TÌM HIỂU VẬT LIỆU NANO TITAN OXIT

BỘ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TÌM HIỂU VẬT LIỆU
NANO TITAN OXIT
GVHD: TRƯƠNG HỮU TRÌ
Nội dung
TỔNG QUAN1
PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP2
MỘT SÔ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU3
KẾT LUẬN4
Tổng quan
Title
Tổng 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