Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2 SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG
DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM
METHYLENE BLUE

Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở
MSSV: 18028101
Lớp: DHVC14
Khoá: 2018 – 2022
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
COMPOSITE TiO2/SiO2 TÍCH HỢP CMC ỨNG
DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM
METHYLENE BLUE

Giảng viên hướng dẫn: T.S Trần Thị Diệu Thuần
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nở
MSSV: 18028101

Lớp: DHVC14
Khoá: 2018 – 2022
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022


TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP. HCM

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

----- // -----

----- // -----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Hồ Thị Nở
MSSV: 18028101
Chun ngành: Cơng nghệ Hóa Học – HĨA VƠ CƠ
Lớp: DHVC14
1.

Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano composite TiO2-SiO2
tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm Methylene Blue.

2.

Nhiệm vụ:

- Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2
- Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC
- Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt của vật liệu bằng các phương pháp phân
tích hóa lý hiện đại
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu, thời gian, nồng độ thuốc nhuộm
đến khả năng phân hủy màu
- Nghiên cứu động học q trình quang phân hủy

3.

Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 22/10/2021

4.

Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp: (đợt 1, ngày 08/07/2022)

5.

Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Thị Diệu Thuần

Tp. Hồ Chí Minh, ngày
Chủ nhiệm bộ mơn
chun ngành

tháng 07 năm 2022

Giảng viên hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến giáo viên hướng dẫn trực tiếp của
tôi là cô Trần Thị Diệu Thuần, người đã tận tình chỉ dạy tơi từng bước để tơi có thể hồn
thành tốt khóa luận và đi đến được ngày hơm nay. Mến chúc cơ có thật nhiều sức khỏe để
tiếp tục sự nghiệp giáo dục cao cả này.
Tiếp đến, tôi xin cảm ơn khoa Cơng nghệ Hóa học nói riêng cũng như trường Đại
học Cơng nghiệp nói chung đã tạo điều kiện, cung cấp trang thiết bị và môi trường để tôi
học tập và sinh hoạt, cũng như những bài học và tình cảm q báu mà các thầy cơ giảng
dạy dành cho tôi trong suốt 4 năm học qua. Đó là những kỷ niệm, những dấu ấn đẹp đẽ
đáng quý sẽ theo tôi đến suốt cuộc đời này.
Kết quả mà tôi đạt được ngày hôm nay, tôi xin dành tặng nó cho gia đình, thầy cơ và
tất cả bạn bè đã cùng làm việc, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình như một lời cảm ơn sâu sắc
và chân thành nhất. Đặc biệt, tôi xin dành lời cảm ơn tận đáy lịng dành cho mẹ tơi, người
đã hết lịng chăm lo, động viên và tiếp thêm động lực để tơi hồn thành hết chặng đường
dài này.
Q trình chuẩn bị gấp rút và kiến thức của bản thân còn nhiều thiếu sót nên bài luận
sẽ khơng tránh khỏi việc có những điểm sai sót và chưa đầy đủ. Vì vậy, tơi hy vọng sẽ
nhận được những góp ý và lời khuyên từ quý thầy cô để rút kinh nghiệm và hồn thiện tốt
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn.

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Sinh viên thực hiện
(Ghi họ và tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Phần đánh giá: (thang điểm 10)
•

Thái độ thực hiện:

•

Nội dung thực hiện:

•

Kỹ năng trình bày:

•

Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: …… …. Điểm bằng chữ: ......................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 2022
Trưởng bộ môn
Chuyên ngành

Giảng viên hướng dẫn
(Ký ghi họ và tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Giảng viên phản biện
(Ký ghi họ và tên)


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .........................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................................... 2
1.1. Vật liệu đơn SiO2, TiO2 và CMC ................................................................................ 2
1.1.1. Vật liệu đơn TiO2 ......................................................................................................... 2

1.1.2. Vật liệu đơn SiO2 ......................................................................................................... 4
1.1.3. Carboxymethyl cellulose ............................................................................................. 8
1.1.4. Một số nghiên cứu về tính ứng dụng của vật liệu TiO2-SiO2 .................................... 10
1.2. Xúc tác quang .............................................................................................................. 13
1.2.1. Định nghĩa xúc tác quang .......................................................................................... 13
1.2.2. Chất xúc tác quang ..................................................................................................... 14
1.2.3. Nguyên lý cơ bản quá trình xúc tác quang ................................................................ 14
1.2.4. Một số ứng dụng của xúc tác quang .......................................................................... 16
1.3. Thuốc nhuộm công nghiệp ......................................................................................... 17
1.3.1. Giới thiệu chung về thuốc nhuộm .............................................................................. 17
1.3.2. Thuốc nhuộm Methylen Blue (MB) .......................................................................... 17
1.3.3. Tình trạng ơ nhiễm nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam ............................................. 18
1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite ............................................... 19
1.4.1. Phương pháp cơ học................................................................................................... 19
1.4.2. Phương pháp hóa ướt ................................................................................................. 19
1.4.3. Phương pháp hình thành từ pha khí ........................................................................... 20
1.4.4. Phương pháp bốc bay................................................................................................. 20
1.5. Các phương pháp phân tích vật liệu ......................................................................... 20
1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X – X Ray Diffraction (XRD) ......................................... 20
1.5.2. Quang phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier – Fourier transform infrared
spectroscopy (FTIR) .................................................................................................... 21
1.5.3. Phổ tử ngoại khả kiến – Ultraviolet Visible (UV – Vis)............................................ 22
1.5.4. Phổ tán xạ năng lượng tia X – Energy dispersive X-ray (EDX) ............................... 23
1.5.5. Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope (SEM) ........................... 23
1.5.6. Kính hiển vi điện tử truyền qua – Transmission Electron Microscopy (TEM) ......... 24


1.5.7. Tán xạ ánh sáng động – Dynamic light scattering (DLS).......................................... 25
1.5.8. Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến – UltraViolet Visible Diffuse Reflectance
Spectroscopy (UV - Vis - DRS) .................................................................................. 25

Chương 2. THỰC NGHIỆM............................................................................................. 27
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..................................................................................... 27
2.1.1. Hóa chất ..................................................................................................................... 27
2.1.2. Dụng cụ ...................................................................................................................... 27
2.1.3. Thiết bị ....................................................................................................................... 28
2.2. Tổng hợp vật liệu ........................................................................................................ 28
2.2.1. Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2 ..................................................................................... 28
2.2.2. Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC ........................................................................... 29
2.3. Khảo sát khả năng phân hủy màu của vật liệu ........................................................ 31
2.3.1. Khảo sát bước sóng hấp thu cực đại của methylene blue .......................................... 31
2.3.2. Dựng đường chuẩn của methylene blue .................................................................... 31
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng phân hủy màu ............... 31
2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng phân hủy màu................................ 32
2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng phân hủy màu ........... 32
2.3.6. Khảo sát động học quá trình phân hủy màu............................................................... 32
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN............................................................................ 33
3.1. Kết quả phân tích các đặc điểm cấu trúc của vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2/CMC 33
3.1.1. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................................................ 33
3.1.2. Kết quả FTIR ............................................................................................................. 35
3.1.4. Kết quả EDX .............................................................................................................. 37
3.1.5. Kết quả chụp SEM ..................................................................................................... 39
3.1.6. Kết quả UV – Vis DRS .............................................................................................. 40
3.1.7. Kết quả DLS .............................................................................................................. 42
3.2. Khả năng phân hủy màu của vật liệu ....................................................................... 42
3.2.1. Bước sóng hấp thu cực đại của MB ........................................................................... 42
3.2.2. Đường chuẩn của chất màu MB ................................................................................ 43
3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ........................................................................... 44
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian ........................................................................................... 48
3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ............................................................................................. 51

3.2.6. Động học phân hủy màu ............................................................................................ 53
KẾT LUẬN......................................................................................................................... 56
KIẾN NGHỊ........................................................................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 58


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Kích thước tinh thể TiO2-SiO2/CMC tính theo phương trình Debye - Scherrer.. 34
Bảng 3.2 Thống kê các tín hiệu dao động trong hai mẫu vật liệu tổng hợp ........................ 37
Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố trong vật liệu TiO2-SiO2 .................................................. 37
Bảng 3.4 Thành phần nguyên tố có trong vật liệu TiO2-SiO2/CMCError! Bookmark not
defined.
Bảng 3.5 Thơng số xác định đường chuẩn của MB ............................................................ 43
Bảng 3.6 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 20 ppm ............................. 45
Bảng 3.7 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 50 ppm ............................. 45
Bảng 3.8 Kết quả khảo sát khối lượng ở nồng độ MB ban đầu 100 ppm ........................... 47
Bảng 3.9 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 20 ppm ............................. 49
Bảng 3.10 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 50 ppm ........................... 50
Bảng 3.11 Kết quả khảo sát thời gian với nồng độ MB ban đầu 100 ppm ......................... 51
Bảng 3.12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB bằng TiO2-SiO2 ............................... 52
Bảng 3.13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ bằng TiO2-SiO2/CMC ............................ 53
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát động học phân hủy MB theo thời gian ................................... 55


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tinh thể TiO2 pha rutile ......................................................................................... 2
Hình 1.2 Tinh thể TiO2 pha anatase ...................................................................................... 3
Hình 1.3 Tinh thể TiO2 pha brookite .................................................................................... 3

Hình 1.4 Quá trình biến đổi pha của titan dioxide ................................................................ 3
Hình 1.5 Silicon dioxide ....................................................................................................... 5
Hình 1.6 Cấu trúc tứ diện của SiO2 ....................................................................................... 5
Hình 1.7 Cấu trúc Quartz và cấu trúc vơ định hình của SiO2 ............................................... 6
Hình 1.8 Cấu trúc Lewis của SiO2 ........................................................................................ 6
Hình 1.9 Quá trình biến đổi pha của SiO2 ............................................................................. 7
Hình 1.10 CMC dạng bột ...................................................................................................... 8
Hình 1.11 Phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ dưới tác động của ánh sáng thông qua
TiO2 ...................................................................................................................................... 13
Hình 1.12 Năng lượng vùng cấm của một số vật liệu xúc tác quang .................................. 14
Hình 1.13 Cơng thức cấu tạo của methylene blue .............................................................. 17
Hình 1.14 Mơ tả nhiễu xạ theo định luật Bragg .................................................................. 21
Hình 1.15 Nguyên lý hoạt động FTIR ................................................................................ 22
Hình 1.16 Minh họa các bộ phận chính của máy UV-Vis .................................................. 23
Hình 1.17 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SEM ......................................................... 24
Hình 1.18 Nguyên lý hoạt động của TEM .......................................................................... 25
Hình 2.1 Quy trình chuẩn bị dung dịch A, dung dịch B ..................................................... 29
Hình 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2................................................................. 29
Hình 2.3 Quy trình chuẩn bị dung dịch A ........................................................................... 30
Hình 2.4 Quy trình chuẩn bị dung dịch B ........................................................................... 30
Hình 2.5 Quy trình tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC....................................................... 31
Hình 3.1 Vật liệu đã tổng hợp ............................................................................................. 33
Hình 3.2 Phổ XRD của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC.............................................. 34
Hình 3.3 Ảnh chụp TEM của vật liệu TiO2-SiO2/CMC...................................................... 35
Hình 3.4 Phổ FTIR của vật liệu TiO2-SiO2 ......................................................................... 35


Hình 3.5 Phổ FTIR của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC ............................................. 36
Hình 3.6 Phổ FTIR của TiO2-SiO2 và TiO2-SiO2/CMC ..................................................... 36
Hình 3.7 Phổ EDX của vật liệu TiO2-SiO2 ......................................................................... 38

Hình 3.8 Phổ EDX của vật liệu TiO2-SiO2/CMC ............................................................... 38
Hình 3.9 Ảnh chụp SEM vật liệu TiO2-SiO2 ...................................................................... 39
Hình 3.10 Ảnh chụp SEM vật liệu TiO2-SiO2/CMC .......................................................... 40
Hình 3.11 Phổ UV – Vis DRS của (a) TiO2 và (b) composite TiO2-SiO2/CMC ................ 41
Hình 3.12 Biểu đồ Tauc tính năng lượng vùng cấm của vật liệu ........................................ 41
Hình 3.13 Biểu đồ phân tích kích thước hạt của vật liệu composite TiO2-SiO2/CMC ....... 42
Hình 3.14 Đồ thị xác định bước sóng hấp thu cực đại của MB .......................................... 43
Hình 3.15 Đồ thị xác định đường chuẩn của dung dịch MB .............................................. 44
Hình 3.16 Dung dịch MB 20 ppm sau khi bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi khơng
chiếu sáng ............................................................................................................................ 44
Hình 3.17 Dung dịch MB 20 ppm sau khi bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi chiếu
sáng ...................................................................................................................................... 44
Hình 3.18 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) -chiếu
sáng và (b) - khơng chiếu sáng ............................................................................................ 46
Hình 3.19 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) - chiếu sáng và
(b) - khơng chiếu sáng ......................................................................................................... 46
Hình 3.20 Mật độ quang theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện (a) chiếu sáng và (b) - không chiếu sáng ................................................................................. 60
Hình 3.21 Hiệu suất theo khối lượng vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện (a) - chiếu
sáng và (b) - khơng chiếu sáng ........................................................................................... 60
Hình 3.22 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy theo thời gian bằng TiO2-SiO2 khơng chiếu
sáng ...................................................................................................................................... 48
Hình 3.23 Dung dịch MB 50 ppm bị phân hủy bằng TiO2-SiO2/CMC khi chiếu sáng ...... 49
Hình 3.24 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2 trong điều kiện (a) chiếu sáng của và (b) – khơng chiếu sáng ........................................................................... 49
Hình 3.25 Hiệu suất phân hủy màu theo thời gian vật liệu TiO2-SiO2/CMC trong điều kiện
(a) - chiếu sáng của và (b) – không chiếu sáng .................................................................... 50
Hình 3.26 Các dung dịch MB sau khi bị phân hủy màu bằng vật liệu TiO2-SiO2 không
chiếu sáng ............................................................................................................................ 51
Hình 3.27 Hiệu suất theo nồng độ của 2 mẫu vật liệu trong điều kiện (a) - chiếu sáng và
(b) - khơng chiếu sáng ......................................................................................................... 52
Hình 3.28 Sự phụ thuộc của nồng độ MB theo thời gian.................................................... 53

Hình 3.29 Động học bậc nhất giả định theo mơ hình Langmuir – Hinshelwood ............... 55


1

LỜI NĨI ĐẦU
Trong bối cảnh hiện nay, nền cơng nghiệp 4.0 đã và đang tạo ra vô số những thành
tựu thúc đẩy sự phát triển của nhân loại, giúp cho cuộc sống của con người ngày càng hiện
đại và tiến bộ hơn. Đặc biệt là các ngành may mặc, dệt nhuộm, in ấn, … được chú trọng
phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu đổi mới không ngừng của thị trường. Tuy nhiên, cùng với
đó là mơi trường sống xung quanh chúng ta cũng phải gánh chịu khối lượng ô nhiễm ngày
càng lớn, nhất là ô nhiễm môi trường nước. Theo nhiều báo cáo từ các tổ chức trên thế
giới, nguồn nước sạch đang bị đe dọa trầm trọng.
Tại Việt Nam, ngành dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn,
đóng góp rất lớn vào tăng trưởng kinh tế, bởi không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong
nước mà còn xuất khẩu sang nhiều quốc gia khác. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất các
sản phẩm dệt nhuộm, lượng nước thải thải ra môi trường rất lớn, khoảng 12 – 300 m3/tấn
vải, chủ yếu từ các khâu nhuộm và nấu tẩy, do đó nước thải này chứa nhiều hóa chất và
thuốc nhuộm độc hại. Mơi trường nước bị ô nhiễm dẫn tới nhiều hệ lụy đe dọa sự sống của
các sinh vật trên Trái Đất, kể cả con người. Vì thế, nghiên cứu xử lý nước thải ngành dệt
nhuộm nên được quan tâm và chú trọng nhiều hơn, là yếu tố then chốt để khắc phục tình
trạng ơ nhiễm nước, phát triển các ngành công nghiệp theo hướng bền vững, vì cuộc sống
xanh sạch đẹp ngày mai.
Trong nhiều năm gần đây, các phương pháp tổng hợp vật liệu xúc tác quang để ứng
dụng xử lý chất màu được nghiên cứu ngày càng tối ưu hơn và đã cho ra những kết quả
đáng mong đợi. Tính mới của nghiên cứu này bao gồm việc tích hợp nanocomposite TiO2SiO2 vơ cơ trên nền polymer CMC với mong muốn cải thiện các đặc điểm cấu trúc và phân
hủy quang học của vật liệu cho độ đáng tin cậy cao, chi phí thấp và nhẹ so với các loại vật
liệu khác, cũng như tăng khả năng ứng dụng loại vật liệu này vào thực tiễn xử lý nước thải

ngành dệt nhuộm, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu
nano composite TiO2-SiO2 tích hợp CMC ứng dụng xử lý chất màu nhuộm
Methylene Blue”. Chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ rõ rệt khi nghiên cứu đề tài này, bao
gồm:
-

Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2.
Tổng hợp vật liệu TiO2-SiO2/CMC.
Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt của vật liệu.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý màu của vật liệu.
Nghiên cứu động học quá trình phân hủy màu Methylene Blue của vật liệu.


2

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu đơn SiO2, TiO2 và CMC
1.1.1. Vật liệu đơn TiO2
Giới thiệu về TiO2
Titan dioxide (TiO2) là một chất rắn vô cơ màu trắng, tương đối nhẹ (khối lượng
phân tử 79,88 g/mol), bền hóa (ít chịu tác dụng của các hợp chất hóa học ở điều kiện
thường), bền nhiệt (nhiệt độ nóng chảy tương đối cao 1870 °C).
Vật liệu TiO2 đã được nghiên cứu và ứng dụng vào các ngành cơng nghiệp từ lâu.
Tính đến nay, nhiều tính chất nổi bật của vật liệu này đã được công bố như: đây là một vật
liệu trắng tự nhiên không thể thay thế trong lĩnh vực chất màu; khả năng tán xạ ánh sáng
cao; có khoảng năng lượng vùng cấm rộng; có hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng; chịu
mài mòn tốt; độ cứng cao nhưng vẫn giữ được tính dẻo nhất định; là nguyên liệu để tổng
hợp các vật liệu cao cấp khác với các tính chất ưu việt hơn vật liệu đơn.
Cấu trúc tinh thể TiO2
Titan dioxide có 3 dạng thù hình chính là rutile, anatase và brookite. Tuy nhiên, hai

dạng rutile và anatase là hai dạng thù hình thường gặp nhất trong các ứng dụng của TiO2.
Cả hai cấu trúc này đều thuộc hệ tinh thể bốn phương (tetragonal), được hình thành từ các
bát diện [TiO6]2- nối với nhau theo góc hoặc cạnh [1]. Trong tinh thể anatase, khoảng cách
giữa 2 nguyên tử Ti – Ti dài hơn so với tinh thể rutile (anatase: 0,379 và 0,304 nm; rutile:
0,357 và 0,296 nm), nhưng khoảng cách giữa Ti – O lại ngắn hơn (anatase: 0,1937 và
0,1946 nm; rutile: 0,1946 và 0,1983 nm). Chính sự khác biệt trên đã làm nên đặc trưng về
tính chất vật lý cũng như hóa học giữa hai dạng thù hình này [2].
Trong tự nhiên, cấu trúc rutile chiếm đa số và là dạng bền vững nhất của TiO2, ở
nhiệt độ cao, dạng anatase và brookite giả bền sẽ chuyển thành dạng rutile bền hơn mà
khơng có chiều ngược lại [2,3]. Hoạt tính quang xúc tác của cấu trúc anatase cao hơn nhiều
so với cấu trúc rutile, cấu trúc brookite gần như khơng biểu thị tính xúc tác quang [4].

Hình 1.1 Tinh thể TiO2 pha rutile


3

Hình 1.2 Tinh thể TiO2 pha anatase

Hình 1.3 Tinh thể TiO2 pha brookite

375 °C

510 °C

650 °C

BROOKITE

RUTILE

VƠ ĐỊNH
HÌNH
ANATASE

Hình 1.4 Q trình biến đổi pha của titan dioxide
Các ứng dụng của TiO2
Nhờ sở hữu những đặc tính nổi bật và hiếm có, titan dioxide đã được ứng dụng rộng
rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau:
-

-

Ngành sơn và nhựa: Trong ngành này, TiO2 được xem là một “màu trắng hồn
hảo” và có các tên gọi khác như titan trắng, Pigment White 6 hoặc CI 77891.
Ngành sơn và nhựa chiếm 50% sản lượng sử dụng titan được sử dụng trên toàn
cầu. Màng sơn TiO2 khơng thấm nước, có tính bền cơ học cao và chống ăn mòn
tốt nên được sử dụng để phủ lên các loại vỏ máy móc, thiết bị, vỏ tàu, ống dẫn
chịu nhiệt, tuabin gió, khung cửa, … Lớp phủ này vừa tạo màu trắng cần thiết,
vừa bảo vệ vật liệu khỏi các tác dụng ăn mòn.
Ngành thực phẩm: Trong ngành thực phẩm, TiO2 có tên gọi là E171, được ứng
dụng làm chất làm trắng, tăng cường màu sắc và kết cấu, tạo độ mịn cho các sản
phẩm như socola, bơ, kem, …


4
-

-

-

-

-

Ngành mỹ phẩm và chăm sóc da: nhờ vào độ mịn cao, độ che phủ tốt, khơng bị
tác dụng hóa học, thấm dầu, nên hầu hết các sản phẩm làm đẹp đều chứa TiO2 để
bảo vệ da tránh các tác động từ bên ngoài, cũng như tạo ra lớp trang điểm hoàn
hảo hơn.
Ngành y tế và dược liệu: Người ta ứng dụng các hợp chất của titan để làm các
sản phẩm điều trị bệnh ngoài da hoặc bảo vệ cơ thể khỏi các tia UV.
Ngành công nghiệp giấy, chất dẻo, cao su tổng hợp: Nhờ vào khả năng đáp ứng
các tiêu chí về độ đục, độ mịn, độ phân tán cao, nên TiO2 thường được ứng dụng
để làm chất độn, chủ yếu để sản xuất giấy cao cấp, giấy ảnh, xăm lốp xe, vải bạt
cao su, …
Ngành vải, da, mực in: Với đặc tính bền màu nên TiO2 có thể giúp sản phẩm chịu
được tác dụng nhiệt của môi trường, ánh sáng, nước biển, …
Ngành chế tạo linh kiện điện tử: Người ta dùng TiO2 để sản xuất các chất bán dẫn
chất lượng cao để sử dụng trong các bộ phận chỉnh lưu dịng điện và bóng đèn
điện tử. Ngồi ra nó cịn được kết hợp với các hợp chất khác để chế tạo bộ phận
điều chỉnh tần số, cường độ dòng điện và tụ điện trong các thiết bị vô tuyến, …
Ngành sứ, thủy tinh: Titan dioxide được đưa vào phối liệu sứ, thủy tinh, ứng
dụng chế tạo thủy tinh biến đổi màu, … nhờ vào tính bền màu, bền hóa, bền nhiệt
với độ đục và độ phân tán cao.
Ngành luyện kim: TiO2 được dùng trong phối liệu để luyện các hợp kim cao cấp
có tính nhẹ, bền nhiệt, bền hóa, chống mài mịn, độ cứng cao nhưng vẫn giữ được
tính dẻo (chống gãy nứt).

1.1.2. Vật liệu đơn SiO2

Giới thiệu về Silicon Dioxide
SiO2 là một oxide của silic có tên hóa học là Silicon Dioxide. Nó cịn được gọi là
Silica hoặc Kalii bromidum hoặc Silicic oxide hoặc acid silicic. Trong tự nhiên, oxide này
tồn tại dưới dạng thạch anh hoặc trong các sinh vật sống. SiO2 là thành phần chính của cát.
Họ silica kết tinh bao gồm: thạch anh, tridymite, cristobalite, coesite, stishovite, chúng có
cùng thành phần hóa học, nhưng cấu trúc không gian khác nhau, phổ biến gặp nhất là thạch
anh và cristobalit.
⁃
⁃
⁃
⁃

Khối lượng phân tử của SiO2: 60,08 g/mol
Mật độ: 2,648 g/cm3
Điểm nóng chảy: 1713 °C
Điểm sơi: 2230 °C

Silica kết tinh, đặc biệt là thạch anh, có trong nhiều loại đá (đá sa thạch, đá granit
phiến, cát, đá phiến, v.v.) và được tìm thấy trong nhiều sản phẩm phụ như bê tông, vữa,
v.v. Cristobalit hiếm hơn ở trạng thái tự nhiên, chỉ có trong một số loại đá núi lửa. Nhiệt độ
cao nung nóng (nung) thạch anh hoặc silicas vơ định hình có thể tạo ra cristobalit, ví dụ từ
20 đến 60% đối với đất tảo cát [5].
Silicon dioxide là một chất rắn không màu tương đối cứng (7,0 trên thang Mohs đối
với thạch anh) tồn tại ở cả dạng kết tinh và vơ định hình. Mật độ của SiO2 là 2,648 g/cm3


5
đối với thạch anh α, nhưng 2,196 g/cm3 đối với SiO2 vơ định hình. Oxide silic này trong
suốt trong quang phổ khả kiến, nên được ứng dụng nhiều trong quang học, với chiết suất
gần 1,46. Mặt khác, do ít trong suốt hơn trong tia hồng ngoại nên còn được ứng dụng vào

việc sử dụng nhà kính để tăng hiệu quả sản lượng trong ngành nông nghiệp. Độ dẫn nhiệt
là 1,3 và 1,4 W.m−1.K−1, và hệ số Poisson tương ứng là 0,17 và 0,165 đối với dạng tinh thể
và vô định hình.
Silica là một trong những họ vật liệu phức tạp nhất và phong phú nhất, tồn tại dưới
dạng hợp chất của một số khoáng chất và như một sản phẩm tổng hợp. Có thể kể đến như
thạch anh nung chảy, silica gel, opal và aerogel.

Hình 1.5 Silicon dioxide
Cấu trúc tinh thể SiO2
Cấu trúc của Silicon dioxide là một tứ diện, với bốn nguyên tử oxy bao quanh một
nguyên tử Si ở trung tâm. Do đó, SiO2 tạo thành chất rắn mạng 3 chiều trong đó mỗi
nguyên tử silic được liên kết cộng hóa trị theo kiểu tứ diện với 4 nguyên tử oxy.

Hình 1.6 Cấu trúc tứ diện của SiO2


6

SiO2 có một số dạng tinh thể riêng biệt, nhưng chúng hầu như ln có cấu trúc cục
bộ giống nhau xung quanh Si và O. Trong α-quartz, độ dài liên kết Si-O là 161 pm, trong
khi ở α-tridymite, nó nằm trong khoảng 154–171 pm. Góc Si-O-Si cũng thay đổi giữa giá
trị thấp là 140° trong α-tridymite, lên đến 180° trong β-tridymite. Trong α-quartz, góc SiO-Si là 144°.

Hình 1.7 Cấu trúc Quartz – (a) và cấu trúc vơ định hình – (b) của SiO2

Hình 1.8 Cấu trúc Lewis của SiO2
Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường (T = 0°C, P = 0,1 MPa), silic dioxide ở
trạng thái cân bằng ở dạng α-quartz, một vật liệu tinh thể có cấu trúc tam giác (Z = 3 mẫu
SiO2 trên mỗi ô).
Ở áp suất thấp (P < 500 MPa) và nhiệt độ tăng T, pha ổn định liên tiếp là:

⁃
⁃
⁃
⁃
⁃
⁃

α-quartz, tam giác (Z = 3)
β-quartz, lục giác (Z = 4)
Tridymit, tinh thể ba nghiêng (Z = 320b)
Cristobalite, tứ phân (Z = 4)
Silica lỏng (từ 1703 ° C ở áp suất khí quyển)
Hơi silica (trên 2950 ° C ở áp suất khí quyển).


7
Ở nhiệt độ thấp (T < 600 ° C) và tăng áp suất P, pha ổn định liên tiếp là:
⁃ α-quartz, tam giác (Z = 3)
⁃ Coesite, trục đối xứng bậc 2 (Z = 16)
⁃ Ctishovite, tứ giác (Z = 2).
Dạng bền duy nhất của silic dioxide ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường là αquartz, đây là dạng tinh thể phổ biến nhất của SiO2. Các tạp chất trong mạng tinh thể có thể
làm cho tinh thể có nhiều màu sắc khác nhau. Sự chuyển đổi giữa α-quartz và β-quartz xảy
ra ở 573 °C một cách đột ngột. Khi sự chuyển đổi này đi kèm với sự gia tăng đáng kể về
thể tích của tinh thể, nó có thể dễ dàng làm vỡ đá hoặc đồ gốm sứ có chứa silicon dioxide
khi vượt qua nhiệt độ này.
Các khoáng vật ở nhiệt độ cao, cristobalit và tridymite có tỷ trọng và chiết suất thấp
hơn α-quartz. Ngược lại, seifertite, stishovite và coesite, là những khống vật có áp suất
cao, có tỷ trọng và chiết suất cao hơn α-quartz [6].
α-Quartz

870 °C

573 °C
β-Quartz

α-Tridimite

1470 °C

163 °C
β-Tridimite

α-Cristoballite

1720 °C

Nóng chảy
Làm lạnh nhanh

200 - 270 °C
β-Cristoballite

Thủy tinh

117 °C
γ-Tridimite

Hình 1.9 Quá trình biến đổi pha của SiO2
Ứng dụng của Silicon Dioxide
Chất điện môi đầu tiên và tốt nhất được biết đến để thụ động bề mặt là silic dioxide

(SiO2). SiO2 bắt đầu nổi tiếng nhờ vào sự phát triển của các bóng bán dẫn MOSFET trong
ngành vi điện tử trong những năm 1970 và 1980.
Ứng dụng nổi bật nhất của SiO2 trong những năm gần đây là ứng dụng vào trong q
trình thụ động hóa bề mặt, vì nó tạo ra mật độ thấp nhất của trạng thái bề mặt phân cách
trên bề mặt silicon.
Hạt SiO2 tinh khiết với pha tinh thể có thể được ứng dụng làm nguồn vật liệu quang
điện, chất bán dẫn trong các thiết bị điện tử, xúc tác, đế phim, gốm sứ, cảm biến độ ẩm, v.v
.... Các hạt SiO2 có thể được tổng hợp bằng một số phương pháp như lắng đọng hơi hóa
học, plasma và tổng hợp đốt cháy, phương pháp thủy nhiệt và cả chế biến sol-gel. Trong số
các phương pháp này, phương pháp sol-gel có ưu điểm là chi phí thấp nhất và dễ dàng
kiểm sốt các đặc tính của SiO2, như độ tinh khiết, tính đồng nhất hoặc sự thay đổi của vật
liệu thành phần.
Silicon dioxide cũng được sử dụng trong vật liệu cấu trúc, vi điện tử (như một chất
cách điện), và là một trong các thành phần trong ngành công nghiệp thực phẩm (ví dụ như
sử dụng làm chất chống vón cục trong thực phẩm dạng bột như gia vị; như một chất mịn
trong nước trái cây, bia và rượu hoặc sử dụng trong kem đánh răng để loại bỏ mảng bám


8
răng,...) hay ngành công nghiệp dược phẩm nhờ vào độ ổn định và khơng độc hại của nó
(ví dụ như sản xuất thuốc an thần hay các loại thuốc thần kinh học khác,..)
Các ứng dụng chính của hạt nano silica là làm chất phụ gia để sản xuất cao su và chất
dẻo; làm chất độn tăng cường cho bê tông và các vật liệu tổng hợp xây dựng khác hay sản
xuất thủy tinh; khoảng 95% việc sử dụng silicon dioxide (cát) là trong ngành cơng nghiệp
xây dựng, ví dụ: để sản xuất (xi măng portland). Silica, ở dạng cát, được sử dụng làm
thành phần chính để sản xuất các thành phần kim loại trong kỹ thuật và các ứng dụng khác
của đúc cát nhờ vào điểm nóng chảy cao của nó.
Ngồi ra, oxide silica (SiO2) có thể được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp dưới
dạng các hạt nano (các hạt siêu mịn có đường kính khí động học nhỏ hơn 100 nm), được sử
dụng trong chất độn của một số loại sơn, trong bê tông, lốp xe.

Cuối cùng nó cịn được dùng trong bẽ gãy thủy lực và điện môi giữa các kim loại hay
sản xuất silicon nguyên tố [7].
1.1.3. Carboxymethyl cellulose
Carboxymethyl cellulose (CMC) là một chất phụ gia được sử dụng trong các ngành
công nghiệp khác nhau như một chất làm đặc, chất ổn định hoặc chất độn trong số các ứng
dụng khác nhờ vào tính chất khơng độc hại.

Hình 1.10 CMC dạng bột
Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polymer có cơng thức phân tử là
[C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n cịn được gọi là carmellose hay E466, là một loại muối
hòa tan trong nước. Nó thuộc họ polymer được sản xuất bằng cách etyl hóa xenlulozo tự
nhiên bằng cách thay thế nhóm hydroxyl bằng nhóm cacboxymetyl trong chuỗi xenlulozơ
hoặc được tổng hợp bằng phản ứng xúc tác kiềm của cellulose với acid cloroaxetic. Do đó,
đặc trưng của nó là mức độ thay thế (DS) tương ứng với số nhóm hydroxyl được thế bởi
anhydroglucose, đơn vị monomer của xenlulozơ [8].
Các thông số xác định thuộc tính của CMC
+ Độ tinh khiết (hàm lượng CMC hoạt động): CMC được sản xuất từ muối natri cho
độ tinh khiết cao


9
+ Độ nhớt: một trong những đặc điểm thú vị nhất của CMC có thể thay đổi từ thấp
đến cao. Nó được đo bằng nhớt kế kỹ thuật số ở nhiệt độ nhất định và tỷ lệ phần
trăm hòa tan khác nhau (1%, 2% hoặc 4%)
+ Mức độ thay thế: số nhóm natri cacboxymetyl trung bình trên một đơn vị
anhydroglucose trong cấu trúc cellulose. Thông số này rất quan trọng trong các
lĩnh vực ứng dụng khác nhau của sản phẩm.
+ Dạng vật lý: CMC có thể được sản xuất ở dạng bột hoặc dạng hạt.
Tính chất CMC
⁃ Khả năng giữ nước tốt: CMC dễ dàng hòa tan trong nước và là một polymer ưa

nước. CMC hấp thụ nước tốt kể cả trong áp suất thấp. CMC có đặc tính hấp thụ
nước tốt ở mọi dạng, nhưng tỷ lệ hấp thụ trong màng cao hơn so với sợi. Theo báo
cáo, 6000% nước đã được hấp thụ bởi màng CMC từ khối lượng ban đầu, khi ở
dạng sợi là 2000%. Tính chất hấp thụ nước ấn tượng của CMC là nhờ vào các
nhóm hydroxyl. Các nhóm hydroxyl hoạt động như các vị trí liên kết cho nước
thơng qua liên kết hydro.
- Khả năng hịa tan cao: Như đã nói ở trên thì CMC rất dễ hòa tan trong nước, hòa
tan được trong nước lạnh và không tạo thành gel.
- Hấp phụ bề mặt: Nhờ vào khả năng giữ nước tốt nên CMC có thể hấp phụ bề mặt
và tạo màng [9].
Ứng dụng của CMC
Vì giá thành rẻ và khả năng cho hiệu suất cao, CMC luôn được ưu tiên làm chất phụ
gia cho một số ngành công nghiệp và nhiều ứng dụng khác.
CMC là một polymer ưa nước hòa tan trong nước nên được sử dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm như một chất ổn định nhũ
tương (bọt và kem dưỡng da, mỹ phẩm), chất làm đặc (chất kết dính, kem đánh răng, thạch
dược phẩm), chất kết dính (mực, chất phủ) hoặc tác nhân giữ nước (sữa tắm, dầu gội đầu).
Các ứng dụng này là nhờ vào các đặc tính liên kết, làm dày và ổn định của nó. Trong bột
giặt, nó được sử dụng như một polymer huyền phù đất được thiết kế để lắng đọng trên vải
bông và các loại vải cellulose khác, tạo ra một rào cản tích điện âm đối với đất trong dung
dịch giặt.
CMC được dùng làm chất phụ gia trong ngành công nghiệp sản xuất xi măng và xây
dựng, là chất làm đặc và huyền phù của các chất màu trong chất lỏng trong sản xuất sơn
nước. Việc bổ sung các chất phụ gia hữu cơ vào huyền phù đất sét mang lại lợi ích cơng
nghiệp lớn vì khả năng sửa đổi cộng thêm các tính chất keo và lưu biến của chúng.
Trong dung dịch, nó thích hợp để ổn định và trát huyền phù đất sét, tăng độ nhớt,
kiểm sốt sự thất thốt bùn và duy trì dịng chảy phù hợp với tình hình xây dựng. Trong
ngành cơng nghiệp khoan dầu khí, CMC có thể được ứng dụng như một thành phần của
bùn khoan, nó có thể làm chất điều chỉnh độ nhớt và chất giữ nước.
Hơn nữa, do cấu trúc cao phân tử của nó hoạt động như chất tạo màng, CMC cũng

được sử dụng để cải thiện độ ẩm. Trong nhiều ứng dụng khác, CMC còn được sử dụng


10
trong ngành dệt may như một chất phủ, trong nhũ tương nhựa thơng sơn, chất kết dính và
mực in, và màu phủ cho ngành công nghiệp giấy và bột giấy. Bên cạnh đó, nó cịn làm
giảm tiêu thụ sáp trong các loại giấy và bảng, bằng cách giảm sự xâm nhập của sáp vào
giấy.
Ngồi ra, CMC cịn được ứng dụng vào ngành công nghiệp dệt may. Vải dệt kim làm
từ xenlulo (ví dụ: cotton hoặc tơ visco) có thể được chuyển đổi thành CMC chống biến
dạng và được sử dụng trong các ứng dụng y tế khác nhau, như băng vải sau phẫu thuật tai,
mũi, họng, ... hay dụng cụ chữa chảy máu cam (chảy máu mũi). Nó được ứng dụng để sản
xuất quả bóng bay poly-vinyl clorua (PVC) được bao phủ bởi vải dệt kim CMC được gia
cố bằng nylon. Dụng cụ này được ngâm trong nước để tạo thành gel, và nó phồng lên khi
đưa vào mũi giúp ngăn chặn máu cam tiếp tục chảy. Sự kết hợp giữa quả bóng được bơm
căng và tác dụng điều trị của CMC giúp cầm máu.
Ngồi các loại băng vải nói trên, CMC còn được ứng dụng trong ngành y tế như tạo
thành gel đưa vào xoang trong các phẫu thuật phẫu thuật tim, lồng ngực và giác mạc hay
chế tạo xương nhân tạo thay thế cho các tổn thương xương, khớp, ...Trong nhãn khoa,
CMC được sử dụng như một chất bôi trơn trong nước mắt nhân tạo để điều trị khô mắt.
Đối với ngành thú y, CMC được sử dụng trong phẫu thuật bụng ở động vật lớn, đặc
biệt là ngựa, để ngăn ngừa sự hình thành kết dính ruột.
CMC cũng được sử dụng trong túi đá để tạo thành hỗn hợp eutectic dẫn đến điểm kết
tinh thấp hơn và do đó khả năng làm lạnh cao hơn nước đá thông thường. Dung dịch nước
của CMC cũng được sử dụng để phân tán các ống nano cacbon. Các phân tử CMC dài
được cho là quấn quanh các ống nano, cho phép chúng phân tán trong nước. CMC được sử
dụng để đạt được độ ổn định của tartrate hoặc độ lạnh trong rượu vang. Sự đổi mới này có
thể tiết kiệm hàng megawatt điện được sử dụng để làm lạnh rượu ở những vùng khí hậu ấm
áp. Nó ổn định hơn axit metatartaric và rất hiệu quả trong việc ức chế kết tủa tartrate.
CMC đôi khi được sử dụng làm chất kết dính điện cực trong các loại pin hiện đại

(pin lithium ion), đặc biệt là với cực dương bằng than chì, trong ngành cơng nghiệp chế tạo
pin. Khả năng hịa tan trong nước của CMC ít độc hại hơn và tốn kém hơn so với các chất
kết dính khơng hịa tan trong nước, như polyvinylidene fluoride (PVDF) truyền thống.
Đối với ngành nơng nghiệp, CMC có thể làm thành chất lơ lửng trong thuốc trừ sâu
và thuốc phun dạng nước. Cũng như một chất hỗ trợ trong việc phân hủy một số loại phân
bón gây ơ nhiễm cao.
Đối với ngành cơng nghiệp sản xuất chất dẻo, CMC có thể làm tăng độ nhớt trong
chất dẻo như cao su và nó cịn dùng để ghép các mảnh sứ trong tạo hình gốm sứ.
1.1.4. Một số nghiên cứu về tính ứng dụng của vật liệu TiO2-SiO2
Nhóm tác giả [10] đã tổng hợp thành cơng vật liệu TiO2/SiO2 để hấp phụ và quang
oxy hóa thuốc nhuộm. Sự phân huỷ quang xúc tác của Rhodamine B (RhB) với TiO 2 đơn
và TiO2/SiO2 trong hệ phân tán trong nước được khảo sát dưới cả ánh sáng nhìn thấy (λ>
480 nm) và chiếu xạ UV. RhB hấp phụ trên bề mặt của các hạt TiO2/SiO2 bởi nhóm
dietylamino tích điện dương trong khi trong trường hợp TiO2 đơn nó hấp phụ qua nhóm


11
cacboxyl tích điện âm trong điều kiện thí nghiệm (pH = 4,3). Người ta khẳng định rằng sự
phân huỷ quang xúc tác do ánh sáng nhìn thấy của thuốc nhuộm tiến hành trên bề mặt của
chất xúc tác và các loại oxy hoạt tính ưu tiên tấn cơng phần phân tử kết nối trực tiếp với bề
mặt của chất xúc tác. Cơng trình này cung cấp khả năng thay đổi các đặc tính bề mặt của
TiO2 để hấp phụ hiệu quả các phân tử màu hữu cơ có tính chọn lọc hoặc q trình quang
oxy hóa ở mức độ sâu.
Các tác giả [11] đã tổng hợp thành công vật liệu TiO2-SiO2 ứng dụng trong Tự làm
sạch bề mặt siêu ưa nước của kính che mơ-đun quang điện dựa trên màng tổng hợp TiO2/
SiO2. Đối với ứng dụng quang điện, bên cạnh độ trong suốt tốt trong vùng bước sóng 300–
1800 nm và đặc tính tự làm sạch, lớp phủ cịn phải có độ bền lâu và độ bám dính thích hợp
để chịu được các điều kiện ngoài trời. Với mục tiêu phát triển một lớp phủ có các đặc tính
nói trên, trong nghiên cứu này, vật liệu tổng hợp TiO2/ SiO2 có chứa hàm lượng titan khác
nhau đã được tổng hợp và so sánh với màng TiO2 tinh khiết về độ bám dính, độ trong suốt

và tính ưa nước. Cả hai màng đều được lắng đọng trên nền thủy tinh nổi có hàm lượng sắt
thấp bằng kỹ thuật phủ nhúng sol-gel và các nhiệt độ nung khác nhau (400, 500, 600 °C).
Màng TiO2-SiO2 cho thấy độ truyền qua cao hơn trong phạm vi nhìn thấy so với TiO2 tinh
khiết. Màng TiO2/ SiO2 cho thấy đặc tính siêu ưa nước trước và sau khi chiếu tia cực tím,
với góc tiếp xúc với nước gần 90°. Hơn nữa, theo dự đoán, màng TiO2-SiO2 có thể giữ đặc
tính siêu ưa nước trong mơi trường tối, trái ngược với màng TiO2 tinh khiết. Cả hai màng
đều thể hiện sự bám dính tốt và nó được chứng minh rằng nhiệt độ nung cao hơn và hàm
lượng titan cao hơn sẽ tăng cường tính chất đó. Tất cả các màng phim đều có đặc tính
chống mài mòn khi tiếp xúc với bọt biển và chất tẩy rửa. Người ta đã chứng minh rằng
tổng hợp có khả năng truyền qua cao, tự làm sạch và kết dính thu được bằng phương pháp
sol-gel đơn giản, có tiềm năng tốt để ứng dụng trên các hệ thống quang điện.
Trong nghiên cứu [12] ứng dụng các hạt nano kim loại Plasmonic trong TiO2-SiO2
Composite làm chất xúc tác quang hoạt hóa hiệu quả bằng năng lượng mặt trời. Các nhà
nghiên cứu đã tập trung vào việc pha tạp TiO2 với SiO2 để có được tốc độ phân hủy hiệu
quả của nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau cả khi chiếu xạ tia cực tím và ánh sáng nhìn
thấy. Để cải thiện hơn nữa hiệu ứng suy giảm này, một số nhà nghiên cứu đã sử dụng đến
việc kết hợp các hạt nano kim loại plasmonic như bạc và vàng vào TiO2-SiO2 kết hợp để
tối ưu hóa hồn tồn tiềm năng của TiO2-SiO2 trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Bài nghiên
cứu tập trung vào những thách thức trong việc sử dụng TiO2 trong vùng ánh sáng nhìn
thấy, sự đóng góp của SiO2 trong việc tăng cường hoạt động quang xúc tác của chất quang
xúc tác TiO2-SiO2 và khả năng hỗ trợ của các hạt nano kim loại plasmonic (Ag và Au) để
TiO2-SiO2 hướng tới một chất quang xúc tác mặt trời hiệu quả.
Nghiên cứu [13] đã tổng hợp và ứng dụng vật liệu Crown-SiO2–TiO2 cho quá trình
hấp thụ ion kim loại trong dung dịch nước có tính axit. Vật liệu tổng hợp Crown-SiO2–
TiO2 thu được bằng cách thêm các ete Crown (dibenzo-18-Crown-6 hoặc dibenzo-21Crown-7) trong quá trình tổng hợp sol – gel của SiO2–TiO2. Hoạt tính của vật liệu tổng
hợp trong việc hấp thụ một số cation kim loại kiềm, kiềm thổ và đất hiếm từ các dung dịch
axit đã được nghiên cứu. Vật liệu tổng hợp ete-SiO2–TiO2 của các ete Crown cho thấy hiệu
quả và độ chọn lọc cao hơn trong việc hấp thụ các cation bari, cũng như các cation Ytteri
với sự có mặt của Sr (II), Ce (III), La (III) và Nd (III) so với ete Crown gốc. Quang phổ

12
FTIR cho thấy rằng phân tử ete Crown cố định trên bề mặt oxit có cấu trúc biến dạng, điều
này có thể giải thích sự thay đổi tính chọn lọc của sự hình thành phức chất khi đi từ ete
Crown sang vật liệu tổng hợp.
Xuqiang Ji, Yusheng Niu và Yuanhong Xu [14] đã tổng hợp thành công hỗn hợp
TiO2-SiO2 để nghiên cứu sự hấp thụ vi sóng hiệu suất cao trong không gian lớ. Việc thiết
kế và hấp thụ vật liệu vi sóng (MA) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành cơng
nghiệp chăm sóc sức khỏe, điện tử và an ninh. Trong tài liệu này, họ giới thiệu một hỗn
hợp phức hợp với các ưu điểm của không gian lớp xen kẽ lớn, các hạt nano với kích thước
nhỏ và cấu trúc nano phân cấp. Các hạt nano TiO2 có kích thước nhỏ (khoảng 6nm) trong
lớp phủ đầu tiên và khoảng cách lớn giữa các lớp phủ TiO2 có ý nghĩa quan trọng đối với
hiệu suất MA vượt trội. Kết quả nghiên cứu chỉ ra một hướng mới để chế tạo hợp lý thiết
bị hấp thụ vi sóng hiệu suất cao.
Nhóm tác giả [15] đã nghiên cứu Sự hình thành nhiệt nhiệt trực tiếp của TiO2 tinh
thể nano trên vật liệu hấp phụ SiO2 xốp và xúc tác quang loại bỏ oxit nitơ trong khơng khí
trên vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2. Sự phân hủy bằng nhiệt rắn titan (IV) tert-butoxit (TTB)
trong toluen ở 573 K với sự có mặt của silica gel (SiO2) với sự khuấy liên tục tạo ra hỗn
hợp titan (IV) oxit TiO2–SiO2 trong đó kết tụ của TiO2 tinh thể nano lắng đọng trên bề mặt
của các hạt SiO2. Các vật liệu tổng hợp TiO2–SiO2 khác nhau có hàm lượng TiO2 khác
nhau có thể được tổng hợp bằng cách thay đổi tỷ lệ TTB và SiO2, và vật liệu tổng hợp có
diện tích bề mặt lớn tương ứng với tính chất xốp của SiO2. Các vật liệu tổng hợp TiO2–
SiO2 này được sử dụng để loại bỏ các oxit nitơ trong khơng khí bằng quang xúc tác và hiệu
suất quang xúc tác của chúng được so sánh với hiệu suất của các mẫu TiO2–SiO2 khác
được điều chế bằng các phương pháp khác nhau. Tổng hợp bằng nhiệt rắn 74% trọng
lượng TiO2-SiO2 composite thể hiện hiệu suất quang xúc tác tuyệt vời (loại bỏ gần như
bằng phương pháp đo phân đoạn NOx (98%) và giải phóng NO2 rất thấp (0,3%)) nhờ hoạt
tính xúc tác quang cao của TiO2 và đặc tính hấp phụ cao của SiO2. Hiệu suất thấp hơn của
vật liệu tổng hợp TiO2-SiO2 74% trọng lượng được điều chế bằng các phương pháp khác
cho thấy rằng việc gắn SiO2 bằng TiO2 ở bề mặt và mức độ trộn thấp hơn của TiO2 vào

SiO2 làm giảm hiệu suất quang xúc tác của vật liệu tổng hợp.
Nhóm nghiên cứu [16] đã tổng hợp và nghiên cứu Đặc điểm của TiO2 và hỗn hợp
TiO2/SiO2 trong hiệu suất quang xúc tác của chúng để khử N trong NO 3− nồng độ thấp
trong nước. Chất xúc tác quang tổng hợp TiO2/SiO2 đã được điều chế thông qua phương
pháp sol-gel / thủy nhiệt. TiO2 và TiO2/SiO2 được đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X (XRD),
quang phổ phản xạ vi sai UV – Vis (DRS), quang phổ hồng ngoại Fourier (FT-IR), quang
phổ quang điện tử tia X (XPS), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ tia X phân
tán năng lượng (EDS). Sau đó, hiệu suất quang xúc tác của TiO2 và TiO2/SiO2 để giảm
nồng độ nitrat thấp (30 mgN L-1) dưới ánh sáng UV được đánh giá và ảnh hưởng của các
yếu tố khác nhau đến quá trình này, sau đó điều kiện phản ứng được tối ưu hóa. Tỷ lệ loại
bỏ lên đến 99,93% đạt được ở nồng độ chất tẩy rửa (axit formic) là 0,6 mL/L, tốc độ dòng
CO2 0,1 m3 h − 1 và nồng độ TiO2 là 0,9 g L − 1. Ngược lại, TiO2/SiO2 ở nồng độ 1,4 g L-1
và tốc độ tải TiO2 là 40% đạt được tỷ lệ loại bỏ 83,48%, nhưng với hơn 98% tỷ lệ tạo nitơ.
NO2- và NH4+ là sản phẩm phụ, trong khi N2 là sản phẩm chính.