gây ô nhiễm môi trường thứ cấp

d Phương pháp siêu âm [14, 25]

Một số sóng siêu âm được sử dụng cho phép sản sinh các vi bọt rỗng trong dung dịch lỏng Các bọt rỗng này được tạo thành trong chu kỳ khan hiếm không khí của sóng truyền âm

Tần số siêu âm được sử dụng trong khoảng từ 20 MHz đến 500 MHz Sự phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ một mặt xảy ra theo cơ chế gốc tự do, mặt khác xảy ra do

sự đốt trong các bọt rỗng (≈ 3000°C) Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các tính chất vật lý và hóa học của các chất ô nhiễm hữu cơ Một trong những khó khăn của phương pháp siêu âm là hiệu quả phân hủy thấp Tuy nhiên, các nghiên cứu đã cho thấy bức xạ siêu âm cho phép tăng hiệu quả quá trình quang xúc tác So sánh quá trình quang xúc tác, siêu âm và quang xúc tác kết hợp với siêu âm thực hiện bởi Maezawa và cộng sự đối với phân hủy axit da cam đã chỉ ra rằng quá trình kết hợp cho kết quả tốt hơn cả

e Plasma nguội

Gần đây, phương pháp mới phóng tia lửa điện hồ quang “Glidarc” đã chứng minh được hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm trong dung dịch cũng như trong pha khí Thực tế, tia lửa hồ quang là quá trình phóng điện sinh ra trong trường điện tích

có mật độ cao được hình thành giữa 2 hoặc 3 điện cực khác nhau và trượt dưới phương pháp khí plasma Quá trình phóng điện này được gọi là hồ quang nguội, kéo theo hình thành các ion dương, ion âm, điện tử và chất hoạt hóa khác Các chất trong plasma phụ thuộc vào trạng thái tự nhiên của khí plasma Trong trường hợp khí ẩm, các chất này được sinh ra từ N2, O2 và H2O Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng

có sự có mặt của nitơ, oxit nitơ và các gốc NO˙, HO˙, HO2 trong khí plasma ẩm

Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của hợp chất xanh metylen

Xanh metylen được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in do khả năng bám màu tốt; trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất lượng bê tông và vữa; trong y học được sử dụng để chữa một số bệnh ngoài da, nhuộm màu các phân tử DNA, RNA

và các tế bào

Mặc dù không phải là hóa chất gây độc cao, nhưng xanh methylen có thể gây tổn thương tạm thời da, mắt trên con người và động vật khi tiếp xúc trực tiếp Nó có

thể có thể gây khó thở trong thời gian ngắn khi hít phải và đối với hệ tiêu hóa nếu nuốt phải xanh metylen gây ra các triệu trứng nóng ruột, buồn nôn, chóng mặt

Do những tính chất đặc thù của xanh metylen nên nó thường được chọn làm đối tượng trong những nghiên cứu về vấn đề phân hủy hợp chất hữu cơ theo hướng quang xúc tác

1.2.3 Metyl da cam (MO)

Metyl da cam có công thức phân tử C14H14N3NaO3S và công thức hóa học như Hình 1.3, khối lượng phân tử 327,34 đvc Hợp chất metyl da cam thuộc loại thuốc nhuộm axít, là một chất bột tinh thể màu da cam, có độc tính mạnh, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nước nguội, nhưng dễ tan trong nước nóng, có khối lượng riêng d = 1,28 g/cm Nó là hợp chất màu azo do có chứa nhóm mang màu -N=N-, có tính chất lưỡng tính với hằng số axit Ka = 4.10-4 Khoảng pH chuyển từ màu đỏ sang vàng: 3,1 - 4,4 với pKa = 3,8 Do có cấu tạo mạch cacbon khá phức tạp và cồng kềnh, liên kết -N=N- và vòng benzen khá bền vững nên metyl da cam rất khó bị phân huỷ

Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của hợp chất metyl da cam

Metyl da cam thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê Metyl da cam còn được sử dụng làm chất chỉ thị pH trong hóa học phân tích do khả năng đổi màu từ đỏ sang vàng khi thay đổi pH của dung dịch từ 3,1 đến 4,4

Metyl da cam là hợp chất có tính độc cao, có thể gây tử vong cho người qua tiêu hóa, hô hấp hoặc hấp thụ qua da Metyl da cam khi tiếp xúc trực tiếp với da có thể dẫn đến ăn mòn da và một số bệnh về da như dị ứng, mẩn đỏ Trong môi trường nước, chỉ với một lượng nhỏ metyl da cam đã có thể cảm giác về màu sắc Lượng metyl da cam trong nước càng lớn màu sắc càng đậm, màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh, làm tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải

Việc loại bỏ lượng dư metyl da cam khỏi môi trường nước là rất cần thiết Vì vậy, metyl da cam được chọn làm đối tượng nghiên cứu khả năng quang xúc tác của vật liệu BFO

1.2.4 Phản ứng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ

Phản ứng quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằng chất xúc tác

Phản ứng quang hóa là chuỗi các phản ứng hóa học như: phản ứng phân hủy, phản ứng tổng hợp, phản ứng oxi hóa - khử, phản ứng cộng hợp, phản ứng dime hóa hay đồng phân hóa…của các chất dưới tác dụng của ánh sáng trong môi trường tự nhiên

Khi chiếu các bức xạ lên các hợp chất hữu cơ thì dưới tác dụng của ánh sáng, các chất hữu cơ thu nhiệt và năng lượng kích thích các electron trong các liên kết yếu (liên kết π) phá vỡ các liên kết này hình thành liên kết bền hơn Do đó, các hợp chất hữu cơ có thể tự phân hủy thành các hợp chất có cấu tạo phân tử nhỏ hơn chất ban đầu nhưng thời gian phân hủy dài, quá trình phân hủy qua nhiều bước trung gian dẫn đến hiệu suất phân hủy rất thấp và phản ứng phân hủy không triệt để nên các sản phẩm phân hủy cuối cùng gồm nhiều chất hữu cơ có thể gây độc cho môi trường

Cơ chế tự phân hủy của các hợp chất hữu cơ [35] như sau:

A + hν → A*

A* → I (I là các sản phẩm trung gian có khối lượng phân tử MI < MA)

I → B + C

(B, C là các sản phẩm ổn định cuối cùng)

Phản ứng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ làm tăng hiệu suất và giảm thời gian phân hủy của phản ứng quang hóa tự nhiên, sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy là các hợp chất như CO2 và H2O không gây độc cho môi trường

Cơ chế phản ứng của quá trình (Hình 1.4) như sau :

Hình 1.4: Cơ chế quá trình quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ

- Khi chiếu các bức xạ có năng lượng (E) lớn hơn năng lượng vùng cấm (Eg) của các chất xúc tác, xúc tác nhận năng lượng từ các bức xạ kích thích các electron hóa trị, các electron này sẽ tách ra khỏi liên kết, chuyển lên vùng dẫn, tạo ra một lỗ trống (hole) mang điện tích dương ở vùng hóa trị để tạo ra cặp điện tử e và lỗ trống

h+ (1) Cặp điện tử e và lỗ trống này có thể tái tổ hợp ngay trên bề mặt xúc tác làm giảm mạnh hoạt tính xúc tác của vật liệu

- Cặp e và h+ thực hiện các quá trình oxi hóa – khử với các hợp chất hữu cơ hoặc tham gia vào giai đoạn trung gian để tạo ra các gốc tự do như ˙OH, H+, O2¯,

˙O2H (2, 3, 4)

- Các gốc tự do này sẽ tương tác với các hợp chất hữu cơ (Dye – Phẩm nhuộm) qua nhiều giai đoạn theo cơ chế phản ứng gốc để phân hủy chúng thành những sản phẩm như CO2 và H2O (5) [21, 32, 41]

Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất

 Muối Fe(NO3)3 (PA),Bi(NO3)3 khan (PA)

 Dung dịch Fe(NO3)3, Bi(NO3)3 (PA)

 Oxit Bi2O3 (PA), Fe2O3 (PA)

 Axit nitric HNO3 (PA)

 Dung dịch kiềm KOH (PA)

 Polyvinyl ancon (PA)

 Xanh metylen khan (PA)

 Metyl da cam khan (PA)

2.2 Tổng hợp vật liệu

2.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đốt cháy gel PVA

Vật liệu BiFeO3 (BFO) được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp

đốt cháy gel PVA

BiFeO3(đơn pha, kích thước nanomet)

Khuấy trộn tạo gel

pH = 1

Nung (2 giờ) (ở các nhiệt độ 250°C, 400°C, 450°C, 500°C, 550°C)

Sấy (120°C, 4 giờ)

PVA

(hòa tan trong nước ở nhiệt độ 80°C)

PVA được hòa tan vào nước ở nhiệt độ 80oC, sau đó nhỏ từ từ từng giọt dung dịch Fe(NO3)3 và Bi(NO3)3 với tỷ lệ mol kim loại Fe/Bi thích hợp, tỉ lệ kim loại/PVA = 1/3 với pH = 1 Sau 2 giờ hệ gel đồng nhất màu đỏ nâu được tạo thành Gel đem sấy ở 120oC trong 4 giờ và nung ở nhiệt độ thích hợp trong 2 giờ Chúng tôi tiến hành khảo sát hai điều kiện phản ứng ảnh hưởng đến sự hình thành pha của vật liệu là tỉ lệ mol giữa các kim loại Bi/Fe và nhiệt độ nung mẫu Sản phẩm sau quá trình tổng hợp được mang đi xác định thành phần cấu trúc, kích thước hat,

2.2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái và kích thước vật liệu

a Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)[2]

Kỹ thuật nhiễu xạ tia X cung cấp một số thông tin chủ yếu đối với vật liệu nghiên cứu như: sự tồn tại các pha định tính, định lượng, hằng số mạng tinh thể, kích thước mạng tinh thể, sự kéo căng micro, sự kéo căng trong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tận trong mạng tinh thể gây ra Thêm vào đó sử dụng kĩ thuật Fourier phân tích hình dạng của pic thu được sự phân bố kích thước của các vi tinh thể

Sự tồn tại pha định tính, định lượng được nhận dạng chủ yếu dựa vào vị trí, cường độ, diện tích thu được từ nhiễu xạ nghiêng

Hằng số mạng của tinh thể: trên cơ sở các giá trị d thu được từ giản đồ nhiễu

xạ tia X ta tính được hằng số mạng của hạt tinh thể thông qua các biểu thức:

Kích thước hạt tinh thể thu được từ phương pháp nhiễu xạ tia X được tính theo công thức Debye-Scherrer:

r = 0,89 λ

Β.cosθB

Trong đó: r: là kích thước hạt tinh thể (Å)

λ (Å): là độ dài bước sóng tia X khi dùng anot Cu:K 0,9

β (radian): là bề rộng tại một nửa chiều cao của pic gây ra bởi kích

thước hạt tinh thể

θB: là góc Bragg

Giản đồ nhiễu xạ tia X được ghi trên máy Simemens D5000 tại phòng Thí nghiệm trọng điểm, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

b Phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM)

Phương pháp sử dụng kính hiển vi điển tử quét (SEM-Scanning Electronic Microscopy)

Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh 3 chiều chất lượng cao và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu Tuy nhiên, phương pháp SEM có độ phóng đại nhỏ hơn so với phương pháp TEM Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng, bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ

10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị hai chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt

Ảnh vi cấu trúc và hình thái học của vật liệu được chụp bằng kính hiển vi điện

tử nhiễu xạ trường trên máy Hitachi S-4800 (Nhật Bản), tại phòng thí nghiệm kính hiển vi điện tử, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương

c Phương pháp phổ UV-Vis[8]

Phương pháp phổ UV-Vis gắn liền với các bước chuyển điện tích của các electron từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích (n → σ*, n → π*, π → π*) khi hấp thụ năng lượng ánh sáng Năng lượng hấp thụ của phân tử ứng với mỗi bước sóng ánh sáng được xác định bởi công thức ΔE = hc/λ Đường cong biểu diễn độ hấp thụ quang vào bước sóng hay số sóng trong vùng tử ngoại – khả kiến gọi là phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến hay phổ hấp thụ UV-Vis (Ultravis-Visible) Phổ hấp thụ

tử ngoại – khả kiến được dùng nhiều trong nghiên cứu cấu trúc của phức chất, chất hữu cơ và được sử dụng trong phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến được ghi trên máy UV-1800 (Shimadzu, Nhật Bản) trong vùng 190 nm - 1100 nm tại phòng Vật liệu vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

d Phương pháp phân tích nhiệt

Từ giản đồ nhiệt với các đường DTA, DTG, TG thu được từ bộ phận xử lí thông tin ta giải thích được các quá trình hóa lí xảy ra khi tiến hành nung mẫu có chứa từ một đến nhiều cấu tử Đó là quá trình chuyển hóa thù hình (qua DTA), các quá trình phân hủy chất, các quá trình phản ứng xảy ra giữa chất nghiên cứu và khí quyển trong lò nung Các thông tin thu được xảy ra từ giản đồ nhiệt không những cho phép xác định thành phần định tính và định lượng của các pha có trong mẫu, mà còn cho phép tiến hành tính toán các giá trị nhiệt động và động học của quá trình xảy ra khi nâng nhiệt

Ứng dụng của phương pháp phân tích nhiệt là rất rộng lớn: nghiên cứu và sản xuất polime, các vật liệu silicat (xi măng, gốm, sứ, thủy tinh, vật liệu chịu lửa) và tính chất đặc trưng các vật liệu mới (gốm kỹ thuật, gốm bán dẫn, siêu dẫn, vật liệu

từ, quang học ) thăm dò địa chất khoáng sản, ngành luyện kim, sản xuất thuốc y dược Do đó phương pháp phân tích nhiệt có vai trò rất quan trọng trong đời sống

và sản xuất của con người

Các giản đồ TGA, DTA được ghi trên máy Seterarm (Pháp) tại phòng Vật liệu

Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

e Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

Phương pháp phổ tán xạ tia X là phương pháp dùng xác định thành phần các nguyên tố hóa học của chất rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong cáckính hiển vi điện tử)

Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử ở đó, ảnh

vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc

trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:

Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này (xem chi tiết về cơ chế tạo tia X)

Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được phát triển trong các kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện

tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ Phổ tia X phát

ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng như thành phần Kỹ thuật EDX được phát triển từ những năm 1960 và thiết bị thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge [3]