Tổng hợp Co0.4Ni0.6Al2O4 với nguồn vi sóng – Đánh giá ảnh hưởng của các thông số thực nghiệm đến tính chất vật liệu
103 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.109.2026.121-128Từ khóa:
Spinel aluminates; Microwave combustion; Urea.Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, phương pháp tổng hợp cháy hỗ trợ vi sóng (MACS) được sử dụng để tổng hợp bột spinel Co0.4Ni0.6Al2O4 từ các muối nitrat kim loại tương ứng và nhiên liệu urea bằng lò vi sóng gia dụng. Nghiên cứu đã khảo sát có hệ thống ảnh hưởng của tỷ lệ mol nhiên liệu/oxy hóa (F/O) và công suất vi sóng đến đặc tính cháy, sự hình thành pha, độ kết tinh, hiệu suất và hình thái sản phẩm. Kết quả cho thấy hàm lượng nhiên liệu có ảnh hưởng mạnh đến cường độ và tính đồng nhất của phản ứng cháy; tỷ lệ mol Al3+:urea = 1:6 (F/O = 1.8) cho sản phẩm spinel màu xanh đậm, đồng nhất, với các đỉnh nhiễu xạ tia X (XRD) sắc nét hơn và ít pha thứ cấp hơn so với các điều kiện thừa hoặc thiếu nhiên liệu. Ngoài ra, công suất vi sóng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình bốc cháy, mức độ chuyển hóa và độ tinh khiết pha. Công suất thấp (770 W) không đủ để kích hoạt phản ứng cháy tự lan truyền, trong khi công suất quá cao (1100 W) gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ và hình thành nhiều pha thứ cấp hơn (α-Al2O3 và NiO). Điều kiện tối ưu được xác định trong nghiên cứu là 990 W với tỷ lệ Al3+:urea = 1:6, cho hiệu suất chuyển hóa khối cao nhất (91%) và sản phẩm Co0.4Ni0.6Al2O4 kết tinh tốt với hình thái xốp đặc trưng của quá trình tổng hợp cháy. Nghiên cứu này chứng minh rằng việc kiểm soát tỷ lệ F/O và công suất vi sóng trong MACS cho phép tổng hợp nhanh, hiệu quả năng lượng các Co–Ni spinel aluminat.
Tài liệu tham khảo
[1]. M. Khairy, “Effect of Ni content on optical, colorimetric, surface and magnetic properties of NixCo1−xAl2O4 nanoparticles”, Journal of the Iranian Chemical Society, vol. 13, no. 4, pp. 671–677, (2016). DOI: https://doi.org/10.1007/s13738-015-0779-5
[2]. S. Suguna et al., “Novel Synthesis of Spinel MnxCo1−xAl2O4 (x = 0.0 to 1.0) Nanocatalysts: Effect of Mn2+ Doping on Structural, Morphological, and Opto-Magnetic Properties”, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, vol. 30, no. 3, pp. 691–699, (2017). DOI: https://doi.org/10.1007/s10948-016-3866-7
[3]. R. M. Khattab et al., “Sinterability, physico-mechanical, electrical and magnetic properties of CoxMg1−xAl2O4 synthesized by microwave combustion method”, Ceramics International, vol. 44, no. 17, pp. 21525–21529, (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.08.214
[4]. R. M. Khattab et al., “Synthesis of CoxMg1−xAl2O4 nanospinel pigments by microwave combustion method”, Ceramics International, vol. 43, no. 1, Part A, pp. 234–243, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.09.144
[5]. Z. A. Chanoi et al., “Toward a tunable fabrication of multifunctional iron-aluminum spinels via solution combustion synthesis: The effects of fuel, heating mode, and Fe:Al precursor ratio”, Ceramics International, vol. 49, no. 23, Part B, pp. 39049–39058, (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.09.242
[6]. R. M. Khattab et al., “Microwave Synthesis of CoxMg1−xAl2O4 Seed for Pigment Application”, Interceram – International Ceramic Review, vol. 65, no. 3, pp. 106–110, (2016). DOI: https://doi.org/10.1007/BF03401160
[7]. K. C. Stella, A. S. Nesara, “Low Temperature Soft Chemical Synthesis of Bright Blue CoAl2O4 Spinel Particles”, Journal of Nepal Chemical Society, vol. 25, no. 0, pp. 62–69, (2010). DOI: https://doi.org/10.3126/jncs.v25i0.3302
[8]. S. Suguna et al., “Novel Synthesis and Characterization Studies of Spinel NixCo1−xAl2O4 (x = 0.0 to 1.0) Nano-Catalysts for the Catalytic Oxidation of Benzyl Alcohol”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 18, no. 2, pp. 1019–1026, (2018). DOI: https://doi.org/10.1166/jnn.2018.13960
[9]. K. Stella et al., “Effect of Fuels on the Combustion Synthesis of NiAl2O4 Spinel Particles”, Iranian Journal of Materials Science & Engineering, vol. 7, no. 2, pp. 36–44, (2010).
[10]. T. Tangcharoen et al., “Effect of calcination temperature on structural and optical properties of MAl2O4 (M = Ni, Cu, Zn) aluminate spinel nanoparticles”, Journal of Advanced Ceramics, vol. 8, no. 3, pp. 352–366, (2019). DOI: https://doi.org/10.1007/s40145-019-0317-5
[11]. Z. Yan et al., “Study on Sinterability of Magnesium Aluminate Spinel Powders Prepared by Different Technologies”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 678, no. 1, p. 012011, (2019). DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/678/1/012011
[12]. Y. Lu et al., “Hydrothermal synthesis and intrinsic luminescent properties of magnesium aluminate spinel”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 1010, p. 178176, (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.178176
[13]. Z. Yin et al., “A review on the synthesis of metal oxide nanomaterials by microwave induced solution combustion”, RSC Advances, vol. 13, no. 5, pp. 3265–3277, (2023). DOI: https://doi.org/10.1039/D2RA07936D
[14]. K. Kombaiah et al., “Optical, magnetic and structural properties of ZnFe2O4 nanoparticles synthesized by conventional and microwave assisted combustion method: A comparative investigation”, Optik, vol. 129, pp. 57–68, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.10.058
[15]. Z. Wei et al., “Characterization of NiO nanoparticles by anodic arc plasma method”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 479, no. 1, pp. 855–858, (2009). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.01.064
