Nghiên cứu công nghệ chế tạo nano tio2 và ứng dụng tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ

QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến cấu trúc, kích thướctinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Hồng Phượng

ỨNG DỤNG TẠO MÀNG PHỦ TRÊN VẬT LIỆU GỐM SỨ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Hồng Phượng

ỨNG DỤNG TẠO MÀNG PHỦ TRÊN VẬT LIỆU GỐM SỨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 62520301

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS NGUYỄN VĂN XÁ

2 TS PHÙNG LAN HƯƠNG

Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Hồng Phượng

ỨNG DỤNG TẠO MÀNG PHỦ TRÊN VẬT LIỆU GỐM SỨ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

Hà Nội - 2014

Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành và sự kính trọng đối với TS Nguyễn Văn

Xá và TS Phùng Lan Hương, các thầy cô đã nhận tôi là nghiên cứu sinh và hướng dẫn trong suốt quá trình tôi thực hiện bản luận án này Các thầy cô đã tận tình chỉ bảo cả về lĩnh vực khoa học cũng như trong cuộc sống Tôi đã học được rất nhiều

từ những điều chỉ dẫn, những buổi thảo luận chuyên môn và phong cách khoa học trong công việc của các thầy cô Tôi cảm phục những hiểu biết sâu sắc về chuyên môn, những khả năng cũng như sự tận tình của các thầy cô Tôi cũng rất biết ơn sự kiên trì của các thầy cô đã đọc cẩn thận và góp ý kiến cho bản thảo của luận án Những kiến thức mà tôi nhận được từ các thầy cô không chỉ là bản luận án mà trên hết là cách nhìn nhận, đánh giá cũng như phương thức giải quyết vấn đề một cách toàn diện trong khoa học và sự trải nghiệm của cuộc sống Tôi luôn kính trọng

và biết ơn các thầy cô.

Tôi xin trân trọng cám ơn GS TS Phạm Văn Thiêm, GS TS Nguyễn Hữu Tùng,

GS TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Trần Trung Kiên, TS Nguyễn Quang Bắc, Bộ môn Quá trình - Thiết bị, Bộ môn Hóa vô cơ - đại cương và các đồng nghiệp, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện các thực nghiệm của luận án, đồng thời có những đóng góp gợi mở quý báu trong quá trình tôi hoàn thiện luận án.

Cuối cùng, tôi muốn giành lời cảm ơn cho những người thân yêu nhất của tôi Bản luận án này là món quà quý giá tôi xin được tặng cho cha mẹ và gia đình thân yêu của tôi.

Hà Nội, tháng 3 năm 2014

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Hồng Phượng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Văn Xá và TS Phùng Lan Hương Các kết quả nêu trong luận án là trungthực và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Hồng Phượng

MỤC LỤC

MỞ

ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Vật liệu TiO2 và ứng dụng 4

1.1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của TiO2 4

1.1.2 Cấu trúc của vật liệu TiO2 5

1.1.3 Cơ chế của phản ứng quang xúc tác với TiO2 kích thước nano mét 8

1.1.4 Vật liệu nano TiO2 12

1.1.4.1 Hiện tượng thấm ướt 14

1.1.4.2 Hiện tượng siêu thấm ướt của TiO2 15

1.1.4.3 Cơ chế siêu thấm ướt của màng TiO2 ở dạng anatase

16 1.2 Ứng dụng của TiO2 18

1.2.1 Ứng dụng của TiO2 trên thế giới 19

1.2.2 Ứng dụng của TiO2 tại Việt Nam 21

1.2.3 Ứng dụng của màng nano TiO2 22

1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu quang xúc tác TiO2 26

1.3.1 Phương pháp sol-gel 26

1.3.1.1 Quá trình sol-gel 26

1.3.1.2 Nghiên cứu chế tạo nano TiO2 bằng phương pháp sol-gel 30

1.3.2 Phương pháp micell thuận và micelle đảo [Hóa học nano] 31

1.3.2.1 Micell thuận 31

1.3.2.2 Micell đảo 32

1.3.4 Phương pháp thủy nhiệt

33 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng 34

2.1.1 Hóa chất 34

2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 34

2.1.3 Thiết bị phục vụ chế tạo và nghiên cứu 34

2.2 Phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO2 từ TTIP 35

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu chế tạo sol nano TiO2 theo phương pháp sol-gel

35

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu chế tạo màng nano TiO2 để thực hiện quy hoạch thực nghiệm 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu chế tạo màng nano TiO2 .P25 trên ceramic

38 2.3.1 Phương pháp chế tạo sol TiO2 -P25 từ P25 (Degussa) 38

2.3.2 Phương pháp chế tạo màng nano TiO2.P25 trên ceramic 39

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

39 2.5 Quy hoạch thực nghiệm 41

2.5.1 Xác định hệ 41

2.5.2 Xác định cấu trúc của hệ 42

2.5.3 Xác định hàm toán mô tả hệ 43

2.5.4 Xác định các tham số của mô hình thống kê 43

2.5.5 Cơ sở chọn tâm thí nghiệm 45

2.5.6 Kiểm tra tính có nghĩa của hệ số hồi quy 46

2.5.7 Kiểm tra tính tương hợp của mô hình thống kê 47

2.6 Phương pháp quy hoạch hóa bậc 1 và bậc 2 [15,16] 48

2.6.1 Quy hoạch tuyến tính bậc 1 48

2.6.2 Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 50

2.6.3 Xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu 53

2.7 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 54

2.7.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơn-ghen (XRD) 54

2.7.2 Phương pháp quét hiển vi điện tử (SEM) 55

2.7.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56

2.7.4 Phương pháp đường hấp phụ và khử hấp phụ ( BET)[14, 58] 57

2.7.5 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 59

2.7.6 Phương pháp AFM [130] 60

2.7.7 Phương pháp phổ tán xạ micro-Raman 61

2.8 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG 3 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến cấu trúc, kích thướctinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano TiO2 trênceramic 633.1.1 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 63

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến cấu trúc, kích thước tinh thểnano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 663.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit HNO3 đến cấu trúc, kích thước tinhthể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 683.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung đến cấu trúc, kích thước tinh thểnano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 703.2 Tối ưu hóa công nghệ chế tạo tạo màng nano TiO2 733.2.1 Chọn các yếu tố ảnh hưởng 733.2.2 Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu 743.2.2.1 Xây dựng mô tả thống kê công nghệ chế tạo màng nano TiO2 để thuđược hiệu suất diệt khuẩn lớn nhất theo quy hoạch thực nghiệm bậc một 75

3.2.2.2 Xây dựng mô tả thống kê công nghệ chế tạo màng nano TiO2 để thuđược hiệu suất diệt nấm lớn nhất theo quy hoạch thực nghiệm bậc 1 77

3.2.3 Thực hiện quy hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao 783.2.3.1 Xây dựng mô tả thống kê công nghệ chế tạo màng nano TiO2 để thuđược hiệu suất diệt khuẩn lớn nhất theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai 82

3.2.3.2 Xây dựng mô tả thống kê công nghệ chế tạo màng nano TiO2 để thuđược hiệu suất diệt nấm lớn nhất theo quy hoạch thực nghiệm bậc hai 86

3.2.4 Tối ưu hóa công nghệ tạo màng trên ceramic 893.3 Cơ chế diệt khuẩn và diệt nấm của màng nano TiO2 913.4 Kết luận chương 3 92

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ HÓA VÀ KHẢ NĂNG

DIỆT KHUẨN, DIỆT NẤM CỦA MÀNG NANO TiO 2 93

4.1 Nghiên cứu chế tạo sol nano TiO2 từ TTIP theo phương pháp sol-gel 93 4.2 Đặc trưng vật liệu TiO2 tối ưu tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 95

4.2.1 Kết quả phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X 96

4.2.2 Kiểm tra phân tích mẫu qua hiển vi điện tử quét (SEM) 97

4.2.3 Kết quả phân tích bằng phổ tán xạ Raman 98

4.2.4 Kết quả phổ hấp thụ UV-Vis 99

4.2.6 Kết quả phân tích ảnh hiển vi điện tử (TEM) 102

4.3 Đặc trưng màng nano TiO2 trên ceramic chế tạo bằng phương pháp phun phủ 103

4.3.1 Độ dày màng 103

4.3.2 Ảnh hiển vi lực nguyên tử AFM 104

4.4 Khảo sát một số tính chất hóa lý của màng nano TiO2 106

4.4.1 Độ thấm ướt 106

4.4.2 Độ bền hóa học 107

4.4.3 Độ bền mài mòn 109

4.4.4 Xác định độ cứng theo thang Mohs 111

4.5 Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của màng nano TiO2 trong Phòng thí nghiệm 112

4.5.1 Chuẩn bị mẫu ceramic phủ sol nano TiO2 112

4.5.2 Nghiên cứu khả năng diệt khuẩn của vật liệu đã chế tạo 113

4.5.3 Đánh giá khả năng diệt nấm của vật liệu đã chế tạo 117

4.6 Đánh giá khả năng diệt khuẩn, diệt nấm của vật liệu đã chế tạo tại điều kiện thực tế

119 4.6.1 Đánh giá khả năng diệt khuẩn trong điều kiện thực tế 120

4.6.2 Đánh giá khả năng diệt nấm trong điều kiện thực tế

122 4.7 Kết luận chương 4 124

KẾT LUẬN 126

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AFM Hiển vi lực nguyên tử Atomic force microscopy

DC Thạch Desoxycholate Desoxycholate Citrate Agar

NA Thạch dinh dưỡng Nutrition Agar

PCO Quang xúc tác oxi hóa Photo Catalytic OxidationPEG Polyetylen glycol

PTN Phòng thí nghiệm Laboratory

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards

SA Thạch Saburaud Saburaud agar

SEM Hiển vi điện tử quét Scanning electron microscopyTTCP Tiêu chuẩn cho phép Allowed standards

TEM Hiển vi điện tử truyền qua Transmission electron

kiến

Ultraviolet – Visible Spetrum

XRD Nhiễu xạ tia X X-ray difraction

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số vật lý của atanase và rutile 7

Bảng 2.1 Ma trận thực nhiệm quy hoạch bậc 2

52 Bảng 3.1 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 ceramic64 Bảng 3.2 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 66

Bảng 3.3 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

69 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung đến cấu trúc, kích thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn, nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 71

Bảng 3.5 Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu (k=3) và kết quả 75

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm khi thực hiện ở tâm kế hoạch 75

Bảng 3.7 Ma trận thực nghiệm kế hoạch bậc hai với k=3 81

Bảng 3.8 Giá trị của hiệu suất diệt khuẩn tại các điểm thí nghiệm theo phương trình hồi qui bậc hai trực giao 83

Bảng 3.9 Giá trị của hiệu suất diệt nấm tại các điểm thí nghiệm theo phương trình hồi qui bậc hai trực giao 87

Bảng 3.10 Kết quả tối ưu công nghệ chế tạo màng 91

Bảng 4.1 Thời điểm lấy mẫu của các mẫu thí nghiệm 93

Bảng 4.2 Giá trị góc tiếp xúc của các mẫu khi được chiếu sáng UVA 106

Bảng 4.5 Quan hệ giữa khoáng chuẩn và độ cứng thanh Mohs

111 Bảng 4.6 Kết quả kiểm tra độ cứng theo thang Mohs của các mẫu 112

Bảng 4.7 Trình tự các điều kiện chuẩn bị mẫu 112

Bảng 4.8 Số lượng vi khuẩn trên các mẫu theo thời gian chiếu sáng 115

Bảng 4.10 Số lượng nấm Candida albicans trên các mẫu theo thời gian chiếu sáng 117

Bảng 4.11 Tỷ lệ nấm Candida albicans bị chết trên các mẫu theo thời gian chiếu sáng 118

Bảng 4.12 Số lượng vi khuẩn trên các mẫu theo thời gian nghiên cứu 120Bảng 4.13 Số lượng vi nấm trên các mẫu theo thời gian nghiên cứu 123

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc đa diện phối trí của TiO2 và dạng brookite 6

Hình 1.2 Tinh thể anatase trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

6 Hình 1.3 Tinh thể rutile trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

6 Hình 1.4 Cơ chế ph ả n ứ ng quang xúc tá c 9

của vật liệu TiO2 k hi đ ư ợc chiếu sáng 9

Hình 1.5 Cơ chế giọt nước tự chảy trên một bề mặt lá cây thông thường (a) và giọt nước chẩy theo hiệu ứng tự làm sạch chất bẩn theo kiểu lá sen (b)

13 Hình 1.6 Minh hoạ màng TiO2 khi chiếu sáng UV 13

Hình 1.7 Các dạng bề mặt thấm ướt

14 Hình 1.8 Cơ chế siêu thấm ướt của vật liệu phủ màng TiO2 16

Hình 1.10 Giá titan đioxit trên thế giới qua một số năm

18 Hình 1.11 Sơ đồ ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 19

Hình 1.12 Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp sol - gel 27

Hình 2.1 Quy trình tạo sol nano TiO2 từ TTIP 35

Hình 2.2 Quy trình tạo màng nano TiO2 trên ceramic 37

Hình 2.3 Sol nano TiO2.P25 (a) và sol nano TiO2 (b) 38

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu hiệu suất diệt trùng 40

Hình 2.5 Sơ đồ tín hiệu của quy hoạch thực nghiệm 42

Hình 2.6 Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số mặt phẳng hữu hạn [33] 54

Hình 2.7 Cấu trúc của kính hiển vi điện tử quét SEM [3] 55

Hình 2.8 Kính hi ể n vi đ i ện tử tr u y ền qua [ 88] 56

Hình 2.9 Sơ đồ ng u y ên lý m á y A FM 60

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ đo Raman LABRAM [92] 61

Hình 3.1 Ảnh nhiễu xạ tia X của các mẫu khi thay đổi nồng độ TTIP ban đầu 65

Hình 3.2 Ảnh nhiễu xạ tia X của các mẫu khi thay đổi nhiệt độ nung 67

Hình 3.3 Ảnh nhiễu xạ tia X của các mẫu khi thay đổi thể tích axit HNO3 70

Hình 3.4 Ảnh nhiễu xạ tia X của các mẫu khi thay đổi thời gian nung 72

Hình 3.5 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt khuẩn 85ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và nhiệt độ nung

85

Hình 3.6 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt khuẩn 85

ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và thể tich HNO3 85

Hình 3.7 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt khuẩn 86

ảnh hưởng bởi nhiệt độ nung và thể tich HNO3 86

Hình 3.8 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt nấm 88

ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và nhiệt độ nung 88

Hình 3.9 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt nấm 89

ảnh hưởng bởi nồng độ TTIP ban đầu và thể tich HNO3 89

Hình 3.10 Mô hình hóa dạng 3D (a) và 2D (b) hiệu suất diệt nấm 89

ảnh hưởng bởi nhiệt độ nung và thể tich HNO3 89

Hình 3.11 Điểm tối ưu theo quan hệ của của nồng độ TTIP ban đầu

90 và nhiệt độ nung 90

Hình 3.12 Điểm tối ưu theo quan hệ của nhiệt độ nung và thể tích axit HNO3 90

Hình 3.13 Sơ đồ minh họa quá trình diệt khuẩn và nấm trên màng nano TiO2 91

Hình 4.1 Ảnh nhiễu xa tia X của mẫu M1(a), M2(b), M3(c) và M4(d) 94

Hình 4.2 Ảnh SEM của mẫu M1(a), M2(b), M3(c) và M4(d) 95

Hình 4.3 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO2.TƯ sau khi nung 96

Hình 4.4 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu TiO2.P25 96

Hình 4.5 Ảnh SEM của mẫu TiO2.P25 sau khi xử lý nung ở 4480C 97

Hình 4.6 Ảnh SEM của mẫu TiO2.TƯ sau khi xử lý nung ở 4480C 98

Hình 4.7 Phổ tán xạ Raman của các mẫu TiO2.P25 và TiO2.TƯ 99

Hình 4.8 Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu TiO2.P25 và TiO2.TƯ 99

Hình 4.9 Ảnh TEM của mẫu TiO2.TƯ sau khi xử lý nung ở 4480C 102

Hình 4.10 Ảnh đo độ dày màng của các mẫu TiO2.P25 103

Hình 4.11 Ảnh đo độ dày màng của mẫu TiO2.TƯ 103

Hình 4.12 Ảnh hiển vi lực nguyên tử AFM của mẫu TiO2.P25 105

Hình 4.13 Ảnh hiển vi lực nguyên tử AFM của mẫu TiO2.TƯ 105

Hình 4.14 Sơ đồ quy trình nghiên cứu khả năng diệt khuẩn 113

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

Đồ

thị 2.1 V ùng x á c đ ịnh A B CD các y ếu t ố ảnh h ư ở ng và vùng lân c ận đ i ể m

M:1234 – dạng tự nh iê n 46

Đồ thị 2.2 Vùng xác định A’B’C’D các y ế u tố ảnh h ư ởng và vùng lân cận điểm M:1234 – dạng mã hóa 46

Đồ thị 2.3 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ theo phân loại IUPAC 58 Đồ thị 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ TTIP ban đầu đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 64

Đồ thị 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 67

Đồ thị 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit HNO3 đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 69

Đồ thị 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất diệt khuẩn, diệt nấm của màng nano TiO2 trên ceramic 72

Đồ thị 4.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của mẫu TiO2.TƯ 101

Đồ thị 4.2 Đường phân bố kích thước mao quản của mẫu TiO2.TƯ 101

Đồ thị 4.3 Số lượng vi khuẩn sống sót theo thời gian 115

Đồ thị 4.4 Tỷ lệ vi khuẩn bị chết theo thời gian 116

Đồ thị 4.5 Số lượng nấm Candida albicans sống sót theo thời gian 118

Đồ thị 4.6 Tỷ lệ nấm Candida albicans bị chết theo thời gian chiếu sáng 119

Đồ thị 4.7 Số lượng vi khuẩn trên các loại thạch theo thời gian nghiên cứu 121

Đồ thị 4.8 Số lượng vi khuẩn trên thạch BA theo thời gian nghiên cứu 121

Đồ thị 4.9 Số lượng vi khuẩn trên thạch NA theo thời gian nghiên cứu 122

Đồ thị 4.10 Số lượng vi khuẩn trên thạch Mac theo thời gian nghiên cứu 122

Đồ thị 4.11 Số lượng vi nấm trên các mẫu theo thời gian nghiên cứu 124

MỞ ĐẦU

Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế giới Nhiềuvấn đề then chốt như: An toàn năng lượng, an ninh lương thực, môi trườngsinh thái, sức khoẻ…sẽ được giải quyết thuận lợi hơn dựa trên sự phát triển củacông nghệ nano Trong số đó, có hai mối đe dọa hàng đầu đối với loài người

mà giới khoa học kỳ vọng vào khả năng giải quyết của công nghệ nano là vấn đềmôi trường và năng lượng

Sự phát triển mạnh và thiếu kiểm soát của nhiều ngành kinh tế đã gây ra sự

ô nhiễm môi trường nghiêm trọng: khí thải CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính làm tráiđất nóng lên, mực nước biển dâng cao, bão lũ ngày càng mạnh với sức tàn phákhủng khiếp đe dọa trực tiếp đến cuộc sống của cư dân ven biển và sự phát triểnkinh tế ở quy mô toàn cầu Nhiều ngành công nghiệp hàng tiêu dùng, sản xuất vàchế biến thực phẩm… đã thải vào không khí, nguồn nước các chất độc huỷ hoạimôi sinh và gây bệnh hiểm nghèo cho con người Việc sử dụng tràn lan các chấtbảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp làm cho mức độ ô nhiễm nguồn nướcngày càng nghiêm trọng, gây bệnh cho người và ảnh hưởng không nhỏ đến cácngành nghề khác Mối quan hệ trái ngược giữa phát triển kinh tế và ô nhiễm môitrường sống có thể giải quyết được nếu dựa trên sự phát triển của công nghệ nanovới loại vật liệu điển hình là nano TiO2

Về an ninh năng lượng, theo dự báo của các nhà khoa học, trong vòng 50 nămtới, nhu cầu năng lượng cho loài người sẽ tăng gấp đôi Trong khi đó, các nguồnnhiên liệu hoá thạch chủ yếu ngày càng cạn kiệt Thêm vào đó, việc sử dụng nhiênliệu hoá thạch làm trái đất nóng lên bởi hiệu ứng nhà kính và do chính nhiệt lượngcủa các nhà máy điện thải ra (ô nhiễm nhiệt) Ngay cả sự phát triển của điệnhạt nhân cũng chỉ giải quyết được vấn đề khí nhà kính chứ không tránh được gây ônhiễm nhiệt Trong khi trái đất luôn nhận được nguồn năng lượng từ mặttrời

khoảng 3.1024J/năm, nhiều hơn khoảng 10.000 lần nhu cầu năng lượng củacon

người hiện nay Theo ước tính của các nhà khoa học, chỉ cần sử dụng 0,1% diện tích

bề mặt trái đất với các pin mặt trời hiệu suất chuyển đổi 10% đã có thể đáp ứng đủnhu cầu năng lượng của loài người Đây là nguồn năng lượng siêu sạch, không gây

có nhiều tính chất rất đặc biệt Ngoài các hạt nano, các màng mỏng với độ dày cỡnanomet cũng đang rất được chú ý Do được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnhvực như vi mạch điện tử, dụng cụ quang học các màng mỏng đã trở lên rất quantrọng Do vậy, ngành công nghệ màng mỏng đã phát triển mạnh mẽ với nhiều ứngdụng khác nhau trong đời sống Trong công nghệ màng mỏng nano, vấn đề chế tạođược các màng mỏng có độ dày và các tính chất phù hợp với các yêu cầu chotrước.

Hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu nano, đặc biệt là nano TiO2 được coi là cơ

sở khoa học đầy triển vọng cho các giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí.Nano TiO2 phủ lên các chất mang (gạch men, các thiết bị vệ sinh, kính cửa sổ )bằng công nghệ sol-gel hay một số công nghệ khác có khả năng tự làm sạch, diệt vikhuẩn, nẩm mốc, khử mùi hôi và phân hủy các khí độc hại

Trong thực tế, các vật liệu gốm sứ sử dụng trong gia đình như bồn cầu, chậurửa hay bồn tắm khi làm sạch cần một lượng lớn hóa chất tẩy rửa thậm chí cònmất 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 ramột bề mặt tự làm sạch cho vật liệu, có khả năng chịu được mài mòn, diệt được vikhuẩn, nấm mốc

Với các lý do trên đề tài luận án tiến sỹ về "Nghiên cứu công nghệ chế tạo

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

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

- Đánh giá đặc trưng của vật liệu chế tạo được

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

- Nghiên cứu và tìm ra chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình tạo màng thôngqua mô hình thống kê mô tả

- Nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu chế tạo được so sánh với sản phẩmthương mại TiO2.P25

Xác định được các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tạo màng nano

TiO2 trên gốm sứ

Xác định được chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình tạo màng thông qua môhình thống kê mô tả lần đầu tiên được nghiên cứu tại Việt Nam Đây là công nghệđơn giản, dễ thực hiện, thân thiện với môi trường

Xác định được độ diệt khuẩn và diệt nấm của màng trong điều kiện Phòng thínghiệm và điều kiện thực tế

Bố

Phần Mở đầu: giới thiệu tính cấp thiết thực hiện luận án

- Chương 1: Trình bầy tổng quan về vật liệu và ứng dụng của nano TiO2 vàmàng phủ nano TiO2, các phương pháp tổng hợp vật liệu nano TiO2 Tình hìnhnghiên cứu tại Việt Nam và trên thế giới, nhấn mạnh phương pháp tổng hợp vậtliệu nano tinh thể TiO2 theo phương pháp sol-gel

- Chương 2: Giới thiệu các loại hóa chất, thiết bị và dụng cụ sử dụng trong quátrình nghiên cứu triển khai Các qui trình thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu sửdụng trong Luận án

- Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến cấutrúc, kích thước tinh thể nano TiO2 và hiệu suất diệt khuẩn và diệt nấm của màngnano TiO2 trên gốm sứ Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa quá trình

- Chương 4: Nghiên cứu tính chất cơ lý hóa và khả năng diệt khuẩn, diệt nấmcủa màng nano TiO2

Phần kết luận: Trình bày các kết quả của luận án đã làm được

Phần kiến nghị: Đưa ra kiến nghị và hướng phát triển tiếp theo của luận án

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

dụng

Sự phát triển của các ngành công nghiệp trên toàn thế giới đã và đang tạo ranhiều loại chất thải Nhìn chung, các công ty chỉ tập trung sản xuất ra các sản phẩmhữu ích mà ít quan tâm đến việc xử lý các sản phẩm phụ Điều này đã dẫn đến tìnhtrạng ô nhiễm nghiêm trọng về môi trường và trở thành một mối quan tâm lớn củamỗi quốc gia và cả thế giới Các nhà khoa học trên toàn thế giới đã có nhiềuphương pháp tiếp cận khác nhau để giải quyết vấn đề này Quá trình quang xúc tác

đã được nghiên cứu và phát triển với các ứng dụng khác nhau Titan dioxit (TiO2)được xem là một chất bán dẫn tốt cho quang xúc tác vì có vùng trống (bandgap)năng lượng thích hợp, ổn định về cơ học và hóa học, giá rẻ và an toàn (ít độchại) đối với cả con người và môi trường

Từ năm 1964, Kato [68] xử lý tetralin (1,2,3,4 - tetrahydrona - phthalene) dựavào quá trình quang xúc tác bởi một hệ thống oxi hóa pha lỏng với hệ huyền phùTiO2, sau đó là McLintock [84] xác định khả năng phân hủy ethylene và propylenekhi có mặt của TiO2 Tuy nhiên, việc phát hiện quan trọng nhất thúc đẩy rộng rãiứng dụng lĩnh vực xúc tác quang là "hiệu ứng Honda - Fujishima", được mô tả đầutiên bởi Fujishima và Honda vào năm 1972 [46] Hiện tượng hóa học này liên quanđến điện phân nước dưới tác dụng của hiện tượng quang xúc tác TiO2 Năm1977,

Frank và Bard [48] khảo sát việc giảm CN- trong nước bằng cách sử dụng côngnghệ này Đến năm 1985, Matsunaga [85] đã công bố hoạt tính quang hóa của TiO2

trong diệt khuẩn hiệu quả đối với các loại vi khuẩn Lactobacillus acidophilus,

Saccharomyces cerevisiae và Escherichia coli Năm 1986, Fujishima [49] đã sử dụng

TiO2 để tiêu diệt tế bào ung thư (tế bào HeLa) Năm 1991, O'Regan và Grätzel [102]công bố đã chế tạo được pin năng lượng mặt trời có chứa nano TiO2 có thể xử lýcác nhóm mang màu hữu cơ hoạt động dưới ánh sáng nhìn thấy Trong năm

1995, Fujishima [50] phát hiện ra rằng màng TiO2 được phủ trên silica có khả năngsiêu ưa nước sau khi chiếu xạ với ánh sáng tia cực tím Năm 1998, Wang [123] đãphát triển mạnh khả năng ưa nước bề mặt TiO2 với đặc tính chống mờ sương vàtự

làm sạch tuyệt vời Năm 2002, Watson [124] đã sử dụng kỹ thuật sol-gel để tổnghợp các hạt từ tính TiO2 Năm 2004, Sonawane [104] cho thấy TiO2 pha tạp Fe cóthể phân hủy đến 95% metyl da cam khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong thờigian từ 3 đến 4 giờ Trong năm 2005, Sreethawong [105,106] đã tổng hợp TiO2nano tinh thể có cấu trúc tinh thể trung bình bằng cách sử dụng công nghệ sol-gel

và đã đánh giá hoạt tính quang của chúng Năm 2008, Diamandescu [38] báo cáotổng hợp TiO2 pha tạp Fe và Eu bằng phương pháp thủy nhiệt Hoạt tính quang làmgiảm nồng độ của phenol dưới ánh sáng nhìn thấy và cả tia cực tím Năm 2009,Lai và Lee [76] tìm thấy khả năng và cơ chế phản ứng quang hóa của các hạtnano TiO2 đối với axit folic để tiêu diệt tế bào Axit folic được liên kết với các hạtnano TiO2 nhằm mục tiêu diệt các tế bào đặc hiệu Một số lượng đáng kể cácnghiên cứu trên TiO2 đã được hình thành trong năm thập kỷ qua và một số ý kiến

về nhiều khía cạnh khác nhau của TiO2 đã được công bố [24, 34, 35, 39, 57, 77, 78,

86, 113, 125, 142]

Ở dạng bột, TiO2 thường có màu trắng tuyết ở điều kiện thường, khi nungnóng có màu vàng Khối lượng phân tử là 79,87g/mol, trọng lượng riêng từ (4,13 ÷4,25) g/cm3 TiO2 nóng chảy ở nhiệt độ cao khoảng 1870oC, không tan trong nước,không tan trong các axit như axit sunfuric, clohydric… ngay cả khi nung nóng Tuynhiên với các hạt kích thước nano mét, TiO2 có thể tham gia một số phản ứng vớiaxit và kiềm mạnh [10, 11]

Titan dioxide (TiO2) có thể kết tinh ở ba dạng thù hình khác nhau là anatase,rutile và brookite [92] Hai dạng thù hình chính thường gặp và thường được sửdụng là anatase và rutile (hình 1.2, hình 1.3) Dạng rutile của TiO2 đã được sử dụnghàng trăm năm nay trong vật liệu xây dựng (là chất độn màu trắng cho sơn), trongcông nghiệp hóa chất, dược phẩm, mỹ phẩm Dạng anatase của TiO2 có hoạt tínhquang xúc tác mạnh với kích thước tinh thể từ (3 ÷ 50)nm nên gần đây đượcnghiên cứu rất nhiều để xử lý các chất độc hại trong môi trường Dạng brookite(hình 1.1) ít gặp trong tự nhiên và không có giá trị thương mại

Hình 1.2 Tinh thể anatase trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

Hình 1.3 Tinh thể rutile trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

Cấu trúc rutile và anatase được mô tả dưới dạng chuỗi của các bát diện (hình1.1) TiO62- Hai cấu trúc này khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi bát diện và cáchsắp xếp giữa chúng Trong anatase, mỗi bát diện tiếp xúc với 8 bát diện lân cận

khác (4 bát diện chung cạnh và 4 bát diện chung oxi ở đỉnh) hình thành chuỗi cácmắt xích zich zắc xoắn quanh trục Trong rutile, mỗi bát diện được gắn kết với 10bát diện lân cận (2 bát diện chung cạnh và 8 bát diện chung oxi ở đỉnh) Trên hình1.2 cho thấy các bát diện trong rutile không đồng đều do có sự biến dạng hệtrực thoi yếu Các bát diện của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy tính đốixứng của nó thấp hơn rutile Trong anatase, khoảng cách Ti-Ti lớn hơn (3,79 và3,04 Å ở anatase, trong đó 3,57 và 2,96 Å ở rutile) Trái lại khoảng cách Ti-Ongắn hơn (1,934 và 1,980 Å ở anatase trong khi 1,949 và 1,98 Å ở rutile) Sự khácnhau về cấu trúc mạng lưới dẫn đến sự khác nhau về mật độ và cấu trúc điện tửgiữa hai dạng Vì thế, dạng anatase có hoạt tính xúc tác cao hơn [4, 5, 6, 34] Cácthông số vật lý của hai dạng thù anatase và rutile được đưa ra trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số vật lý của atanase và rutile

có cấu trúc tứ phương dãn dài với các bát diện oxy không đều đặn, nhưngkhoảng cách của liên

so với anatase Trong quá trình chế tạo để hình thành tinh thể rutile đòi hỏi phảitiến hành ở nhiệt độ cao hơn khi chế tạo tinh thể anatase Điều này, một mặt làmcho bề mặt riêng của rutile nhỏ hơn anatase, do đó anatase có thể hấp phụ cácchất ô nhiễm dễ dàng, thuận lợi hơn cho phản ứng giữa chất ô nhiễm và các lỗtrống dễ di chuyển ra bề mặt chất xúc tác Mặt khác do sự hình thành tinh thểrutile chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao làm cho quá trình dehydrat trên bề mặt của rutilexảy ra triệt để và không thuận nghịch Trong khi đó, anatase do hình thành tinhthể ở nhiệt độ thấp hơn nên

bề mặt dễ được hydrat hóa, tạo nhóm hydroxyl dạng Ti4+OH, nhóm này sẽnhận

electron tự do để thực hiện quá trình khử Nhờ đó, cũng góp phần ngăn chặn quátrình tái kết hợp electron tự do và lỗ trống làm cho hoạt tính quang hóacủa anatase cao hơn rutile [51, 78]

Động học của quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile là một trongnhững vấn đề phức tạp, phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian nung.Quá trình chuyển dạng thù hình TiO2 từ vô định hình → anatase → rutile bị ảnhhưởng bởi điều kiện tổng hợp Khoảng nhiệt độ và tốc độ chuyển pha phụ thuộcvào phương pháp điều chế TiO4 và hàm lượng tạp chất trong nó Sử dụng isoproxitchủ yếu tạo ra pha anatase nhưng nếu nhiệt độ của quá trình kết tủa tăng thì hàmlượng rutile thu được sẽ tăng [51,78]

Theo Baorang [30], sự chuyển pha từ vô định hình thành cấu trúc anatase khinung Ti(OH)2 xảy ra khi nhiệt độ ít nhất trên 4500C, quá trình chuyển pha sangrutile bắt đầu ở 6000C và hoàn thành ở 8000C

Năm 1930, khái niệm quang xúc tác ra đời Trong hoá học thuật ngữ đó được dùng

để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác vàánh

~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- khửhóa 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

[4, 5, 6, 34] Cơ chế (hình 1.4) xảy ra như sau:

TiO2 + hv  TiO2 (h+ + e-) (1)

Trong đó e- là electron tự do, h+ là lỗ trống

TiO2 (h+) + H2O  OH + H+ + TiO2 (2)TiO2 (h+) + OH-  OH + TiO2 (3)TiO2 (h+) + R  R + TiO2 (4)

O

2 2

16

TiO2 (e-) + O2  O + TiO2 (5)TiO2 (e-) + H2O2  OH- + OH + TiO2 (6)

(7)

HO2 + H + e  H2O2 (8)

H2O2 + e-  OH + OH (9)

H2O2 + O2  O2 + OH- + OH (14) Từ các phương trình (1) - (14), có thể nhận thấy rằng, các electron vùng dẫn e-phản với O2 để tạo ra gốc anion superoxide 

Dạng này không hoạt động mạnh

nhưng có thể coi là tác nhân khơi mào cho sự hình thành OH theo phương trình

(7),(8),(9),(10) Trong khi đó, h+ tạo ra các gốc OH theo phương trình (11),(12).Các chất ô nhiễm hữu cơ hấp phụ trên bề mặt hạt TiO2 có thể bị oxi hóa - khửhóa lập tức bởi e- và h+

Ox,hp + e- → Ox,hp → Ox

Hoặc được xử lý trực tiếp bởi gốc

OH: R + OH → CO2 + H2O

R là chất ô nhiễm hữu cơ Gốc OH là tác nhân oxi hóa rất mạnh

Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suất phản ứng có thể bị giảm bởi sự tái kếthợp của các electron và lỗ trống [36]:

e- + h+ → (SC) + E (15)Trong đó (SC) là tâm tái kết hợp và E là năng lượng được giải phóng ra dướidạng bức xạ điện từ (hv’ ≤ hv) hoặc nhiệt Và hiệu suất lượng tử của quá trìnhquang xúc tác được tính bằng:

(16)Trong đó: kc: tốc độ vận chuyển electron

kk : tốc độ tái kết hợp của các electron và lỗ trống

Như vậy để tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác, có 2 cách: thứ nhất tăngtốc độ vận chuyển điện tích và thứ hai là giảm tốc độ tái kết hợp của các electron

và lỗ trống Để thực hiện phương án 2: giảm tốc độ tái kết hợp bằng cách “bẫy

điện tích” nghĩa là “bẫy” điện tử và lỗ trống trên bề mặt, tăng thời gian tồn tại củaelectron và

lỗ trống trong chất bán dẫn Điều này dẫn tới việc làm tăng hiệu quả của quá trìnhchuyển điện tích tới chất phản ứng Bẫy điện tích có thể được tạo ra bằng cáchbiến tính bề mặt chất bán dẫn nhờ thêm ion kim loại, chất biến tính vào TiO2 hoặc

tổ hợp với các chất bán dẫn khác dẫn tới sự giảm tốc độ tái kết hợp điện tử - lỗtrống Kết quả là làm tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác [106] Đócũng chính là mục đích của việc đưa các nguyên tố kim loại hay các nguyên tốphi kim vào trong cấu trúc của TiO2 và tạo ra các khuyết tật của mạng tinh thể.Kích thước hạt và cấu trúc TiO2 ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính xúc tác quanghoá Bột TiO2 có kích thước càng nhỏ thì hoạt tính xúc tác càng cao Hầu hết cáctài liệu đều chỉ ra rằng TiO2 dạng bột kích thước nano mét có cấu trúc anatase cóhoạt tính xúc tác cao nhất [7]

Các

Phản ứng quang xúc tác của vật liệu phủ TiO2 xảy ra khi có các nguồn sáng tựnhiên và nguồn sáng nhân tạo, cụ thể như sau

[18]

- Nguồn sáng nhân tạo:

Các vật liệu phủ TiO2 sử dụng nguồn UV nhân tạo của ánh sáng huỳnh quang

có hiệu quả chuyển điện năng thành photon ánh sáng cao Loại đèn nàychuyển phần lớn điện năng thành nhiệt và ánh sáng khả kiến, giá thành cao và thờigian sử dụng thấp, khoảng 1000 giờ so với đèn UV huỳnh quang có hiệu suấtchuyển hóa điện năng thành photon cao và thời gian sử dụng từ 4000 đến 14000giờ

- Nguồn sáng tự nhiên:

Trong phổ năng lượng mặt trời có dải UV-A tương ứng với bước sóng 400nm,tương đương với mức năng lượng lớn hơn 3,2eV, phù hợp với mức năng lượng cầnthiết để thực hiện quá trình quang xúc tác trên TiO2 Tuy nhiên, dải ánh sáng UVchỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng năng lượng bức xạ mặt trời (khoảng 5,6%trong tổng năng lượng bức xạ, ngày không mây) Dù vậy, đây là nguồn năng lượnggiá rẻ và sẵn có trong tự nhiên, năng lượng bức xạ trên 0,015mW/cm2, năng lượngnày đủ cho quá trình quang xúc tác

Dãy bức xạ có bước sóng từ 100 ÷ 400nm, được phân loại thành UVA, UVB vàUVC Trong đó UVA có bước sóng từ 315 ÷ 400nm, nguồn phát là đèn UVAthường được thiết kế và sử dụng với 365 ÷ 280nm, là nguồn sáng chính choquá

trình quang xúc tác UVB có bước sóng 280 ÷ 315nm UV-C có bước sóng từ 200 ÷315nm, thường được đặc trưng bởi bước sóng 254nm Các thiết bị sử dụng nguồn

UV nhân tạo được chế tạo tùy theo trạng thái chất xúc tác

Như vậy, đối với vật liệu phủ TiO2 có thể sử dụng được cả hai nguồn chiếu sáng

tự nhiên và nhân tạo Việt Nam thuộc vùng nhiệt đới gió mùa nên việc sử dụng cácsản phẩm của TiO2 sẽ tận dụng được nguồn năng lượng có sẵn, đồng thời hạn chếđược sự hoạt động của vi sinh vật gây bệnh trong môi trường (không khí, nước…)

Các nghiên cứu về TiO2 đã được bắt đầu từ rất sớm Một trong những lý do đểcác nhà khoa học nghiên cứu về ứng dụng của TiO2 là độ sạch (ít tạp chất), đơn giảntrong phương pháp tổng hợp và ít độc hại của TiO2 Do vậy cho đến nay TiO2 đã trởthành một trong những vật liệu cơ bản cần thiết đối với cuộc sống con người TiO2được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: làm vật liệu quang xúc tác (làm sạchkhông khí, phân hủy các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước, khử trùng, điềutrị ung thư…), làm vật liệu siêu ưa nước (bề mặt tự làm sạch, chống sương mù…).Các màng mỏng che phủ được tạo nên từ các hạt nano TiO2, có các tính chấtnhư chống bức xạ, tự làm sạch theo hiệu ứng lá sen Sự tồn tại các nano mao quảntrong màng phủ chứa các hạt TiO2 tạo ra tính chất quang xúc tác cho màng, làmcho vật liệu được phủ màng được làm sạch Ví dụ về hiệu ứng nano mao quản kiểu

lá sen để làm sạch chất bẩn trên vật liệu nền (hình 1.5)

Sự hiện diện của các hạt nano TiO2 dẫn đến các tính chất tự làm sạch và đượcứng dụng phủ trên gốm sứ, gạch men, vật liệu xây dựng, kính ô tô và kính cửa sổcho các nhà cao tầng Việc chế tác các hạt nano TiO2 thành các màng mỏng đồngđều với sự kiểm soát chính xác các tính chất hoá – lý là những thách thức to lớn về

kỹ thuật và nghệ thuật chế tạo

Các ion O - có hoạt tính oxy hoá và có hoạt tính hoá học cao, làm giảm lượng O2tại chỗ, làm cho vi khuẩn không sống được (vì thiếu O2) Các chất có tính oxy hoá