BỘ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠOĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TÌM HIỂU VẬT LIỆU

NANO TITAN OXIT

GVHD: TRƯƠNG HỮU TRÌHVTH: LÊ THỊ VÂN KIỀUNGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – K26

Nội dung

TỔNG QUAN1

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP2

MỘT SÔ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU3

KẾT LUẬN4

Tổng quan

TitleTổng quan về VL

Một số đặc trưng cơ bản của VL

Tình hình sản xuất và ứng dụng

Tổng quan về vật liệu

Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi nung nóng có màu vàng, khi làm lạnh trở lại màu trắng. TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (Tnc = 18700C).

Tổng quan về vật liệu

Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedral) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh oxi chung, mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-

Tổng quan về vật liệu

Ngoài 3 thù hình nói trên thì TiO2 còn tồn tại dạng

vô định hình nhưng không bền do để lâu trong không

khí ở nhiệt độ phòng hoặc khi được nung nóng thì

chuyển sang dạng anatase.

Dạng vô định hình đó được điều chế bằng cách

thủy phân muối cô cơ Ti4+ hoặc các dạng hợp chất

hữu cơ titan trong nước ở nhiệt độ thấp thu được kết

tủa TiO2 vô định hình.

Trong các dạng thù hình TiO2 thì dạng anatase thể

hiện hoạt tính quang xúc tác cao hơn các dạng còn

lại.

Tình hình sản xuất

Trên Thế giới: Công nghệ nano đang là một cuộc cách mạng sôi động: các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản… đang dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ mũi nhọn này. Các nước chậm phát triển cũng kỳ vọng thoát nghèo nhờ công nghệ nano. Theo số liệu của Hội nghị quốc tế về công nghệ nano năm 2007 được tổ chức tại Mỹ, tổng đầu tư vào công nghệ nano năm 2005 là 8 tỷ USD, dự kiến đến năm 2010 sẽ là 21 tỷ USD. Nhiều sản phẩm nano TiO2 đã được thương mại hoá như: vật liệu nano TiO2 (Mỹ, Nhật Bản…), máy làm sạch không khí khỏi nấm mốc, vi khuẩn, virus và khử mùi trong bệnh viện, văn phòng, nhà ở (Mỹ); khẩu trang nano phòng chống lây nhiễm qua đường hô hấp (Nhật Bản); vải tự làm sạch, giấy khử mùi diệt vi khuẩn (Đức, Úc), gạch lát đường phân huỷ khí thải xe hơi (Hà Lan); pin mặt trời ( Thuỵ Sỹ, Mỹ…).

Tình hình sản xuất

Ở Việt Nam: Vật liệu nano TiO2 đã được nhiều nhà khoa học quan tâm với những thành công đáng khích lệ. Gần 100 công trình về vật liệu nano TiO2 đã được công bố trong và ngoài nước. Tuy nhiên, các kết quả này thiên về nghiên cứu cơ bản. Việc đưa vào ứng dụng thực tiễn còn bị hạn chế do cần phải vượt qua rào cản về hiệu quả kinh tế và khoa học và công nghệ (KH&CN). Một số sản phẩm ứng dụng đã được phát triển như: cảm biến tia tử ngoại nanocomposit, thiết bị đo cường độ bức xạ tử ngoại; điện cực trong suốt dẫn điện; làm sạch môi trường nước, không khí bị ô nhiễm hoá chất và vi sinh vật cũng đã được nghiên cứu phát triển như khẩu trang nano chống cúm gia cầm, vải nano, vật liệu lọc nước nano…

Ứng dụng

Vật liệu tự làm sạch

(1) Bụi bẩn bám trên kính

có lớp màng chứa tinh

thể TiO2

(2) Ánh mặt trời chiếu tia

cực tím kích thích phản

ứng quang hóa trong lớp

TiO2, bẽ gãy các phân tử

bụi.(3) Khi nước rơi trên mặt kính tạo ra hiệu ứng thấm nước. Nước trải đều ra bề mặt thay vì thành giọt, cuốn theo chất bẩn đi xuống.

Ứng dụng

Vật liệu tự làm sạch

Bề mặt thay đổi dần theo

thời gian chiếu UV

Ứng dụng

Vật liệu tự làm sạch

Ứng dụng trong vật liệu

tự làm sạch

Ứng dụng

Vật liệu tự làm sạch

Ứng dụng

Xử lý nước bị ô nhiễm

Ứng dụng

Xử lý nước bị ô nhiễm

Từ năm 1996, các viện thuộc Trung tâm KHTN và

Công nghệ quốc gia, bao gồm Viện Vật lý ứng dụng và

Thiết bị khoa học, Viện hóa học, Phân viện Vật liệu tại

TP. HCM, Viện kỹ thuật nhiệt đới đã hợp tác sử dụng

công nghệ nano để nghiên cứu vật liệu bán dẫn này.

Đề tài tập trung vào nghiên cứu chế tạo lớp phủ TiO2

có kích thước hạt nano lên một số vật liệu khác nhau,

dùng để phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm

như khói thải xe cộ, khói thuốc lá và các hợp chất độc

trong nước thải, thuốc trừ sâu… nhờ tác dụng khuếch

tán của ánh sáng.

Ứng dụng

Xử lý nước bị ô nhiễm

Dưới tác dụng của ánh sáng khuếch tán, VL bán dẫn

có kích thước nano có thể phá vỡ các liên kết hữu cơ

độc hại.

Các hạt TiO2 dưới tác dụng của ánh sáng sẽ sinh ra

các tác nhân ôxy hóa cực mạnh như H2O2, OH-… nhờ

đó có thể phân hủy hầu hết các hợp chất hữu cơ, khói

thải độc hại, vi khuẩn, rêu…

Ứng dụng: gạch men tự làm sạch và diệt khuẩn dùng

cho bệnh viện; hệ thống lọc nước sử dụng ánh sáng tử

ngoại và TiO2, tấm panen quang xúc tác TiO2 trong máy

khử mùi, làm sạch không khí, hệ thống lọc nước…

Ứng dụng

Phân hủy điôxin

Phủ VL nano TiO2 lên các hạt cát để trộn với đất

nhiễm điôxin, ưu điểm của pp:

- Nano TiO2 không bị cuốn theo nước;

- Nano TiO2 hoạt tính cao có thể phân hủy TiO2

trong điều kiện thiếu ánh sáng.

- Nano TiO2 và các sản phẩm phân hủy điôxin không

độc hại nên đây là giải pháp có tính triệt để trong việc

khử độc điôxin.

Ứng dụng

Khẩu trang diệt khuẩn Tiêu diệt tế bào ung thư

Sản xuất kính, gương chống mờ

Một số đặc trưng cơ bản của VL

Sản phẩm thu được được đánh giá đặc trưng bằng

các phương pháp hóa lý hiện đại:

- Nhiễu xạ tia X (XRD).

- Hấp phụ đẳng nhiệt N2 ở 77K.

- Xác định bề mặt riêng theo lý thuyết BET.

- Hình thái của sản phẩm được chứng minh bằng

hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền

qua (TEM).

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp sol - gel

Quy trình chung thực hiện theo sơ đồ sau đây:

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp kết tủa đồng thể

Sử dụng dung dịch TiCl4 làm tiền chất để điều chế

bột TiO2 bằng phương pháp kết tủa đồng thể. Dung

dịch TiCl4 được làm lạnh ở 0oC, sau đó thêm từng

mẩu đá nhỏ vào để thực hiện phản ứng thuỷ phân

tạo thành dung dịch màu vàng nhạt TiOCl2. Thêm

nước cất vào dung dịch TiOCl2 để thu được dung

dịch trong suốt có nồng độ Ti4+ là 0.5M, dùng cho

quá trình kết tủa đồng thể.

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp thủy nhiệt

Bột TiO2 thương mại được phân tán trong dung dịch NaOH đậm đặc bằng máy khuấy từ trong 1h, huyền phù này sau đó được chuyển sang thiết bị Autoclave với lớp lót bằng Teflon. Quá trình tổng hợp thủy nhiệt được tiến hành trong khoảng nhiệt độ từ130 – 180oC với thời gian tổng hợp từ 12 – 36h. Tỉ lệ mol TiO2 : NaOH là 1:20 – 1:30. Kết thúc quá trình thủy nhiệt, chất rắn trong Autoclave được lọc, rửa sạch bằng nước cất rồi ngâm trong dung dịch axit HCl loãng trong 1 giờ. Sau đó, sản phẩm được rửa lại bằng nước cất cho đến pH trung tính => được sấy khô ở100oC => nung trong không khí tại nhiệt độ 500oC trong 2h.

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp thủy phân

Thủy phân

TiCl4 trong

dung dịch

Na2SO4

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp thủy phân

Thủy phân

TiCl4 trong

dung dịch

H2SO4

Một số kết quả nghiên cứu

Kết luận

Tài liệu tham khảo