X 光粉末繞射儀(XRD)分析

本研究中所製備的 MNP-Tu 以 XRD 進行分析，如圖 4.3 所示，這一 分析結果與粉末繞射資料庫(JPCPDFWIN-Powder Diffraction)比對，本研 究中所使用的奈米磁性顆粒為 Fe₃O4，圖 4.3 中顯示出當繞射角為 30.2、

35.6、37.3、43.3、53.7、56.9、62.9 與 74.3 度時，出現 8 個明顯的特徵 波峰((220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(333)、(440)、(622))，這些波 峰與資料庫中的檔案(PDF No. 89-4319)是一致的，如圖 4.4 所示，這證實 了本研究中所製備的 MNP-Tu 中的 MNP 是具有尖晶石結構的純 Fe₃O4。 圖 4.3 中在 71.3 度和 79.5 度出現二個微弱的波峰，這二個並不屬於 MNP 的特徵波峰，同時在 53.4 度有一重疊的波峰出現，推測可能是硫脲與 MNP 的 波 峰 重 疊 所 導 致 ， 這 可 能 是 屬 於 硫 脲 的 特 徵 波 峰 (PDF No.

83-2252)，如圖 4.5 所示。硫脲的特徵波峰在本研究中不明顯，推測可能 是由於其訊號強度比 Fe₃O4的弱，並且特徵波峰所出現的繞射角又大多與 Fe3O4 的重疊，因而在分析結果中並不明顯。這一結果說明了硫脲修飾 MNP 的過程並不會破壞 MNP 的結構。

根據Scherrer’s Formula 公式，利用圖 4.3 中繞射角 35.6∘的主要波峰 估算 MNP-Tu 的粒徑大小，Scherrer’s Formula 公式如下:

t = λK

𝐵 cos 𝜃_𝐵 (5.1) B = ((2𝜃High) − (2𝜃Low)) × 𝜋

180 (5.2)

t : 粒徑大小(Å )

K :常數(通常為 1~0.89) λ :X-ray 波長

B :波峰的半高寬

θ_B : 波峰的布拉格(Bragg)角度

實驗的 X-ray 波長為 1.5409，K 以 1 帶入公式，2θ 等於 35.6∘，波峰 的半高寬 B 為 0.013，所計算出來的 MNP-Tu 之粒徑大小為 124.4 Å (12.44 nm)。文獻以穿透式電子顯微鏡(TEM)對 MNP 進行分析，作者指出 MNP 呈現顆粒圓球狀，並且有團聚的現象產生(葉，2008; 周，2009)，如圖 4.6 所示。MNP-Tu 的製備方法須先將 MNP 複合上矽烷胺基(ATPS)，文獻指 出當複合上 ATPS 後顆粒團聚的現象會降低，因為 ATPS 為高分子材料，

本身會具有分散性的效果(周，2009; Ploehn et al., 2002)，周(2009)也以 TEM 對 ATPS 複合 MNP (MNP-G0)進行分析，如圖 4.7 所示，證實當 MNP 複合 ATPS 後，MNP 團聚的現象降低，且顆粒還是為奈米級顆粒。表 4.3 則列出不同奈米磁性顆粒的粒徑大小，結果顯示本研究中所合成的 MNP-Tu 的粒徑大小與文獻相似。這些結果證實 MNP-Tu 為奈米級的複 合材料。

表 4.3 不同奈米磁性顆粒的平均粒徑

Material Particles size (nm) References

MN-Fe₃O₄ 12.45^a 葉，2008

Fe3O4 8-9^a Ben-Ishay et al., 2007

Fe3O4 6.2±2.1^a Shieh et al., 2005

Thiourea-Fe3O4(MNP-Tu) 12.44^b This work

圖 4.3 硫脲複合 MNP(MNP-Tu)之 XRD 分析圖譜

圖 4.4 Fe₃O4(MNP)標準圖譜(PCPDFWIN)

2 Theta

20 30 40 50 60 70 80

In te nsit y

0 100 200 300 400 500 600 700

(220) (311)

(222) (400)

(422) (333)

(440)

(622)

圖 4.5 硫脲(Thiourea)標準圖譜(PCPDFWIN)

圖 4.6 奈米磁性顆粒(MNP)之 TEM 分析圖(周，2009)

圖 4.7 矽烷胺基複合 MNP 之 TEM 分析圖(周，2009)

吸附完貴金屬的 MNP-Tu 同樣也以 XRD 分析，如圖 4.8 和圖 4.9 所 示，分別為吸附完 Pd(Ⅱ)和 Au(Ⅲ)的 MNP-Tu，實驗條件為金屬濃度 110 mg/L、水樣體積為 100 mL、pH=2 和 0.15 g MNP-Tu。

圖 4.8 中 MNP 的特徵波峰於同樣的繞射角度(30.2、35.6、37.3、43.3、

53.7、56.9、62.9、74.3 度)出現，當繞射角為 40.1、46.7 和 68.1 度時所 出現的三個波峰，經資料庫的比對證實是屬於 Pd 的特徵波峰(PDF No.

89-4897)，如圖 4.10，分別為(111)、(200)和(220)。而在圖 4.9 中同樣出 現了 MNP 的特徵波峰，當繞射角為 38.2、44.4、64.5 和 77.6 度時所出現 的四個波峰，經資料庫的比對證實是屬於 Au 的特徵波峰(PDF No.

89-3697)，如圖 4.11，分別為(111)、(200)、(220)和(311)。這結果顯示 MNP-Tu 會先與水中的貴金屬 Pd(Ⅱ)和 Au(Ⅲ)產生吸附鍵結反應，將 Pd(Ⅱ)和 Au(Ⅲ)吸附於材料中，再將其還原成 Pd(0)和 Au(0)。

圖 4.8 MNP-Tu 吸附 Pd(Ⅱ)後之 XRD 分析圖譜

圖 4.10 Pd 標準圖譜(PCPDFWIN)

圖 4.11 Au 標準圖譜(PCPDFWIN)