Nghiên cứu công nghệ chế tạo nano TiO2 và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ (tóm tắt)

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án - Quy trình công nghệ chế tạo màng nano TiO2 kích thước nano bằng phương pháp sol-gel ứng dụng phủ lên ceramic bằng phương pháp phun phủ.. -

MỞ ĐẦU

Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế giới Nhiều vấn đề then chốt như: an toàn năng lượng, an ninh lương thực, môi trường sinh thái, sức khoẻ… sẽ được giải quyết thuận lợi hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ nano Sự phát triển mạnh và thiếu kiểm soát của nhiều ngành kinh tế đã tạo ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng: khí thải CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên, mực nước biển dâng cao, bão lũ ngày càng mạnh với sức tàn phá khủng khiếp đe dọa trực tiếp đến cuộc sống của cư dân ven biển và sự phát triển kinh tế ở quy mô toàn cầu Mối quan hệ trái ngược giữa phát triển kinh tế và ô nhiễm môi trường sống có thể giải quyết được nếu dựa trên sự phát triển của công nghệ nano với loại vật liệu điển hình là nano TiO2 Trong thực tế, các vật liệu gốm sứ sử dụng trong gia đình như bồn cầu, chậu rửa hay bồn tắm khi làm sạch cần một lượng lớn hóa chất tẩy rửa thậm chí còn mất rất nhiều công sức để

cọ rửa và có thể gây ô nhiễu môi trường Mặt khác, đây là những vật cần phải làm sạch thường xuyên Để giải quyết vấn đề này cần tạo ra một bề mặt tự làm sạch cho vật liệu, có khả năng chịu được mài mòn, diệt được vi khuẩn, nấm mốc

Chính vì vậy đề tài luận án “Nghiên cứu công nghệ chế tạo nano

TiO 2 và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ” được thực hiện

với mục đích sau

Mục đích nghiên cứu của luận án

- Xây dựng được quy trình chế tạo sol nano TiO2 đơn pha anatase, ứng dụng phủ màng

- Nghiên cứu, tối ưu hóa quy trình phủ màng trên cơ sở sol nano TiO2 lên các sản phẩm sứ vệ sinh của Công ty Sứ Thanh Trì đảm bảo được tính chất

cơ lý và hóa học

- Đánh giá đặc trưng của vật liệu chế tạo được

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

- Quy trình công nghệ chế tạo màng nano TiO2 kích thước nano bằng phương pháp sol-gel ứng dụng phủ lên ceramic bằng phương pháp phun phủ

- Nghiên cứu và tìm ra chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình tạo

màng thông qua mô hình thống kê mô tả

- Nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu chế tạo được so sánh với sản

phẩm thương mại TiO2.P25

Phương pháp nghiên cứu

Chế tạo, phân tích thực nghiệm và làm các xét nghiệm vi sinh vật

- Phương pháp Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa quá trình sử dụng phần mềm Design-expert 8.0

- Các phương pháp phân tích xác định cấu trúc và tính chất vật liệu: Nhiễu xạ tia X; Tán xạ Ra-man; Hấp thụ UV-Vis; Hiển vi điện tử quét (SEM); Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 (BET); Hiển vi điện

tử (TEM); Hiển vi lực nguyên tử (AFM)

- Các phương pháp xác định tính chất màng: Độ thấm ướt; Độ bền hóa học; Độ bền mài mòn; Độ cứng theo thang Mohs

- Các xét nghiệm khả năng diệt khuẩn, diệt nấm của màng TiO2

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến quá trình tạo màng nano TiO2

Nghiên cứu và tìm ra chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình tạo màng thông qua mô hình thống kê mô tả lần đầu tiên được nghiên cứu tại Việt Nam (ứng dụng triển khai quy trình công nghệ phủ màng nano TiO2 trên bề mặt ceramic của công ty Cổ phần Sứ Viglacera Thanh Trì bằng phương pháp phun phủ ở nhiệt độ thường) Đây là công nghệ đơn giản, dễ thực hiện, thân thiện với môi trường

Xác định được hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano TiO2 trong điều kiện phòng thí nghiệm và điều kiện thực tế

Kết cấu của luận án:

Luận án được trình bày trong các phần sau:

Các danh mục

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa công nghệ chế tạo màng nano TiO2 trên ceramic

Chương 4 Nghiên cứu tính chất cơ lý hóa và khả năng diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO2

Kết luận, kiến nghị

Danh mục các công trình công bố, Tài liệu tham khảo, Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1 Tóm tắt tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án “Nghiên

về các khía cạnh khác nhau của TiO2 đã được công bố

1.2 Cấu trúc của vật liệu TiO 2

Titan dioxide (TiO2) có thể kết tinh ở ba dạng thù hình khác nhau là anatase, rutile và brookite Hai dạng thù hình chính thường gặp và thường được sử dụng là anatase và rutile Khi sử dụng cho quá trình oxi hóa quang xúc tác thông thường sử dụng ở dạng anatase là chủ yếu, vì hoạt tính quang xúc tác của nó cao hơn 2 dạng còn lại

1.3 Cơ chế của phản ứng quang xúc tác với TiO 2 kích thước nano mét

Nguyên lý cơ bản về hoạt động quang xúc tác trên các chất bán dẫn là: khi được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hơn hay bằng độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn (thường là tia tử ngoại vì độ rộng vùng cấm của TiO2 khá lớn ~3.2eV) thì sẽ tạo ra cặp electron - lỗ trống (e, h+) ở vùng dẫn và vùng hóa trị Những cặp (e, h+) này sẽ di chuyển ra bề mặt ngoài của vật liệu để thực

hiện phản ứng oxi hóa- khử

hóa Các lỗ trống có thể

tham gia trực tiếp vào phản

ứng oxi hóa các chất ô

nhiễm (hữu cơ), hoặc có thể

tham gia vào giai đoạn trung

gian tạo thành các gốc tự do

hoạt động như (OH─

, O2 ─)

Tương tự như thế các

electron sẽ tham gia vào các

quá trình khử hóa tạo thành

các gốc tự do Các gốc tự do Hình 1.1 Cơ chế phản ứng quang xúc

tác của vật liệu TiO 2 khi được chiếu sáng

sẽ tiếp tục oxi hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác thành sản phẩm cuối cùng không độc hại là CO2 và H2O Người ta đã phủ TiO2 lên các vật liệu khác nhau như kính hoặc gạch lát, bề mặt vật liệu có khả năng tự làm sạch với việc sử dụng phản ứng quang xúc tác Các chất

có tính oxy hoá mạnh sẽ làm phân huỷ các chất hữu cơ và cũng có tác dụng diệt các mầm bệnh và vi khuẩn Song song với tính chất quang xúc tác, khi được chiếu ánh sáng tử ngoại dạng TiO2 - anatase còn thể hiện một tính chất nữa cũng rất đặc biệt, đó là tính chất siêu thấm ướt

1.4 Ứng dụng của TiO 2 trên thế giới

Quang xúc tác oxi hóa bởi TiO2 đã được áp dụng mạnh mẽ ở một

số nước như Nhật, Mỹ, Hà Lan và cả một số nước như Hàn Quốc, Đài Loan để xử lý các chất ô nhiễm trong không khí Ở Nhật Bản các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo và ứng dụng TiO2 ở dạng màng , sơn hoặc bột với hiệu quả rất cao trong xử lý ô nhiễm không khí Với nguồn sáng 40W, khoảng cách chiếu sáng 150cm, TiO2 có thể khử H2S, amoni, trimetylamin từ 30ppm xuống còn 1,9-2,0 ppm sau 2 giờ được chiếu sáng Ngoài ra, trong lĩnh vực xử lý môi trường các nhà khoa học tại Nhật Bản đã chế tạo được hỗn hợp chứa TiO2 và tẩm thành công lên các loại vật liệu khác nhau để: diệt khuẩn, diệt nấm mốc, loại bỏ các khí độc NOx, SOx Một số hãng sản xuất vật liệu phủ TiO2 nổi tiếng tại Nhật Bản như: Ishihara Sangyo, Kaisha, Kogyo

Theo thống kê của một nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Tokyo: Năm 2001 đã có khoảng 2.000 hãng với doanh số hơn 400 triệu USD Nano TiO2 đã hiện diện trong các sản phẩm cao cấp của các hãng thương mại hàng đầu thế giới với những tính năng đặc biệt như: kính chống nhòe nước, chống tia cực tím của ô tô Toyota, Honda, thiết bị y tế sơn phủ chống kháng khuẩn bằng nano TiO2

1.5 Ứng dụng của TiO 2 tại Việt Nam

Những nghiên cứu và ứng dụng về nano TiO2 được triển khai hầu hết tại các cơ sở nghiên cứu hàng đầu tại Việt Nam trong vòng 10 năm trở lại đây: nghiên cứu và ứng dụng nano TiO2 trong chế tạo sensor hóa học tại Trung tâm Quốc tế Nghiên cứu và Đào tạo Khoa học Vật liệu nano (ITIMS), sensor quang học tại Khoa Vật lý, trường đại học Khoa học tự nhiên, nghiên cứu chế tạo màng phủ nano TiO2 trên kính phục vụ xây dựng, tổng hợp bột nano TiO2 quy mô pilot, ứng dụng TiO2 vào xử lý nước của Viện Kỹ thuật Hóa học, nghiên cứu ứng dụng TiO2 cho chế tạo pin mặt trời tại Viện Vật lý kỹ thuật, nghiên cứu vật liệu và tính chất TiO2 trong các quá

trình hóa học chống ăn mòn đang được triển khai tại khoa Hóa, trường đại học Khoa học tự nhiên, Quốc gia Hà Nội, nghiên cứu chế tạo điện cực trong suốt cho pin mặt trời; chế tạo sơn nano có khả năng diệt khuẩn; màng nano TiO2 có khả năng tự làm sạch, phân hủy chất độc, chống nấm mốc, diệt khuẩn, tính chất siêu ưa nước của Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị Khoa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hiện nay, hướng nghiên cứu mới tổng hợp nano TiO2 pha tạp phi kim và kim loại (N, V, Ag, Fe ) nhằm đưa vùng hấp thụ về vùng ánh sáng khả kiến đang được các nhà khoa học tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội, trường đại học Sư phạm và trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc Gia Hà Nội triển khai và thu được một số kết quả khả quan

1.6 Ứng dụng của màng nano TiO 2 trên ceramic

Trong hầu hết các đường hầm ở Nhật Bản, đèn natri phát ra ánh sáng màu vàng được sử dụng cho chiếu sáng Đèn natri cao áp cũng phát

được ứng dụng để tiêu diệt vi sinh vật Escherichia coli (E coli) hoàn

toàn có thể biến mất trên TiO2 sau khoảng một tuần dưới tia UV của 1 mW/cm2…

Như vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo nano

TiO 2 và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ” rất hữu dụng và

cần thiết

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO 2 từ TTIP

Phương pháp chế tạo màng phủ nano TiO2 trên ceramic gồm các bước chính sau:

- Bước 1: Tổng hợp sol nano TiO2 bằng phương pháp sol-gel đi từ TTIP;

- Bước 2: Quá trình phun phủ vật liệu;

- Bước 3: Quá trình làm khô;

- Bước 4: Quá trình nung

2.2 Phương pháp nghiên cứu chế tạo sol nano TiO 2 theo phương pháp sol-gel

Quy trình chế tạo sol nano TiO2 được tiến hành theo sơ đồ (hình 2.1)

Hình 2.1 Quy trình tạo sol nano TiO 2 đi từ TTIP

Dung dịch sol nano TiO2 được điều chế từ nguyên liệu ban đầu là TTIP Isopropanol được sử dụng như một dung môi kết hợp với TTIP để tạo dẫn xuất alkoxide bền không bị thủy phân hoàn toàn

Dung dịch sau khi điều chế được bảo quản kín tránh không khí và được

sử dụng trong thời gian dài

2.3 Phương pháp nghiên cứu chế tạo màng nano TiO 2 để thực hiện quy hoạch thực nghiệm

Nghiên cứu và tìm các thông số tối ưu cho quá trình tạo màng trên ceramic với mục đích thu được màng mỏng nano TiO2 có khả năng diệt khuẩn, diệt nấm tốt nhất Để thực hiện quy hoạch thực nghiệm quá trình chế tạo màng nano TiO2 trên ceramic, các thông số thí nghiệm được thay đổi theo ma trận thực nghiệm và thực hiện theo quy trình hình 2.1 với các yếu tố thay đổi điều kiện nồng độ TTIP ban đầu, thể tích axit HNO3, thời gian và nhiệt độ nung

2.4 Phương pháp nghiên cứu chế tạo màng nano TiO 2 P25 trên ceramic

Dung dịch sol TiO2 P25 được tạo thành khi cho TiO2 nano dạng bột phân tán trong dung dịch Kích cỡ hạt tạo thành của TiO2 có ảnh hưởng lớn đến quá trình phản ứng, khi kích thước hạt càng nhỏ, các hạt sẽ phân

Dung dịch TTIP Isopropanol

Thêm chậm nước cất Khuấy trộn 30 phút

Sol A

Sol nano TiO2

Khuấy trộn 1 giờ Axit

HNO3 68%

Khuấy trộn 1 giờ ở 850

C

Khuấy trộn 5 giờ PEG

(4000g/mol)

tán tốt trong dung dịch, thời gian lắng kéo dài và đặc biệt diện tích bề mặt tăng làm tăng khả năng hấp phụ chất phản ứng lên bề mặt chất xúc tác Dung dịch sol

TiO2.P25 được tạo

Thêm PEG (4000g/mol) vào dung dịch trên dưới điều kiện khuấy mạnh sao cho PEG chiếm 5% khối luợng dung dịch Quá trình khuấy trộn được thực hiện trong 5 giờ ở nhiệt độ phòng tạo thành sol nano TiO2.P25

2.5 Phương pháp thực nghiệm đánh giá hiệu suất diệt khuẩn và nấm

Các loại vi sinh vật sẽ được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm vi

khuẩn E.coli và nấm Candida albicans (lấy từ Viện vệ sinh an toàn thực

phẩm Quốc gia) Sau đó pha loãng khuẩn lạc với dung dịch nước muối sinh lý 8,5% để đạt nồng độ 106

CFU/ml (sử dụng máy đo độ đục) Dung dịch thu được sau khi quét được sử dụng để cấy lên môi trường thạch NA Nhỏ 0,1 ml dịch này lên đĩa môi trường và cấy đều trên bề mặt thạch, đặt đĩa trong tủ ấm với nhiệt độ 370C Sau 24 giờ đếm số khuẩn lạc xuất hiện trên bề mặt các đĩa thạch, xác định được số lượng vi sinh vật sống sót trên bề mặt mẫu

2.6 Phương pháp quy hoạch hóa bậc 1 và bậc 2

+ Quy hoạch tuyến tính bậc 1

Quy hoạch thí nghiệm toàn phần được dùng để xác định hệ số của các phương trình hồi quy dạng tuyến tính có hệ số tương quan:

Hình 2.2 Sol nano TiO 2 (a) và sol nano TiO 2 P25 (b)

) ( )

( 0 )

i k

i l

l i j il k

i

i j i j

j

x x b x

b b

Tính chất về điều kiện tiêu chuẩn hóa: tổng bình phương các thành phần véctơ bằng tổng số thí nghiệm

+ Quy hoạch thực nghiệm bậc 2

Mô hình thống kê dạng bậc 2 đầy đủ có dạng như sau:

i k

i m

m l i j ilm ii

j ii k

i k

i

l i j il k

i

i j i j

x x x b x

b x x b x

b b

y

1

2

1 1

1 2

) 2

) 1

1 1 ) 1

) 0

)

Các hệ số của phương trình hồi quy nhận được nhờ các kế hoạch trực giao bậc hai được xác định với độ chính xác khác nhau trong khi đó các ma trận trực giao bậc một đảm bảo hệ số có độ chính xác như nhau

+ Xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu

Sau khi xây dựng được hàm mục tiêu từ những số liệu thực nghiệm, việc xác định giá trị của hàm mục tiêu là tìm giá trị cực trị của hàm nhiều biến Các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu được xác định nhờ các phương pháp tối ưu hóa thường dùng như phương pháp tìm cực trị cổ điển, phương pháp quy hoạch hình học, quy hoạch tuyến tính hoặc phi tuyến, phương pháp biến phân, phương pháp thừa số Lagrandre, nguyên lý cực đại của Pontryagin… để đạt được độ chính xác cao

2.7 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

Các phép đo đạc và phân tích các tính chất của mẫu đã dùng như phép đo phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp hiển vi điện

tử quét (SEM), phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phương pháp hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2 (BET), phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis, phương pháp AFM, phương pháp phổ tán xạ micro-Raman

và các phương pháp xác định độ diệt khuẩn, diệt nấm của mẫu Các phương pháp này là công cụ tốt nhất cho việc nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam

CHƯƠNG 3 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG NANO TiO 2 TRÊN CERAMIC 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến cấu trúc, kích thước tinh thể nano TiO 2 và hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano TiO 2 trên ceramic

+ Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TTIP ban đầu đến cấu trúc, kích

thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic Kết quả thu được cho trên bảng 3.1 và đồ thị 3.1

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ TTIP ban đầu đến cấu trúc, kích thước và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO 2 trên ceramic

Kích thước tinh thể TB (nm)

Hiệu suất diệt khuẩn (%)

Hiệu suất diệt nấm (%)

pha tinh thể là anatase, không có pha rutil với kích thước tinh thể trung bình trong khoảng từ 20 nm đến 30 nm Kích thước tinh thể trung bình nhỏ nhất là 20 nm ở mẫu có nồng độ TTIP ban đầu bằng 1,0 mol/l Điềunày hoàn toàn phù hợp với kết quả hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của các mẫu Khi kích thước của các hạt TiO2 giảm, tỉ lệ nguyên tử TiO2 có mặt trên bề mặt tăng lên, điều này có thể thúc đẩy hoạt tính quang xúc tác, bởi vì có nhiều tâm xúc tác Ti (III) chưa bão hòa trên bề mặt Kích thước hạt nhỏ cũng là thuận lợi để các hạt tải điện không phải di chuyển

đi xa khi lên đến bề mặt hạt để tham gia phản ứng oxi-hóa khử

Như vậy, căn cứ trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TTIP ban đầu đến cấu trúc, kích thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic ta nhận thấy nên chọn khoảng giá trị nồng độ TTIP ban đầu từ 0,8 mol/l đến 1,2 mol/l để tiến hành quy hoạch thực nghiệm và tìm giá trị tối ưu cho quá trình

+ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc, kích thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic

Tương tự qui trình thực nghiệm chế tạo sol nano TiO2 Thực hiện 5 thí nghiệm (mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình) tương ứng với các nhiệt độ nung khác nhau khi nhiệt độ nung thay đổi tăng dần 3500

C, 4000C, 4500C, 5000C và 5500C Kết quả thu được trên

đồ thị 3.2

Ta nhận thấy hiệu suất diệt

khuẩn đạt giá trị lớn nhất là

82,9% và hiệu suất diệt nấm đạt

45,9% khi nhiệt độ nung đạt

4500C Hiệu suất diệt khuẩn

tăng dần từ 75,5% đến 82,9%

khi nhiệt độ nung tăng dần từ

350 đến 4500C và giảm dần đến

65,7% khi nhiệt độ nung tăng

đến 5500C Hiệu suất diệt nấm

hoàn toàn tương tự, tăng dần từ

43,4% đến 45,9% khi nhiệt độ

nung tăng dần từ 350 đến

4500C và giảm dần đến 36,5% khi nhiệt độ nung tăng đến 5500

C

Căn cứ trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO 2 trên ceramic

trúc, kích thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic ta nhận thấy nên chọn khoảng giá trị nhiệt

độ nung từ 400 đến 5000C để

tiến hành quy hoạch thực

nghiệm và tìmgiá trị tối ưu cho

quá trình

+ Khảo sát ảnh hưởng của thể

tích axit HNO3 đến cấu trúc, kích

thước tinh thể nano TiO2 và hiệu

suất diệt khuẩn, nấm của màng

nano TiO2 trên ceramic Kết quả

thu được trên đồ thị 3.3

Từ kết quả khảo sát ảnh

hưởng của thể tích axit HNO3

đến cấu trúc, kích thước tinh thê

nano TiO2 và hiệu suất diệt

khuẩn, nấm của màng nano TiO2

trên ceramic ta có thể chọn vùng khảo sát tối ưu trong khoảng từ 0,2 đến 0,6 ml

+ Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung đến cấu trúc, kích thước tinh thê nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic (đồ thị 3.4) Hiệu suất diệt khuẩn đạt giá trị lớn nhất là 82,05% và hiệu suất diệt nấm đạt 45,2% khi thời

gian nung là 60 phút, hiệu suất

diệt khuẩn tăng dần từ 76,5%

đến 82,05% và hiệu suất diệt

nấm cũng, tăng dần từ 43,6%

đến 45,2%

Từ các kết quả khảo sát

nghiên cứu các yếu tố ảnh

hưởng đến quá cấu trúc, kích

thước tinh thể nano TiO2 và

hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm

của màng nano TiO2 nghiên cứu

sinh đã chọn ra miền khảo sát

thích hợp của các yếu tố công

nghệ cho các nghiên cứu tiếp theo như sau:

Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của thể tích axit HNO 3 đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO 2 trên

ceramic

Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO 2 trên ceramic

- Nồng độ TTIP ban đầu: từ 0,8 đến 1,2 (mol/l)

- Nhiệt độ nung: 400 đến 500 0C

- Thể tích axit HNO3: Từ 0,2 đến 0,6 (ml)

3.2 Tối ưu hóa công nghệ chế tạo tạo màng nano TiO 2

* Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc nhất

Tối ưu hóa công nghệ chế tạo tạo màng nano TiO2 Từ các thí

nghiệm lặp ở tâm cho kết quả:

+ Phương trình hồi quy thực nghiệm để thu hiệu suất diệt khuẩn lớn nhất là:

yI = 76,3315 + 1,6370x1 + 0,9587x2 - 0,8667x3 + 1,7668x1x2 + 2,1863x1x3 +

0,052x2x3

0237,0

2 

du

S

Từ đó tính được chuẩn số Fisher: F = 26,35

Tra bảng ở mức có nghĩa p = 0,05, ứng với bậc tự do lặp f2 = 2, bậc

tự do dư f1= 8-7= 1, ta tìm được FB=18,5

So sánh giá trị của F tính được và FB ta thấy: F = 26,35 > FB = 19,2

Như vậy mô hình trên (yI) không tương hợp với bức tranh thực nghiệm

+ Phương trình hồi quy thực nghiệm để thu hiệu suất diệt nấm lớn nhất là:

So sánh giá trị của F tính được và FB ta thấy: F = 35,47 > FB =19,2

Như vậy mô hình yII không tương hợp với bức tranh thực nghiệm

Chính vì mô hình thực nghiệm bậc một không tương hợp, cần thiết

phải cải tiến mô hình sang dạng phi tuyến xác định các tham số bằng

cách tiến hành thực nghiệm với x'

theo kế hoạch bậc hai trực giao

* Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao

Mô hình thống kê biểu diễn hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm và các

biến mã hóa theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao ta được:

+ Hiệu suất diệt khuẩn = yI* = 82,0287+ 1,6318 x1 + 0,9717x2

-0,8509x3 + 1,7588x1 x2 + 2,1943x1x3-1,8280x12-1,4906 x22 -2,3425x32